Определение надежности сохранения земной поверхности

Ишимскоеместорождение (Казахстан) сложено рудными телами, имеющими вид плоских лент неправильной формы шириной от 2 до 15 (редко 25) м, мощностью от нескольких сантиметров до 10 м (в среднем 2 м), расположенных в весьма трещиноватых, подробленных породах блочной структуры. Угол падения залежей — от горизонтального до 15—25°, глубина залегания — от 60 до 600 м. Коэффициент крепости руд по М.М. Протодьяконову находится в пределах 8—14, а вмещающих пород — 8—10.

Механизм разрушения массива изучали комплексным методом, включающим натурные и лабораторные исследования и инженерногеологическое районирование, а также на объемных моделях из эквивалентных материалов.

Характер возникновения и динамику развития деформаций изучали с помощью звукометрического деформоскопа. Скальные породы, несмотря на нарушенность, даже при достижении максимальных величин пролетов разрушаются без заметного развития деформаций.

На объемных моделях из эквивалентных материалов исследовали влияние вариантов развития работ: сплошная выемка, выемка в отступающем порядке и двухстадийная выемка — на состояние массива.

Особенности проявления горного давления в скальных массивах сложного строения обусловлены интенсивностью разрывных структур (акустическая жесткость от 0,11 до 0,18 МПа/с, коэффициент удароопасности — 0,98). В зоне нарушенных пород коэффициент ослабления с первоначальной величины 0,25—0,35 снижается до 0,04-0,15.

В этих условиях сохранность земной поверхности обеспечивается оптимальным соотношением напряжений в элементах геомехани- ческой системы, которые регулируются величиной предельных по устойчивости пролетов обнажений. При равенстве напряжений в при- контурной зоне и прочности несущего слоя пород выработанное пространство может погашаться изоляцией или твердеющей закладкой прочностью до 1,2 МПа.

Распространение зон трещиноватости и размеры структурных породных блоков определяются анализом документации выработок или скважин, а также приборами типа РВП-456.

Пустоты обследовали, регистрируя количество и объем вывалов и отслоений пород, что позволило в совокупности с инженерно-структурным картированием оценить устойчивость породного массива. На основании этих исследований в пределах месторождений были выделены участки устойчивые, с локальной и с площадной неустойчивостью. За исключением приповерхностной зоны выветренных и метаморфизованных пород, массив до глубины 450 м отличается способностью сохранить устойчивость в пределах консолидированных породных конструкций.

В блоке размерами 55 х 60 м с наклонным падением рудного тела измеряли частоту звукометрических импульсов на разных стадиях существования блока. Начиная с проходки нарезного штрека длиной 3 м, звукометрическими наблюдениями выявлены импульсы, постепенное нарастание которых до 2—5 в минуту продолжалось до тех пор, пока длина штрека достигла 10 м. Происходившие в это время отслоения небольших по величине породных отдельностей прибором не улавливались. После закрепления штрека штангами и крепью количество импульсов уменьшилось до 1—3 в минуту, хотя отслоения размерами 0,5 м не прекратились (рис. 3.12).

Динамика деформаций в процессе развития работ в массиве

Рис. 3.12. Динамика деформаций в процессе развития работ в массиве

Характер расслоения пород кровли с течением времени определяли приборами РВП-456 в скважинах и шпурах длиной 1,5—5,0 м. Установлено, что образование вывалов при раскрытии природных трещин происходит без предварительного расслоения структурных отдельностей.

Допустимый по условию пролет обнажения пород кровли определили опытным путем. Ширину выработки увеличивали прирезками вплоть до обрушения пород.

Устойчивость земной поверхности рассчитывали по условиям возникновения воронок, провалов или зон плавных сдвижений, исходя из коэффициента разрыхления пород. Условие устойчивого состояния земной поверхности:

где Н — фактическая глубина верхней границы выработанного пространства, м; Нр расчетная глубина, начиная с которой земная поверхность не претерпевает опасных деформаций, м; /экв — эквивалентный пролет, м; L — размер выработанного пространства по простиранию; Н' — горизонтальная проекция выработанного пространства на разрезе вкрест простирания; / — коэффициент крепости пород по М.М. Протодьяконову.

Земная поверхность претерпевает сдвижения и деформации, но без воронок и провалов, если:

где 5пл — площадь выработанного пространства в плане, м2; V — объем выработанного пространства, м3.

Для скальных месторождений сдвижение развивается в форме обрушения пород с высотой свода:

где ттах мощность рудного тела, м; Кр — коэффициент разрыхления пород с учетом прочности на одноосное сжатие (К = = 1,26 при а = 100 МПа).

Ишимское месторождение с объемом пустот до 2 млн м3 погашено способом изоляции. На основании расчетов коэффициента устойчивости пород установлено, что обнажения пород над пустотами находятся в устойчивом состоянии, поэтому сдвижение пород исключено. Там, где коэффициент устойчивости кровли меньше предельного значения, выработанное пространство разделяли искусственными массивами для обеспечения таких пролетов, при которых коэффициент устойчивости достаточен [6].

Для подавляющего большинства пустот отношение получено больше 6, т.е. деформирование земной поверхности происходит без образования воронок и провалов, но возможно оседание поверхности с образованием трещин. Территорию над этим блоком оградили, чтобы исключить доступ людей, транспорта и т.п.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >