книги / Сдвижение горных пород на рудных месторождениях
..pdfСДВИЖЕНИЕ
ГОРНЫХ
ПОРОД
НА РУДНЫХ
МЕСТОРОЖДЕНИЯХ
ИЗДАТЕЛЬСТВО «НЕДРА»
М о с к в а , 1971
Сдвижение горных пород па рудных месторожде
ниях. |
К у з н е ц о в |
М. А., |
А к и м о в А. Г., |
||
К у з ь м и н |
В. И., |
П а н т е л е е в |
М. Г., Ч е р |
||
н ы ш е в М. Ф. М., |
изд-во |
«Недра», |
1971.224 стр. |
||
В |
книге |
изложены результаты |
исследований |
||
по вопросам сдвпження горных пород и земной по верхности под влиянием подземных горных разрабо ток на рудных месторождениях СССР. Приведены результаты инструментальных наблюдений за сдви жением горных пород и земной поверхности, основы классификации месторождений но характеру про цесса сдвижения, даны рекомендации по определению параметров процесса сдвижения и решению вопросов охраны сооружений от влияния горных разработок.
Книга рассчитана на инженерно-технических ра ботников, занятых проектированием, строительством и эксплуатацией горнорудных предприятий, а также может быть полезна работникам научно-нсследова- тельскнх институтов и студентам горных вузов.
Таблиц 29, иллюстраций 84, библиография — 67 названий.
3 - 7 —3
408-1970
КУЗНЕЦОВ МИХАИЛ АНДРЕЕВИЧ, АКИМОВ АЛЕКСАНДР ГЕОРГИЕВИЧ, КУЗЬМИН ВАСИЛИЙ ИВАНОВИЧ, ПАНТЕЛЕЕВ МИХАИЛ ГРИГОРЬЕВИЧ, ЧЕРНЫШЕВ МИХАИЛ ФЕДОРОВИЧ
Сдвижение горных пород на рудных месторождениях
Редактор издательства Т. И. Королева. |
|
Техн. редактор А . Е. Матвеева. |
||
Переплет художника В. М . Лукьянова. |
|
Корректор T. М . Кушнер. |
||
Сдано в набор 7 /Х |
1970 г. |
Подписано в печать 20/1 1971 г. |
Т-00726. |
|
Формат 60 X 90Vi«. |
Печ. л. 14,0. Уч.-иэд. л. 14,85. |
Бумага М 1. |
Индекс 1—4— 1. |
|
Заказ 1907/3059— 10. |
Тираж 1500 экз. |
Цена |
1 р. 64 к. |
|
Издательство «Недра». Москва, К-12, Третьяковский проезд, 1/19.
Ленинградская типография № 14 «Красный Печатник» Главполиграфпроыа Комитета по печати при Совете Министров СССР. Московский пр., 91.
ПРЕДИСЛОВИЕ
Еще несколько лет назад многие рудники и проектные органи зации не имели каких-либо обоснованных нормативных документов или руководств по решению сложных и многообразных вопросов, связанных со сдвижением горных пород и земной поверхности при подземной разработке рудных месторождений. Поэтому при решении указанных вопросов нередко использовались случайные, необосно ванные данные, в результате чего в предохранительных целиках оставлялись излишние запасы руды или принятые меры охраны сооружений оказывались недостаточными.
Несмотря на то, что для ряда месторождений в настоящее время уже составлены Правила или Указания по охране сооружений и опубликован ряд статей по сдвижению горных пород на рудных месторождениях, в технической литературе эти вопросы освещены еще недостаточно. Правила охраны сооружений вышли небольшими тиражами, большинство Указаний вообще не издавалось и имеются только на месторождениях, для которых они предназначены. Многие накопленные за прошедшие годы данные натурных наблюдений и материалы по решению конкретных сложных вопросов сдвижения горных пород также не опубликованы. Они хранятся в фондах раз личных организаций и известны только узкому кругу специалистов. Поэтому авторы настоящей работы считали своей основной задачей
сбор, систематизацию и обобщение указанных |
выше материалов |
с целью ознакомления с ними широкого круга |
инженерно-техниче |
ских работников горнорудной промышленности, которым в их по вседневной практике постоянно приходится решать вопросы, свя занные со сдвижением горных пород и земной поверхности.
Книга состоит из двух разделов: в первом разделе даны основ ные определения и понятия по вопросам сдвижения горных пород и земной поверхности на различных рудных месторождениях Со ветского Союза. Во втором разделе приведены результаты обобщения материалов натурных наблюдений н даны рекомендации по опре делению параметров процесса сдвижения и решению вопросов сдвижения горных пород в различных горногеологических условиях.
При составлении работы были использованы материалы из от четов по исследовательским работам институтов ВНИМИ, Уни промедь, ВНИИцветмет, а также из статей отдельных авторов.
Глава I написана М. А. Кузнецовым ( § 1) |
и А. Г. Акимовым |
||||||
(§ 2); |
глава |
II — В. И. Кузьминым; |
глава |
III — М. Г. Пантеле |
|||
евым, |
В. Г. Туринцевой, Р. Ф. Крушатиным |
и Б. А . Вольхиным; |
|||||
глава IV — М. Ф. Чернышевым и В. Б. Дьяковским; главы V —V II |
|||||||
составлены и |
подготовлены к |
печати |
В. С. Троицким |
(V глава), |
|||
Е. И. Кузнецовой (VI глава) |
и Т. Ш. Сакаевой (VII |
глава) под |
|||||
руководством |
М. А. Кузнецова; |
глава |
V III написана М. А . Кузне |
||||
цовым; |
глава |
IX — А. Г. Акимовым и |
глава |
X |
— М. А. Кузнецо |
||
вым с участием T. Ш. Сакаевой. Материалы подготовили к печати сотрудники лаборатории сдвижения горных пород на рудных место рождениях ВНИМИ под руководством М. А. Кузнецова.
Р А З Д Е Л I
СОДЕРЖАНИЕ И ИЗУЧЕННОСТЬ ВОПРОСОВ СДВИЖЕНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД
НА РУДНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЯХ
Глава I
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
§ 1. Значение и изученность вопросов сдвижения горных пород
Проблема сдвижения горных пород под влиянием подземных разработок охватывает широкий круг вопросов, сущность которых заключается в следующем. При выемке руды в породах, окружающих горные выработки, нарушается равновесие и возникают деформа ции. Под действием горного давления породы начинают деформиро
ваться и Перемещаться в сторону выработанного пространства. |
|
В результате происходит обрушение пород кровли и боков |
вырабо |
ток, раздавливание целиков, разрушение выработок, |
массовые |
сдвижения и обрушения вмещающих пород и земной поверхности. Горные выработки, залежи, сооружения и другие объекты, оказав шиеся в зоне сдвижения горных пород, претерпевают деформации, нередко приводящие к разрушению этих объектов. Подработка во доемов может вызвать затопление горных выработок. «Мы не оши бемся если скажем, что вся история горного дела, вся история изы
скания наилучших систем разработок — есть история |
борьбы |
со сдвижением горных пород», — так охарактеризовал |
значение |
этих вопросов проф. И. М. Бахурин — основоположник исследова тельских работ по сдвижению горных пород в Советском Со юзе [13].
"Постепенно в ходе исследований сформировались два основных направления, по которым в настоящее время ведется изучение этой проблемы: горное давление и собственно сдвижение горных пород и земной поверхности. П о п е р в о м у н а п р а в л е н и ю изучаются главным образом условия устойчивости, деформирования и сдвижения горных пород, окружающих горные выработки, и взаи модействие крепи выработок с массивом. Целью исследований явля ется установление оптимальных параметров систем разработки, рациональных способов выемки руды, крепления и поддержания горных выработок. Сдвижение горных пород по этому направлению изучается преимущественно в толще пород и в горных выработках. П о в т о р о м у н а п р а в л е н и ю изучаются сдвижения зем ной поверхности и промежуточной толщи пород с целью установле ния мер охраны сооружений и горных выработок от вредного влияния
подземных разработок. Исследования в этом случае проводятся преимущественно путем постановки инструментальных наблюдений за сдвижением земной поверхности и, реже, толщи пород и горных выработок.
Такое деление имеет довольно условный характер. Провести четкую границу между указанными направлениями затруднительно, так как основной задачей обоих направлений является установле ние закономерностей сдвижения и деформирования горных пород под влиянием подземных разработок. При решении вопросов охраны горных выработок п рудных залежей от подработки, вопросов выемки руды под водоемами и других в равной мере используются результаты исследований, полученные по обоим направлениям.
В настоящей работе рассматриваются преимущественно вопросы второго направления. Сложность вопросов, связанных со сдви жением горных пород, заключается в том, что многие, наиболее важные из них требуют решения еще в период проектирования и строительства горных предприятий, когда на месторождениях за частую отсутствуют какие-либо данные о характере и параметрах процесса сдвижения. Именно в этот период устанавливают проект ные границы зоны опасных сдвижений, выбирают места заложения стволов, строительства промышленных сооружений и жилых по селков, рассчитывают предохранительные целики или предусмат ривают другие меры охраны сооружений.
Вопросы сдвижения горных пород на рудных месторождениях являются менее изученными, чем на угольных месторождениях. Объясняется это сложностью горногеологических условий и труд ностями получения параметров процесса сдвижения на рудных место рождениях. Вторым обстоятельством явилось то, что многие руд ные месторождения невелики по площади и расположены в отдален ных районах. Вопросы охраны сооружений на них долгое время не были так актуальны, как на угольных месторождениях, простира ющихся на десятки километров в густозаселенных и застроенных районах страны. Изучение сдвижения горных пород на угольных месторождениях проводится систематически и в более широких мас штабах, чем на рудных месторождениях. ВНИМИ для всех основ ных угольных бассейнов Советского Союза составлены Правила охраны сооружений, разработаны методы расчета параметров про цесса сдвижения и меры защиты зданий и сооружений от вредного влияния горных разработок. В результате многие вопросы, связан ные со сдвижением горных пород, на угольных месторождениях получили обоснованные инженерные решения.
Иная обстановка сложилась на рудных месторождениях. Изуче нием сдвижения горных пород на них занимались многие организа ции, но эти работы выполнялись в небольших объемах, носили эпи зодический характер и не имели надлежащей преемственности. В результате многие месторождения до последнего времени не имели каких-либо Правил или Указаний по охране сооружений и вопросы охраны сооружений решались на них по аналогии с другими место-
fi
рождениями, где характер сдвижения город считался более или менее изученным.
Начало работ по изучению сдвижения горных пород на рудных месторождениях относится к 1929— 1930 гг., когда на Урале, в Кривбассе и на Алтае были заложены первые наблюдательные станции. Первое обобщение результатов инструментальных наблюдений произведено Ц Н И М Б*в 1939 г. в Проекте временных правил [56] охраны сооружений для медных рудников Урала и для Криворож ского железорудного бассейна. Проект не получил широкого распро странения на Урале. Временные правила для Криворожского бас сейна были утверждены в 1939 г. и долгое время оставались един ственным нормативным документом по охране сооружений на руд ных месторождениях.
В период Великой Отечественной войны объем исследований резко сократился и многие вопросы, связанные со сдвижением гор ных пород, остались нерешенными. Слабая изученность вопросов сдвижения горных пород вызвала на многих рудниках серьезные последствия. Многочисленные примеры этого дает практика охраны сооружений, расположенных в лежачем боку залежей. В довоен ные годы, когда глубина разработок была невелика, считали, что породы лежачего бока залежей сохраняют устойчивость и не сдви гаются. Поэтому стволы и другие сооружения располагали близко к выходам залежей под наносы. Но с увеличением глубины разра боток породы лежачего бока на многих рудниках пришли в движение и в опасной зоне оказались многие ответственные сооружения.
Наиболее показательными в этом отношении являются примеры из практики Криворожского бассейна [28]. Здесь в зоне опасных сдвижений оказались сооружения крупнейшего рудника им. Дзер жинского: эксплуатационные и вентиляционные стволы шахт «Ги гант» и «Коммунар», здания подъемных машин, вентиляторы, электроподстанции, центральная компрессорная и многие другие сооружения. Устье ствола, копер и здание подъемных машин шахты «Коминтерн» рудника им. Коминтерна также находятся в зоне сдви жений. Начало сдвижения пород отмечено на руднике им. Кирова. Примерно такая же обстановка с охраной сооружений, располо женных в лежачем боку залежей, сложилась в послевоенные годы на ряде медных рудников Урала 115], Горной Шории и др. В на стоящее время в Криворожском бассейне заканчивается реконструк ция шахт: пройдены другие стволы, построены новые сооружения и принимаются меры по сохранению старых сооружений. Затраты средств на ликвидацию последствий слабой изученности вопросов сдвижения в прошлые годы только по одному Криворожскому бас сейну составляют десятки миллионов рублей.
В 1947 г. на Урале и в Кривом Роге исследовательские работы были возобновлены. В 1947 г. Уральский филиал ВНИМИ собрал
* Центральное научно-исследовательское |
маркшейдерское бюро создано |
в 1932 г., реорганизовано во ВНИМИ в 1945 |
г. |
и обработал материалы наблюдений по медным рудникам Урала [15]. Позже, в 1949 г., используя в основном эти материалы, Л. В. Ходов составил Временные правила охраны сооружений [45] на уральских предприятиях Главмеди. Временные правила имели существенные недостатки: углы сдвижения в них были определены не по деформа циям, а преимущественно по оседаниям земной поверхности, причем средние значения их, принятые в Правилах, отличались от мини мальных значений иногда на 7—11°; неясным остался вопрос, насколько пригодны рекомендуемые углы сдвижения для увели чившихся глубин разработок и др.
Учитывая несовершенство этих Временных правил, институт Уннпромедь в период 1948—1956 гг., проделав большую работу по изучению сдвижения горных пород на медных рудниках Урала,
составил |
новые Правила |
охраны сооружении |
[54], |
утвержденные |
в 1960 г. |
и действующие |
в настоящее время. |
После |
1956 г. объем |
исследований сдвижения горных пород на медных рудниках Урала заметно сократился.
В результате систематических исследований сдвижения горных пород в Криворожском железорудном бассейне, проводимых ВНИМИ
с1947 г., были составлены Временные правила охраны сооружений
[46].В этих Правилах сделана одна из первых попыток классифика ции залежей по характеру сдвижения горных пород. Объем исследо ваний по сдвижению горных пород в Кривбассе с каждым годом возрастает. В настоящее время они выполняются Криворожским опорным пунктом ВНИМИ, который в 1962 г. составил новые Пра вила охраны сооружений [55]. В 1966 г. эти Правила были пере работаны и пополнены новыми данными. В настоящее время вопросы сдвижения пород в Криворожском бассейне являются наиболее изученными.
Результаты наблюдений на уральских медных и криворожских железорудных месторождениях неоднократно использовались при составлении Указаний по охране сооружений для месторождений с неизученным характером сдвижения горных пород. Например,
в1952 г. институт НИГРИзолото составил Указания по охране сооружений на предприятиях Специального главного управления (СГУ) [62]. В Указаниях приведены углы сдвижения из Временных правил для предприятий Главмеди 1949 г., а также данные, полу ченные путем обследования предохранительных целиков на неко торых предприятиях СГУ.
ВНИИЦветмет, использовав данные Временных правил для ураль ских предприятий Главмеди и Криворожского бассейна, а также материалы наблюдений на рудниках Алтая и Средней Азии, выпустил
в1959 г. Временные указания по охране сооружений на месторо ждениях цветных металлов с неизученным характером сдвижения горных пород [47]. Упомянутые Указания оказались недостаточно обоснованными и поэтому в 1965 г. решением госгортехнадзоров
РСФСР, УССР и КазССР их действие было прекращено [49].
Таков небольшой перечень нормативных документов которыми
пользовались при |
решении |
вопросов |
сдвижения горных |
пород |
и охраны сооружений на рудных месторождениях до I960 г. Позже |
||||
ВНИМИ составил |
Временные |
правила |
охраны сооружений |
[48] |
для уральских железорудных месторождений, Указания по охране сооружений для Березовского (Урал), Кочкарского, Золотушинского, Садонского, Чиатурского и Советского месторождений и рудников Иртышского полиметаллического комбината*. Днепропетровским горным институтом составлены Указания по охране сооружений для Никитовского ртутного месторождения и для Никопольского мар ганцевого бассейна.
Учитывая, что обеспечить многочисленные месторождения от дельными Правилами или Указаниями по охране сооружений путем постановки па них длительных инструментальных наблюдений в бли жайшие годы не представляется возможным, а для новых, только проектируемых к разработке месторождений этот путь вообще не приемлем, ВНИМИ в период 1958—1965 гг. выполнил работы по составлению Временных правил охраны сооружений [49] для место рождений с неизученным процессом сдвижения горных пород. В этих Правилах на основе обобщения имеющихся материалов по сдвиже нию горных пород дана классификация месторождений по характеру процесса сдвижения, углы сдвижения и рекомендации по решению вопросов сдвижения горных пород на месторождениях с неизучен ным процессом сдвижения горных пород.
Составленные в последние годы Правила и Указания по охране сооружений упорядочили решение вопросов, связанных со сдви жением горных пород и охраной сооружений на рудных месторожде ниях. Но многие вопросы в Правилах и Указаниях решены только в первом приближении. Некоторые рекомендации их содержат излишний запас надежности, ряд важных вопросов вообще не полу чил отражения в Правилах. Поэтому следует констатировать, что исследовательские работы по сдвижению горных пород на рудных
месторождениях, как и |
прежде, |
продолжают отставать от темпов |
развития горнорудной |
промышленности. |
|
В настоящее время, |
в связи |
со значительным увеличением глу |
бины разработок и быстрым ростом зоны опасных сдвижений, на ряде рудников все большее значение стали приобретать вопросы охраны сооружений, расположенных в висячем боку залежей. На пример, в Криворожском бассейне в эту зону попадают сотни жилых домов, промышленные сооружения, участки железной дороги. Только по руднику им. Дзержинского в ближайшее время намечено к сносу около 470 индивидуальных домов общей стоимостью порядка од ного миллиона рублей. На Белоусовском руднике горные работы ведутся под поселком с двух- и трехэтажными домами. На руднике Таштагол зона сдвижения'подходит к поселку и железнодорожной
* Большинство Указапий не издано, они имеются в фондах ВНИМИ и на соответствующих горпьтх предприятиях.
станции. Перечисление подобных примеров можно было бы про должить.
На большинстве рудных месторождений охрана сооружений путем оставления предохранительных целиков является экономи чески невыгодной. Поэтому их охраняют, применяя различные гор нотехнические мероприятия, например закладку выработанного пространства, или сносят. Так, на Велоусовском руднике выемка руды под зданиями поселка осуществлялась системами с закладкой выработанного пространства, а под поймой реки Глубочанки — си стемами с оставлением целиков, поддерживающих породы в устой чивом состоянии. Применение закладки намечается также в Криво рожском бассейне.
Горнотехнические мероприятия, к сожалению, еще не получили должного распространения, поэтому на рудниках широко практи куют снос сооружений. В последнем случае весьма важно правильно определить границы зоны опасных сдвижений и сроки сноса соору жений. Неоправданный преждевременный снос сооруя{ений вызывает большой материальный ущерб. Например, уточнение этих вопросов только по руднику им. К. Либкнехта, выполненное Криворож ским опорным пунктом ВНИМИ, позволило продлить сроки эксплуа тации жилых домов и других сооружений на 5— 10 лет и сэкономить примерно 1,5 млн. руб. На руднике им. Орджоникидзе экономия со ставила около 1 млн. руб.
Выше мы кратко коснулись только некоторых вопросов, связан ных со сдвижением горных пород. В последние годы в практике горнорудных предприятий все чаще возникают сложные и мало изученные вопросы, связанные с охраной горных выработок и руд ных залежей от подработки, одновременной отработки месторожде ний открытым и подземным способами, вопросы выемки руды под водоемами и водоносными горизонтами и сокращения запасов руды в предохранительных целиках под сооружениями при большой глу бине разработки. Для решения этих вопросов необходимо знать не только характер и параметры процесса сдвижения горных пород в различных горногеологических условиях и уметь предрассчитывать величины сдвижений и деформаций горных пород и земной по верхности, но также знать, как реагируют различные сооружения на те или иные проявления процесса сдвижения, как они переносят те или иные деформации. Таков далеко не полный перечень вопросов, связанных со сдвижением горных пород и земной поверхности.
§ 2. Основные понятия и определения элементов процесса сдвижения
Каждое физическое явление, в особенности такое сложное, как процесс сдвижения, изучается прежде всего с качественной стороны. Качественная оценка процесса сдвижения заключается в установле нии его характера, под которым понимают различные сочетания форм или видов сдвижения и изменения состояния горных пород