Материал: Engineering Geology of MD

здесь остановимся на описании только некоторых методов] оценки и прогноза устойчивости подземных горных выработок,' связанной со свойствами горных пород, вскрываемых по их кон-i турам и забоям.

Устойчивость горных пород, т. е. их способность сохранять ; свою прочность и естественное залегание (не расслаиваться, не зависать, не обрушаться), определяет способ, скорость и безопасность проходки горных выработок, способ управления их кровлей и крепление. Устойчивость пород в горных выработках на месторождениях угля, сланца и других полезных ископаемых (как и в туннелях и подземных сооружениях другого назначения) часто характеризуется главным образом устойчивостью их кровли и реже почвы. Поэтому оценка и прогноз устойчивости пород в горных выработках часто состоят в оценке и прогнозе устойчивости их кровли и почвы.

Нарушение устойчивости, равновесия горных пород в кровле горных выработок происходит главным образом под влиянием силы тяжести, преодолевающей силы сцепления и трения между слоями, слойками, пачками слоев и пластовыми отдельностями, по поверхностям и зонам трещин. На их равновесие (устойчивость) непосредственное влияние оказывают как геологические, так и горнотехнические условия. Из геологических условий первостепенное значение имеют: строение толщ пород, слагающих кровлю; мощность переслаивающихся слоев, слойков и пачек; петрографические особенности пород, обусловленные их составом, строением и степенью литификации; их прочность и степень нарушенности трещинами; обводненность и глубина залегания. Из горнотехнических условий определяющее влияние оказывают: размеры выработок и в том числе ширина их пролета; площадь незакрепленного пространства выработок после выемки полезного ископаемого; скорость продвижения забоя; способ управления кровлей; тип крепления и порядок расположения элементов крепи и др.

Все эти геологические и горнотехнические условия уже давно вызывали необходимость изучать причины деформаций горных пород в горных выработках, разрабатывать методы оценки и прогноза их устойчивости, классифицировать кровли по признакам их устойчивости или обрушаемости. Из таких классификаций наибольшей известностью пользуются классификации Ф. А, Балаенко и А. Д. Панова [1938 г.], Г. Н. Кузнецова 11947 г.], В. Т. Давидянца [1957 г.], К. И. Иванова [1958 г.], П. В. Васильева и С. И. Малинина [I960 г.], П. В. Васильева, К- И. Иванова и А. Д. Карпышева [1962 г.], О. Якоби [1963], В. Л. Свержевского [1966 г.], В. М. Омельяновича [1966 г.]. А, А, Орлова [1967 г.], Б. В. Смирнова [1973 г.], Б. П. Овчаренко 11980 г.]. Все они в той или иной степени учитывают влияние как геологических, так и горнотехнических условий на устойчивость и обрушаемость горных пород в горных выработках. Их множество указывает на сложность рассматриваемых геологических

242

ТАБЛИЦА VlI-2

Классификация кровли горных выработок по потенциальному

коэффициенту устойчивости

(по М. П. Бурцеву и С. И. Малинину)

явлений, недостаточную их изученность н необходимость дальнейшего изучения, оценки и прогноза.

При инженерно-геологических исследованиях месторождений полезных ископаемых оценку и прогноз устойчивости горных пород в горных выработках важно давать при их проектировании, т. е. на стадии разведки месторождения и по ее материалам. При вскрытии и разработке месторождений они должны уточняться до степени, позволяющей давать достоверное количественное заключение об устойчивости пород, чтобы

кровли горных выработок. В ней учитываются главным образом геологические факторы, оказывающие непосредственное влияние на устойчивость пород в горных выработках. Кроме описательной характеристики поведения пород основой этой классификации является коэффициент устойчивости, названный потенциальным, так как он не учитывает влияния горнотехни^ ческнх факторов. Эта классификация позволяет давать оценку и прогноз устойчивости горных выработок на основании изучения геологического разреза пород, слагающих кровлю, их петрографических особенностей и физико-механических свойств.

242>

Такие материалы можно получить как при разведке месторож-

ские факторы, отражающие потенциальную возможность пород, слагающих кровлю горных выработок, иметь ту или иную устойчивость, логически связаны следующей зависимостью:

„тЙсжК

ратный метр кровли.

Для наклонных и крутозалегающих пластов полученное значение коэффициента потенциальной устойчивости умножается на I-l-tga, где а —угол падения. Как видно, в числителе приведенной зависимости оказываются значения, положительно влияющие на устойчивость пород в кровле, а в знаменателе — отрицательно.

Описание и оценку устойчивости кровли и почвы горных выработок желательно сопровождать зарисовками их геологического строения по каждой разведочной скважине или участку (точке) документации горной выработки. Обобщив данные таких колонок по тому или иному участку или шахтному полю, можно составить карту прогноза потенциальной устойчивости пород кровли проектируемых или существующих горных выработок. На рис. V1I-1 приведены графики, отражающие закономерности формирования неустойчивой кровлн в зависимости от петрографических особенностей пород, их прочности н мощности слоев непосредственной кровли. Эти графики рекомендуются [Свержевский В. Л., 1980 г.] для прогноза формирования ложной кровли в горных выработках по материалам разведочных работ.

Таким образом, формирование неустойчивой кровли, как н почвы, указывает на разрушение горных пород и нарушение их устойчивости в призабойном пространстве горных выработок и вызывает определенные трудности и опасность при производстве горных работ. Поэтому важнейшими задачами инженерногеологического изучения месторождений полезных ископаемых служат определение, оценка и прогноз таких геологических явлений.

После обнажения горных пород горной выработкой ее кровля в призабойном пространстве может находиться в различных состояниях устойчивости в зависимости от геологических и гор-

244

Рис. VII-1. Графики, отражающие закономерности формирования ложной кровли в зависимости от петрографических особенностей пород, их прочности и мощности слоев кровли (по В. Л. Свержевскому)

нотехнических условий. Однако, как установлено многолетними наблюдениями, состояние ее устойчивости изменяется как бы стадийно. Так, сразу после обнажения горных пород кровля выработок очень часто устойчива, состояние ее хорошее; она ровная, сплошная. По мере продвижения забоя и опускания кровли по ее поверхности появляются трещины, по которым происходит смешение пород, образуются ступени и выступы, обрезы, кровля становится неровной, вдоль треш,ин происходит дальнейшее разрушение пород, густота трещин увеличивается, образуются вывалы, крепь «обыгрывается», и возможен завал выработки.

В этой классификации выделяются четыре класса и семь категорий состояния кровли по степени ее нарушенности. Она хо-

245

Т А Б Л И Ц А V l l - 3

рошо отражает динамику развития деформаций горных пород в очистных выработках и поэтому представляет большой интерес, особенно при обследовании горных выработок. При разведочных работах она позволяет объяснять возникновение возможных явлений при проходке горных выработок, на которые необходимо обращать внимание при оценке и прогнозе инже- нерно-геологических условий месторождения или шахтного поля. Поэтому и в этом случае она представляет интерес. Следует заметить, что в определенных геологических и горнотехнических условиях отмеченная в этой классификации последовательность состояний кровли может нарушаться. Например, если непосредственная кровля слабая (ложная), то в ней мЬгут появиться вывалы, хотя трещин с каким-либо существенным смещением пород по ним может и не быть.

Для количественной оценки угрожаемости вывалов при обследовании горных выработок представляет интерес метод О. Якоби [1963 г.], по которому устойчивость кровли оценивается коэффициентом, отражающим отношение общей площади, охваченной вывалами 5Б, ИЛИ общего их объема V» к площади призабойного пространства, т. е.

Если площадь призабойиого пространства мала, а 5а п V^ значительны, угроза вывалов и высота образующихся при этом куполов Лв также будут значительными. При большой площади

246