книги / Сдвижение земной поверхности под влиянием горных разработок

Продолжение табл. 12

Основываясь на этих данных, А. Н. Медянцев рекомендует следующие соотношения:

где а—угол падения пласта, град.

Н. К. Леонтьев на основе обработки наблюдений в Дон­ бассе нашел:

бассе (Прокопьевский район) в случае выемки крутопадаю­ щего пласта с образованием провала на поверхности земли.

Здесь горизонтальные деформации на обоих краях мульды получают развитие в форме растяжений. Образование провала с перепуском наносов в выработанное пространство вызывает быстрое затухание сдвижений и деформаций к границе мульды, ограниченной углом р. Угол обрушения пород со стороны висячего бока в среднем составляет 40°. Особенно значитель­ ные деформации локализируются в сравнительно узкой по­

под наносы тектонических трещин или слабых пород резко усиливаются.

Особенно много провалов образуется в ПрокопьевскоКиселевском районе Кузбасса в связи с выемкой мощных крутопадающих пластов.

По данным Е. В. Куняева, размеры и условия образования провалов следующие. Зона провалов со стороны висячего

нения границы провала со стороны висячего бока. Со стороны лежачего бока зона провалов ограничивается линией, прове­ денной в наносах под углом наклона 45° от выхода лежачего бока пласта. При угле падения пласта более 75° ширина про­ вала вкрест простирания равна приблизительно 5-кратной мощ­ ности пласта, но не менее 20 м. По простиранию зона про­ валов ограничивается отвесной линией, проведенной от границы очистных работ до наносов и по наносам линией, проведенной под углом 45°.

Выше мы привели схемы распределения векторов сдвижений и деформаций при наклонном и крутом залегании пласта, под­

ховым в процессе наблюдений за сдвижением толщи наносов и коренных пород на контакте с наносами.

Наблюдения проводились в Челябинском бассейне в под­ рабатываемых шурфах на двух шахтах (№ 45 и 42 „Капиталь­ ная*) с углами падения пластов 40 и 14°, при мощности нано­ сов около 10—15 ж (рис. 20).

Наблюдения зафиксировали различное направление сдви­ жений точек, расположенных на земной поверхности и на контакте коренных пород с наносами.

Рис. 20. Векторы сдвижения точек земной поверхности и контакта коренных пород с наносами в случае значительной мощности наносов

Векторы сдвижения коренных пород в центральной части мульды направлены по нормали к пласту, а в наносах к цент­ ру мульды, т. е. так же, как и при горизонтальном залегании

Рис. 21. Срез шурфа на контакте коренных пород с наносами (Челябинский бассейн, шахта № 45)

пласта. Такое явление объясняется отрывом коренных пород от наносов на контакте и тенденцией наносов сдвигаться вниз, не повторяя горизонтальных сдвижений толщи коренных пород.

Вследствие этого шурф, испытывающий в различных точках различно направленные горизонтальные сдвижения, сре­ зается, что и наблюдалось на указанной шахте (рис. 21).

84

Различный характер сдвижения нанссов и коренных пород ведет к резкому изменению зависимости между вертикальными и горизонтальными сдвижениями земной поверхности. Горизон­ тальная составляющая сдвижений не подчиняется соотно­ шению (1). Она уменьшается, что ведет к появлению более благоприятных условий для подработки сооружений.

Величина сдвижений и деформаций существенно зависит также от степени естественной нарушенное™ пород ранее произведенными горными работами (при повторных подра­ ботках).

В этом случае пониженная жесткость прогибающихся слоев толщи горных пород вызывает расширение границ мульды, увеличение высоты зоны наибольших сдвижений АВС (рис. 2), величины и скорости оседаний, изменение распределения де­ формаций в мульде.

В настоящее время этот вопрос пока изучен слабо, вслед­ ствие чего не представляется возможным дать достаточно обоснованную характеристику распределения деформаций при повторных подработках.

§ 2. УГЛЫ СДВИЖЕНИЯ. ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЕ СВЕДЕНИЯ

Углы сдвижения относятся к числу основных параметров, характеризующих процесс сдвижения горных пород и земнойповерхности.

Без знания этих углов невозможны оконтурнвание зоны' влияния горных разработок и расчет охранных целиков.

В литературе углы сдвижения иногда отождествляют с уг­ лами наклона поверхностей или плоскостей сдвижения. В свете современных данных такое определение, приписывающее физи­ ческий смысл указанным поверхностям, ц'ак поверхностям сдвижения, нельзя признать удачным. Под углами сдвижения следует понимать углы наклона некоторый условных линий,1 которые на вертикальных разрезах соединяют границы очист­ ной выработки, вызвавшей сдвижение пород, с соответствую­ щими точками мульды сдвижений.

Этими точками могут быть:

1)точки с нулевыми сдвижениями и деформациями. Полу­ чаемые в этом случае углы называются граничными углами сдвижения. Они определяют истинный контур мульды сдви­ жений;

2)точки с некоторыми критическими или предельно допу­ стимыми (для охраняемых сооружений) сдвижениями или

деформациями. Найденные по этим точкам углы позволяют

1 Геометрическим местом этих линий является некоторая условная поверх­ ность.

85

оконтуривать ту часть мульды сдвижений, в пределах которой наблюдается проявление опасных деформаций.

В тех случаях, когда в качестве критериев используются вертикальные сдвижения, полученные углы называют углами оседания. Таким образом, углы сдвижения — понятие более широкое, которое включает в себя и углы оседания.

При определении углов сдвижения по критическим сдви­ жениям и деформациям должны быть указаны числовые зна­ чения последних.

В соответствии с этим можно предложить следующие обо­

3)по восстанию пласта:

а) в висячем боку в подработанной толще

растяжениям е) определялись углы сдвижения. Необходимость подразделения углов у на Цвн, цъ и х* по­

ясняется ниже.

На практике при определении углов сдвижения пользуются вертикальными разрезами по главным сечениям мульды. В этих сечениях углы сдвижения имеют максимальное значение.

Углы сдвижения в диагональных сечениях в процессе на­ блюдений не определяются и в случае необходимости нахо­ дятся по интерполяционным формулам.

Вследствие неизбежных ошибок инструментальных наблю­ дений определение истинных граничных углов является не­ выполнимой задачей. Практически эти углы определяют не по нулевым сдвижениям, а по величинам, близким к ошибкам инструментальных наблюдений.

По данным наблюдательных станций Донбасса граничные углы на 12 — 20° положе углов, определяемых по критическим деформациям. Такие же данные получены в Карагандинском бассейне. Следует отметить, что при охране сооружений гра-

86

яичные углы не представляют практического интереса, так как нас обычно интересует не вся мульда сдвижений, а та часть ее, где наблюдается проявление опасных деформаций.

Поэтому на практике почти во всех случаях ограничи­ ваются определением углов сдвижения по точкам с некото­ рыми критическими значениями сдвижений или деформаций.

Эти критические значения до сих пор достаточно не обо­ снованы и носят до некоторой степени условный характер.

В 1930 г. Украинским (Харьковским) филиалом ЦНИМБ была предпринята первая попытка обосновать величину кри­ тических деформаций поверхности, допустимых для соору­ жений различных категорий.

Для решения этого вопроса использованы наблюдения на реперах наблюдательных станций № 4 и 6, заложенных в стенах капитальных шахтных и заводских сооружений, а так­ же материалы обследования случаев деформации зданий на шахтах № 19/20, им. Румянцева, на руднике Узловом и шахте „Юнком".

Полученные данные позволили установить, что для охра­ няемых сооружений оседания и горизонтальные сдвижения в пределах до 20 мм безопасны. В соответствии с этим было рекомендовано определение углов сдвижения производить по оседанию 20 мм или по вектору полного сдвижения

V 20а + 20» SS 30 мм.

В последующем, вплоть до 1939 г., указанные критерии использовались при обработке наблюдений в Донбассе.

Недостаточная обоснованность этих критериев, не учиты­ вающих других деформаций (сжатий, растяжений, наклонов и неравномерности наклонов), была вполне очевидна. Поэтому

(доц. В. Е. Ермаков и инж. М. В. Коротков) была проведена специальная работа по уточнению ранее предложенных кри­ тических деформаций.

Работа проводилась путем: 1) обследования и анализа слу­ чаев подработки сооружений в Донбассе (70 случаев); 2) по­ становки специальных наблюдений за поведением поверх­ ности и подрабатываемых сооружений (двух- и трехэтажные дома на шахтах им. Лутугина треста Чистяковантрацит, № 8 треста Артемуголь, им. Ф. Кона и № 4 .Ливенка" треста Куйбышевуголь); 3) исследования величин деформаций по 34 мульдам сдвижений.

Проведенные работы позволили в первом приближении рекомендовать числовые значения безопасных глубин и пре­ дельные значения деформаций поверхности, допустимых для сооружений различных категорий (табл. 13).

S7

ранее заложенным станциям были пересмотрены и определены по новым критериям.

В других бассейнах работы по обоснованию критических деформаций не проводились. Здесь пользовались в основном данными Украинского филиала ВНИМИ.В некоторых случаях в эти данные вносились незначительные изменения. Так, в Кизеловском бассейне до 1940 г. углы сдвижения определялись по оседаниям 20 — 25 мм. При обобщении наблюдений в связи с составлением Правил охраны сооружений (1940, 1946 гг.> углы сдвижения по ранее заложенным станциям были пере­ смотрены и определены с учетом следующих деформаций:

1)наклоны кривой оседаний 4 мм/м\

2)неравномерности наклонов 2 мм/ма;

3)горизонтальные деформации (растяжения) 2 мм/м. Отступление от табл. 13 сделано ввиду обнаружившегося:

резкого несоответствия углов, полученных по растяжениям и другим критериям.

68

Таблица 14

Сравнительная величина вертикальных сдвижений, принимаемых яри определении углов £ и других деформаций на краю мульды в сторону

падения пласта (Кузбасс)

Углы зависят не только от числовых значений, но и от ви­ да принимаемых деформаций. При этом разность между угла­ ми, определяемыми по различным деформациям, зависит от характера мульды сдвижений. При образовании мульд с отно­ сительно крутыми краями углы, найденные по различным кри­ териям, практически близки друг к другу, поэтому за окон­ чательный результат принимают минимальное или среднее из значений, полученных по различным критериям (Челябинский бассейн, Кизеловский бассейн и др.).

В табл. 15 приводится сопоставление углов по данным не­ которых наблюдательных станций Челябинского и Караган­ динского бассейнов. Согласно этой таблице, для указанных бассейнов при существующих в настоящее время небольших глубинах разработки углы, получаемые по наклонам, чаще

является характерным. Оно может измениться при увеличении

90