21857

Методы охраны объектов и сооружений в зоне влияния горных работ

Лекция

География, геология и геодезия

Методы охраны объектов и сооружений в зоне влияния горных работ. Методы ведения горных работ при подработке сооружений. Конструктивные меры защиты подрабатываемых сооружений. Для защиты объектов и сооружений от вредного влияния подземных горных разработок и предотвращения прорывов воды в горные выработки применяют различные меры охраны которые условно можно разделить на четыре группы: профилактические горнотехнические конструктивные комплексные.

Русский

2013-08-04

335.5 KB

58 чел.

32

Тема 12. Методы охраны объектов и сооружений в зоне влияния горных работ. 5 часов лекций + 2 часа практических занятий.

Основные принципы выбора мер охраны. Профилактические меры охраны. Горнотехнические меры охраны. Методы ведения горных работ при подработке сооружений. Ведение горных работ при отработке свит пластов (жил). Предохранительные целики. Конструктивные меры защиты подрабатываемых сооружений.

12.1. Основные принципы выбора мер охраны.

Для защиты объектов и сооружений от вредного влияния подземных горных разработок и предотвращения прорывов воды в горные выработки применяют различные меры охраны, которые условно можно разделить на четыре группы:

профилактические,

горнотехнические,

конструктивные

комплексные.

Профилактические меры имеют основным назначением предотвращение или снижение вредных последствий горных разработок Они должны выполняться как в период составления проектов освоения месторождений и генеральных планов застройки городов и поселков, так и в период выбора и привязки площадок для строительства конкретных объектов. В первом случае их следует называть заблаговременными, во втором — текущими. Рациональная застройка горнопромышленных районов обеспечивает наиболее полную и эффективную отработку запасов полезных ископаемых с минимальными затратами на мероприятия по борьбе с вредными последствиями подработок.

Горнотехнические меры охраны направлены на уменьшение деформаций земной поверхности и подрабатываемых объектов. Они включают в себя специальные методы ведения горных работ и оставление предохранительных целиков.

Конструктивные меры защиты имеют целью приспособить здания и сооружения к перенесению деформаций с минимальными последствиями. На послеосадочный ремонт таких зданий и сооружений требуется значительно меньше средств, чем для зданий и сооружений, не имеющих указанных мер защиты. Эти меры наиболее эффективны, если их предусматривают и осуществляют в период строительства здания (сооружения).

Комплексными считаются любые сочетания перечисленных выше мер. К ним относятся также оперативное устранение повреждений, возникающих в подрабатываемых объектах, и своевременное принятие других мер, необходимых для предотвращения аварийных ситуаций. Комплексные меры проводятся обычно в сочетании с постоянным инструментальным и визуальным контролем.

Выбор мер охраны сооружений и природных объектов регламентируется действующими нормативными документами, например, «Правилами охраны сооружений и природных объектов от вредного влияния подземных горных разработок на угольных месторождениях. М, Недра, 1981, 288 с.», «Руководством по расчёту и проектированию зданий и сооружений на подрабатываемых территориях. М, Стойиздат, 1983,136 с.».

Меры выбирают в зависимости от категории охраны объекта, ожидаемых деформаций земной поверхности, гидрогеологических условий участка месторождения, конструктивных особенностей, размеров, технического состояния и характера эксплуатации сооружения, установленного в нем оборудования и последствий подработки.

Полную защиту сооружений (т. е. полное предотвращение деформаций) применяют относительно редко, так как она связана с большими материальными затратами, трудно осуществима и не всегда является необходимой.

Чаще применяют частичную защиту, при которой допустимо появление деформаций подрабатываемых объектов в допустимых пределах, не ведущих к их разрушению и не влекущих за собой прекращение эксплуатации объектов, опасности для работающих и живущих в охраняемых зданиях и сооружениях, а также прорыва воды и затопления горных выработок. Последствия подработки при таком способе защиты сооружений обычно (при необходимости) устраняют послеосадочным ремонтом.

При решении вопросов отработки запасов под застроенными территориями и природными объектами различают допустимые и предельные деформации земной поверхности (основания сооружений). При допустимых деформациях возникают относительно небольшие повреждения, которые не создают существенных препятствий дальнейшей эксплуатации сооружений по их прямому назначению. При деформациях, превышающих предельные значения, повреждения столь велики, что могут привести к аварийному состоянию сооружений, повлечь угрозу опасности для жизни людей.

Отработка запасов в условиях, при которых расчетные деформации превышают предельные значения, должна производиться с применением горнотехнических мероприятий, уменьшающих деформации земной поверхности до допустимых значений. Если этими мероприятиями снизить деформации до допустимых значений не представляется возможным, дополнительно применяют конструктивные меры защиты.

При решении вопросов подработки объектов одиночным пластом или первым пластом свиты расчет ожидаемых деформаций обычно не производится, а условия отработки запасов под объектом определяются так называемой безопасной глубиной разработки, т. е. глубиной, ниже которой горные работы не вызывают в сооружениях деформаций, более допустимых.

Безопасная глубина Нб вычисляется из выражений

             m

Нб = К------;                                                                             (12.1)

            [g]

             m

Нб = Кi------;                                                                             (12.2)

            [ig]

где m — вынимаемая мощность пласта, м; [g] и [ig] допустимые значения горизонтальных деформаций и наклонов для подрабатываемого объекта (определяются по нормативным документам); К и Кi  коэффициенты, отражающие зависимость деформаций земной поверхности от углов падения пластов и физико-механических свойств массива горных пород.

В качестве примера в табл. 21.1 приведены значения коэффициентов К и Кi для условий Донецкого бассейна.

Значения К и Кi для условии Донецкого бассейна.

Таблица 21.1

Угол падения пласта , град.

К

Кi

0

10

20

30

40 и более

0.7

1.0

1.0

0.8

0.7

1.6

1.8

1.5

1.1

0.9

Из двух значений Нб, полученных по формулам (12.1) и (12.2), принимается наибольшее значение. В тех случаях, когда для объекта является опасным только один из указанных видов деформаций или i, расчет безопасной глубины производится только по формуле, содержащей этот вид деформаций.

Если разрыв во времени между отработкой отдельных пластов в свите превышает общую продолжительность процесса сдвижения, деформации от разработки каждого пласта меньше допустимых, а повреждения, вызванные предыдущими подработками, полностью ликвидированы, или когда принятая схема и порядок отработки пластов не приводят к накоплению деформаций, «Правилами охраны сооружений» допускается определение безопасной глубины для отдельных пластов по формулам (12.1) и (12.2).

При выборе мер охраны подрабатываемых объектов проводят, как правило, технико-экономический анализ возможных вариантов. За базовый обычно принимают наиболее безопасный, но и наиболее дорогой вариант оставления предохранительного целика. Потери полезного ископаемого в предохранительном целике вызывают сложную цепь последствий, которые экономически проявляются в полной мере лишь через определенное время. Вследствие этого сравнение вариантов производят с приведением затрат более поздних лет к текущему моменту, увеличивая затраты на коэффициент приведения затрат Кп, определяемый по формуле

                 1

Кп = ----------------,                                                                   (12.3)

          (1 + Ен.п.)t

где t  период времени приведения в годах; Ен.п = 0,08 — норматив для приведения разновременных затрат.

21.2. Профилактические меры охраны.

Профилактические меры заключаются, главным образом, в оптимальном расположении различных объектов народного хозяйства относительно месторождений полезных ископаемых и будущих фронтов развития горных работ.

Основой профилактических мероприятий служит карта прогноза ожидаемых деформаций земной поверхности. На ней выделяют площади, не подверженные влиянию горных работ, или такие, где процесс сдвижения полностью закончился, т. е. площади, на которых строительство можно вести без всяких ограничений. Остальную территорию разбивают на участки:

с относительно небольшими деформациями, на которых можно располагать второстепенные, мало чувствительные к подработке здания и сооружения;

с затухающими деформациями, на которых можно в ближайшее время (после окончания процесса сдвижения) начинать строительство;

участки с интенсивными деформациями, где возводить здания и сооружения в ближайшее время нецелесообразно.

На эти карты наносятся также выходы на поверхность тектонических нарушений, осевых плоскостей складок, контактов слоев разной прочности и других ослаблении массива, где происходит концентрация деформаций горных пород. В последствии установленные по данным геологической разведки места концентрации деформации уточняются инструментальными наблюдениями.

12.3. Горнотехнические меры охраны.

12.3.1. Методы ведения горных работ при подработке сооружений.

Степень деформирования подрабатываемых объектов существенно зависит от порядка ведения горных работ, способа управления кровлей, скорости подвигания очистного забоя и других горнотехнических факторов. Выбор оптимального сочетания этих факторов, т. е. горнотехнических мер защиты, является важной составной частью проекта отработки запасов под застроенными территориями и природными объектами. Целесообразность применения той или иной горной меры защиты или комплекса этих мер определяется технико-экономическим расчетом и техническими возможностями.

Наиболее часто стараются планировать горные работы так, чтобы подрабатываемый объект попадал в пределы плоского дна мульды сдвижения, т. е. на тот ее участок, на котором остаточные деформации минимальны. Для выполнения этого условия необходимо, чтобы общий фронт очистных работ под рассматриваемыми объектами удовлетворял условиям

D1 = a + b + l1 / cos + 2 ,                                                            (12.4)

D2 = 2H ctg 3 + l2 + 2,                                                                (12.5)

где D1 и D2 размеры очистной выработки соответственно вкрест и по простиранию (рис 12.1), а и b  расстояния от проекции подрабатываемого объекта на пласт (залежь) соответственно до нижней и верхней границ очистной выработки, l1 и l2 — размеры подрабатываемого объекта вкрест простирания и по простиранию, — поправка за счет погрешности определения углов полных сдвижений; Нсредняя глубина разработки, — угол падения пласта или залежи.

Численные значения а и b определяют из выражений

       (H + 0.5 l1 tg ) cos (1 + )

a = -------------------------------------------;                                        (12.6)

                          sin 1

       (H - 0.5 l1 tg ) cos (2 + )

b = -------------------------------------------;                                        (12.7)

                          sin 1

где 1; 2 и 3 - углы полных сдвижений.

Если погрешность в определении углов полных сдвижений составляет ±5°, то = 0,1 Н.

Рис 12.1. Расположение подрабатываемого объекта на участке плоского дна мульды сдвижения на разрезе вкрест простирания (а) и по простиранию пласта (б).

Создание плоского дна в мульде сдвижения при небольших глубинах разработки пластов обычно не представляет трудностей, но с ростом глубины осуществление этого мероприятия связано со значительным увеличением размеров очистных выработок, что по ряду технических причин не всегда возможно. В этих случаях плоское дно в мульде сдвижения создают путем соответствующей отработки нескольких лав. Наиболее эффективен в этом отношении способ парных штреков (рис. 12.2).

Рис 12.2 Последовательность отработки пласта при способе парных штреков.

1 и 2 участки пласта, отрабатываемые соответственно на первом и втором этапе.

При этом способе на первом этапе (прямым ходом) отрабатывают лавы, влияние которых на земную поверхность мало ощутимо. Между этими лавами оставляют полосы, при выемке которых на втором этапе (обратным ходом) зависание в толще горных пород погашается и на земной поверхности образуется плоское дно.

Размер очистной выработки первого этапа определяют из выражения

d = C  H,                                                                                  (21.8)

где С коэффициент, зависящий от совокупности свойств толщи горных пород (прочности, слоистости, трещиноватости и т. д ); его значение условиях угольных месторождений колеблется в пределах от 3 до 5, устанавливается обычно эмпирическим путем.

Длину лав с (рис. 12.2), отрабатываемых обратным ходом, принимают равными 2,5 d, но не более 200 м.

Отработка пластов под зданиями и сооружениями способом парных штреков имеет следующие достоинства:

а) при отработке первых лав на земной поверхности не происходит ощутимых деформаций, так как пролеты меньше предельных, при которых горные работы оказывают заметное влияние на земную поверхность;

б) первые лавы работают независимо друг от друга, вследствие чего возможно развить большую скорость подвигания очистных забоев;

в) в случае остановки одной из лав, другие лавы могут продолжать движение без ущерба для подрабатываемых объектов;

г) в связи с тем, что отработку полос между первыми лавами ведут обратным ходом, эти участки пласта детально разведываются и оконтуриваются первыми лавами, так что их отработка происходит более надежно и ритмично;

д) очистные работы ведут без межлавных целиков, что уменьшает потери, улучшает состояние выработок и дает более равномерную осадку земной поверхности и сооружений;

е) при отработке лав обратным ходом повторно используют штреки, пройденные при отработке первых лав;

ж) период влияния горных работ на здания и сооружения при отработке пластов по этой схеме меньше сокращается, что позволяет приурочить интенсивную осадку сооружений к наиболее благоприятному времени.

К недостаткам этого способа следует отнести большие деформации земной поверхности на границе с плоским дном и бурный характер развития деформаций, что отрицательно сказывается на состоянии некоторых типов сооружений. Устранить указанные недостатки можно путем применения закладки выработанного пространства при отработке полос обратным ходом.

Помимо способа парных штреков плоское дно в мульде сдвижения при больших глубинах разработки пластов можно создать, располагая очистную линию забоя уступами. При этом отставание забоев соседних лав друг от друга должно быть таким, чтобы на земной поверхности образовалась одна общая мульда сдвижения, т. е. влияние соседних лав должно проявляться раньше, чем успеет получить заметное развитие мульда без плоского дна под влиянием одной или группы относительно коротких лав. Значение этого отставания L можно определить из выражения

L =  HB,                                                                             (12.9)

где HB  средняя глубина залегания верхней лавы; — коэффициент, зависящий от состава толщи горных пород и скорости подвигания очистного забоя (значения коэффициента колеблются, как правило, в пределах 0,4—0,6).

Для создания плоского дна в мульде сдвижения при разработке пластов уступами размеры целиков между лавами не должны превышать 0,1 Н и 0,2 l (l — длина каждой из отрабатываемых лав).

Заметное влияние на состояние подрабатываемых зданий оказывает его ориентация по отношению к горным работам. Поскольку повреждения зданий при прочих равных условиях находятся в прямой зависимости от их длины, следует стремиться, чтобы деформации земной поверхности в направлении продольной оси здания были минимальными. Это условие выполняется в тех случаях, когда горные работы ведут с таким расчетом, чтобы:

а) здания, расположенные продольной осью вкрест простирания пластов, оказывались в средней части мульды сдвижения, вблизи главного сечения по простиранию;

б) здания, ориентированные продольной осью по простиранию, оказывались на краю мульды сдвижения;

в) продольные оси зданий, расположенных диагонально к простиранию, оказывались примерно параллельными линии очистных забоев.

Выемку полезного ископаемого под зданиями, расположенными вкрест простирания и хорошо сопротивляющимися сжатию, целесообразно производить двумя расходящимися забоями, одновременно отходящими от разрезной печи, пройденной под серединой подрабатываемого объекта. Очистные работы в пределах участка, влияющего на здание, нужно проводить в этом случае с выкладкой в выработанном пространстве бутовых полос.

При подработке самотечных канализационных коллекторов горные работы следует вести навстречу транспортируемой в них жидкости.

Отработку полезных ископаемых под школами, котельными и другими сооружениями, имеющими значительные перерывы в эксплуатации, надо планировать с таким расчетом, чтобы активная стадия процесса сдвижения совпадала с перерывами в эксплуатации этих объектов.

В тех случаях, когда обеспечить защиту зданий и сооружений с помощью рационального проектирования очистных работ и оптимальных конструктивных мер защиты технически невозможно или экономически невыгодно, применяют способы частичной отработки запасов.

При отработке пластов (залежей) на неполную мощность m' последнюю вычисляют из выражения

m' = m []/,                                                                       (12.10)

где m  полная рабочая мощность пласта (залежи); [] — значение деформации, допустимое для подрабатываемого объекта; — деформация при выемке пласта (залежи) на полною рабочую мощность.

При частичной отработке пластов по площади подбирают такие размеры лав D и межлавных целиков d, при которых деформации земной поверхности под рассматриваемым объектом не превысят заданных значений. Задачу решают методом последовательного приближения, т. е. вначале принимают ориентировочные значения D и d, а потом расчетом их уточняют.

Частичная отработка наиболее эффективна при углах падения менее 30°, глубине разработки более 150 м и относительно прочных породах ([сж]>250 кгс/см2). Длину лав при частичной отработке следует принимать не более 0,35 Н, а размеры целиков не менее 0,12 Н. При D>0,35H влияние отдельной лавы на деформации земной поверхности резко возрастает, а при d<0,12H возможны внезапные разрушения целиков под воздействием повышенного опорного давления.

Эффективным мероприятием, обеспечивающим нормальную эксплуатацию подрабатываемых объектов и не требующим дополнительных затрат, является учёт знака и направления развития деформаций в подрабатываемых объектов.

В частности, при подработке горизонтальных выработок, особенно на обводненных участках, для предотвращения скопления воды в выработках и облегчения транспортировки полезного ископаемого горные работы в подрабатывающем пласте должны вестись навстречу уклону с тем, чтобы не допустить создания нулевых или обратных уклонов.

При выемке полезного ископаемого под железнодорожными путями на участках пути, где исходные элементы профиля близки к допустимым пределам, уклон пути следует уменьшать, а не увеличивать. Горные работы следует начинать под участком железнодорожного пути с нулевым уклоном или уклоном, направленным в сторону, противоположную движению забоя.

При отработке запасов от границ шахтного поля к середине нельзя останавливать забои и оставлять целики угля под выпуклой частью профиля пути, так как в этом случае выпуклость увеличивается.

В последние годы для защиты ответственных сооружений от вредного влияния подземных горных разработок все чаще применяют полную закладку выработанного пространства.

Из-за высокой стоимости закладочного комплекса закладку целесообразно применять на большой площади. К тому же чем обширнее закладываемая площадь, тем меньше сказывается влияние активизации сдвижения горных пород от соседних участков, отрабатываемых с обрушением кровли.

При использовании закладки необходимо учитывать коэффициент усадки закладки, зависящий от вида и материала закладки (табл.12.2).

Коэффициенты усадки закладки из различных материалов.

Таблица 12.2

Вид закладки

Коэффициент усадки В

Гидравлическая

из песка

из дроблёной породы

0.05-0.15

0.15-0.30

Пневматическая

0.25- 0.40

Самотечная

из дроблёной породы

из рядовой породы

0.25-0.45

0.35-0.50

12.3.2. Ведение горных работ при отработке свит пластов (жил).

Существенное влияние на деформации земной поверхности и сооружений при разработке свит пластов или жил оказывают взаимное положение горных выработок в разных пластах, порядок и сроки отработки пластов. Так, при расположении границ очистных выработок в сближенных пластах (жилах) примерно в одной вертикальной плоскости происходит однозначное наложение деформаций, и сумма их в несколько раз превышает значения деформаций, возникающих от влияния одного из этих пластов. И наоборот, при соответствующем относительном смещении границ очистных работ в разных пластах (жилах) происходит полная или частичная взаимная компенсация деформаций разных знаков, а на отдельных участках подрабатываемой площади суммарные значения деформаций могут оказаться меньше возникающих от влияния каждого из пластов этой свиты.

На указанном принципе основано одно из наиболее эффективных горных мероприятий — гармоническая отработка пластов (жил), т. е. отработка, предусматривающая такое взаимное расположение очистных выработок, при котором деформации земной поверхности в районе подрабатываемого объекта частично или полностью взаимно компенсируются.

При необходимости организации гармонической отработки пластов (жил) составляют специальный проект, в котором определяют деформации от влияния лав, положение которых предопределено защищенными (от внезапных выбросов) зонами, технологией горных работ, пройденными капитальными выработками и другими факторами. Суммируют полученные деформации и полученную сумму с обратным знаком распределяют между остальными пластами (очистными выработками) пропорционально их мощности, отношению мощности к глубине или по другому признаку, приемлемому для данных условий. Затем определяют положение очистных выработок, при котором деформации земной поверхности в районе подрабатываемых объектов будут соответствовать значениям, заданным указанным выше способом.

В практике подработки сооружений редко стремятся к полной компенсации деформаций, так как это чрезвычайно сложно и дорого. К тому же в этом, как правило, нет необходимости. Более рациональна частичная компенсация, получаемая при таком расположении очистных работ, при котором деформации земной поверхности не превышают значений, допустимых для подрабатываемого объекта.

При такой постановке задачи требуется лишь, чтобы деформации в процессе подработки и остаточные деформации в районе объекта не превысили допустимых для него значений.

При разработке свит пластов часто ограничиваются нахождением такого взаимного расположения выработок, когда суммарные деформации земной поверхности от очистных выработок в нескольких пластах не превышают деформаций, возникающих от каждой из этих выработок, т. е. когда не происходит существенного однозначного суммирования деформаций одновременно. Это требование выполняется в тех случаях, если граница влияния на земную поверхность каждой последующей очистной выработки совпадает с точкой максимальной деформации от предыдущей выработки, как это показано на рис 12.3.

Рис 12.3 Взаимное расположение выработок, исключающее накопление однозначных деформаций.

Графики горизонтальных деформаций: 1 — обусловленных проведением работ по пласту I; 2 возникающих при разработке пласта II.

Ориентироваться можно на любой вид деформаций, но обычно за основу берут горизонтальные деформации, так как они являются наиболее опасными для большинства зданий и сооружений. Определение взаимного положения очистных выработок производят графически, с помощью номограмм или аналитически. При этом в последнем случае определяют оптимальное горизонтальное расстояние L между нижними границами очистных выработок в соседних пластах (рис. 12.3) по формулам нормативных документов:

для нисходящего порядка отработки

L = HB sin ( - 0) + h cos 0;                                                 (12.11)

для восходящего порядка отработки

       HН sin ( - 0) cos                cos 

L = ----------------------------- + h ---------------;                             (12.12)

          sin 0 sin ( + )            sin ( + )

где HB и HН - глубины залегания нижней границы очистной выработки соответственно в верхнем и нижнем из рассматриваемых пластов; 0 - граничный угол со стороны падения пласта; угол падения пластов; - угол максимального влияния, определяемый по данным натурных наблюдений, на большинстве месторождений его значения колеблются в пределах от (/2 - 0.7) до (/2 - 0.9); h - расстояние между пластами по нормали.

При отработке свит крутопадающих пластов, вскрываемых вертикальными стволами и квершлагами, расстояние между пластами, при котором не будет существенного однозначного наложения деформаций, вычисляют из выражения

L = H(ctg 0 - ctg ),                                                                 (12.13)

где Нглубина расположения откаточного квершлага.

Степень деформирования подрабатываемых объектов зависит не только от взаимного расположения горных выработок в пространстве, но и от развития горных работ во времени.

В частности, для компенсации деформаций необходим минимальный разрыв во времени между отработкой пластов. Если пласты отрабатываются способом, когда не происходит существенного однозначного суммирования деформаций, разрыв во времени между отработкой пластов имеет второстепенное значение. При раздельной отработке пластов, когда возможно однозначное наложение деформаций, разрыв во времени между отработкой пластов должен быть не менее общей продолжительности процесса. Это необходимо для снятия напряжений, возникших от предыдущей подработки (преимущественно в стальных трубопроводах), или устранения появившиеся деформации в охраняемых объектах.

12.3.3. Предохранительные целики.

Наиболее надежной мерой защиты и охраны объектов и сооружений от вредного влияния подземных горных разработок (но подчас наименее экономичной) является оставление предохранительных целиков.

Установление оптимальных размеров предохранительного целика представляет собой сложную и ответственную инженерную задачу. Известны случаи, когда целики недостаточных размеров вызывали большие повреждения сооружений, чем отработка запасов без оставления целиков.

Вместе с тем оставление излишних запасов в целиках ведет к неоправданным потерям полезного ископаемого и наносит значительный ущерб народному хозяйству.

Оставление целиков существенно нарушает технологию добычи полезного ископаемого и ритм работы горного предприятия. Особенно это ощутимо при высокой степени механизации добычных процессов, так как переход горных работ через оставляемый целик связан с увеличением непроизводительных монтажных работ.

Вообще предохранительные целики оставляют под сооружениями только в тех случаях, когда другие меры охраны технически невыполнимы или нецелесообразны по технико-экономическим соображениям.

В соответствии с «Правилами охраны сооружений и природных объектов от вредного влияния подземных горных разработок на угольных месторождениях. М, Недра, 1981, 288 с.» целики оставляют при ведении горных работ выше горизонта уже упоминавшейся “безопасной” глубины, определенной на основе опыта или расчета для различных видов сооружений в зависимости от их назначения, конструктивных особенностей, размеров, технического состояния, установленного оборудования и т. д.

При оставлении предохранительных целиков предусматривают, как правило, не полную защиту сооружений, а только защиту их от разрушительных деформаций, т. е. при этом сооружения должны попадать за пределы опасной зоны мульды сдвижения (рис. 12.4), определяемой углами сдвижения. Для особо ответственных сооружений, в том числе для глубоких (свыше 600 м) вертикальных стволов шахт, целики строят по граничным углам.

Рис 12.4. Определение границ опасной зоны мульды сдвижения.

1 мульда оседания, 2график горизонтальных деформаций, 3—охраняемый объект.

Под построением целиков следует понимать определение границ, до которых можно вести горные работы, не вызывая недопустимых повреждений в охраняемых объектах или прорыва воды в горные выработки.

Обычно границы предохранительных целиков определяют на вертикальных разрезах линиями пересечения почвы пластов с плоскостями, проведенными под углами сдвижения (или граничными углами) через границы охраняемой площади. При определении границ охраняемой площади контур объекта ограниченных размеров в плане заменяют описанным прямоугольником, стороны которого параллельны направлениям падения и простирания пласта (на рис. 12.5 прямоугольник абвг). Такое направление сторон прямоугольника обусловлено тем, что углы сдвижения в «Правилах охраны сооружений...» задаются по простиранию и падению пласта (залежи).

Рис 12.5. Построение предохранительного целика способом вертикальных разрезов.

I — разрез вкрест простирания пласта, II — разрез по простиранию пласта; III — план.

Параллельно сторонам полученного прямоугольника строят предохранительную берму, внешние границы которой являются границами охраняемой площади (на рис. 21.5 прямоугольник а'б'в'г'). Берма обеспечивает некоторый запас надежности охраны объектов с учетом погрешности определения углов сдвижения. Размеры берм принимают в зависимости от значимости объекта и его чувствительности к деформациям земной поверхности. Так, в “Правилах охраны сооружений...” ширина бермы для вертикальных шахтных стволов, в том числе и слепых, принимается равной 20 м, для шурфов — 10 м, для технических скважин глубиной более 500 м — 15 м, для скважин глубиной менее 500 м — 10 м. Для зданий и сооружений ширина бермы определяется по табл. 21.3 в зависимости от допустимых деформаций или категории охраны объекта.

Параметры берм.

Таблица 12.3

Допустимые деформации

Категория охраны

транспортных сооружений

Ширина бермы

[д]103

[iд]103

2 и менее

4 и менее

I

20

2.1-4.0

4.1-6.0

II

15

4.1-6.0

6.1-8.0

III

10

Более 6.0

Более 8.0

IV

5

Примечание: Если для сооружения по допустимым деформациям [д] и [iд] получаются различные размеры берм, то в качестве окончательного значения принимается наибольшее.

Построение предохранительных целиков для объектов ограниченных размеров.

Построение предохранительных целиков производят графически или графоаналитически на планах, разрезах и проекциях на вертикальную плоскость в масштабах 1:2000 и крупнее. При этом применяют в основном следующие способы:

вертикальных разрезов (сечения),

перпендикуляров,

проекций с числовыми отметками (изолиний).

При построении целика по способу вертикальных разрезов вокруг охраняемого объекта строят контур охраняемой площади. Затем через центр этого контура проводят оси O1O2 и O3O4, параллельные линиям падения и простирания залежи (пласта), и по ним строят разрезы (см. рис. 12.5). На разрезы проектируют границы охраняемой площади (точки а, б, в, г) и от этих границ под углом сдвижения в наносах и , и в коренных породах проводят линии до пересечения с почвой залежи (пласта). Точки пересечения этих линий с почвой залежи (точки А, Б, В и Г) являются границами предохранительного целика в направлении построенных разрезов. Полученные границы целика, спроектированные с разрезов на план и соединенные между собой, образуют в общем случае искомый контур предохранительного целика на плане (трапеция АБВГ). В тех случаях, когда горизонтальная линия, проведенная на уровне безопасной глубины разработки на разрезе вкрест простирания, пересекает целик, нижней границей целика является линия пересечения горизонта безопасной глубины с почвой залежи (линия ДЕ).

В последние годы в связи с совершенствованием методики определения допустимых деформаций для различных объектов появились способы построения предохранительных целиков по допустимым деформациям. При этом построение целиков производят следующим образом.

По действующим нормативным документам или рекомендациям специалистов (строителей, технологов и т. д.) устанавливают виды и значения деформаций, от которых надо защищать данное сооружение. Так, например, для сооружений башенного типа опасными являются наклоны, для подземных (бетонных) резервуаров воды — растяжения и т. д.

Построение целика сводится к определению границ горных работ, при которых деформации земной поверхности в районе охраняемой площади не превысят допустимых значений. Местоположение этих границ определяют расчетным путем или по номограммам, на которых деформации земной поверхности изображены в изолиниях.

Номограмму, построенную для условий полной подработки и выполненную на кальке, накладывают на разрез так, чтобы лава на номограмме совмещалась с почвой залежи на разрезе, а изолиния номограммы с отметкой доп/m или iдоп/m (где доп и iдоп — соответственно допустимые для объекта горизонтальные деформации и наклоны; m — вынимаемая мощность залежи) проходила через границу охраняемой площади. Граница лавы, ближайшая к охраняемой площади, будет являться искомой границей предохранительного целика на данном разрезе (рис 12.6).

Рис.12.6 Определение границ предохранительного целика по допустимым деформациям с помощью номограммы горизонтальных деформаций.

1 - охраняемый объект; 2 - изолинии горизонтальных деформаций растяжения, 10-3; 3 - предохранительный целик; 4 - выработанное пространство.

Построение целиков под вытянутыми объектами.

К вытянутым объектам относятся линии железных дорог, трубопроводы различного назначения, реки, каналы, наклонные шахтные стволы, квершлаги и другие подобные объекты, пересекающие шахтные поля на значительном протяжении.

При построении предохранительных целиков под такие объекты наиболее часто применяют способ перпендикуляров и обычно в такой последовательности (рис. 12.7):

Рис 12.7. Построение предохра-нительного целика под вытянутый объект (железную дорогу).

1—охраняемый объект; 2 охраняемый контур на поверхности (с учетом бермы); 3 — охраняемый контур по контакту наносов с коренными породами; 4 — границы целика;5 — выход пласта под наносы; 6 изоглубины пласта.

а) по допустимым деформациям или по категории охраны сооружения устанавливают размер бермы, с учётом которой строят контур охраняемой площади на контакте наносов с коренными породами, линии контура должны быть параллельны сторонам охраняемого объекта;

б) охраняемый объект разбивают на ряд прямолинейных участков и для каждого из них определяют угол n, т. е. острый угол, составленный осью объекта с простиранием пласта;

в) из середины прямолинейных участков восстанавливают перпендикуляры и в местах пересечения их с охраняемым контуром на контакте наносов с коренными породами (в точках а, б, в, г, д, а', б', в', г', д') определяют глубины залегания пласта Нn;

г) по найденным значениям угла n и глубины Нn по соответствующим таблицам или номограммам “Правил охраны ...” определяют длину перпендикулярных отрезков qn и ln;

д) от границ охраняемой площади на контакте наносов с коренными породами (от точек а, б, в, г, д, а', б', в', г', д'} откладывают в масштабе плана перпендикулярные отрезки qn и ln, концы которых соединяют затем плавными кривыми, являющимися боковыми границами предохранительного целика (верхней границей является обычно выход залежи под наносы, нижней — горизонт безопасной глубины).

Если в результате построения предохранительный целик для диагонально расположенного вытянутого объекта в нижней части будет иметь острый угол, то последний рекомендуется срезать по линии падения пласта с таким расчетом, чтобы высота целика по линии среза в плоскости пласта была не более 40 м (отрезок MЛ=40 cosa). В этом случае целик оптимальных размеров ограничивается контуром аа'Б'В'Г'КЛМГВБ.

Построение целиков для охраны шахтных стволов.

Вертикальные стволы шахт и рудников являются основными артериями горнодобывающих предприятий, поэтому к их охране подходят особенно внимательно. Согласно деиствующим “Правилам охраны ...” стволы охраняют, как правило, без учета безопасной глубины; это означает, что, практически, при всех глубинах залегания полезных ископаемых под стволами должны оставляться предохранительные целики.

Для относительно неглубоких стволов (до 400 м), а также блоковых и воздухоподающих (вспомогательных) стволов любой глубины целики строят по углам сдвижения.

Границы предохранительных целиков для глубоких главных и вентиляционных стволов с жесткой крепью, оборудованных постоянным подъёмом, определяют на вертикальных разрезах линиями пересечения почвы залежи с плоскостями, проведенными через границы охраняемой площади под углами сдвижения до глубин 400 м и под граничными углами от глубин 600 м (при </4) или 700 м (при >/4) и более. В интервале глубин 400—600 м при </4 и 400—700 м при >/4 границы предохранительных целиков определяются линиями соединяющими границы целиков соответственно на глубинах 400 и 600 или 700 м.

Размеры целиков по всем пластам или залежам или участкам пластов (залежей), расположенным ниже зумпфа ствола на 0,2 Н и более (Нглубина ствола с зумпфом), определяют при любых глубинах разработки по углам сдвижения от границы берм охраняемой площади.

Размер бермы при определении охраняемой площади принимают для всех стволов равным 20 м.

В тех случаях, когда фактическая глубина залегания полезного ископаемого меньше безопасной, установленной для сооружений промплощадки, а ствол допускается охранять по углам сдвижения, строят общий целик для охраны как ствола с подъемным комплексом, так и других надшахтных сооружений. Однако чаще приходится рассчитывать целик для охраны шахтного ствола вместе с копром и зданием подъемной машины отдельно от остальных сооружений промплощадки.

Методика построения целиков под стволы в основном та же, что и для других объектов. Но поскольку стволы следует защищать не только от недопустимых сдвижений, но и от опасных проявлений горного давления, околоствольные предохранительные целики должны отвечать ряду дополнительных требований.

Так, границы предохранительных целиков, построенных по углам сдвижения, должны отстоять от ствола на разрезах вкрест простирания и по простиранию в плоскости пласта на расстоянии не менее 50 м при </4 и 60 м при >/4 при глубинах до 400 м. При глубинах более 400 м указанные минимальные размеры целиков увеличивают из расчета по 10 м на каждые последующие 100 м глубины.

Для глубоких вертикальных стволов, охраняемых по граничным углам, размер целика l от ствола в плоскости пласта по падению определяется по соответствующим таблицам “Правил охраны... ”.

При больших глубинах и наличии в основной кровле разрабатываемого пласта мощной (более 20 м) толщи труднообрушающихся монолитных пород ([сж]>800 кгс/см2) размер целиков по простиранию в каждую сторону от ствола (для защиты жесткой крепи от опорного давления) должен быть не менее 250 м.

Для сокращения потерь полезных ископаемых “Правилами охраны ...” рекомендуется ограничивать размер целика в плоскости пласта в сторону падения пластов от ствола при от 20° до 450 значением 250 м. С этой же целью производят срезание углов целика любым из рассмотренных способов.

Недостатком изложенных способов построения предохранительных целиков под вертикальные стволы шахт является то, что в их основу положен принцип защиты сооружений, расположенных на земной поверхности, и в них не в полной мере учтены механизм деформирования толщи пород и расположенных в ней стволов, материал и конструкция крепи, число разрабатываемых пластов (залежей) и другие влияющие факторы. Поэтому в одних случаях размеры целиков оказываются завышены, в других занижены, т. е. недостаточно надежны. Этим, в частности, объясняется переход к защите глубоких стволов по граничным углам.

12.4. Конструктивные меры защиты подрабатываемых сооружений.

Конструктивные меры защиты могут быть осуществлены как в период проектирования и строительства сооружений, так и непосредственно перед подработкой в период их эксплуатации.

Более эффективны меры, осуществляемые в период строительства. Однако вкладывать средства в мероприятия, которые окупятся через много лет, не всегда бывает выгодно. В ряде случаев целесообразнее провести ремонтно-восстановительные работы или применить более дорогие мероприятия в период эксплуатации сооружения.

Вопросы строительства сооружений на подрабатываемых территориях, в том числе и условия применения конструктивных мероприятий, регламентируются специальными нормативными документами, в частности, «Правилами охраны сооружений и природных объектов от вредного влияния подземных горных разработок на угольных месторождениях. М, Недра, 1981, 288 с.» и «Руководством по расчёту и проектированию зданий и сооружений на подрабатываемых территориях. М, Стройиздат, 1983, 136 с».

Здания проектируют по жесткой, податливой и смешанной конструктивным схемам.

При проектировании по жесткой схеме предусматривают усиление здания железобетонными поясами и другими конструкциями, повышающими жесткость и прочность здания до состояния, при котором несущие конструкции смогут сопротивляться деформациям земной поверхности.

Проектирование по податливой схеме имеет целью придать зданию определенную гибкость с таким расчетом, чтобы оно вписывалось в мульду сдвижения и при этом в несущих конструкциях не возникало опасных напряжений. Гибкость зданий создают путем применения специальных шарнирных вставок и связей, нежестких междуэтажных поясов, широких проёмов и пр.

Для защиты таких зданий от горизонтальных деформаций земной поверхности между наземной и подземной частью создают обычно шов скольжения. При использовании принципа податливости предусматривают меры по обеспечению пространственной устойчивости каждого отсека здания.

При проектировании по смешанной конструктивной схеме применяют различное сочетание жесткой и податливой схем. Например, подземную часть принимают податливой, а наземную — жесткой и т. д.

Наиболее эффективным и широко применяемым мероприятием для защиты жилых и производственных зданий, ряда гидротехнических и других сооружений от вертикальных и горизонтальных деформаций основания является разрезка их на секции прямоугольной формы в плане путем устройства деформационных швов, которые устраиваются во всех несущих и ограждающих конструкциях.

Для эксплуатируемых зданий, построенных без специальных конструктивных мероприятий, применяют следующие меры защиты:

разделение зданий на секции путем создания деформационных швов;

усиление зданий тяжами, установленными на одном или нескольких уровнях по периметру стен;

установка зданий на домкраты с подведением металлических или железобетонных обвязочных балок под наружные и внутренние стены;

отрывка вокруг зданий компенсационных траншей, концентрирующих в себе основные виды деформаций с целью разрядки напряжений в зданиях;

устройство железобетонных плит и поясов по грунту или на уровне перекрытия над подвалом;

подведение железобетонных фундаментов;

укрепление отдельно стоящих колонн и т. д.

Для уменьшения вредного влияния горных работ на технологическое оборудование его разрезают на отдельные блоки; предусматривают упругие связи или гибкие передачи между отдельными блоками и агрегатами; устанавливают оборудование на домкратах, позволяющих регулировать его положение при подработке; создают шарнирно-подвижные опоры и увеличивают площадь опорных плоскостей.

При проектировании трубопроводов различного назначения (газо-, водопроводов, канализации) в качестве мер защиты применяют:

засыпку трубопроводов грунтом, плохо сцепляющимся с трубопроводом (наиболее часто применяют песок или другие материалы, близкие по свойствам к песку);

устройство на поверхности трубопровода изоляции, уменьшающей коррозию металлических труб и снижающей сцепление с грунтом;

создание равнопрочных стыков;

установку сальниковых, П-об-разных и других компенсаторов.

Эффективным средством защиты является прокладка трубопроводов на поверхности земли на опорах различной конструкции.

Это мероприятие было применено, в частности, при строительстве канала Северный Донец—Донбасс, трасса которого проходит над горными выработками, в связи с чем часть его пропущена по трубам большого диаметра, уложенным на поверхности на специальных опорах, обеспечивающих возможность выравнивания и рихтовки трубопровода.

В отдельных случаях, чтобы избежать защемления труб грунтом, укладку трубопроводов (за исключением газопроводов) производят в каналах, выполняемых из сборных элементов небольшой длины, обладающих определенной гибкостью и подвижностью за счет компенсационных возможностей соединения стыков.

Защиту эксплуатируемых напорных трубопроводов (газо-, водо-, продуктопроводов и др.) осуществляют:

вскрытием их с целью освобождения от защемления грунтом;

усилением сварных стыков наваркой цилиндрических муфт;

разгрузкой трубопроводов от напряжений посредством разрезки их автогеном и последующей вварки коротких вставок;

установкой компенсаторов различных конструкций;

кольцеванием и установкой задвижек.

При прокладке над горными выработками линий канализации трубопроводам задают избыточный уклон с таким расчетом, чтобы нормальная работа канализации сохранялась и после ее подработки.

В условиях крутого, складчатого и нарушенного залегания пластов, когда на земной поверхности образуются уступы, в местах пересечения линий канализации уступами целесообразно сооружать специальные колодцы. Для лучшей сохранности колодцев их следует располагать не непосредственно на уступах, а на расстоянии 0,5—1,0 м от них. Трубы в колодцах должны иметь перепад, равный ожидаемой высоте уступа, а конструкция колодца должна обеспечивать возможность подвижки труб в колодце на высоту перепада. В этом случае трубы после подработок займут положение, обеспечивающее нормальный ток жидкости.

Для обеспечения нормальной работы самотечных канализационных трубопроводов при подработке производят их регулярную прочистку и промывку и иногда подъем трубопровода на прежние высотные отметки для обеспечения нормальной работы.

Опоры подвесных дорог и высоковольтных линий электропередач, радио - и телевизионные вышки при необходимости укрепляют перед подработкой дополнительно растяжками. В отдельных случаях для выравнивания радио- и телевизионных вышек применяют поддомкрачивание и подклинивание. Такой способ был применен, в частности, при подработке телевизионной вышки в г. Донецке.

При подработке железных дорог производят выправление продольного и поперечного профиля путей, регулировку зазоров между рельсами, расширение насыпи и другие работы, необходимые для обеспечения безопасной и бесперебойной эксплуатации подрабатываемых дорог.

Особое место среди конструктивных мер занимают методы защиты вертикальных стволов в силу специфических условий их работы. Стволы находятся в массиве горных пород, непосредственно связаны с ним и деформируются не только из-за неравномерного сдвижения пород, но и вследствие перераспределения напряжений в массиве, вызванного как проходкой стволов, так и влиянием очистных работ.

Поэтому при проектировании конструктивных мероприятий необходимо предусматривать защиту стволов и от сдвижения горных пород и от перераспределения напряжений.

Конструктивные меры защиты стволов стали внедрять относительно недавно, поэтому опыт их применения еще невелик. Тем не менее эти меры безусловно найдут широкое применение в практике горного дела, поскольку традиционные методы защиты стволов предохранительными целиками при больших глубинах разработки пластов становятся нерациональными.

С увеличением глубины нагрузки на крепи стволов возрастают, одновременно повышается и степень их деформирования (в отличие от сооружений, расположенных на земной поверхности). Целики, построенные по углам сдвижения, оказываются недостаточными, а применение граничных углов ведет к увеличению потерь в целиках в 3—4 раза.

Поскольку наиболее распространенным видом деформирования стволов является изменение их длины (укорочение или удлинение), конструктивные меры направлены, прежде всего, на защиту крепи и армировки стволов от этого вида деформаций. С этой целью в крепи ствола устраивают горизонтальные осадочные швы, заполняемые податливым или малопрочным материалом, уменьшают трение и ослабляют связи между крепью и окружающими породами, применяют специальные крепежные материалы или конструкции, на стыках проводников устанавливают компенсирующие узлы податливости или сменные вкладыши.

Горизонтальные осадочные швы располагают в зоне максимальных вертикальных сжатий, в местах пересечения стволом слабых породных прослоев, угольных пластов или рудных жил, контактов пород разной прочности. В качестве податливых и малопрочных материалов при заполнении осадочных швов применяют деревянные доски и брусья, пустотелые блоки, крупнопористый и ячеистый бетон.

Трение уменьшают заполнением пространства между крепью и породой вязким или сыпучим материалом (битумом, асфальтом, шлаками, щебнем, и др.) или применением специальных антифрикционных покрытий.

Для компенсации деформаций вертикального укорочения или удлинения ствола применяют укороченные звенья проводников. При этом стыковку смежных звеньев производят так, чтобы один конец располагался на расстреле, а другой — в середине пролета между двумя смежными ярусами расстрелов. Типовые схемы конструктивных решений защиты жестких армировок стволов приведены в нормативных документах, например, во «Временных указаниях по проектированию, строительству и эксплуатации крепи и армировки вертикальных стволов угольных шахт в условиях влияния очистных работ», Л, 1972, 188 с.»

При наклонном и крутом падении пластов помимо вертикальных деформаций происходит изменение диаметра стволов, сдвиг поперечных сечений и срез крепи. Для защиты от этих видов деформаций применяют радиальные вертикальные податливые прокладки или специальные крепи, выдерживающие без разрушения изменение формы поперечного сечения; производят заполнение закрепного пространства сжимающимися или вязкими материалами. Иногда применяют также крепи из отдельных несвязанных элементов, из легких блоков на анкерах, штанговую крепь с сеткой и т. д.

Для обеспечения в период эксплуатации необходимых зазоров между крепью ствола, движущимися сосудами, армировкой и канатами при проектировании размеры и формы сечений стволов, а также расположение армировки и подъемных сосудов предусматривают с учетом предстоящих сдвижений массива пород. Обычно принимают схемы армировок с минимальным числом расстрелов и лунок за счет крепления части проводников к консолям и кронштейнам, с односторонним расположения проводников, а также путём применения проводников повышенной жесткости.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

78980. Пространство и время в современной и классической картине мира 35 KB
  Пространство и время в современной и классической картине мира. Пространство есть форма координации сосуществующих объектов состояний материи. Пространство и время это всеобщие формы существования координации объектов. Пространство и время в классической картине мира.
78981. Философское значение синергетики 41 KB
  В своей классической работе Синергетика он отмечал что во многих дисциплинах от астрофизики до социологии мы часто наблюдаем как кооперация отдельных частей системы приводит к макроскопическим структурам или функциям. Синергетика в ее нынешнем состоянии фокусирует внимание на таких ситуациях в которых структуры или функции систем переживают драматические изменения на уровне макромасштабов. По мнению ученого существуют одни и те же принципы самоорганизации различных по своей природе систем от электронов до людей а значит речь должна...
78982. Этос науки и императивы, регулирующие поведение ученого 32.5 KB
  Понятие Императив и Этос науки Императив лат. Этос науки набор внутренних социальных норм которых придерживаются ученые в научной деятельности и которые обеспечивают функционирование социального института науки. Нормы этоса науки Попытка кодификации социальных норм науки была предпринята Р.
78983. Научная специальность и основные этапы ее становления 40.5 KB
  С этой характеристикой тесно связана потребность в такого рода вознаграждении которое служило бы достаточным стимулом для профессионалов будучи в то же время подконтрольно не столько посторонним сколько самой профессии. Внутренний мотив – это познавательная потребность – информация заключенная в объекте на который направлено внимание человека. Познавательная потребность характеризуется следующими основными критериями: интенсивное стремление субъекта к знанию и к познавательной деятельности на основании чего избирается его...
78985. Сциентизм и антисциентизм, их философские основания и историческая эволюция. Сциентизм и технократизм в их соотношении 16.8 KB
  В Новой Атлантиде Бэкон подробно рассказывает о том как наука практически может улучшать жизнь людей. Здесь наука расценивается как наивысшая культурная ценность наивысший вид духовной деятельности; техника играет главную и решающую роль в развитии общества. Три главных положения сциентизма: Наука может разрешить основные моральные и этические проблемы общества заменяя философию и метафизику.
78986. Взаимодействие наук, его модели, механизмы и типология. Проблема редукционизма, её философско-методологический смысл. Современная интеграция и дифференциация научного знания 18.1 KB
  В процессе развития науки происходит все более тесное взаимодействие естественных социальных и технических наук. Различные науки и научные дисциплины развиваются не независимо а в связи друг с другом взаимодействуя по разным направлениям. Использование данной наукой знаний полученных другими науками.
78987. Синергетика как современная общенаучная парадигма, её основные положения, роль и функции в междисциплинарном взаимодействии наук 78.5 KB
  Неустойчивость означает несохранение близости состояний системы в процессе ее эволюции. Открытость означает признание обмена системы веществом энергией информацией с окружающей средой и следовательно признание системы как состоящей из элементов связанных структурой так и включенности в качестве подсистемы элемента в иное целое. Подчинение означает что функционирование и развитие системы определяются процессами в ее подсистеме сверхсистеме при возникновении иерархии масштабов времени. Это принцип самоупрощения системы т.
78988. Социологический дискурс научного знания. Институциональные формы научной деятельности: история и перспективы развития 80 KB
  В конгломерате объединенном общим наименованием социология сосуществуют наука и идеология логика и риторика высокая абстракция и житейский опыт. Одни социологии основаны на умении убеждать и агитировать другие стремятся доказывать свои истины третьи ставят единственной целью сбор и обобщение данных. Джонатан Тернер вероятно высказался слишком безоговорочно когда предположил что социологическая теория представляет собой словесный...