книги / Сдвижение горных пород.-1
.pdfОбласть прогиба распространяется под более пологим углом, чем рассмотренные выше области, и вызывает на земной поверх ности образование зоны плавных или сравнительно плавных сдвижений. Деформации массива здесь происходят в форме по следовательного прогиба слоев пород. Векторы сдвижения точек направлены по нормали к напластованию. Коэффициент разрых ления близок к 1,0.
При разработке верхних горизонтов касательная составляю щая силы веса пород в области прогиба меньше сил удерживаю щих массив в равновесии и поэтому, хотя и-имеют место незначи тельные сдвижения, но деформации не достигают критических значений.
При |
глубине разработки Н р^Ю т |
(в среднем более 300— |
||
400 м) |
область прогиба получает возможность полного развития. |
|||
Сдвижение |
массива здесь |
происходит за счет уплотнения пород |
||
в областях |
беспорядочного |
обрушения |
и сдвигов и поэтому сам |
процесс приобретает плавный характер, стабилизируются скорости сдвижений и наибольшие из них не превышают 100 мм1мес. Для этой стадии развития процесса характерно создание боково го распора и увеличение (примерно в 2 раза) шага сдвижения и периода его развития. Углы разрывов (р") достигают своих минимальных значений (45—50°), а углы сдвижения в ряде слу чаев становятся положе на 3—5°, чем углы разрывов.
На рис. 2 показаны графики изменения углов разрывов ((}") в зависимости от глубины разработки (Н) залежей рудников «Ингулец», им. Дзержинского и им. Коминтерна, имеющих в вися чем боку сравнительно устойчивые породы с коэффициентом кре пости Кроме того, на том же рисунке приведены графики, построенные по результатам лабораторных исследований на мо делях, имитировавших условия рудников им. Коминтерна и им. Дзержинского до глубины 700—920 м. Несмотря на некоторые различия в значениях углов (р!1) для приведенных залежей, обусловленные влиянием других факторов, прослеживается об щая тенденция, а именно: начиная от верхних горизонтов и при мерно до 300 м имеет место значительное уменьшение углов раз рывов, а при дальнейшем увеличении глубины разработки они изменяются в пределах точности их определения и на глубине более 400 м для практических целей могут считаться постоянными. Более того, при разработке сравнительно маломощных залежей
(ш<10 м) на глубине, приближающейся к |
безопасной |
(Hjj= |
= 100m), следует ожидать увеличения углов |
сдвижения |
и тем |
более углов разрывов. |
|
|
При разработке рудных залежей, в висячем боку которых залегают слабые породы с коэффициентом крепости f= 24-5, влияние фактора глубины на процесс сдвижения менее заметно. На это указывают многочисленные наблюдения в залежах Глееватского, Червоно-Компанейского, Тарапаковского и Лихманов-
Рис. 2. График изменения значений углов разрывов ( [£) в зави симости от глубины разработки:
/ — рудник сИнгулец»;. 2 — рудник им. Дзержинского; 3 — рудник им. Коминтерна; 4 — по данным моделирования
ского пластов в Криворожском бассейне. Сдвижение пород вися чего бока здесь происходит более плавно, преимущественно в форме прогиба слоев пород, уже при глубине '100 м и более. Примерно с этой же глубины разработки устанавливаются по стоянные значения углов сдвижения и углов разрывов.
Таким образом, на основании вышеизложенного можно сде лать вывод о том, что влияние фактора глубины разработки на процесс сдвижения висячего бока пластообразных железорудных залежей связано с образованием в массиве различных по харак теру и параметрам областей деформирования пород (беспоря дочного обрушения, сдвигов и прогиба) и изменением с увели чением глубины разработки их доли участия в формировании мульды сдвижения на земной поверхности.
ТРУДЫ ВСЕСОЮЗНОГО НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОГО ИНСТИТУТА
ГОРНОЙ ГЕОМЕХАНИКИ И МАРКШЕЙДЕРСКОГО ДЕЛА (В НИМИ)
Сб. 89 |
1973 г. |
Канд.техн.наук В.С.Троицшй, инженеры, ВАЗнуков, А.И,Коваль.
НЕКОТОРЫЕ ОСОБЕННОСТИ СДВИЖЕНИЯ ПОРОД В УСЛОВИЯХ ГОРНОГО РЕЛЬЕФА
ПрК разработке рудных,' месторождений в горных районах к числу важнейших факторов, определяющих характер процесса сдвижения, следует отнести рельеф земной поверхности. На су щественное значение этого фактора впервые обратил внимание исследователей проф. КМ.Бахурин [1].
Особо важную роль играет рельеф поверхности при подра ботке крутых склонов, так как в результате деформиро вания коренных пород нарушается естественная структура масси ва и снижается его устойчивость.
Так, например, исследования влияния подработки на устой
чивость рыхлых отложений на склонах Ткварчельского |
угольно |
го месторождения [2] показали, что при нарушенной |
структуре |
происходит снижение коэффициента внутреннего трения в сред нем на 18—20%, а величины сцепления на 45%. Общая устой чивость рыхлых отложений при их подработке снижается только за счет нарушения структуры'на 30—40%.
На склонах гор, где расчетный коэффициент устойчивости не превышает 2,7—2,5, при подработке могут развиваться ополз невые явления.
Исследования процесса сдвижения пород и земной поверх ности при отработке мощных залежей Тырныаузского месторож дения показывают, что в условиях горного рельефа возможно образование оползней также и на .участках подработанных кру тых склонов, сложенных скальными породами и ослабленных сетью крупных тектонических нарушений.
Тырныаузское месторождение расположено на высоте 2000— 3000 м и приурочено к хребту, сильно изрезанные склоны кото рого имеют наклоны от 35 до 60°.
На юго-западном фланге месторождения в результате отра ботки верхних горизонтов (2821—2613 м) двух сближенных крутопадающих рудных тел общей мощностью 80—120 м и
вытянутых вдоль хребта был подработан участок склона (рис. 1). Участок, сложен неслоистыми сильно трещиноватыми гранитоидами и роговиками, под которыми расположены массивные мра моры лежачего бока месторождения.
Рис. 1. План подработанного участка
Вмещающие породы имеют высокие прочностные характе ристики: предел прочности при одноосном сжатии гранитоидов равен 2100 кг/см2, роговиков — 2200 кг1см2, мраморы — 600— 800 кг!см2\ угол внутреннего трения 34—40?. Сцепление трещи новатого массива 60—85 т/см2. В этих условиях на устойчивость
склона очень большое |
влияние |
оказывает трещиноватость |
пород |
||
и особенно |
наличие |
крупных |
тектонических трещин, заполнен |
||
ных обломочным материалом, |
прочность которого |
весьма |
низ |
||
ка: сцепление 1—15,5 т/м2, угол внутреннего трения |
14—30°. |
|
|||
В марте |
1969 г. в штреке гор.2821 м были зафиксированы приз |
наки сдвижения горных пород со стороны торца отработанной залежи.
Инструментальными наблюдениями и визуальным обследо ванием в горных выработках в 1969—1971 гг. были определены границы сдвигающегося массива и установлено, что сдвижение
пород .происходит со |
средней |
скоростью |
15 мм1мес |
в виде |
сдви |
||
га по [крупным тектоническим |
трещинам |
в сторону торца |
зале |
||||
жи. Угол |
сдвижения |
по простиранию— б оказался |
весьма |
поло |
|||
гим—45° |
(рис.2,а). |
|
|
|
|
|
|
|
|
40 |
О |
40 80 120м |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2941м |
|
|
|
|
|
|
|
2881 |
|
|
|
|
|
|
|
2821 |
|
|
|
|
|
|
|
2762 |
|
|
|
|
|
|
|
2687 |
|
|
|
I |
Е |
Ш |
|
2612м |
|
|
|
|
|
|
Рис. 2. Вертикальные разрезы по сдвигающемуся массиву:
й — разрез |
по |
В -В ; б — совмещенные разрезы I—I, |
И—И, |
• 111—111 |
(разрезы |
1—1 |
и 111—111 смещены относительно разреза |
11—11 |
на $0 м ) |
При обследовании земной поверхности выяснилось, что учас ток склона, затронутый сдвижением, гораздо больше предпола гаемого. Угол сдвижения по простиранию — д, построенный на крайнюю трещину, ограничивающую сдвигающийся участок, оказался положе на 93 угла сдвижения, установленного наблю
дениями в подземных выработках. Н а |
северном склоне хребта |
были прослежены трещины разрывов, |
что свидетельствовало |
об, активном сдвижении земной поверхности.
Для выяснения причин и характера сдвижения массива объ емом около 10 млм 3 на склоне хребта были оборудованы 4 на блюдательных станции упрощенного типа (см. рис.1).
В результате анализа данных наблюдений на земной поверх ности установлено, что сдвижение массива направлено вниз по склону со средними скоростями 100—170 мм1мес. Наклон пол ного вектора сдвижения равен 36° в верхней и средней части сдвигающегося участка, вблизи нижней границы „угол наклона вектора равен 8°. Вектор сдвижения репера на станции №4 на правлен в сторону выработанного пространства.
Оползневое тело оконтуривается трещинами, свидетельству
ющими о различных формах смещения: в |
верхней части (вдоль |
хребта) с отрывом и смещением вниз; в средней части склона — |
|
со сдвигом и смещением вниз; в нижней |
части — надвигом и |
смещением вверх. |
|
Схематично развитие оползня -на склоне хребта можно пред
ставить следующим образом. |
|
|
|
Сдвижен.ие подработанного |
массива |
пород со стороны тор |
|
ца залежи (область 3 на |
рис.2) привело к резкому уменьшению |
||
величины сцепления пород |
на |
контакте |
гранитоидов и роговиков |
с массивными мраморами центра, что вызвало потерю устойчи вости части склона и образование оползневого очага (область 2 на рис.2). Земная поверхность в области 2 склона сдвигается как в сторону выработанного пространства, так и вниз по скло ну. Область 7, ограниченная с запада мощной тектонической трещиной, сдвигается только вниз по склону, т.е. является чис тым оползнем.
Большая глубина распространения оползня и его значитель ные размеры делают невозможным применение эффективных противооползневых мероприятий. Вместе с тем возникновение такого рода оползней может создать угрозу весьма важным подземным выработкам и сооружениям, расположенным на зем ной поверхности.
■На Тырныаузском месторождении наличие описанного ополз ня существенно повлияло на выбор дальнейшего способа отработ ки, поскольку запроектированные ранее шахтные стволы сказа лись в опасной зоне.
Возможность образования крупных оползней на участках крутых склонов гор, попадающих в зону влияния подземной раз
работки месторождений, необходимо обязательно учитывать как при постановке исследований процесса сдвижения, так и при разработке мер охраны различного рода сооружений и природ ных объектов.
|
|
|
|
ЛИТЕРАТУРА |
|
|
1. |
И.М.Б а х у р и н. |
Курс |
маркшейдерского |
искусства. Спец, |
часть. |
|
Горное издательство. 1932. |
|
|
|
|||
2. С .П .К ол бен к о в, |
Н .И .М итичк и на. |
Подработка |
склонов |
|||
гор и |
русел рек на Ткварчельском угольном |
месторождении. |
Углегех- |
|||
юдат, |
1956. |
|
|
|
|
|
3. Т е р - С т е п а н я н |
|
Г.И. |
Геодезические |
методы изучения |
дина |
|
мики оползней. «Недра», |
1972. |
|
|
|
ТРУДЫ ВСЕСОЮЗНОГО НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОГО ИНСТИТУТА
ГОРНОЙ ГЕОМЕХАНИКИ И МАРКШЕЙДЕРСКОГО ДЕЛА
Сб. 89 |
(В НИМИ) |
1973 г. |
Инженеры С.Н.Зеленцов, НМ.Дмитриев, Г.П.Лукин
О ХАРАКТЕРЕ ДЕФОРМИРОВАНИЯ И СДВИЖЕНИЯ ПОРОД ЛЕЖАЧЁГО БОКА НА ИРТЫШСКОМ РУДНИКЕ
С |
целью |
обоснованного решения |
вопроса об |
охране |
стволов |
|
и башенных |
копров, |
располагающихся в лежачем боку |
Основ |
|||
ной |
залежи, |
а также |
для изучения |
характера |
деформировайия |
и сдвижения толщи пород и земной поверхности ВНИМИ в 1966—1972 гг. проводились инструментальные наблюдения за сдвижением пород лежачего бока в районе шахты «РЭШ» на Иртышском руднике. Наблюдения проводились на профильных линиях, заложенных на поверхности и в квершлагах нулевого, первого и второго горизонтов. Реперы подземных профильных линий заложены в боках квершлагов (см. рисунок).
Основная залежь, отрабатываемая Иртышским рудником, представляет собой слепое рудное тело со средней мощностью 3 м. Лежачий бок рудного тела представлен рассланцованными,
трещиноватыми серицито-кварцевыми сланцами. Крепость |
по |
||||||
род |
по шкале |
М.М.Протодьяконова |
f = 44-7. |
Висячий |
бок |
руд |
|
ного |
тела, непосредственно |
над рудным телом, сложен |
серици |
||||
то-кварцевыми |
сланцами, |
мощность |
которых |
меняется |
от |
2,0 |
до 5,0 м. Выше по разрезу залегают сильно рассланцованные порфириты, кварциты и микрокварциты (f = 134-14). Породы висячего и лежачего боков залегают согласно с рудным телом.
Двухстадийная отработка рудной залежи предусматривает закладку только выработанного пространства камер. Размеры блоков равны 50x 50 м. Суммарный размер междуэтажных це
ликов (надштрековых и подштрековых) по |
падению составляет |
8—10 м, размер междукамерных целиков |
по простиранию 6— |
8 м. |
|
Отработка рудной залежи была начата сразу на двух верх них этажах. Выемка’ блоков производилась в шахматном поряд ке. Инструментальные наблюдения показали, что при выемке камерных запасов двух верхних этажей, когда общий .размер выработанного пространства по падению составил ПО м и по про-
t |
разреза |
20 |
0 |
20 |
40 |
60м |
Масштабы: |
0 |
^ |
■■ |
• |
^ |
■ |
Вертикальный разрез по стволу шахты «РЭШ» Иртышского рудника:
1 — зона сдвижения пород по напластованию: II — зона расслое-
ния пород; III — зона интенсивного сжатия;
— ------------ условные границы зон
стиранию 250 м, а глубина залегания верхней границы вырабо танного пространства 85 м, оседания отмечены только на нуле вом горизонте. Максимальное оседание за период 1966—1967 гг. составило 11 мм, максимальное горизонтальное сдвижение — 19 мм. В этот период векторы полного сдвижения массива на правлены в сторону выработанного пространства, примерно перпендикулярно к плоскости напластования, причем наблю дается увеличение векторов по мере приближения к рудному те лу. Расслоение пород, вызванное упругими деформациями мас сива, можно назвать первичным.
После полной отработки камерных запасов на двух верхних этажах, в 1968 г., незначительные оседания зафиксированы толь ко на профильных линиях первого и второго горизонтов. На уров не первого горизонта происходит сползание междуэтажного
целика, а на втором горизонте увеличение пригрузки со стороны пород висячего бока. -Под центральной частью выработанного пространства на уровне первого горизонта после отработки меж дуэтажных целиков происходит вторичное расслоение пород лежачего бока. Максимальное растяжение пород толщи, отме ченное на интервале реперов № 2—3, в 8 м от рудного тела, со ставило 2 мм/м. Величина приращения оседания точек толщи, находящихся в 5 ж от рудного тела на уровне первого горизон та, получилась в 4—5 раз меньше, чем на ■нулевом горизон те, что связано с изменением угла падения рудного тела и на личием в выработанном пространстве междукамерных целиков второго этажа. Характер сдвижения повфхности аналогичен
характеру сдвижения пород |
на нулевом горизонте. |
Критичес |
|
кие |
деформации поверхности |
отсутствуют. Следует |
отметить, |
что |
после отработки междуэтажных целиков первого |
горизон |
|
та |
(1969 г.) в толще пород на уровне нулевого горизонта зафик |
сировано сжатие пород. Векторы сдвижения реперов профиль ной линии направлены от выработанн&го пространства в толщу
пород лежачего бока. |
i, |
После отработки междукамерных |
целиков второго этажа |
и в процессе отработки камерных запасов третьего этажа (1970 г.) деформации растяжения толщи на интервале реперов № 2—3 первого горизонта достигают 4 мм/м. Величина приращения осе
дания реперов, находящихся в 5 м от рудного тела |
на нулевом |
и первом горизонтах, приблизительно одинакова. |
Деформа |
ции сжатия пород лежачего бока обнаружены на уровне пер вого горизонта. Как и на нулевом горизонте, величина векторов перемещения пород по мере удаления от рудного тела в толщу пород лежачего бока уменьшается, причем величина относи тельного приращения горизонтальной составляющей вектора сдвижения увеличивается по мере удаления от рудного тела. Существенным моментом в изменении поля векторов после от работки междукамерных целиков является значительное под нятие реперов на профильной линии второго горизонта. При этом, если в большей части толщи на втором горизонте вектора полного сдвижения направлены в сторону выработанного про странства, то на участке, примыкающем к междуэтажному це
лику, вектора сдвижения пород примерно параллельны |
руд |
ному телу и направлены по восстанию пород. |
по |
На рисунке показаны векторы полного сдвижения толщи |
род лежачего бока на момент отработки междукамерных цели ков второго этажа. Как видно из рисунка, в толще пород м'ожно выделить область, в которой векторы сдвижения пород па раллельны напластованию и область, векторы сдвижения пород в которой перпендикулярны напластованию. Первую область можно назвать зоной сдвижения пород по напластованию, а вторую — зоной расслоения пород. За условную границу этих