Выбор горных мер защиты на основе прогноза деформации горных пород и земной поверхности Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

Ю.Н.КУЛИКОВ

Московский государственный

горный университет, Е.Ю.КУЛИКОВА Институт проблем комплексного освоения недр РАИ

Выбор горных мер защиты на основе прогноза деформаций горных пород и земной поверхности

Деформационные процессы в земной коре — сложное геологическое явление, оОусловленное изменением напряженноравновесного состояния массива горных пород. Эти процессы усугубляются при техногенном воздействии на массив и вызывают нежелательные последствия для ведения горных работ, изменяя геологическое строение, структуру массива и приводя к различным нарушениям сплошности — тектоническим разломам, трещинам, карстовым полостям, кавернам, порам и зонам ослабления.

Для защиты объектов и сооружений от вредного влияния пдземных разработок применяют горные меры охраны, которые условно подразделяют на 4 класса [ 1 ]:

I. Профилактические меры, предназначенные для предотвращения или снижения вредного влияния горных разработок, подразделяются, в свою очередь, на две группы:

заблаговременные, выполняющиеся в период составления проекта освоения месторождения и генеральных планов застройки;

Таблица I

КЛАССИФИКАЦИЯ ГОРНЫХ МЕР ЗАЩИТЫ ОБЪЕКТОВ ОТ ВРЕДНЫХ ТЕХНОГЕННЫХ

ВОЗДЕЙСТВИЙ

• текущие, принимаютщиеся в период выбора и привязки площадок для строительства конкретных объектов.

2. Горнотехнические меры, направленные на уменьшение деформаций земной поверхности и подрабатываемых объектов, подразделяются на:

• специальные методы ведения горных работ,

• оставление предохранительных

целиков.

3. Конструктивные меры, имеющие целью приспособить здания и сооружения к восприятию деформаций с минимальным негативным эффектом.

4. Комплексные меры, сочетающие любые из перечисленных мер, также постоянный инструментальный и визуальный контроль.

Более подробно данная классификация изложена в таблице 1.

Класс Г руппа Вариант - . - 1 ■ ■ ■ т. — ——1 1 : — - =———-1 — — — -л Характеристика 1

1 2 3 4

Профилактические меры 1. Заблаговременные меры 1.1. Рациональное планирование горных работ Мероприятия, направленные на предотвращение вредных последствий подработки путем взаимной увязки горных работ и строительства объектов, дополнительного укрепления отдельных конструкций сооружений, освобождения от защемления подземных трубопрово- дов

1.2. Рациональная застройка угленосных площадей

2. Текущие 2.1. Приспособление к подработке зданий и сооружений

2.2. Приспособление к подработке подземных коммуникаций

' ■ 1 2 3 4

конструктивные 1 • • 1 ] .* : 1 1. Полные 1.1. Конструктивные мероприятия, расчитанные по эесткой схеме на весь срок службы объкта 1.2. Конструктивные мероприятия по гибкой схеме на весь срок служ5ы объекта Защитные мероприятия, осуществляемые путем повышения устойчивости сооружений, строящихся на подрабатываемых территориях, создания деформационных швов в зданиях, устройства ниш для поддомкрачивания {выравнивания) 1 зданий и установка компенсаторов на 1 трубопроводах различного назначения

2. Сокращение 2.1. Защита сооружений с помощью поддомкрачивания 2.2. Защита коммуникаций с помощью компенсаторов

! Горно-технические : , ! « • ' 1 1. Способы изменения величин деформаций 3.1. Уменьшение всех видов деформаций массива горных пород и земной поверхности Применение закладки выработанного пространства и полостей над выработанным пространством; уменьшение вынимаемой мощности пласта

3.2. Уменьшение всех видов деформаций земной поверхности без изменения деформаций основной толщи пород. ■ Частична выемка по площади; гармоничная отаботка пластов

3.3. Взаимная компенсация отдельных видов деформаций земной поверхности и толщи пород Смещение границ очистных выработок

3.4. Увеличение деформаций толщи горных пород и создание условий для образования газо- и водопроводящих трещин Опережающая отработка защитных пластов

2. Способы измне-нения знака, направления и интенсивности развития деформаций 2.1. Изменение знака горизонтальных деформаций Отработка пластов расходящимися забоями, широким фронтом, смежными за-боямииз с заданнымме опережением, способом «парных штреков»; изменение направления очистной выработки, смещение границ горных работ, увеличение или уменьшение скорости подвига-ния очистных забоев, концентрация или деконцентрация горных работ

3. Способы изменения характера деформаций 3.1. Перераспределение деформаций на земной поверхности 3.2. Перераспределение деформаций в толще пород Применение компенсационных траншей и разгрузочных щелей

Комплексные 1 Сочетание различных групп и ваан-тов в пределах одного класса Множество вариантов комбинаций Определяется горно- и горногеологическими условиями, экономическими расчетами, экологической ситуацией и другими аналогичными факторами

Для оценки прочности, устойчивости и надежности проектируемых сооружений и для выбора эффективных горных мер защиты осуществляют прогноз величин сдвижений и деформации горных пород и земной поверхности. Прогноз осуществляется в соответствии с требованиями СНИП 2.01.09 - 91 «Здания исооружения на подрабатываемых территориях и просадочных грунтах» по методике, изложенной в «Правилах охраны сооружений и природных объектов от вредного влияния подземных

горных работ на угольных месторождениях».

Прогноз осуществляется поэтапно, на каждом из этапов в зависимости от полноты исходных данных определяются ожидаемые и вероятные максимальные величины сдвижений земной поверхности и деформации горных пород.

К прогнозируемым параметрам процесса сдвижения земной поверхности как к исходным данным для проектирования и строительства объектов относят:

• характер и максимальные величины достигаемых за расчетный период службы объектов оседаний и деформации земной поверхности на учестке строительства;

• средние скорости нарастания земной поверхности в течение срока службы объекта (или активной стадии процесса сдвижения);

• продолжительность процесса сдвижения и срок начала его активизации;

• местоположение трещин и уступов в плане и их вертикальные размеры.

Одним из условий прогноза деформаций горных пород и оседания земной поверхности является тщательный учет планируемых особенностей подготовки и развития горных работ в свите пластов, способы управления горным далением, число одновременно разрабатываемых пластов и наличие целиков у крупных нарушений и технических границ шахтного поля.

В зависимости от способа разработки осуществляют расчет дополнительных прогнозируемых характеристик. Так, при погоризонтальной и панельной подготовках шахтного поля (пологое залегание) от каждой свиты пластов, разрабатываемых после начала эксплуатации, в первые 20 лет рассчитывают ожидаемые (вероятные) деформации, максимальные значения которых принимают в качестве исходных для проектирования. Более чем через 20 лет исходными данными для проектирования и выбора горных мер защиты, принимают вероятные деформации земной поверхности, полученные от влияния всех намеченных к отработке пластов, уменьшение на одну группу территорий до средних значений в соответствующей группе.

При поэтажной подготовке шахтного поля (наклонное или крутое залегание) в качестве исходных данных принимают максимальные деформации земной поверхности, определяемые с учетом выполнения горных работ по горизонтам от всех влияющих пластов в течение всего срока эксплуатации охраняемых объектов.

При прогнозировании горных мер защиты объектов, возводимых на просадоч-ных грунтах, учитывают следующие виды деформаций:

просадку грунта как от собственного веса, так и от внешней нагрузки;

горизонтальное перемещение земной поверхности;

относительные горизонтальные деформации растяжения и сжатия.

При выборе мер защиты гидротехнических сооружений значительной протяженности, в зависимости от конкретных гидрогеологических условий подработки, прогноз деформаций выполняют для каждого участко, на которые разбит объект.

На заключительной стадии прогноза, расчетные значения деформаций земной поверхности, учитываемые как фактор нагрузки, определяются умножением ожидаемых (вероятных) значений деформаций на соответствующие коэффициенты п, указанные в таблице 2.

Таблица 2

< Вид сдвижений и деформаций • Коэффициенты П 1

Обозначе- ние для расчета сдвижений и | деформаций |

Ожидаемых Вероятных

1 Оседание У] пТ] 1,2 1,1

Г оризонтальное сдвижение £ 1.2 1,1 I

Наклон 'I П1 1.4 1,2

Относительные горизонтальные деформации сжа-1 тия и растяжения пст 1.4 1,2

Кривизна б П5 1,8 1,4

Уступ И "ь 1,4 1,2

Кроме того, вводится соответствующие коэффициенты условий работы, принимаемые при ведении горных работ на глубине до 500 м (таблица 3) и более 500 м — равные 1.

| Деформации Обозна- чения Коэффициенты условий работы К

при длине сооружения 1, м

ДО 15 15-30 более 30

Относительные горизонтальные деформации 1 1,0 0,8 1 ' 1' ■ 0.7

Наклон К| 1,0 0,8 0,7

Кривизна 1,0 0,7 0,5

I Скручивание 1,0 0,7 0,5

Скашивание Ку 1,0 0,8 0,7

Такие виды деформаций демной поверхности, появляющиеся в результате воздействия от подработки, как скашивание и скручивание, дополнительно включают в прогнозные характеристий при диагональном расположении сооружения относительно линии простирания пласта.

Основным документом при прогнозировании является карта прогноза ожидаемых деформаций земной поверхности. На ней выделяют площади, не подверженные влиянию горных работ, участки, где про-

Таблица 3

цесс сдвижения полностью закончился; участки с относительно небольшими деформациями, на которых можно располагать менее чувствительные к подработке сооружения; участки с затухающими деформациями, которые по окончании процесса сдвижения можно использовать для строительства; участки с интенсивными деформациями, где возводить здания и сооружения в настоящее время нецелесообразно. На карте наносятся выходы на поверхность тектонических нарушений, различных ослаблений массива, места концентраций деформаций, полученные инструментальными способами.

Таким образом, методы прогнозирования и меры защиты объектов от негативных последствий техногенных воздействий тесно взаимосвязаны и взаимо дополняют друг друга. Более того, прогнозирование сдвижения горных пород и деформаций земной поверхности является профилактической мерой за охраны объекта в зоне влияния горных работ.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

1. Турчанинов И.А., Иофис М.А., Каспарьян Э.В. Основы механики горных пород. — Л.: Недра, 1989

2. Инструкция по наблюдениям за сдвижением горных пород, земной поверхности и подрабатываемыми сооружениями на угольных и сланцевых месторождениях. — М.: Недра, 1989

3. Здания и сооружения на подрабатываемых и просадочных грунтах. СНиП 2.01.09-

91. — М.: Госстрой СССР, 1992.

© Ю.Н. Куликову Е.Ю. Куликова