Материал: Engineering Geology of MD

двумя или несколькими пластовыми отдельностями. Обычно она лредставлена аргиллитами, аргиллитами углистыми или алевритистыми и алевролитами кучерявой и комковатой текстуры, песчаниками и известняками.

Обрушение пород кровли происходит не только в связи с их расслаиванием, но и при нарушенности их сплошности трещинами, в том числе и искусственными, образующимися под действием упругого отпора при разгрузке, горного давления и взрывных работ. При этом на устойчивость пород большое влияние оказывает угол встречи, т. е. угол, образованный линией забоя горной выработки и направлением господствующих тре- щ,ин. По многолетним наблюдениям П. В. Васильева и С. И. Малинина [1980 г.] одни и те же породы, слагающие кровлю, в зависимости от угла встречи могут быть устойчивыми или неустойчивыми, так как нарушение их происходит в первую очередь по уже имеющимся трещинам. При совпадении линии забоя подземной выработки с направлением господствующей системы трещин пластовые отдельности пород прогибаются и зависают вдоль забоя. При значительном изгибании они по трещинам разделяются на плиты, которые всей своей тяжестью ложатся на крепь призабойного пространства и часто ломают ее.

Имеется много примеров этих явлений. Так, на шахте Анненской треста Кадиевуголь Донбасса угол встречи линии очистного забоя лавы совпадал с направлением господствующей. системы трещин (угол встречи равен О®) и кровля угольного пласта, представленная крепким песчаником мощностью 1 м, распадалась на плиты длиной в среднем 2—3 м; при этом были случаи «обрезов» кровли у забоя. Установка крепи и посадка плит на бутовые полосы были сложными и опасными. При увеличении угла встречи до 10° разделение песчаников на плиты над рабочим пространством прекратилось и была устранена возможность аварийного обрушения пород кровли. Для полной безопасности ведения горных работ, по свидетельству специалистов, угол встречи в рассматриваемом случае должен быть более 15°. Все это указывает на необходимость полного учета основных геологических факторов при проектировании и выполнении горных работ.

Слои и пластовые отдельности горных пород, сплошность которых не нарушена или слабо нарушена трещинами, иногда зависают в кровле горной выработки и их частичное или полное

тах Донбасса ложная кровля может переходить в непосредст' венную, а последняя опять в ложную. Из сказанного следует, что изучение поведения, устойчивости горных пород в горных выработках является важнейшей и неотложной задачей (см. гл. VII).

167

Вывалы и образование куполов в подземных выработках.

Вывал — это локальное обрушение небольшого объема горных пород преимущественно из кровли горных выработок, отделяющегося при определенном сочетании в породах поверхностей слоистости, сланцеватости, трещин, зон дробления и других поверхностей и зон ослабления. Вывалы образуются как в призабойной части горных выработок по мере продвижения забоя, так и в выработанном пространстве незакрепленных выработок или при удалении и перестановке крепи.

В результате образования вывалов в кровле подготовительных и особенно очистных выработок образуются полости, часто имеющие форму куполов, обращенных вершиной вверх, куполов неправильной или другой формы. Высота и поперечные размеры их бывают разными в зависимости от степени нарушения горных пород поверхностями и зонами ослабления и их ориентировки, способа проходки и размеров горной выработки.

В осадочных породах на угольных и других месторождениях их высота часто определяется мощностью слоев и пачек слоев непосредственной кровли и достигает 0,5—0,6 м, реже—1,0— 2,0 м и сечения по основанию 1,2—2,0 м. Нередко вывалы образуются в породах, слагающих не только непосредственную, но и основную кровлю, особенно часто на участках, где прослеживается неустойчивая—ложная кровля. В магматических, метаморфических и прочных скальных осадочных породах на рудных месторождениях высота куполов достигает 1,5—2,0 м и более и примерно того же сечения. В туннелях, как известно, купола могут достигать высоты 3—5 м и более и составлять на отдельных участках 15—17% дополнительного объема пород при их проходке по сравнению с проектным.

На рис. VI-3 показаны схемы образования вывалов пород и соответственно куполов в подземных выработках. Образование вывалов указывает на то, что горные породы кровли горных выработок имеют недостаточную устойчивость и в условиях естественного залегания их сплошность нарушена поверхностями и зонами ослабления, зонами и участками дробления и др.

Из материалов наблюдений Е. М. Пашкина [36] видно, что образование вывалов в подавляющем большинстве случаев связано с геологическим пространством, прилегающим к кровле подземных выработок, а их форма и размеры определяются шириной пролета выработок, формой и густотой сети трещин, относительной протяженностью трещин и размерами образующихся отдельностей пород. Границы вывалов в той или иной степени зависят от элементов залегания трещин, которые обычно смыкаются в своде образующегося купола, имеющего форму, приближающуюся к треугольнику.

В зависимости от размера угла 0 в вершине этого треугольника и ширины пролета выработки, как указывает Е. М. Пашкин, вывалы бывают безупорные (рис. V1-3, а, в) и упорные

1 6 8

(рис. VI-3, б, г). Вывалы упорного типа менее опасны, кровля выработок в этом случае более устойчива; вывалы безупоркого типа более опасны и они главным образом являются куполообразующими. Если купола образуют при вершине угол 9>90®, вывалы имеют отрывной характер (рис. VI-3, в), их вес преодолевает силы сцепления по поверхностям трещин. Если угол О<90", обычно в пределах 40—70°, образуются вывалы сдвигового характера (рис. VI-3, г), так как их образование связано с преодолением сил сопротивления сдвигу пород по поверхностям трещин. В отдельных случаях, когда имеется сочетание

В осадочных породах купола в кровле выработок могут образовываться на учартка^х недостаточной сцеиентированности или легкого размягчения пород и их осыпания и обваливания при обнажении.

Обвалы и вывалы в карьерах. Обвальные явления принадлежат к группе гравитационных, так как развиваются под влиянием гравитационных сил на склонах, бортах карьеров и откосах. К ним относятся собственно обвалы, вывалы и осыпи. Как обвалы, так и вывалы проявляются в быстром и внезап-

169

Рис. VI-4. Схема образования вывалов н куполов полуупорного типа в подземных выработках (по Е. М. Пашкину).

отдельностей из бортов карьеров, откосов их уступов, откосов выемок и полувыемок, крутых и отвесных склонов, сложенных скальными или полускальными породами (рис. VI-5). Иногда обрушаются отдельные включения глыб, валунов или объемов уплотненных сцементированных пород, залегающих среди мягких глинистых или рыхлых песчаных пород.

Под собственно обвалами понимается обрушение как отдельных глыб и блоков, так и более крупных объемов твердых и относительно твердых горных пород из обнажений, расположенных на нагорном склоне выше бровки откоса, или из крутой, отвесной верхней части склона, сопровождаюш,ееся их скатыванием, опрокидыванием и раскалыванием (рис. VI-6). Таким образом, во время обвалов, в отличие от вывалов, пе-

170

Кроме того, при вывалах массы горных пород свой путь от

и сооружений. Основная причина их образования состоит в нарушении равновесия (устойчивости) масс горных пород на склонах и откосах, вызываемом главным образом постоянно действующими сдвигающими (скалывающими) составляющими силы тяжести и временно (периодически) действующими силами гидростатического давления воды, заполняющей трещины в породах, а также сейсмическими напряжениями, возникающими при землетрясениях и сотрясениях, происходящих при взрывных работах, при работе горного оборудования, движении транспорта и др. Действие этих сил реализуется в образовании обвалов и вывалов тогда, когда твердые и относительно твердые породы, обнаженные в пределах крутых и высоких склонов и откосов, доведены процессами выветривания и трещинообразования до такого состояния, при котором их внутренние силы сопротивления сдвигу — скалыванию и отрыву — не в состоянии уравновешивать действие внешних сил.

Описание обвальных явлений, методов оценки их угрожаемости и прогноза приведено в «Инженерной геодинамике» [21]. Поэтому здесь отметим только, что при оценке угрозы обвальных явлений и их прогнозе необходимо ясно представлять, по отношению к какому объекту, месту или сооружению эти оценки и прогноз должны выполняться. При этом важно изучать и оценивать два момента: 1) возможность образования вывалов и обвалов как следствие нарушения равновесия (устойчивости) масс горных пород в откосах или на склонах и 2) расположение зоны влияния возможных обвалов и вывалов, т. е. устанавливать, не угрожает ли обрушение и отлет масс горных пород непосредственно тому или иному участку, механизмам, оборудованию, жизни и деятельности людей.

Зная расстояние отлета Хт глыб и отдельностей при вывалах и обвалах и сравнивая его, например, с шириной предохранительной бермы или улавливающей площадки Жф, можно

щадки или предохранительной бермы недостаточны и обвальные явления непосредственно угрожают участкам, расположенным за их пределами.

171