книги / Сдвижение горных пород и защита подрабатываемых сооружений

г. кратч Сдвижение горных пород и защита

подрабатываемых

сооружений

ПРЕДИСЛОВИЕ К РУССКОМУ ИЗДАНИЮ

Предлагаемый советскому читателю перевод с немецкого монографии проф. Г. Кратча «Сдвижение горных пород и защита подрабатываемых сооружений» является второй книгой с изложением опыта ФРГ по данному направлению, выходящей в переводе на русский язык. В 1960 г. вышла в свет книга О. Люткепса «Строительство в районах торных разработок», 1957 г. (М., Стройиздат, 1960), посвященная вопросам конструктивных мер защиты подрабатываемых зданий и сооружений. В настоящее время конструктивные меры защиты зданий и со­ оружений, строящихся на подрабатываемых территориях, широко внедряются в нашей стране и практически все сооружения строятся с применением кон­ структивных мер защиты.

Специалистам известны монографии О. Нимчика (ФРГ), Т. Кохманьского (ПНР), однако на русский язык они не переводились.

Монография Г. Кратча дает возможность горным инженерам-маркшей- дерам, инженерам-строителям и инженерам других специальностей, занима­ ющимся вопросами сдвижения земной поверхности, охраны подрабатываемых зданий и сооружений, ознакомиться с современным состоянием этой проблемы в ФРГ. Одним из ее достоинств является комплексность. В монографии в той или иной степени освещены все аспекты проблемы, начиная от сдвижений непосредственной и основной кровли массива горных пород и кончая сдвиже­ нием земной поверхности, вопросами об охране шахтных стволов и подземных зданий и сооружений разнообразных по конструкции и назначению, а также экономическими и правовыми вопросами. Ознакомление с монографией по­ зволит составить представление обо всей проблеме в целом, а по некоторым

нографии описан метод определения воздействий, оказываемых подземными горными работами па шахтные стволы, трубопроводы и железные дороги, основанный на одних и тех же предпосылках. Это является весьма перспективным и, очевидно, будет использовано советскими специалистами.

Набор применяемых в ФРГ конструктивных и горных мер ;ЦщИТЫ под­ рабатываемых зданий, сооружений в основном совпадает с прйМ<Я*ЯЮщИмися в нашей стране. Однако конкретное их применение имеет ряд сйсЦифических особенностей, и специалистам весьма полезпо ознакомиться с и* Ьпоттотгаом на конкретных примерах.

Ознакомление с монографией Г. Кратча будет весьма п ол н ы м для

Р. А. Муллещ \\%д Петухов-

ПРЕДИСЛОВИЕ

После выхода в свет в 1949 г. работы О. Нимчика «Сдвижение горных пород» прошло уже 25 лет. Выполненные за это время в ФРГ и других странах исследо­ вательские работы способствовали значительному развитию науки о сдвиже­ нии горных пород, пришла на помощь новая техника — ЭВМ и аналоговые вычислительные приборы и имел место обмен опытом на международных кон­ грессах и конференциях. После стадии бурного развития исследований насту­ пило некоторое затишье, позволившее мне заново взглянуть на науку о сдви­ жении горных пород с позиций современного состояния наших знаний и объе­ динить в одной книге результаты исследований, рассеянные в многочисленных работах различных авторов. При написании этой книги большое значение придавалось отбору наиболее актуального материала и изложению его более кратко и понятно, чтобы читатель мог представить себе всю эту информацию в виде стройной системы знаний о сдвижении горных пород и защите подраба­ тываемых сооружений. Для этого в книгу введены многочисленные иллюстра­ ции, преимущественно новые, а также таблицы.

Ссылки в тексте даны лишь на некоторые, наиболее известные работы, но из этого не следует делать вывод, что им отдается предпочтение перед много­ численными другими, приводимыми в библиографическом списке в конце книги.

Эта книга составлялась главным образом как практическое руководство для маркшейдеров, горных инженеров, архитекторов и инженеров-строите- лей, но может быть полезна также студентам и аспирантам для получения общего представления о всей дисциплине в целом. Кроме того, она может помочь в случае необходимости быстрого ознакомления с данной отраслью знания, например на судебных процессах об ущербе, причененном горными работами владельцам земельных участков, или для учета возможных повре­ ждений зданий при проектировании строительства городов. Для детального ознакомления со специальными проблемами, о которых в этой книге часто

ВВЕДЕНИЕ

При подземной разработке месторождений полезных ископаемых на большой площади породы покрывающей толщи над выработанным пространством осе­ дают, вследствие чего на земной поверхности могут образовываться провалы в виде воронок или траншей, трещины, уступы и значительные по размерам впадины (мульды оседания), в которых вертикальные и горизонтальные сдви­ жения грунта могут достигать нескольких метров. Такие сдвижения земной поверхности в ряде каменноугольных бассейнов Европы уже с середины прош­ лого столетия стали наносить серьезный ущерб зданиям, сооружениям, путям сообщения и сельскому хозяйству, и владельцы поврежденных объектов на­ чали требовать от лиц, производивших разработку недр, возмещения причи­ ненных убытков, в случае необходимости обращаясь к помощи суда. Чтобы воспрепятствовать предъявлению на судебных процессах необоснованных требований о возмещении убытков, маркшейдеры горных предприятий с начала нынешнего века стали закладывать на шахтных полях наблюдательные стан­ ции и вести систематические наблюдения за сдвижениями земной поверхности. На основе обобщения результатов этих наблюдений и теоретических предста­ влений о процессе сдвижения земной поверхности возникла новая область науки — сдвижение горных пород, которую с 1931 г. начали изучать в немец­ ких высших горных учебных заведениях.

В первое время считалось, что достаточно знать только степень ущерба,, нанесенного сооружениям на земной поверхности, и время, в течение которого та или иная горная выработка оказывала воздействие на эти сооружения, чтобы оценить долевое участие различных шахт в причиненном ущербе и соот­ ветственно распределить суммы, подлежащие выплате в возмещение убытков. Однако по мере развития горной промышленности и роста числа и стоимости возводимых на подрабатываемой теоритории зданий и сооружений число предъявляемых горным предприятиям претензий настолько возросло, что владельцы этих предприятий сами стали стремиться сделать все возможное, чтобы уменьшить степень воздействия горных работ на земную поверхность. Поэтому основной задачей науки о сдвижении горных пород в настоящее Время является разработка методов:

расчета сдвижения горных пород и земной поверхности над выемочными полями;

определения силовых воздействий на подрабатываемые здания, сооруже­ ния и горные выработки в результате сдвижения горных пород ^ земной по­ верхности;

снижения вредного воздействия горных разработок путем рационального ведения горных работ, применения конструктивных защитных мероприятий

и регионального планирования застройки угленосных площадей зданиями,

и защите подрабатываемых сооружений относится к геотехническим дисци­ плинам, однако наряду с анализом процесса сдвижения земной поверхности и структуры массива горных пород в ней подлежат изучению и другие отрасли знания, с которыми приходится иметь дело маркшейдерам, — горное законо­ дательство, законы о землеустройстве, горное и строительное дело, горная геомеханика, механика грунтов, дорожное строительство, сельское хозяйство, гидрогеология и градостроительство.

При проектировании новых горных выработок или сооружений надземной поверхности меры их защиты от влияния горных разработок принимаются исходя из плана развития горных работ, данных маркшейдерских наблюдений за сдвижением горных пород и результатов ожидаемых величин сдвижений и деформаций земной поверхности. Применяемые меры защиты должны обеспе­ чить возможность отработки полезного ископаемого под населенными пунк­ тами, промышленными предприятиями и путями сообщения при эконохмически приемлемых размерах затрат на осуществление защитных мероприятий и на ре­ монт поврежденных объектов.

С увеличением глубины разработки в область влияния очистных работ попадают капитальные горные выработки, в том числе шахтные стволы, а по­ этому приходится принимать хмеры к защите горных выработок от вредного воздействия очистных работ. Поскольку эти проявления процесса сдвижения не связаны с увеличением опорного давления у очистной выработки или с яв­ лениями разгрузки и обрушений в массиве горных пород, а вызываются только сдвижением горных пород, то ествественно что борьба с ними осуществляется маркшейдерами методами, разработанными наукой о сдвижении горных пород и земной поверхности. Поэтому уже в 30-х годах в круг решаемых этой наукой задач были включены вопросы о планировании горных работ в пределах околостволыШх предохранительных целиков и мероприятия по защите шахтной крепи от повреждений, что позволило осуществить выемку значительных запасов полезных ископаемых из предохранительных целиков.

Наконец, наука о сдвижении горных пород решает задачу обеспечения безопасности. Применение горнотехнических и строительных защитных меро­ приятий позволяет предохранить расположенные в горнопромышленных райо­ нах транспортные сооружения, линии наземных и подземных коммуникаций, а также общественные здания и здания, являющиеся памятниками архитек­ туры от повреждений, могущих нарушить их нормальную эксплуатацию или создать угрозу для жизни людей.

Различия между родственными науками — горной геомеханикой и сдвиже­ нием горных пород — заключаются в следующем: в горной геомеханике рассма­ триваются в основном изменения напряженного состояния и нарушения струк­ туры породного массива вблизи подземных горных выработок, и целью этих исследований является снижение конвергенции в выработках, предотвращение горпых ударов, снижение потерь полезного ископаемого путем оставления

целиков по возможности небольших размеров и использование горного давления для облегчения работ по выемке полезного ископаемого. Таким образом, в горной геомеханике в центре внимания находится система «породный массив — очистная выработка — целики», статическое равновесие которой нарушено ведением горных работ (статическая модель). В отличие от этого в науке о сдви­ жении горных пород рассматривается прежде всего система «грунт — фундамент сооружения» (или «порода — шахтная крепь»), находящаяся под влиянием перемещений слоя горных пород на значительном удалении от вы­ зывающей эти перемещения очистной выработки (кинематическая модель). Предложенное О. Нимчиком в его учебнике «Сдвижение горных пород» вклю­ чение горной геомеханики в состав науки о сдвижениях пород в настоящее время представляется нецелесообразным, так как, несмотря на общую цель — снижение затрат и обеспечение безопасности горных работ, характер решаемых этими науками задач соверешенно различен и они по-разному рассматриваются с точки зрения горного законодательства. Поэтому последующее изложение будет разделено только на три части, в первой из которых будут рассматри­ ваться вызванные ведением горных работ сдвижения слоев пород в толще горного массива, остающегося в основном ненарушенным, во второй — пере­

Основное внимание в книге уделено проблемам сдвижения горных пород и земной поверхности в условиях густонаселенных угольных бассейнов ФРГ, главным образом Рурской и Саарской областей, где в настоящее время раз­ рабатываются свиты пластов средней мощности на глубинах около 750 м при большой площади очистных выработок без оставления целиков. Поэтому по­ роды покрывающей толщи сразу же после выемки угля оседают позади под­ держиваемой крепью призабойного пространства как прогибающаяся плита, разрушаясь только вблизи выработки. Подобным же образом оседают породы покрывающей толщи при разработке мощных рудных тел и пластов каменной соли, хотя здесь процесс оседания замедляется благодаря оставлению невынутых «островов» полезного ископаемого. Значительные по величине оседания земной поверхности могут происходить также вблизи бортов карьеров в связи с понижением уровня грунтовых вод. Закономерности процесса сдвижения, характер развития повреждений и способы защиты сооружений в условиях каменноугольной промышленности остаются в основном такими же и во мно­ гих других отраслях горной промышленности. Вредное воздействие горных работ на наземные сооружения практически отсутствует только при разработке рудных месторождений жильного типа, а также при добыче нефти и природ­ ного газа 1.

1 В некоторых случаях слабые газоносные породы при снижении норового давления газа, противодействующего нагрузке от веса вышележащей породной толщи, могут про­ являть податливость, в результате чего на земной поверхности может иметь место оседание, достигающее нескольких метров, как это наблюдалось, например, вблизи Сан-Франциска (США).