книги / Сдвижение горных пород на рудных месторождениях

а) достаточно большая глубина разработки (200—300 м), боль­ шая мощность (более 30 м) и большая длина залежей по простиранию (более 350 ж);

б) наличие в лежачем боку малоустойчивых тонкопереслаивающихся пород с минимальными механическими характеристиками по их контактам;

в) крутой угол падения залежей и подстилающих пород (40—70°).

Рис. 19. Схема сдвижения пород лежачего''бока:

J — граница зоны трещин и террас; 2 — граница зоны сдвижения

2. Характер распределения напряжений в породах лежачего бока перед началом нового (следующего) обрушения пород вися­ чего бока изображен на рис. 19. На уровне разрабатываемого го­ ризонта в массиве лежачего бока возникает зона разгрузки I. Ниже горизонта очистных работ имеет место зона опорного давления II, а выше разрабатываемого горизонта щороды лежачего бока нахо­ дятся в зоне повторного сжатия III. Пунктирной линией на схеме показаны изменения в характере распределения пормальпых напря­ жений па контакте рудной залежи с породами лежачего бока по срав­

ные, напряжения сжатия, но величина деформаций их незначительна, так как массив находится во всестороннем напряженном состоянии.

В зоне разгрузки лежачего бока I породы, расслаиваясь и про­ гибаясь, выдавливаются в сторону выработанного пространства,

вследствие чего прочность их в этой зоне уменьшается. Значитель­ ному ослабленшо массива также способствует густая сеть подготови­ тельных выработок, область нарушения от которых затрагивает 30—40% вмещающей толщи пород лежачего бока. В результате приконтактная часть слоев пород лежачего бока в зоне III теряет опору и получает возможность сдвижения по слабым контактам

внаправлении падения слоев пород, т. е. по напластованию.

4.В сдвигающейся толще пород лежачего бока выделяются две характерные зоны:

а) зона трещин и террас, где сдвижение происходит с большими скоростями (50— 120 мм/месяц). Эта зона включает приконтактную

часть пород лежачего бока (см. рис. 19). Мощность зоны зависит в основном от мощности малоустойчивых (сравнительно менее устой­ чивых, чем другие породы) гидрогематитовых роговиков. По мере опускания очистных работ граница зоны трещин и террас в массиве пород распространяется на более глубокие горизонты без замет­ ного удаления от границ выработанного пространства. Ширина зоны на отдельных рудниках мало изменяется с увеличением глу­ бины и может быть принята постоянной. На земной поверхности зона проявляется в форме образования постоянно увеличивающихся трещин и террас. Сооружения на земной поверхности и подземные горные выработки, попадающие в эту зону, разрушаются;

б) зона плавных сдвижений, располагаемая за зоной трещин и террас. Ширина зоны с течением времени и увеличением глубины разработки увеличивается. Скорости сдвижений в этой зоне на раз­ ных рудниках различны. Наибольшие скорости оседаний составляют на руднике им. Дзержинского 4 мм/месяц, на руднике им. Комин­

Скорости сдвижений отдельных слоев в зоне плавных сдвижений по мере удаления от зоны трещин и террас уменьшаются до нуля. Несмотря на сравнительно малые скорости сдвижений, в этой зоне со временем появляются деформации, превышающие критические значения, опасные для зданий, сооружений и подземных горных выработок.

5. Для определения ширины зоны опасных сдвижений т' в за­ висимости от глубины разработки Н выведены эмпирические за­ висимости:

для рудника им. Дзержинского т' — 25 + 1,5 1f Н\ для рудника им. Коминтерна т' = 15 -f- 1,2 1ГИ.

Зона опасных сдвижений включает зону террас и трещин и зону плавных сдвижений без видимых трещин. В зоне плавных сдвиже­ ний скорость нарастания горизонтальных деформаций растяжения, наиболее опасных для сооружений, составляет 0,5—1 мм/м в год. Плавное и медленное нарастание деформаций позволяет продлить срок эксплуатации сооружений, попадающих в эту зону, путем при­ менения защитных конструктивных мероприятий.

6. Сохранность подземных горных выработок в зоне плавных сдвижений различна. В ортах и квершлагах появляется сеть трещин в бетонной крени, не нарушающая их нормальную эксплуатацию. Штреки, оказываясь в зоне повторного сжатия, начинают интенсивно разрушаться, особенно на двухпутевых участках, закрепленных монолитной бетонной крепыо. Для обеспечения длительной сохран­ ности полевых штреков (порядка 6—8 лет) их необходимо распола­ гать за границей зоны опасных сдвижений, определяемой по выше­ приведенным зависимостям, или применять специальные виды подат­ ливой крепи.

7. Скорости сдвижений отдельных точек в зоне плавных сдви­ жений остаются практически почти постоянными в течение всего периода развития процесса. Однако в результате резкого повышения интенсивности отработки отдельных участков (например, предохра­ нительных целиков) возможно некоторое увеличение скоростей сдвижений не только в зоне трещин и террас, но и в зоне плавных сдвижений.

Увеличению скоростей сдвижений может также способствовать обводнение рыхлых отложений (наносов) и коренных пород, которое существенно снижает их прочностные характеристики. Поэтому при охране сооружений необходимо предусматривать ликвидацию всех источников обводнения.

§6. Классификация месторождений и основные параметры процесса сдвижения, принятые в Правилах охраны

сооружений

Вновых Правилах охраны сооружений 1967 г. представлена простая и удобная для пользования классификация месторождений Криворожского бассейна (см. табл. 2 и 3), в которой все залежи разделены на три основные группы в зависимости от формы и ха­ рактера проявления процесса сдвижения земной поверхности.

Втабл. 3 приведены основные параметры процесса сдвижения при разработке пластообразных залежей II группы. Значения уг­ лов сдвижения и разрывов даны для средней и большой глубины

разработки, когда процесс сдвижения получает полное развитие. К числу основных параметров процесса сдвижения, необходимых для построения границ зон опасных сдвижений и границ предохрани­ тельных целиков, кроме общепринятых— углов сдвижения и уг­ лов разрывов, для Криворожского бассейна необходимо отнести углы воронкообразования, линии сдвижения и линии разрывов. Углы воронкообразования являются основным параметром для по­ строения границ зон опасных влияний при разработке залежей ограниченных размеров по простиранию (I группа). В некоторых случаях, особенно при совместной разработке залежей открытым и подземным способом, необходимо из общей мульды сдвижения от разработки залежей II группы выделить наиболее опасную ее часть — зону воронок. Это делается с помощью углов воронкообразования.

**** Кроме района балки Червоная.

В ранее действовавших в Криворожском бассейне Правилах ох­ раны сооружений не учитывалось влияние угла падения рудных залежей на величину углов р и р ". В этом отношении они расходились с Правилами охраны сооружений по другим как рудным, так и уголь­ ным месторождениям, где эта зависимость фиксировалась достаточно определенно. Объясняется это прежде всего тем, что на величину углов сдвижения и разрывов в условиях Криворожского бассейна оказывает влияние большое количество факторов, а углы падения большинства рудных залежей изменяются в небольших пределах и установить их влияние на углы сдвижения к тому времени не пред­ ставилось возможным. Дальнейшие исследования позволили уста­ новить для II группы залежей эмпирическую зависимость величины угла разрывов от угла падения налегающих пород и их угла внутрен­ него трения

вов с фактическими показывает хорошую сходимость результатов; отклонения в большинстве случаев не превышают ± 3 —5°. Формула в простой форме дает зависимость угла разрывов от двух факторов: угла падения и механической характеристики пород, которые срав­ нительно легко могут быть определены. Формула не может быть использована для условий разработок на верхних горизонтах, т. е. когда процесс сдвижения пород висячего бока еще не получил пол­ ного развития, а также при наличии в массиве тектонических на­ рушений или хорошо развитых систем трещин с углами падения, близкими к углам разрывов.

Существенным недостатком определения угла разрывов (5 " по вы­ шеприведенной зависимости является ТО, Что при этом необходимо точно знать геологический разрез и значение углов р. Поэтому в Правилах охраны (см. табл. 3) значения углов р и р ", установлен­ ные непосредственными инструментальными наблюдениями, при­ ведены для всех залежей. Но при изменении элементов залегания рудного тела или вовлечении в сдвижение толщи пород с резко отличающимися прочностными характеристиками эти углы могут ока­ заться неверными. В таких случаях рекомендуется углы Р" опреде­ лять по формуле (6).

Выше мы рассмотрели значения углов сдвижения и разрывов в висячем боку месторождений в главном сечении мульды сдвиже­ ния, где эти углы имеют минимальные значения. К торцам залежей или к границам отработки по простиранию, в результате бокового защемления слоев налегающих пород, происходит увеличение углов сдвижения р и углов разрывов р ". В новых Правилах охраны для Кри­

Для построения границ зон опасного влияния в лежачем боку залежей II группы в Правилах охраны сооружений 1967 г. вместо углов и Р" введены понятия линии сдвижения и линии разрыва. Это вызвано прежде всего тем, что изученность процесса сдвижения лежачего бока уже на данном этапе позволяет определять поверх­ ности сдвижений в массиве пород. Поскольку сдвижение происходит по напластованию пород, а контакты последних па вертикальном разрезе вкрест простирания не являются прямыми линиями, то определять границы зон углами будет неправильно.

Линиями сдвижения и разрыва в коренных породах лежачего бока называются линии, проведенные вдоль контактов пород лежа­

равном соответственно величине зоны сдвижения т! и величине зоны трещин и террас т" (см. рис. 9). Значения т' и пг" зависят от горно­ геологических условий и для конкретных залежей II группы при­ ведены в табл. 3.

Глава III

РЕЗУЛЬТАТЫ НАБЛЮДЕНИЙ НА УРАЛЬСКИХ МЕДНОКОЛЧЕДАННЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЯХ

§ 7. Краткая характеристика месторождений

Большинство уральских медноколчеданных месторождений при­ урочено к породам зеленокаменной полосы восточного склона Ураль­ ского хребта. Вмещающими породами являются преимущественно метаморфические сланцы (кварцево-серицитовые, кварцево-хлорито­ вые и др.), порфириты и альбитофиры. Месторождения представлены пластообразными и линзообразными рудными залежами. Рудные тела и вмещающие породы всегда залегают согласно; плоскости сланцеватости пород параллельны контактам рудных тел.

Длина рудных тел обычно составляет 50—200 м, реже 300— 500 м; как исключение, Западная жила Северо-Карабашского место­ рождения имеет длину 1300 м и рудное тело Дегтярского месторо­ ждения — 4800 м. Мощность рудных тел обычно не превышает 15— 20 м и лишь в отдельных случаях она увеличивается до 50—70 м. Падение крутое 45—90°. Глубина выклинивания месторождений составляет 400—500 м, иногда достигает 1000 м. Залежи предста­ влены сплошными и вкрапленными рудами. Коэффициент крепости руд и боковых пород по шкале М. М. Протодьяконова / = 3 20.

В верхних частях некоторых месторождений породы лежачего бока у контакта с рудным телом сильно разрушены и иногда превра­ щены в рыхлую массу с коэффициентом крепости 1—2; мощпость их 70—100 м. Контакты сплошных руд с вмещающими породами хорошо выражены. Вкрапленные руды, как правило, резких контактов

Фроловское месторождение Турьинского медного рудника отно­ сится ко второму типу и состоит из пяти гнезд сульфидной и вкрап­ ленной медной руды, имеющих линзообразные или штокообразиые формы весьма сложной морфологии. Залежи сульфидных медных руд приурочены к контакту известняков со скарнами, а залежи вкрапленных руд — к контакту скарнов с диоритами. Самым круп­ ным рудным телом на Фроловском месторождении является гнездо № 5 вкрапленной руды, имеющее протяженность по простиранию 350 л и по падению 300 м. Мощность рудного тела колеблется от 30 до 1,5 м с выклиниванием по падению. Падение в среднем

скарнами с / = 6 ч- 8, ниже — трещиноватыми мраморизоваипыми известняками. До глубины 100 м боковые породы значительно ослаблены сильно развитой трещиноватостью. G увеличением глу­ бины крепость и устойчивость пород повышаются.

Как по простиранию, так и по падению гнезда разбиты на от­ дельные рудные тела, которые разобщены между собой нерудными мощными толщами весьма устойчивых и крепких пород с / = 8 ч- 12» Относительно небольшие размеры залежей по простиранию» наличие значительного количества рудных целиков и безрудных участков в выработанном пространстве, малая выемочная мощность рудных тел и довольно устойчивые боковые породы явились причи­ ной того, что до 1939 г. на руднике не наблюдалось видимых приз­ наков сдвижения горных пород. В последующие годы сдвижение горных пород на этом руднике было вызвано влиянием разработки мощных (до 40 м) залежей вкрапленных руд на небольшой глубине (не более 100 м) с применением систем с обрушением и систем с зак­ ладкой. На земной поверхности оно проявилось в образовании

провалов и трещин.

Наблюдения за сдвижением земной поверхности были органи­ зованы в 1940 г. после появления первых видимых признаков сдви­ жения поверхности на участке расположения технических сооруже­ ний рудника. Институтом Унипромедь исследования на руднике были начаты в 1955 г. по четырем наиболее характерным профиль­ ным линиям и периодически продолжались до 1965 г. При опреде­ лении значений углов сдвижения и разрывов на месторождении были проанализированы результаты наблюдений прежних лет и богатый фактический материал маркшейдерского отдела рудника в виде вертикальных разрезов с нанесенными на них трещинами и конту­ рами выработанного пространства. Углы сдвижения и углы разры­ вов, построенные с глубины 50—110.W, оказались равными: р = 40°;

на поверхности не было отмечено появления критических деформа­ ций (рис. 20), а углы сдвижения изменили свое значение в сторону увеличения, приблизились к углам разрывов и оказались равными Р" = = 56 -5-57°.

Глубина очистных работ на отдельных участках месторождения достигла 425 ж. Отношение длины выработанного пространства L

рудных), уменьшение средней мощности с 13 до 6 ж явились основ­ ными причинами замедления и прекращения развития процесса