Материал: Engineering Geology of MD

Нб

шшШшш

диаметром 200—300 м с провалом в ее центре. Следовательно, в результате прорыва плывуна в подземную выработку произошло общее нарушение устойчивости толщи пород.

Таковы некоторые примеры прорыров воды и плывунов в горные выработки, позволяющие наглядно представить, каково их значение для безопасности и производительности горных работ и какой материальный и моральный ущерб они

димо уделять большое внимание изучению, оценке их инже- нерно-геологических условий и прогнозу геологических явлений.

Однако, несмотря на большую опасность прорывов воды и плывунов в горные выработки, методика их прогноза и оценки угрожаемости пока разработана недостаточно. Существуют два подхода к оценке условий их образования и прогнозу. Согласно первому слой или зону пород в кровле или почве выработки рассматривают как балку, преграждающую доступ воды и плывунов. Если гидростатическое или гидродинамическое давление на эту балку меньше ее прочности на разрыв, опасности прорыва нет (рис. VI-25, а). При втором подходе рассматривают прочность балкн на срез по ее торцам. Если сопротивление срезу больще гидростатического давления на нее, опасности прорыва нет (рис, V1-25, б).

Опасность прорывов подземных вод н плывунов в первом случае приближенно может оцениваться и прогнозироваться

222

двумя методами. Первый метод основан на использовании гипотезы предельных пролетов проф. В. Д. Слесарева [1948 г.]. Допустим, что в кровле или почве подземной выработки лежит слой или зона водонепроницаемых пород мощностью т. Согласно гипотезе предельных пролетов слой или зона таких пород длиной, равной единице, будет разрушен, т. е. произойдет его разрыв действующим на него давлением при ширине выработки, равной третьему предельному пролету, определяемому из выражения

Ю^Па.

Решая уравнение относительно Ягдс, получаем гидростатическое давление, при котором происходит прорыв воды или плывуна в горную выработку:

р

Первый член правой части выражения представляет собой часть гидростатического давления подземных вод или плывуна,

ние веса пород в пределах пролета выработки. Из приведен-

ском давлении подземных вод на шахтном поле, увеличении

снизить гидростатическое давление до безопасного значения, применяя водопонижение.

Безопасный напор на кровлю или почву защитного слоя или зоны горных пород может быть определен из условия первого предельного пролета

22i

откуда безопасное гидростатическое давление, при котором сохраняется целостность (прочность) пород, равно

Из этого выражения следует, что если 1 = <х, то первый член

ния и прогноза прорывов воды и плывунов в горные выработки при инженерных изысканиях на месторождениях необходимо устанавливать значения действующих напоров подземных вод Н, а также т, Rp, I на рассматриваемом участке существующих или проектируемых горных выработок.

Второй метод оценки и прогноза образования прорыва воды и плывунов в горную выработку основывается на анализе равновесия единицы веса слоя пород и действующих в его пределах гидростатического и гидродинамического давления

пород определяется действием только гидростатического давления.

При втором подходе к оценке условий образования прорыва воды и плывунов в горную выработку рассматривается [5] предельное равновесие слоя или зоны пород на срез по его торцам согласно схеме, приведенной на рис. VI-25, б, и уравнению

нибудь точными; они позволяют устанавливать лишь тенденцию в развитии этого процесса. При этом методы, в основе которых лежит разрыв пород, больше соответствуют физике процесса.

224

Если при разведке месторождения, шахтного или рудного поля установлены участки, на которых возможны прорывы при вскрытии и разработке полезного ископаемого, здесь прежде всего необходимо выполнить осушение водопонизительными сквал^инами с целью снижения напоров до допустимых пределов. Остаточные напоры снимаются установкой сквозных и забивных фильтров или другими дренажными устройствами при проходке горных выработок. Большое внимание должно уделяться также креплению горных выработок, В таких случаях недопустимо отставание установки постоянной крепи от временной. Участки обнажения водоносных песков, слабых песчаников и других раздробленных пород должны перекрываться сплошной крепью. Участки, особо опасные в отношении образования прорывов воды н плывунов, особенно стволы шахт, следует проходить под защитой мерзлотных завес, т. е. с прн- •менением искусственного замораживания пород, или других специальных методов закрепления и тампонирования горных пород.

В рассматриваемых условиях необходим также хорошо организованный водоотлив, так как полностью избежать притока воды в выработки обычно не представляется возможным; устройство перемычек, отделяющих готовые выработки от рабочих, на случай образования прорыва и, наконец, бурение передовых скважин и наблюдения за режимом подземных вод и плывунов в существующих разведочных скважинах с целью контроля за положением их уровней и напоров и состоянием геологической ситуации в отношении образования прорывов.

Прорывы глин в горные выработки. В ряде угольных и рудных бассейнов Советского Союза имеют место своеобразные явления, получившие название «прорыва глин». Они отмечены

вКузнецком, Карагандинском, Кизеловском угольных. Криворожском железорудном бассейнах, на месторождении Темиртау

вГорной Шории и др. В Кузнецком бассейне зарегистрировано около 150 случаев таких явлений.

Сущность этого явления состоит в том, что при разработке мощных крутопадающих пластов полезного ископаемого подземным способом с обрушением, залегающие на них четвертичные глинистые отложения проникают с поверхности по трещинам и пустотам в горные выработки, заполняя их частично или полностью. Это вызывает остановку горных работ и даже выход из строя горных выработок. Проникновение глинистых масс в горные выработки в большинстве случаев происходит быстро или даже катастрофически быстро, как и при прорыве воды и плывунов, и поэтому получило название «прорыва глин».

Выполненный анализ случаев прорыва глин [Широков А. П. и др., 1972 г.] показал, что они наблюдаются главным образом на участках скопления глинистого материала на поверхности земли, т. е. там, где распространены четвертичные глинистые породы значительной мощности (более 6 м), в местах, где про-

водилась планировка территории глинистыми породами (засыпка провалов и др.) или выполнялись продолжительные «заиловочные» работы (нагнетание глинистой пульпы в пласты углей для предупреждения и тушения пожаров). Интенсивность и число случаев прорыва глин возрастают при их увлажнении дождевыми, талыми и подземными водами, в результате которого они приобретают явноили скрытотекучее состояние. Поэтому чаще прорывы глин происходят в периоды дождей.

Статистика показывает, что решительное большинство случаев прорыва глин происходит при разработке пластов полезного ископаемого мощностью более 7 м, когда возникает больше благоприятных путей для продвижения глинистых масс. На одиночных маломощных пластах такие явления редки и незначительны. Прорывы глин происходят также при крутом падении пластов полезного ископаемого (более 55—60'). На пологих пластах глинистые массы не могут преодолеть сопротивления их движению. Определенное влияние на развитие этого явления оказывает физическое состояние вмеш.аюш,их пород: в породах прочных, устойчивых, скальных прорывов значительно больше, а в слабых, легко обрушающихся их меньше или они вообще не возникают. Следовательно, легкое разрущение вмещающих пород ведет к заполнению, тампонированию путей продвижения глинистых масс и предупреждает образование прорывов. Эти наблюдения явились основой для разработки мероприятия по борьбе с прорывами глин, состоящего в рыхлении пород висячего бока взрывами.

Большое влияние на образование прорывов глин оказывает система разработки полезного ископаемого, В решительном большинстве случаев они возникают при щитовой и камерной системах разработки с обрушением пород кровли. Это обычно вызывает сдвижение значительных масс горных пород и нарушение их сплошности. При надежном креплении выработок, при разработке полезного ископаемого с закладкой выработанного пространства прорывов не наблюдается.

Меры борьбы с прорывами глин в подземные выработки сложные и пока еще недостаточно разработаны и апробированы. Они направлены в основном на предупреждение нарушения условий залегания пород, на управление кровлей подземных выработок, на осушение водоносных горизонтов и комплексов и регуляцию поверхностного стока. Важное значение при этом имеют наблюдение за состоянием геологической ситуации на рабочих участках, оценка условий возникновения прорывов и их прогноз.

Мерзлотные явления. На обширных пространствах Севера, Западной и Восточной Сибири, Забайкалья и Северо-Востока

СССР распространена многолетняя мерзлота [19, 21]. Поэтому инженерно-геологические условия месторождений полезных ископаемых на этих территориях наряду с обычными факторами определяются мерзлым состоянием горных пород, их льднсто-

22в