ний сдвижения (крепление горных выработок, оставление целиков, закладка выработанного пространства и др.).
Как видно, геологический процесс сдвижения горных пород и деформаций поверхности земли на подрабатываемых территориях сложный и зависит от многих причин и условий. Он нередко захватывает значительные к даже огромные объемы горных пород, достигает поверхности земли при глубине разработки полезного ископаемого до 900 м и более (Донбасс, шахта «Кочегарка»), Тем не менее многолетние исследования этих
явлений до настоящего времени состояли главным |
образом |
||
в |
наблюдениях |
за деформациями сдвижения, их измерениях, |
|
в |
установлении |
различных эмпирических зависимостей |
разви- |
тия процесса и в разработке методов предупреждения и управления этими явлениями. Инженерно-геологических исследований сдвижения горных пород на подрабатываемых территориях, как отмечено выше, почти не выполнялось. Рассмотрим сущность их развития по имеющимся материалам.
Сдвижение слоистых толщ горных пород обычно начинается с их прогибания в кровле горных выработок. По мере увеличения площади выработанного пространства, особенно при близком взаимном расположении выработок на разных горизонтах,
прогиб слоев пород увеличивается, в |
сдвижение вовлекается |
|||
все большее число слоев, пачек |
слоев, |
свит н' толщ, происхо- |
||
дит сдвиг пород по наклонным |
поверхностям |
напластования |
||
(ослабления). При этом в зоне, |
непосредственно |
прилегающей |
||
к кровле горных выработок, с расслоением н опусканием |
пород |
|||
повышается их раздробленность |
и они |
обрушаются. Этот |
про- |
|
цесс оседания и сдвижения горных пород, прогрессируя, достигает поверхности земли, вызывает ее деформации и формирование мульды сдвижения.
На рис. VI-15 показана схема оседания и сдвижения под-
работанных толщ |
пород, залегающих горизонтально, наклонно |
и крутонаклонно, |
а на рис. V1-I6 видно, что в рассматриваемой |
области или зоне влияния горной выработки намечаются четыре
подзоны в подработанной слоистой толще |
пород |
(1—IV) |
и две |
|
в надработанной |
(V и VI). Особенности |
деформаций |
горных |
|
пород в этих подзонах состоят в следующем. |
|
|
||
I подзона обрушения расположена непосредственно над гор- |
||||
ной выработкой; |
горные породы в ней наиболее |
раздроблены |
||
и легко обрушаются. Г. Н. Кузнецов 11950 г., 1954 г.] эту подзону делит на две части: нижнюю — беспорядочного обрушения и верхнюю — относительно упорядоченного расположения блоков пород. На угольных месторождениях с горизонтальным или пологим залеганием пластов и при разработке их с обрушением кровли отношение высоты зоны обрушения к мощности вынутого пласта ш, как правило, не превышает 5, т. е. /гобр/'«<5. Исследованиями ВНИМИ установлено, что если расстояние от
выработанного пространства до поверхности земли менее |
12 т , |
то зона обрушения пород достигает поверхности земли |
и на |
2 0 2
Рис. V M S . Схемы оседания |
и сдвижения |
подработанных толщ |
пород, за- |
легающих горизонтально |
(а), наклонно |
(б) и крутонаклонно |
(б). |
ней образуются провалы, воронкн н происходят другие деформации. При крутом залегании пород провалы на поверхности
земли образуются и при большей глубине |
разработки. |
|||
II подзона развития относительно большого числа открытых |
||||
трещин; она характеризуется |
появлением |
в прогибающихся |
||
слоях |
водопроводящих |
трещин |
по нормали |
к слоям (секущих) |
и ко |
напластованию. |
Высота |
этой зоны трещин, как показы- |
|
2 0 3
Рис. VI-16. Подзоны в зоне влияния горной выработки при подработке территорий.
Подзоны: / — обрушения, |
/ / — развития |
открытых трещин, |
/ / / — п л а в н о г о прогибания, |
||||||
/ t ' — о п о р н о г о давления в |
псдраСотаиной |
толще, |
V — разгрузки, |
F / — опорного давления |
|||||
|
|
|
в иадработанноА |
толще. |
|
|
|
||
203 |
многочисленные |
наблюдения, |
в |
20—50 |
раз |
больше вы- |
|||
вают |
|||||||||
соты |
выработанного |
пространства |
т., |
т. |
е. |
равна |
( 2 0 ^ 5 0 ) т . |
||
В результате горные породы здесь оказываются разбитыми на более крупные блоки и деформация их происходит в форме взаимосвязанного смещения (сдвига) в сторону выработанного пространства по поверхностям напластования, особенно при наклонном и крутом залегании пластов.
1И подзона плавного прогибания горных пород; постепенно она может достигнуть поверхности земли. В этой подзоне также появляются трещины и разрывы, особенно близ поверхности земли вдоль границы мульды сдвижения. Трещины на поверх-
ности земли нередко наблюдаются |
при отношении высоты |
(мощ- |
|
ности) зоны трещин (зоны |
I и II) |
к мощности вынутого |
пласта^ |
не превышающем 100. При |
наличии в толще пород, залегаю- |
||
щей выше полезного ископаемого, поверхностей ослабления
(прослойки слабых пород, разрывные нарушения |
и др.) трещины |
и уступы встречаются, когда это отношение |
превышает 100 |
(данные исследований ВНИМИ).
IV подзона опорного давления в подработанной толще пород; характеризуется повышенной напряженностью по сравнению с породами, залегающими вне зоны влияния горной выработки. Горные породы в этой подзоне деформируются главным образом в вертикальном направлении.
V подзона разгрузки; расположена под выработанным пространством. В ней наблюдаются деформации растяжения, происходящие под влиянием сил, действующих снизу вверх, и выдавливания пород из-под зоны опорного давления.
VI подзона опорного давления в надработанном пространстве; характеризуется теми же явлениями, что и подзона IV.
Такова характеристика состояния горных пород в области их сдвижения по современным представлениям. Естественно, что границы каждой подзоны, как и всей области сдвижения, могут существенно изменяться в зависимости от инженерно-геоло- гических и горнотехнических условий ее формирования. При прочих равных условиях процесс сдвижения в слоистых и сланцеватых породах протекает более плавно, чем в неслоистых, и характеризуется более пологими граничными углами и углами сдвижения. В слоистых породах с увеличением глубины расположения горных выработок происходит увеличение зоны плавных сдвижений в краевых частях мульды сдвижения.
На разнообразных эндогенных, собственно магматических и других месторождениях, сложенных неслоистыми породами, поверхностями ослабления являются плоскости разрывов и трещин, различно ориентированных в пространстве, расчленяющих горные породы на структурные блоки и отдельности. При развитии процесса сдвижения в неслоистых породах масса блоков и отдельностей, преодолевая силы внутреннего трения и сцепления по поверхностям и зонам разрывов и трещин, приходит в движение в сторону выработанного пространства и движется часто неравномерно, как бы скачками. В этих условиях граница мульды сдвижения на поверхности земли обозначается трещинами более резко. Граничные углы и углы
сдвижения определяются углами |
падения разрывов и трещин |
и, как правило, более крутые, чем |
в слоистых породах. |
Мульды сдвижения на месторождениях с неслоистыми породами по сравнению со слоистыми при прочих равных условиях имеют более ограниченные площади и обычно большую глубину. Часто они приобретают форму правильной или не-
правильной воронки, поверхность склонов которой имеет |
ус- |
||||
тупы и провалы |
(рис. VI-17). Если |
в слоистой толще встреча- |
|||
ются слои плотных и прочных пород |
(песчаников, алевролитов, |
||||
конгломератов, |
известняков и |
др.), |
сдвижение |
ослабевает, |
и |
тем значительнее, чем больше |
мощность таких |
слоев, их число |
|||
ивыше прочность пород.
Сувеличением крутизны падения пластов пород положе становятся граничные углы Ро, углы р и 9, возрастает отношение деформаций сдвига к деформациям оседания (рис. VI-18). Так, при горизонтальном и пологом залегании горных пород горизонтальная составляющая сдвижения обычно не превышает половины вертикальной; при угле их падения 45'^ они примерно равны, а при падении под углом бЗ'' горизонтальная составляющая в два раза больше вертикальной при прочих равных условиях. В общем при горизонтальном и пологом залегании пород основной формой их деформации при подработке является прогибание в сторону выработанного пространства. При наклонном и крутом залегании наряду с прогибанием происходит сдвижение (оползание) толщ пород по поверхностям ослабления не только в висячем, ио и в лежачем боках вырабо-
2 0 5
Рис. VI-17. Строение мульды сдвижешш в неслоистых |
породах, |
|
/—поверхность земли до подработки территоряи; 2 — т о |
же, после |
подработки; 5 - |
нвклонные поверхности мульды сдвцженкя с уступами и |
разрывами; |
провал; |
отраСотанная часть рудиого тела. |
|
|
Рис. VI-18. Векторы смещения точек поверхности земли при формировании мульды сдвижения.
об — Г0рн50нтальиая составляющая сдвижений: йс —вертикальная составляющая сдвижения (оседания).
тайного пласта. В результате этого на поверхности земли образуются трещины и уступы при выполнении горных работ даже на значительных глубинах. В Донецком бассейне такие явления наблюдаются при разработке углей на глубине 600 м и более. В зависимости от крутизны падения пластов пород изменяются значения и граничного угла уо.
В зависимости от условий залегания пород изменяется и форма мульды сдвижения. При горизонтальном и пологом залегании она более или менее симметрична; с увеличением углов падения пластов симметричность ее нарушается. При складчатом залегании пород сдвижение зависит от формы и размеров складок. Если в зоне влияния горных выработок складки мелкие, они могут полностью смещаться в сторону вы-
206