Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Строительство arrow Инженерная геология

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. п.) вызывает в массиве пород перераспределение напряжений, причем на одних участках возникает повышенное сжатие, на других — растягивающая сила.

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.

Сдвижение горных пород. 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 и т. п.) сдвижение начинается при значительно меньших размерах выработанного пространства. На поверхности земли это выражается в виде плавного прогибания, причем оно происходит постепенно, длительное время без каких-либо трещин на поверхности.

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 направлении.

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 метра до 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. 172). Его величина зависит от состава и состояния пород. Для коренных пород Донбасса, например, при горизонтальном положении пластов угол составляет 85°, для четвертичных наносов — 60°.

Рис. 172. Мульда сдвижения пород:

/ — нормальная поверхность земли; 2— поверхность мульды; 3 — деформирующийся массив пород; 4 — подземная выработка; р — угол сдвижения

к=±

  • ?__/
  • */

I

р

Величину осадки поверхности земли (прогиба мульды), площадь мульды и наклон ее бортов определяют расчетным путем и специальными наблюдениями с помощью инструментов и реперов.

Оседание мульды длится месяцы и годы, что связано с глубиной залегания выработок. По некоторым данным, в Донбассе общая продолжительность процесса сдвижения при глубине залегания выработки до 100 м составляет 1 год, при 100—200 м —2 года, при 200—300 м — около 3 лет и т. д. Скорость оседания поверхности земли зависит от соотношения глубины залегания выработки Лг (табл. 36).

Скорость оседания

Таблица 36

поверхности земли

Глубина заложения подземных выработок, м

Средняя скорость осадки, мм/сут

До 100

16

100-200

8

200-300

3

300-400

2

Провалы поверхности земли образуются в результате обрушения грунтов в горные выработки. Размеры провалов различны. Наиболее значительные провалы характерны для крутозалегаю-щих пластов. В Кузбассе такие провалы тянутся на десятки километров по простиранию крутозалегающих пластов.

При строительстве в районах подземных выработанных пространств необходимо учитывать возможность возникновения мульды сдвижения, так как наклон, искривление и оседание земной поверхности обусловливают деформации и даже разрушение наземных сооружений. В центральной части мульды осадки зданий происходят более или менее равномерно. На этом участке деформации проявляются в меньшей степени. На окраинах мудь-ды, где наклон и искривление земной поверхности велики, здания подвергаются неравномерным 'осадкам и значительно деформируются (рис. 173). Высокие сооружения (башни, трубы и т. д.) при этом получают опасный крен (рис. 174).

Опасный крен (а) и разрушение здания при наклоне и образовании кривизны на поверхности земли на участках мульды (б)

Рис. 174. Опасный крен (а) и разрушение здания при наклоне и образовании кривизны на поверхности земли на участках мульды (б):

Рис. 173. Разрушение здания на участке мульды

/—первоначальное положение поверхности земли

При проектировании объектов необходимо предусмотреть конструктивные или защитные мероприятия. Выбор мероприятий зависит от ожидаемой величины деформации земной поверхности. При очень небольших деформациях специальные меры защиты не применяются. При значительных деформациях и провалах земной поверхности строительство нецелесообразно. В остальных случаях при строительстве на подрабатываемых территориях можно применять следующие меры:

  • • рациональную ориентировку здания по отношению мульды сдвижения;
  • • повышение расчетного сопротивления грунтов основания;
  • • разрезку зданий на отсеки;
  • • повышение прочности несущих конструкций и приспособление их к неравномерным осадкам;
  • • усиление фундаментов;
  • • использование высококачественных строительных материалов и повышенное качество строительных работ;
  • • рациональные способы ведения горных работ, например, проходку горных выработок на глубинах, при которых опасные деформации поверхности земли не возникают.

На участках, где процесс сдвижения уже закончился, строительство осуществляется без каких-либо предохранительных мероприятий.

 
Если Вы заметили ошибку в тексте выделите слово и нажмите Shift + Enter
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   След >
 

Популярные страницы