ПОСЛЕДСТВИЯ ПОДРАБОТКИ В СЛОЖНЫХ ГОРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ И НАЗНАЧЕНИЕ МЕР ЗАЩИТЫ НА ПРИМЕРЕ ДОМА ДЕТСКОГО ТВОРЧЕСТВА В ГОРОДЕ КИРОВСКОЕ Текст научной статьи по специальности «Физика»

----------------------- Page 1-----------------------

ISSN 0136-4545 Журнал теоретической и прикладной механики. №3 (84) / 2023.

ГЕОМЕХАНИКА, РАЗРУШЕНИЕ ГОРНЫХ ПОРОД,

РУДНИЧНАЯ АЭРОГАЗОДИНАМИКА И ГОРНАЯ

ТЕПЛОФИЗИКА

УДК 622.837:622.838

doi:10.24412/0136-4545-2023-3-115-122

EDN:WODRIS

1 2

c , Ф.М. Голубев

2023. Л.А. Иванова

ПОСЛЕДСТВИЯ ПОДРАБОТКИ В СЛОЖНЫХ

ГОРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ И НАЗНАЧЕНИЕ

МЕР ЗАЩИТЫ НА ПРИМЕРЕ ДОМА

ДЕТСКОГО ТВОРЧЕСТВА В ГОРОДЕ КИРОВСКОЕ

На основании анализа конструктивных особенностей и результатов обследования здания дома

детского творчества в г. Кировское, анализа последствий многократной подработки здания

горными работами шахты «Комсомолец Донбасса», установлены характерные повреждения

конструкций от влияния горных работ, мезорельефа земной поверхности и недостатков кон-

структивной схемы здания. Для обеспечения нормальных условий эксплуатации здания раз-

работаны мероприятия, включающие усиление конструкций здания и проведение ремонтных

работ.

Ключевые слова: сдвижения земной поверхности, здания, деформации, меры защиты, под-

работка.

Введение. Разработка мероприятий, связанных с обеспечением эксплуата-

ционной пригодности многократно подрабатываемых зданий, производится с

учетом характера и величины воздействий, обусловленных влиянием горных

1Иванова Лариса Александровна – канд. техн. наук, ст. науч. сотр. отд. сдвиже-

ния земной поверхности и защиты подрабатываемых объектов РАНИМИ, Донецк, e-mail:

ivlarisa213@yandex.ru.

Ivanova Larisa Aleksandrovna – Candidate of Technical Sciences, Senior Researcher,

Republican Academic Research and Design Institute of Mining Geology, Geomechanics, Geophysics

and Mine Surveying, Donetsk, Department of Earth Surface Displacement and Protection Objects

Above Mining.

2 Голубев Филипп Максимович – канд. техн. наук, вед. науч. сотр. отд. сдвиже-

ния земной поверхности и защиты подрабатываемых объектов РАНИМИ, Донецк, e-mail:

f_golubev@list.ru.

Golubev Philipp Maksimovich – Candidate of Technical Sciences, Leading Researcher,

Republican Academic Research and Design Institute of Mining Geology, Geomechanics, Geophysics

and Mine Surveying, Donetsk, Department of Earth Surface Displacement and Protection Objects

Above Mining.

115

----------------------- Page 2-----------------------

Л.А. Иванова, Ф.М. Голубев

выработок, а также с учетом необходимости устранения деформаций и повре-

ждений конструкций от влияния горных работ в процессе эксплуатации шахты

[1, 2]. Требования [1] должны обеспечивать безопасность эксплуатации подрабо-

танных зданий при влиянии горных работ.

Анализ влияния многократной подработки ГУП ДНР «Шахта «Комсомо-

лец Донбасса» на техническое состояние здания муниципального общеобразо-

вательного учреждения «Дом детского творчества города Кировское», анализ

результатов обследования, установление причин деформирования конструкций

здания, разработка технических решений по усилению здания, представляет на-

учный и практический интерес. Актуальность работы обусловлена необходи-

мостью обеспечения безопасной эксплуатации зданий такого типа в условиях

последствий многократного влияния деформаций земной поверхности от подра-

ботки.

1. Характеристика объекта исследования. Здание дома детского твор-

чества по улице Пионерская, 5 в городе Кировское Донецкой Народной Рес-

публики построено в 1963 году. Здание дома детского творчества трехэтажное,

с подвалом под средней частью здания, имеет простую форму с общими раз-

мерами в плане 70,35 м х 12,70 м и высотой 10,3 м. Здание разделено двумя

деформационными швами на три отсека. Высота подвальных помещений 2,4 м.

Высота помещений первого, второго и третьего этажей 3,0 м. Конструктивная

схема здания бескаркасная с продольными несущими стенами. Фундаменты зда-

ния ленточные из бутовой кладки толщиной 600 мм. Стены подвала и цоколя из

бутовой кладки толщиной 600 мм. Стены наружные кирпичные толщиной 510

мм, стены внутренние толщиной 380 мм. Перекрытия над подвалом и междуэ-

тажные с первого по третий этаж из сборных железобетонных плит с круглыми

пустотами диаметром 220 мм. Лестницы – сборные железобетонные. Крыша –

чердачная с деревянными стропилами, четырехскатная. Кровля – из волнистых

асбестоцементных листов по деревянной обрешетке.

2. Горно-геологические условия подработки объекта исследования.

Здание дома детского творчества расположено на горном отводе ГУП ДНР

«Шахта «Комсомолец Донбасса». Горный отвод шахты занимает центральную

и западную части Чистяково-Снежнянской синклинали, представляющей собой

симметричную складку с крутым северным крылом и пологим южным.

В пределах горного отвода шахты толща горных пород сложена отложе-

1 7 6

ниями верхнего и среднего карбона, представленными свитами C , C и C ,

3 2 2

перекрытыми сверху четвертичными отложениями – наносами, мощностью до

5 м. Карбоновые отложения представлены песчаниками, глинистыми и песчаны-

ми сланцами, пластами известняков и угольными пластами. Преобладающими

породами являются сланцы. Существенную долю составляют также песчани-

ки, которые иногда образуют значительные толщи. Мощные толщи песчаников

нередко создают условия зависания пород. Шахта отрабатывает пласты l , l ,

3 4

l , l .

6 7

Пласт l3 имеет сложное строение и состоит из трех угольных пачек, реже

116

----------------------- Page 3-----------------------

Последствия подработки в сложных горно-геологических условиях

из двух и четырех пачек. Полезная мощность пласта достигает 1,8 м и общая

2,0 м. Пласт характеризуется, как относительно выдержанный.

Пласт l4 имеет простое строение, наиболее характерная мощность 0,96–1,24 м.

В западном и юго-западном направлении мощность уменьшается до 0,7–0,88 м.

Пласт характеризуется, как относительно выдержанный.

Пласт l6 имеет мощность 1,5–1,8 м, строение сложное двух-трех пачечное, с

маломощными прослоями, наблюдаются многочисленные размывы пласта, име-

ющие вытянутую форму. Угольный пласт l6 по мощности относится к относи-

тельно выдержанным пластам, преобладает сложное строение пласта с мало-

мощными разделяющими прослоями. Характерная полезная мощность – 1.20 м.

Пласт l – Давыдовский имеет простую структуру. Мощность пласта 0,9–

7

1,1 м.

Муниципальное общеобразовательное учреждение «Дом детского творчества

города Кировское» подрабатывался: в 1997–2000 гг. 2-й и 3-й южными лавами

пласта l ; в 2007–2010 гг. 6-й, 7-й, 8-й западными лавами пласта l ; в 2018–2021

7 4

гг. 6-й и 7-й западными лавами пласта l .

3

Расчет сдвижений и деформаций земной поверхности выполнялся для каж-

дой лавы в отдельности. Максимальные расчетные деформации в основании

здания от влияния каждой влияющей лавы приведены в таблице 1.

Таблица 1. Максимальные расчетные деформации земной поверхности

Лава, пласт, Оседания Наклоны i, 10−3 Горизонтальн. деформации ε, 10−3

год от в в в в

отработки подработки продольном поперечном продольном поперечном

мм направлении направлении направлении направлении

1 2 3 4 5 6

2 южная лава

l , 1997 г. 212 −2,96 −0,90 0,99 −0,75

7

3 южная лава

l , 2000 г. 60 −0,29 1,28 0,38 0,60

7

6 западная лава

l , 2007 г. 114 −1,47 −1,31 0,42 0,60

4

7 западная лава

l , 2009 г. 568 −1,20 1,65 −1,43 −2,06

4

8 западная лава

l , 2010 г. 127 1, 15 1,96 0, 17 0,96

4

6 западная лава

l , 2018 г. 215 −2, 16 0,78 0,98 −0,47

3

7 западная лава

l , 2019 г. 70 2,31 −1,56 0,22 0,61

3

Анализ горно-геологических условий и прогноз деформаций земной поверх-

ности показали, что здание находилось в зоне влияния от семи горных вырабо-

ток и было многократно подработано. Кроме того здание дома детского творче-

ства расположено на участке застройки между выходами на поверхность извест-

няков M и M . Также недалеко от здания отмечается мезорельеф поверхности

8 10

с понижением уровня поверхности от главного фасада здания.

117

----------------------- Page 4-----------------------

Л.А. Иванова, Ф.М. Голубев

3. Анализ влияния подработки на деформации здания. Анализ вли-

яния деформаций на здание дома детского творчества показывает что, макси-

мальные горизонтальные деформации сжатия вдоль продольной оси составили

1.43 × 10−3 и вдоль поперечной оси 2.06 × 10−3 при отработке 7 западной лавы

пласта l в 2007 г. (рис.1). Максимальные горизонтальные деформации растяже-

4

ния вдоль продольной оси здания составили 0.99 × 10−3 при отработке 2 южной

лавы пласта l в 1997 году и вдоль поперечной оси 0.96 × 10−3 при отработке 8

7

западной лавы пласта l3 в 2021 г.

Рис. 1. Схема деформирования здания дома детского творчества по ул. Пионерская, 5 в

г. Кировское

Визуальное обследование здания дома детского творчества проведено в де-

кабре 2022 г. с фиксацией имеющихся дефектов и повреждений конструкций

здания. При обследовании фасадов здания дома детского творчества установ-

лено:

– в стене главного фасада трещины под и над окнами раскрытием 1-5 мм,

максимальные в уровне карниза до 10–15 мм (рис. 2), раскрытие деформацион-

ных швов до 80 мм;

– в стене дворового фасада трещины под и над окнами и в простенках рас-

крытием 1–5 мм, в средней части вертикальная трещина на высоту здания

раскрытием 10–15 мм, в уровне карниза до 30 мм заделана монтажной пеной

(рис. 3);

– в стене левого фасада трещины под и над окнами, в простенках и под

оконными перемычками раскрытием до 7–8 мм, максимальные трещины до 10–

15 мм, над окном третьего этажа до 15–20 мм, трещины заделаны монтажной

пеной (рис. 4);

– в стене правого фасада трещины под и над окнами, в простенках, под

оконными перемычками раскрытием до 10–30 мм, в уровне карниза до 40 мм

заделаны монтажной пеной (рис. 5).

Подвал расположен в среднем отсеке здания и ранее эксплуатировался как

цокольный этаж. При обследовании подвальных помещений установлено, что

бывшие оконные проемы заложены кирпичом, частично на полную толщину

стен, частично на толщину 120 мм. Имеются трещины в стенах подвала рас-

крытием до 5–7 мм. Во внутренних помещениях имеются трещины в стенах

118

----------------------- Page 5-----------------------

Последствия подработки в сложных горно-геологических условиях

1–3 мм, максимальные до 5–7 мм.

Рис. 2. Рисунок 2 – Трещины в стене главного фасада

Рис. 3. Вертикальная трещина в средней части дворового фасада

4. Определение причин повреждений и назначение мер защиты.

Анализ результатов обследования строительных конструкций здания показал,

что дефекты и повреждения, имеющиеся в здании, характерны для многократ-

ного влияния горных работ. Однако величины прогнозных деформаций земной

поверхности невелики и не соответствуют величине раскрытия трещин в стенах

119

----------------------- Page 6-----------------------

Л.А. Иванова, Ф.М. Голубев

Рис. 4. Трещины в стене левого фасада

Рис. 5. Трещины в стене правого фасада

здания. Поэтому можно предположить наличие в основании здания выхода под

наносы пропластков известняков или пород с различными прочностными харак-

теристиками. Кроме того, возможно влияние мезорельефа земной поверхности.

Имеющиеся дефекты и повреждения строительных конструкций здания также

могут быть вызваны недостатками его конструктивной схемы (недостаточное

количество поперечных стен и отсутствие цокольного и поэтажных железобетон-

ных поясов), а также нарушением строительных норм и правил реконструкции

здания при переустройстве цокольного этажа в подвал. Для обеспечения нор-

мальных условий эксплуатации здания дома детского творчества разработаны

меры защиты здания включающие:

120

----------------------- Page 7-----------------------

Последствия подработки в сложных горно-геологических условиях

– закладку окон подвала кирпичом в местах, где толщина закладки окон

меньше толщины стены;

– усиление цоколя левого и правого отсеков железобетонной обоймой, уси-

ление цоколя и стен подвала в среднем отсеке железобетонной обоймой, обойма

должна быть завязана по контуру отсека;

– усиление оконных проемов металлическими рамами и простенков между

оконными проемами первого, второго и третьего этажей на левом и правом фа-

садах, оконных проемов и простенков в районе вертикальной трещины в средней

части дворового фасада и оконных проемов, где имеются трещины под оконны-

ми перемычками;

– расшивку имеющихся трещин в стенах и заделку их полимерцементным

раствором;

– ремонт поврежденной кирпичной кладки наружных стен и карнизов с вы-

полнением облицовки и утеплением фасадов;

– закрытие деформационных швов в наружных стенах нащельниками, во

внутренних стенах и на потолках с фиксированием плит облицовки с одной

стороны для создания возможности перемещения при работе деформационных

швов;

– замену деревянных окон и дверей, ремонт внутренних помещений и полов;

– установку на крыше ограждения и выполнение организованного водоотве-

дения атмосферных осадков с крыши здания;

– ремонт отмостки и асфальтового покрытия прилегающей территории.

Выводы. На основании анализа конструктивных особенностей здания дома

детского творчества, влияния подработки ГУП ДНР «Шахта «Комсомолец Дон-

басса», результатов обследования и определения технического состояния здания

дома детского творчества установлено следующее:

1. Анализ горно-геологических условий показал, что здание дома детского

творчества находилось в зоне влияния горных работ шахты «Комсомолец Дон-

басса» с 1997 по 2021 гг. Здание дома детского творчества было многократно

подработано семью горными выработками на трех пластах. Максимальные гори-

−3

зонтальные деформации сжатия вдоль продольной оси составили 1.43 × 10 и

вдоль поперечной оси 2.06 × 10−3при отработке 7 западной лавы пласта l в

4

2007 г. Максимальные горизонтальные деформации растяжения вдоль продоль-

ной оси здания составили 0.99 × 10−3при отработке 2 южной лавы пласта l в

7

1997 году и вдоль поперечной оси 0.96 × 10−3 при отработке 8 западной лавы

пласта l в 2021 г.

3

2. Анализ результатов обследования конструкций здания дома детского твор-

чества показал, что дефекты и повреждения в здании вызваны многократным

влиянием горных работ, наличием в основании выходов под наносы пропластков

известняков и влиянием мезорельефа земной поверхности. Имеющиеся дефекты

и повреждения здания также могут быть вызваны недостатками конструктив-

ной схемы здания и нарушением строительных норм и правил при реконструк-

ции здания.

121

----------------------- Page 8-----------------------

Л.А. Иванова, Ф.М. Голубев

3. Для обеспечения нормальных условий эксплуатации здания дома детского

творчества разработан комплекс технических мероприятий.

4. Полученные результаты обследования свидетельствуют о том, что в слож-

ных горно-геологических условиях при многократной подработке, воздействие

деформаций на объекты земной поверхности существенно возрастает, что может

носить разрушительный характер для кирпичных зданий. В целях обеспечения

безопасности таких зданий следует предусматривать их мониторинг на всех эта-

пах отработки, начиная с момента проектирования очистных горных выработок.

Исследования проведены в ФГБНУ «РАНИМИ» в рамках государственного

задания (№ госрегистрации 1023020600011-0-2.7.5).

1. ГСТУ 101.00159226.001 – 2003. Правила подработки зданий, сооружений и природных объ-

ектов при добыче угля подземным способом – Введ. 01.01.2004. – К., 2004. – 128 с.

2. СНиП II-А. 14-71. Здания и сооружения на подрабатываемых территориях / Госстрой

УССР. – Введ. 01.02.1972. – М., 1972. – 14 с.

L.A. Ivanova, Ph.M. Golubev

The consequences of part-time work in difficult mining and geological conditions and

the appointment of protective measures on the example of the children’s creativity

house in the city of Kirovskoye.

Based on the analysis of the design features and the results of the survey of the building of the

house of children’s creativity in Kirovskoye, the analysis of the consequences of multiple side-work

of the building by mining operations of the Komsomolets Donbass mine, characteristic structural

damage from the influence of mining operations, mesorelief of the Earth’s surface and shortcomings

of the structural scheme of the building were established. To ensure the normal operating conditions

of the building, measures have been developed including strengthening the building structures and

carrying out repair work.

Keywords: movements of the earth’s surface, buildings, deformations, protection measures, part-

time work.

Получено 03.07.2023

122