Сдвижение горных пород

ДЕФОРМАЦИИ ГОРНЫХ ПОРОД НАД ПОДЗЕМНЫМИ ГОРНЫМИ ВЫРАБОТКАМИ

Горные породы в земной коре находятся в естественно напряжен­ном состоянии, вызванном гравитационными силами. Проходка под­земных горных выработок (туннелей, штолен, штреков и т. д.) вызывает в массиве пород перераспределение напряжений, причем на одних участках возникает повышенное сжатие, на других — растягивающие силы.

При концентрации напряжений возникает горное давление, воздей­ствующее на крепь подземных выработок. Горное давление можно понимать, как силу давления на крепь, вызванную движением горных пород в сторону выработки. Горное давление зависит от геологического строения массива и свойств пород, глубины заложения и особенностей самой выработки. Оно колеблется от 0 до 1200 МПа.

Горное давление приводит к ряду инженерно-геологических явле­ний, возникающих вокруг подземных выработок и на поверхности земли, — горные удары, выбросы пород, пучение, обрушение, сдви­жение массива пород и т. д. Эти явления развиты не только на обширных пространствах горно-промышленных районов, таких как Донбасс, Урал, Кузбасс, где добывают полезные ископаемые подзем­ным способом. Они могут возникать в городах и рабочих поселках, где в строительных целях выполняют различные подземные выработки типа тоннелей, коллекторов, штолен и других подземных сооружений.

Наиболее крупные деформации зданий и сооружений возникают при сдвижении массивов горных пород. Под сдвижением обычно понимают деформацию пород, залегающих не­посредственно над горными выработками (или выработанными про­странствами). На этом участке в массиве происходит изгиб пластов или беспорядочное обрушение пород, а поверхность земли искривляется и опускается вместе с сооружениями. Участок земной поверхности, подвергшийся сдвижению, называют мульдой сдвижения.

Развитие процессов сдвижения зависит от свойств пород, слагаю­щих толщу над горной выработкой, и прежде всего от их прочности и способности к пластическим деформациям. В таких прочных, но непластичных породах как песчаники, известняки, конгломераты, сдвижение происходит при значительной выработке пространства по площади, но зато оно будет развиваться быстро в форме обрушения с образованием трещин и провалов на земной поверхности. В пластичных породах (глины, глинистые сланцы, аргиллиты) сдвижение начинается при значительно меньших размерах выработанного пространства. На поверхности земли это выражается в виде постепенного плавного прогибания, причем длительное время без каких-либо трещин на поверхности земли.

Значительную роль в формировании мульды играет чередование слоев. Например, если пластичные породы подстилают жесткие, проч­ные, то явление будет таким же, как если бы вся толща состояла из непластичных пород. Если пластичные породы будут подстилаться прочными породами, то деформации поверхности будут плавными. Существенную роль играет трещиноватость, которая ускоряет процесс сдвижения, облегчая перемещение пластов и блоков пород в верти­кальном

Величина осадки поверхности земли в пределах мульды различна и составляет 0,1—0,9 (чаще 0,6—0,7) от мощности разрабатываемого пласта или высоты подземной выработки. Глубина центральной части мульды сдвижения колеблется от долей метрадо 1 —2 м. Так, в Донбассе при пологом залегании пластов каменного угля осадка составляет 50—60 % мощности пласта, т. е. при пласте в 1 м осадка поверхности земли достигает 50—60 см, а при наклонных пластах с углом падения больше 45° — 30—50%.

Размер площади мульды превышает размер выработанного про­странства. Это связано с подвижкой пород не только над выработкой, но и в сторону от нее под некоторым углом, который получил название угла сдвижения (рис. 138). Его величина зависит от состава и состояния пород

.

Мульда сдвижения грунтов: 1-нормальная поверхность земли; 2-поверхность мульды; 3-деформирующейся массив пород; 4-подземная выработка; угол сдвижения

Для коренных пород Донбасса, например, при горизонтальном положении пластов угол составляет 85 °, для четвертичных наносов — 60°.

Величину осадки поверхности земли (прогиба мульды), площадь мульды и наклон ее бортов определяют расчетным путем и специаль­ными наблюдениями с помощью инструментов и реперов. Скорость оседания земной поверхности зависит от соотношения глубины залегания и мощности разрабатываемого пласта. (при глубине залегания выработки 100м средняя скорость осадки 16 мсут

Дата добавления: 2013-12-12