Войти  |  Регистрация
Авторизация

Факторы, обусловливающие процесс сдвижения горных пород



На процесс сдвижения горных пород оказывают влияние физико-механические свойства горных пород и условия их залегания, угол падения залежи, глубина залегания горных пород, вынимаемая мощность залежи, наличие и мощность насосов и рельеф поверхности, степень подработанности массива, система разработки месторождений полезных ископаемых.
Физико-механические свойства горных пород и условия их залевания. Уже само состояние горных пород в значительной степени предопределяет характер сдвижения горных пород. Так, при раздельнозернистых породах, обладающих небольшой связностью (сцеплением), сдвижение протекает бурно, резко отражаясь на поверхности. При этом часто образуются уступообразные трещины. Типичным примером может служить Подмосковный угольный бассейн, где посадка кровли при глубине горных работ 40—50 м сказывается на поверхности уже через 2—3 ч.
Пластичные породы, например глинистые сланцы, способствуют развитию пластических деформаций. Процесс сдвижения происходит равномерно и плавно вслед за подвиганием забоя лавы. Сдвижение поверхности происходит плавно с небольшими разрушениями поверхностных сооружений.
Значительно осложняют протекание процесса сдвижения плывуны. Были отмечены случаи, когда плывуны, залегающие в подпабатываемой толще, резко выполаживали углы сдвижения. Подработка плывунов сопровождается большой их водоотдачей, что вызывает опускание поверхности иногда далеко впереди забоя.
Большое влияние на характер сдвижения оказывает строение месторождения. Чередование в толще пластов крепких и слабых пород приводит к появлению вторичных осадок основной кровли. Вторичные осадки проявляются в тех случаях, когда в непосредственной кровле залегают слабые, быстро обрушающиеся породы, а выше их — слои (пачка) крепких пород, которые периодически зависают на больших площадях. Внезапные обрушения этих пачек вызывают повышенное давление как в очистных, так и в прилегающих к ним подготовительных выработках, иногда приводящие даже к авариям и завалам лав.
Угол залегания залежи является одним из важнейших факторов, определяющих как качественную, так и количественную сторону процесса сдвижения. С углом падения связан характер сдвижения покрывающей толщи: для крутого падения характерно значительное развитие сдвига слоев пород, при горизонтальном и пологом залегании основной вид деформаций — прогиб слоев. Крутому залеганию соответствует преобладание горизонтальной составляющей вектора сдвижения, при пологом залегании — вертикальной составляющей.
Наблюдениями установлено, что при прочих равных условиях большие деформации претерпевают те сооружения, под которыми отрабатываются пласты с более крутым углом падения. Так, в условиях Донбасса, где для пологого залегания при глубине 200—250 м выемка не вызывает появления трещин на поверхности, отработка крутых пластов даже при глубине 600 м сопровождается появлением значительных трещин разрыва.
Увеличение угла падения залежи влечет за собой изменение положения мульды относительно выработанного пространства, т. е. происходит ее смещение в сторону падения пласта. С углом падения залежи связано распределение в мульде наиболее опасных зон.
Еще первые исследователи вопросов горных пород подметили связь между углом сдвижения β и углом падения залежи а. Действительно, если обратиться к Правилам охраны сооружений для различных угольных бассейнов, то можно легко установить функциональную зависимость между углом падения пласта и величиной угла сдвижения β = 90 — kα (где k — некоторый коэффициент). Для месторождений, сложенных крепкими породами (например, в Донбассе), коэффициент k = 1. Для менее прочных пород коэффициент меньше единицы, причем чем слабее породы, слагающие месторождение, тем меньше коэффициент k.
Глубина горных работ существенно влияет на величину сдвижения пород, время и скорость его проявления. С увеличением глубины разработки уменьшается величина сдвижения, процесс приобретает более плавный и менее опасный для поверхностных сооружений характер. Ho заметное уменьшение оседаний поверхности с увеличением глубины наблюдается до определенной глубины. Увеличение глубины горных работ всегда приводит к увеличению продолжительности процесса сдвижения.
Мощность вынимаемой залежи. Мощность пласта по сравнению с глубиной горных работ оказывает на сдвижение обратный эффект: чем больше вынимаемая мощность, тем резче происходит процесс сдвижения и тем больше горизонтальные и вертикальные деформации. При значительной мощности залежи зона плавного прогиба может полностью отсутствовать, и сдвижение поверхности в этом случае происходит в виде обрушения с образованием террас.
Над маломощными залежами процесс сдвижения в основном происходит в виде прогиба слоев. Зона обрушения получает небольшое развитие в непосредственной близости к выработанному пространству.
Наличие и мощность наносов и рельеф поверхности. Перемещения точек при сдвижении в коренных породах происходят почти по нормали к напластованию. В наносах значительной мощности направление смещения происходит от краев к центру мульды. Впервые это обстоятельство было подмечено в Челябинском бассейне, где оказалось, что перемещение наносов и коренных пород на контакте со стороны восстания пласта происходит в противоположные стороны (рис. XII.21), зачастую вызывая отрыв наносов от коренных пород и, таким образом, разрушение подземных объектов.
Факторы, обусловливающие процесс сдвижения горных пород

Влияние рельефа на процесс сдвижения существенным образом сказывается только в гористой местности, где подработкой крутых склонов часто вызываются искусственные оползни. Устойчивость горных пород к оползанию во многом зависит от угла внутреннего трения и сцепления по поверхностям скольжения. В результате сдвижения происходит разрыхление массива горных пород, которое сопровождается понижением прочностных свойств пород (в основном сцепления), что, в свою очередь, ведет к снижению устойчивости склонов и оползневым явлениям.
Нарушенность массива горных пород ранее произведенными очистными работами. Многочисленные натурные наблюдения, проведенные в различных бассейнах, показали, что ведение горных работ по нарушенной толще вызывает активизацию процесса сдвижения: увеличиваются величины деформаций, скорости и неравномерность сдвижения поверхности. Активизация процесса сдвижения происходит по следующим причинам:
1) при первичной подработке в налегающей толще образуются пустоты за счет зависания слоев горных пород. Повторная подработка в значительной степени ликвидирует зависания, вызывая лучшее уплотнение нарушенного массива;
2) первичная подработка за счет раскрытия старых и образования новых трещин снижает прочность массива. Поэтому при повторной подработке сдвижение протекает с большими скоростями, так как происходит оно в массиве горных пород с пониженными прочностными свойствами.
Повторная подработка влияет и на величину угла максимальной подработки. По данным А.Н. Медянцева, для условий Донбасса возможны следующие три случая повторной подработки:
1) толща была ранее нарушена полностью (рис. XII.22). Угол 9 определяется из выражения δ = 90° — 0,8а;
2) верхняя половина лавы и линия, проводимая под углом γ0, находятся в условиях ранее нарушенной толщи (рис. ХII.23).
Факторы, обусловливающие процесс сдвижения горных пород

В этом случае центр тяжести нарушенного ранее участка толщи смещается в сторону восстания от середины разрабатываемой лавы. В ту же сторону поворачивается линия максимального оседания на угол Δθ1 = 0,3α. Таким образом,
Факторы, обусловливающие процесс сдвижения горных пород

3) нижняя половина лавы и линия, проведенная под углом β0,находятся в условиях ранее нарушенной толщи (рис. ХII.24) В этом случае центр тяжести нарушенного ранее участка толщи смещается вниз по падению, в ту же сторону отклоняется линия максимального оседания на угол Δθ2 = 0,2а. Откуда угол
Факторы, обусловливающие процесс сдвижения горных пород

При выемке сближенных пластов или одного пласта на нескольких горизонтах наблюдается выполаживание углов сдвижения. Ho при послойной выемке мощных пластов, наоборот, происходит некоторое увеличение угла сдвижения (Челябинский бассейн, Томь-Усинское месторождение).
Система разработки. Основными параметрами системы, влияющими на процесс сдвижения, являются высота этажа и длина выемочного поля, способ управления кровлей, скорость подвигания забоя, полнота выемки полезного ископаемого.
Высота этажа и длина выемочного поля имеют одинаковое значение: они определяют форму мульды сдвижения. При небольших размерах выработанного пространства получают развитие чашеобразные мульды. С увеличением их размеров происходит переход от чашеобразной к тарелкообразной мульде сдвижения.
Способом управления кровлей, лучше всего сохраняющим поверхность от сдвижений, является закладка выработанного пространства. Роль закладки заключается в том, что она, уменьшая размер пустот, поддерживает породы, замедляя и уменьшая до известной степени процесс сдвижения.
Роль закладки зависит от ее качества. Сплошная сухая закладка уменьшает объем пустоты выработанного пространства всего на 40%, т. е. уплотнение достигает 60%. Наиболее благоприятный эффект на сдвижение поверхности оказывает мокрая закладка. Величина оседания поверхности при тщательном выполнении мокрой закладки может составлять до 3% мощности пласта. В обычных случаях при мокрой закладке оседания поверхности достигают 8—10%. Характер оседаний поверхности при этом становится весьма плавным и спокойным; подрабатываемые сооружения, даже весьма громоздкие, оседают плавно, не претерпевая заметных повреждений. Коэффициент уплотнения различных видов закладки по данным ВНИМИ приведен ниже.
Факторы, обусловливающие процесс сдвижения горных пород

При сплошной системе разработки, особенно при длинных лавах и полном обрушении кровли, сдвижение поверхности происходит плавно и равномерно. При столбовых и камерно-столбовых системах с обрушением кровли, когда в выработанном пространстве оставляются целики на небольшом расстоянии друг от друга, покрывающая толща последними разламывается на отдельные блоки, а образующиеся при этом трещины часто доходят до поверхности, вызывая большую неравномерность оседания.
По вопросу влияния частичной закладки (бутовые полосы) на характер сдвижения поверхности существуют противоречивые мнения. Вероятно, все зависит от характера кровли. Если в кровле твердые породы, то последние, оседая на бутовые полосы, раздавливают их и вместе с ними плавно оседают. В этих случаях происходит уменьшение оседаний, В тех же случаях, когда пространство между бутовыми полосами заполняется обрушенной породой непосредственной кровли, сдвижение поверхности по своей величине будет такое же, как и при работах с полным обрушением.
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