Войти  |  Регистрация
Авторизация

Общие сведения о процессе сдвижения горных пород под влиянием подземных разработок



До подработки массивы горных пород находятся в естественном напряженном состоянии, о происхождении которого высказаны следующие гипотезы.
1. Гипотеза А. Гейма (конец XIX в.), по которой предполагается, что в горных породах в результате непрерывного пластического деформирования напряжения по всем направлениям выравниваются и массивы находятся в равностороннем (гидростатическом) сжатии. А. Гейм считал, что основной причиной возникновения напряжений являются гравитационные силы, которые определяются давлением столба вышележащей толщи. По этой гипотезе напряжения, действующие на гранях кубика изотропного массива (рис. ХII.1) со стороной, равной 1 см, расположенного на глубине Н, будут равны
Общие сведения о процессе сдвижения горных пород под влиянием подземных разработок

где γ — плотность горных пород, кг/см3; σв — вертикальные напряжения, кгс/см2; σг', σг'' — горизонтальные напряжения, действующие в двух взаимно перпендикулярных направлениях, кгс/см2.
2. Гипотеза упругого состояния горного массива предложена акад. А.Н. Динником в 30-е годы. В ней горные породы рассматриваются как упругие изотропные тела. Напряженное состояние рассмотренного выше кубика выражается зависимостями:
Общие сведения о процессе сдвижения горных пород под влиянием подземных разработок

где μ — коэффициент Пуассона, показывающий отношение поперечной относительной деформации к продольной относительной деформации.
В обеих гипотезах предполагается статическая уравновешенность земной коры.
3. Современная гипотеза. Наблюдения последних лет, проведенные в не тронутых горными работами массивах горных пород, показали, что фактически напряжения зачастую не соответствуют первым двум гипотезам.
Общие сведения о процессе сдвижения горных пород под влиянием подземных разработок

Первые инструментальные данные о том, что поля напряжений в нетронутых массивах горных пород отличаются от гравитационных, были получены шведским исследователем Н. Хастом на рудниках Скандинавии. Им было установлено, что существующие горизонтальные напряжения намного превосходят по величине напряжения, обусловленные массой пород. Так, сумма горизонтальных главных напряжений σг' + σг'' уже у земной поверхности равна 160 кгс/см2; с увеличением же глубины напряжения увеличиваются по линейному закону и на Скандинавском полуострове при глубине 1000 м достигают 1050 кгс/см2.
Накопленный в настоящее время обширный материал инструментальных наблюдений показал, что практически повсеместно в земной коре существуют поля напряжений, характеризующиеся повышенными значениями горизонтальных напряжений, которые зачастую на 50—300 кгс/см2, а иногда даже на 500 кгс/см2 превосходят величину гидростатического давления.
Приведенные выше материалы подтверждают мнение о том, что в верхних слоях земной коры возможно существование дополнительно к гравитационным (геостатическим) полям напряжений геодинамических полей напряжений, возникающих за счет тектонической деятельности Земли. Считается установленным, что геодинамические поля напряжений возрастают с глубиной.
Исходные поля напряжений определяют характер нового напряженного состояния, возникающего после образования в массиве полости после проведения выработки. Величина и особенности перераспределения напряжений зависят от формы выработки. На рис. XII.2 приведено распределение напряжений вокруг выработки квадратного поперечного сечения, полученное на моделях из оптико-поляризационного материала (цифрами показана концентрация напряжений после проведения выработки).
Общие сведения о процессе сдвижения горных пород под влиянием подземных разработок

В начальный период, когда забой лавы еще не отошел от разрезной печи на большое расстояние, непосредственная кровля пласта находится в относительно устойчивом состоянии и ее сдвижение (изгиб) происходит в небольших пределах. По мере расширения выработанного пространства величина и скорость сдвижения возрастают. Сплошность слоев нарушается, они расслаиваются. В пластах, примыкающих к выработанному пространству, образуются трещины и разломы и происходит обрушение слоев кровли в выработанное пространство.
С увеличением размеров выработанного пространства происходит расширение зоны деформаций горных пород. При некотором соотношении размеров выработанного пространства и глубины горных работ зона сдвижений достигает земной поверхности.
В общем случае вокруг очистной выработки можно выделить следующие зоны деформаций горных пород (рис. ХII.3, 4).
Общие сведения о процессе сдвижения горных пород под влиянием подземных разработок

Зона обрушения I, непосредственно прилегающая к выработанному пространству и характеризующаяся тем, что в ней происходят отделение от массива слоев пород, расчленение их на блоки и обрушения в выработанные пространства с нарушением природного строения и связей. Высота зоны обрушения зависит главным образом от соотношения мощностей отдельных слоев непосредственной кровли и мощности извлекаемого полезного ископаемого, крепости слоев непосредственной кровли, применяемой системы разработки и угла падения пласта. Приближенно она может быть определена по формуле
Общие сведения о процессе сдвижения горных пород под влиянием подземных разработок

где m — вынимаемая мощность пласта; k — коэффициент разрыхления пород; α — угол падения пласта.
По данным натурных наблюдений высота зоны обрушения по нормали к пласту в большинстве угольных бассейнов не превышает 3—4-кратную мощность пласта.
Зона изгиба II наблюдается как в налегающей толще, так и в подстилающих породах. Деформации пород в этой зоне происходят в виде расслоения толщи на отдельные слои и их изгиба с сохранением связей между отдельными блоками. В зоне изгиба различают две части: зону прогиба с образованием трещин, примыкающую непосредственно к зоне полных оседаний, и зону прогиба без образования трещин и расслоений, расположенную над зоной прогиба с образованием трещин.
В породах почвы изгиб слоев происходит в результате упругого восстановления пород в области разгрузки.
Зона опорного давления III развивается в прилегающей к пласту области вблизи границы очистной выемки. Величина и характер зоны опорного давления в покрывающих породах зависят от зависания пород у границ выработки, глубины горных работ и свойств пород, в которых пройдена выработка.
Опорное давление возникает в массивах горных пород вследствие того, что проведение выработки лишает вышерасположенный массив опоры, он зависает и, как следствие, его масса перераспределяется на горные породы, окружающие эту выработку (рис. ХII.5). Теоретически опорное давление должно распространяться за Пределами выработки бесконечно, но на практике зона опорного давления не превышает расстояния 80—100 м от стенки выработки. Если бы материал залежи, в котором проводится выработка, был абсолютно твердым телом, то эпюра опорного давления имела бы вид а, показанный на рис. XII.6. В реальных же условиях в призабойной зоне происходит разрушение части залежи, непосредственно прилегающей к выработке. В объеме, где произошло разрушение, горные породы перестают сопротивляться усилиям со стороны кровли и в результате происходит смещение максимума опорного давления в глубь массива (см. рис. XII.6, б).
Общие сведения о процессе сдвижения горных пород под влиянием подземных разработок

Зона полных сдвижений IV образуется как на поверхности, так и в толще пород. Принято считать, что в зоне полных сдвижений напряженное состояние близко к гравитационному.
При отработке мощных крутых угольных пластов часто происходят оползания пород лежачего бока и образования провалов на поверхности над выходами пластов (см. рис. XII.4).
Процесс движения горных пород на рудных месторождениях отмечается своеобразием, которое объясняется более сложными, чем на угольных месторождениях, горно-геологическими условиями.
В общем случае все рудные месторождения по признаку сдвижения горных пород разделяются на три типа:
1) со слоистым строением вмещающих пород и согласно залегающими с ними рудными телами;
2) с неслоистым строением вмещающих пород;
3) со слоистым строением вмещающих пород и несогласно залегающими с ними рудными телами (главным образом жильные месторождения).
К типичному представителю первого типа месторождений относится Криворожский железорудный бассейн, где рудные залежи представлены в основном телами большой мощности крутого залегания и процесс сдвижения на земной поверхности проявляется в виде образования воронок обрушения, провалов, оползней, трещин и относительно небольших зон сдвижения без разрыва сплошности пород.
При начавшемся процессе сдвижения в условиях Криворожского бассейна прежде всего появляется и развивается зона сдвижения без разрыва сплошности пород, которая резко, без заметных предварительных признаков переходит в зону обрушения. После образования зоны обрушения зона сдвижения без разрыва сплошности пород уничтожается совсем или остается на весьма небольшом участке. Мульда сдвижения в главных сечениях является несимметричной: висячий бок разрушается более интенсивно и под более пологими углами, чем лежачий бок (рис. XII.7). Период времени между отработкой рудного тела и появлением процесса обрушения на поверхности равен 1—3 мес.
Общие сведения о процессе сдвижения горных пород под влиянием подземных разработок

Для Кривого Рога принято различать следующие особенности процесса сдвижения в зависимости от размеров залежей:
- при отработке залежей длиной 700—2500 м наблюдается периодическое обрушение пород висячего бока вслед за погашением выработанного пространства;
- при отработке залежей длиной 250—700 м с увеличением глубины горных работ происходит зависание пород висячего бока;
- при отработке залежей до 250 м по мере понижения очистной выемки происходит обрушение пород висячего бока участками по простиранию или падению с отставанием от горизонта очистных работ. Начиная с некоторой глубины, обрушения висячего бока не выходят на поверхность.
При переходе горных работ на глубины более 400—500 м в Криворожском бассейне начались случаи сдвижения пород лежачего бока мощных крутых залежей (зона V на рис. XII.4), которые были отмечены при разработке пластообразных залежей неограниченного простирания и наличии в приконтактной зоне слабых, легко разрушающихся пород. Размер этой зоны сдвижения в лежачем боку при разработке залежей мощностью более 50 м и крепости пород лежачего бока f > 5 равен 0,15H (Н — глубина разработки); для залежей мощностью до 50 м и крепостью пород лежачего бока от 5 до 8 размер опасной зоны равен около 0,08H.
На месторождениях второго типа с неслоистым строением вмещающих пород и сложенных, как правило, крепкими породами сдвижение происходит в резкой форме в виде сдвига или отрыва по трещинам и обрушений. Зона плавных сдвижений практически отсутствует, углы сдвижений контролируются трещиноватостью.
При разработке жильных месторождений, представленных главным образом рудными телами небольшой мощности и залегающих в крепких вмещающих породах, в сдвижение в основном вовлекаются только выветрелые породы и наносы. На поверхности при этом образуются воронки, трещины, террасы.
Комментарии (1)
Артем 23 июля 2021 09:01
Подскажите пожалуйста, из какого источника взята информация для данного поста?
Цитировать        1
Добавить комментарий
Ваше Имя:
Ваш E-Mail:
  • bowtiesmilelaughingblushsmileyrelaxedsmirk
    heart_eyeskissing_heartkissing_closed_eyesflushedrelievedsatisfiedgrin
    winkstuck_out_tongue_winking_eyestuck_out_tongue_closed_eyesgrinningkissingstuck_out_tonguesleeping
    worriedfrowninganguishedopen_mouthgrimacingconfusedhushed
    expressionlessunamusedsweat_smilesweatdisappointed_relievedwearypensive
    disappointedconfoundedfearfulcold_sweatperseverecrysob
    joyastonishedscreamtired_faceangryragetriumph
    sleepyyummasksunglassesdizzy_faceimpsmiling_imp
    neutral_faceno_mouthinnocent