49. Процес деформації поверхні та будівель під впливом гірничих робіт

При проведенні підземних очисних виробок спочатку безпо­середня покрівля пласта знаходиться у відносно стійкому стані, а її вигин відбувається у незначних межах. При збільшенні роз­мірів виробленого простору величина прогину зростає, порушуючи при цьому суцільність верств порід, що призводить до утворення тріщин і обвалення безпосередньої покрівлі у вироблений простір.

Із збільшенням у подальшому розмірів виробленого простору зона деформування (зсування) гірських порід розширюється, а при певному співвідношенні між розмірами очисної виїмки і глибиною розробки досягає земної поверхні. Утворена при цьому зона зсування неоднорідна. У ній виділяють такі зони

Зона обвалення безпосередньо прилягає до виробленого про­стору. У ній відбувається відділення від масиву верств порід, розділення їх на окремі блоки та обвалення у вироблений про­стір з порушенням природної будови і зв'язків. Висота цієї зони за нормаллю до напластування перевищує 3-4 кратну потужність пласта.

Зона вигину характеризується деформаціями, які мають вигляд розшарування товщи вигину верстви із збереженням зв'язків між окремими блокамиУ цій зоні виділяють дві частини: зону виги­ну з утворенням тріщин, яка примикає безпосередньо до зони пов­них обвалень, та зону прогину без утворення тріщин і розшарувань, яка розташована над цією зоною з утворенням тріщин.

Зона опорного тиску розміщується у прилеглій до покладу області поблизу меж очисної виїмки. Причиною його виникнення в масиві гірських порід є проведення виробки, яка позбавляє вищерозташований масив підпори. Його маса перерозподіляється на породи, які оточують виробку.

Зона повних зсувань утворюється як на поверхні, так і в товщі порід при певних співвідношеннях між розмірами очисної виїмки і глибиною її розташування. У цій зоні пружний стан близь­кий до гравітаційного.

Зони зсування гірських порід при розробці пологих пластів:

1 – зона обвалення; 2 і 2' – зона повних зсувань у покри­ваючих і підстилаючих породах; 3 і 3' – зона вигину у пок­риваючих і підстилаючих породах; 4 і 4' – зона опорного тиску у покриваючих і підстилаючих породах; 5 – мульда зсування на земній поверхні.

В результаті підземної розробки родовищ корисних копалин на земній поверхні утворюється мульда зсуву під якою розуміють ділянку земної поверхні, на якій під впливом розробки корисної копалини підземним способом виник­ли зсування (горизонтальні і вертикальні) та деформації (нахил, кривизна, розтягнення, стискання). Як правило, вона представляє та­рілкоподібну або коритоподібну (рідше чашоподібну) западину на земній поверхні.Межа мульди зсування (зони впливу підземних розробок) земної поверхні визна­чається граничними кутами,

Зоною небезпечного зсування називається частина мульди, в якій виникли деформації, небезпечні для будівель, споруд і природних об'єктів. Межа цієї зони на земній поверхні визначається кутами зсування

За певних умов розробки родовищ на земній поверхні ут­ворюються тріщини. Оконтурювання частини мульди зсування, в якій вони спостерігаються, здійснюється за кутами розривів.

У межах зони тріщин за певних умов розробки родовищ на земній поверхні утворюються провали (воронки), які є наслід­ком обвалення ділянки поверхні під впливом підземних гірничих робіт. Межа зони провалів на земній поверхні при розробці руд­них родовищ визначається кутом воронкоутворення .

Зона небезпечних зсувань та воронок і провалів представляють небезпеку для будівель і споруд, розташованих в них на земній поверхні. Для забезпечення безпечних умов людям, які знаходяться в цих об’єктах необхідно утворювати в надрах охоронні цілики, або не експлуатавати ці об’єкти.

Рис. 10.2. Мульда зсування та її розрізи при вийманні похилого пласта: 1 – межа небезпечних зсувань; 2 – межа мульди зсування; 3 – горизонтальна проекція виробленого простору.

50. Запобіжні цілики

Побудова запобіжних ціликів здійснюється такими спо­собами: вертикальних розрізів (перерізів); перпендикулярів; ізоліній. При цьому останній спосіб характеризується деякою складністю графічних побудов, тому використовується рідко.

Межі запобіжних ціликів будуються відносно меж площі, що охороняється, яка для будівель і споруд включає об'єкт, що охороняється, і берму навколо нього. У випадку, коли відношення довшої сторони будівлі (споруди) до короткої менше 5, межа площі, що охороняється, визначається на плані таким чином, що навколо об'єкта через його кутові точки будують прямокутник, сторони якого орієнтують за простяганням і навхрест простягання пласта. Паралельно цим сторонам на відстані від них, що дорівнює ширині бер­ми, проводять прямі до їх взаємного перетину. Відрізки прямих між точками перетину є межами площі, що охороняється. Ширина берми визначається з Правил охорони споруд і змінюється в межах від 20 до 5 м.

Для витягнутих об'єктів, орієнтованих діагонально до прос­тягання пласта, межі площі, що охороняється, будують паралельно сторо­нам об'єкта, що охороняється, на відстані від нього, що дорівнює ширині бер­ми.

Для побудови запобіжних ціликів необхідно мати такі види маркшейдерської графічної документації: план поверхні, на який нанесено об'єкт; горизонталі земної по­верхні; ізогіпси пласта; вертикальний розріз по падінню пласта з нанесеними наносами і пластами корис­ної копалини. Крім цього, наводиться характеристика об'єкта, що підлягає охороні, і розташованого в ньому обладнання. Розглянемо мето­дику побудови ціликів.

Спосіб вертикальних розрізів. Суть способу полягає в побудові розрізів навхрест простягання і за простяганням пласта, які проходять через площу, що охороняється. Межу запобіжного цілика на розрізах визначають за допомогою кутів зсування в наносах і в корінних породах Для витягнутих об'єктів, орієнтованих діагонально до простягання пласта, розрізи будують у довільних напрямках, і межі ціликів визначають за допомогою кутів – у наносах та – у корінних породах. Переносячи межі ціликів з розрізів на план і з'єднуючи їх в певній послідовності, будують контур запобіжного цілика в плані.

Побудову цілика виконуємо у такій послідовності.

1. На плані об'єкта будуємо площу АБВГ, що охороняється, для чо­го через кутові точки школи будуємо прямокутник, сторони якого паралельні простяганню і падінню пласта. За допустимими горизон­тальними деформаціями

Побудова запобіжного цілика під окрему будову школи спо­собом вертикальних розрізів

знайдемо ширину берми, яка дорівнює 10 м. Відклавши це значення від кож­ної із сторін утвореного прямокутника, через кінці цих відріз­ків проводимо прямі, паралельні його сторонам, їх перетин і утворює площу, що охороняється АБВГ. Переносимо її межі на вертикаль­ні розрізи навхрест простягання і за простяганням пласта – точки А(Б), Г(В) і Б(В). А(Г).

2. За Правилами охорони споруд визначаємо кути зсування для даних гірничогеологічних умов: в наносах – ; у корінних породах і в підробленій товщі –3. На розрізі навхрест простягання від межі площі, що охороняється, тобто точок А(Б) і Г(В) проводимо лінії під кутом до контакту корінних порід з наносами. Від отриманих точок прово­димо лінії під кутами і відповідно в сторону підняття і падіння пласта II до перетину з ним.

Отримані точки і є верхньою і нижньою межами цілика. Спроектуємо їх на розріз за простяганням пласта.

4. На розрізі за простяганням пласта від меж площі, що охороняється, тобто точок Б(В) і А(Г) – проводимо у наносах лінії під кутом до контакту з корінними породами, а далі – під кутом . На перетині цих ліній з проекцією верхньої ме­жі цілика одержуємо точки а і б, які визначають верхню межу цілика за простяганням. Для отримання нижньої межі цілика виконаємо такі побудови. Продовжимо лінії, проведені під кутом , до горизонту, який розташовано нижче контакту по­рід з наносами, на відстані

де – відстань від контакту корінних порід з наносами до нижньої межі цілика на розрізі навхрест простягання, що дорівнює 168 м.

Підставивши всі значення у формулу , визначимо величину , а відклавши її на розрізі за простяганням, отримаємо точ­ки n і l. Від цих точок під кутом проводимо лінії до перетину з проекцією нижньої межі цілика. Отримуємо точки в і г .

5 Межі запобіжного цілика з обох розрізів переносимо на план і отримуємо контур цілика а б в г.

Підраховуємо запаси вугілля в запобіжному цілику.

6. Визначаємо граничні межі запобіжного цілика за пластом II, до яких дозволено проведення гірничих виробок. Для цього знайдемо радіуси-вектори за формулами:

де r_в і r_n – радіуси-вектори, які відкладаються в плані від кутових точок площі, яка охороняється, відповідно в сторону підняття і падіння пласта; Н_П і Н_В – відстані по вертикалі на розріз навхрест простягання від кутових точок межі площі, яка охороняється, відповідно в сторону падіння і підняття пласта до його покрівлі, h – потужність наносів, – кут падіння пласта, – змінний кут між радіусом-вектором і напрямком підняття (падіння) пласта при визначенні r_в(r_n).

Знайдені значення радіусов-векторів при зміні кута від 0 до 90 наносимо на план. З’єднуючи кінці радіусів-векторів плавною кривою, одержуємо межу цілика, до якого допускається проведення очисних виробок.

Спосіб перпендикулярів. Цей спосіб використовують, як правило, для побудови захисних ціликів під витягнуті об’єкти, орієнтовані діагонально до простягання пласта. Порядок по­будови площі, яка охороняється, для цього випадку наведено вище. Суть способу полягає у тому, що весь об'єкт розбивають на прямолінійні ділянки, в середині яких виставляють перпендикуляри до осі об'єкта. Для кожного з них визначають кут , утворений лінією простягання пласта та перпендикуля­ром. Обчислюють значення кутів зсування у довільних напрям­кам

Побудову цілика цим способом розглянемо на прикладі.

По території шахти проходить двоколійна залізниця загального користування із стиковими шляхами. Швидкість руху поїздів 80 км/год, вантажоборот – 3,5 млн. тонно-кілометрів на рік.

Під залізницею залягає пласт II на глибині 90-230 м. Потужність пласта II-1,6 м. Кут падіння пласта =30. На плані зображені ізогіпси підошви пласта. Потужність наносів h=10 м. Вони представлені суглинками нормальної вологості.

Згідно з Правилами охорони споруд залізниця належить до II категорії охорони і коефіцієнт безпеки для неї К_б=150. Проведені підрахунки показали, що безпечна глиби­на розробки більша, ніж глибина залягання пласта II під заліз­ницею в межах шахтного поля. Тому для її охорони доціль­но залишити запобіжний цілик, побудову якого здійснимо способом перпендикулярів у такій послідовності.

1. Визначаємо ширину берми. Згідно з Правилами охорони споруд

Побудова запобіжного цілика для охорони залізниці загального використання: 1 – ізогіпси пласта II; 2 – контур насипу; З – технічна межа шахти.

залізниця, яка проходить по території шахти, належить до II категорії охорони. Тому ширину берми беремо такою, що дорівнює 15 м. Відкладаємо її від нижньої межі насипу в обидві сторони за нормаллю до неї.

На контурі площі, яка охороняється позначимо характерні точ­ки. Знайдемо центр криволінійної частини полотна залізниці (точка 0), а потім точки початку (В і Г), середи­ни (Д і Е) і кінця криволінійної частини (З і Ж). Зазна­чені точки вважаємо за характерні. На прямолінійних ді­лянках контура площі, що охороняється, за характерні точки (крім точок В, Г, Ж і З) беремо точки кінця цих ділянок (А і Б, И і К). Таким чином, межею площі, яка охороняється, на поверхні буде контур АБГЕЗКИЖДВ.

2. Визначаємо кути зсування.

Відповідності до Прави­л охорони споруд вони складають .

3. Визначаємо кути на плані. Для прямолінійних ділянок кут визначається як гострий між межею площі, яка охороняється, і напрямком простягання плас­та, а для криволінійної ділянки – як гострий кут між дотичною, проведеною до кривої в середніх характерних точках Д та Е і лінією простягання пласта.

4. Визначимо значення котангенса кута при діа­гональному розташуванні об'єкта відносно простягання пласта. Так як , то.

5. Обчислюємо значення Н в характерних точках за різницею абсолютних позначок земної поверхні та ізогіпс пласта II, а також знаходимо для цих точок різницю H-h,

6. Обчислюємо довжини перпендикулярів q і l

Із характерних точок площі, яка охороняється, виставляємо пер­пендикуляри і від її межі відкладаємо відповідні відрізки q і l. З’єднавши послідовно їх кінці, отримаємо межу запобіжного цілика в плані по пласту II – а,б,г,е,з,к,и,ж,д,в.

Для всіх характерних точок межі цілика визначають їх координати і підраховують запаси корисної копалини в цілику.