ОБЕСПЕЧЕНИЕ
НОРМАЛЬНОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ ОБЪЕКТОВ ПОВЕРХНОСТИ В ПРЕДЕЛАХ ГОРНЫХ ОТВОДОВ
ЛИКВИДИРУЕМЫХ ШАХТ
Одной из важных проблем, связанных с реструктуризацией предприятий угольной промышленности, является устранение негативного влияния последствий затопления выработок на здания и сооружения, расположенные в пределах горных отводов ликвидируемых шахт. К основным видам этого влияния относятся: подтопление объектов; воздействие деформаций земной поверхности от активизации процесса сдвижения при затоплении выработок и от подработки объектов с нарушением требований нормативных документов.
Опасность
подтопления заключается в том, что снижаются прочностные и деформационные
характеристики грунтов оснований, фундаменты получают дополнительные осадки,
наклоны и горизонтальные смещения, которые приводят к деформациям и повреждениям
надземных конструкций. От увлажнения снижается прочность фундаментов и стен,
появляется сырость. Кроме того, вода поступает в подземные помещения (подвалы
и погреба), которые становятся не пригодными к эксплуатации.
Впервые такая
проблема возникла в Краснодоне, где в результате затопления выработок ликвидируемых
шахт им. Тюленина и "Донецкая" уровень воды в отдельных местах достиг
земной поверхности и подтопленными оказались многие жилые дома и хозяйственно-бытовые
постройки. Для обеспечения безопасности эксплуатации объектов поверхности
наряду с мерами по водопонижению, включающими откачку воды из вспомогательного
ствола шахты им. Тюленина и дренажную систему, был организован контроль
технического состояния зданий и сооружений по специальным критериям раскрытия
трещин в стенах, выхода стен из плоскости, смещения с опор пролетных
конструкций, физического износа и наличия сырости [1]. В соответствии с этими
критериями техническое состояние объектов оценивалось как "удовлетворительное"
(нормальная эксплуатация не затруднена), "неудовлетворительное" (нормальная
эксплуатация затруднена), "предаварийное" (требуется прекращение эксплуатации)
или "аварийное" (необходимо немедленное прекращение эксплуатации).
В 1997—1999 гг.
в Краснодоне выполнены периодические обследования 2561 объекта. В основном это
каменные, кирпичные, шлаконаливные, саманные и глинобитные одноэтажные жилые
дома и разнообразные хозяйственно-бытовые постройки (летние кухни, гаражи,
подвалы, погреба и др.). Классификация объектов по техническому состоянию и
условиям их подтопления на IV кв. 1999 г.
приведена в табл. 1. В связи с ухудшением состояния объектов в 1999 г. их обследовали
ежеквартально.
Таблица 1
|
Объекты |
|
Кол-во объектов
(в т.ч. подтопленных) |
|||
|
|
|
Техническое
состояние |
|
||
|
|
|
удовл. |
неудовл. |
предавар. |
аварийное |
|
Жилые дома |
425 (89) |
251 (92) |
26 (14) |
1(1) |
|
|
Хоз-быт.
постройки |
937 (218) |
252 (98) |
16 (4) |
3(3) |
|
|
Подвалы и погреба |
361 (18) |
284 (163) |
5 (3) |
--- |
|
Принципы отбора
объектов характеризуются следующими группами очередности применения мер защиты:
- аварийные и предаварийные
жилые дома и хозяйственно-бытовые постройки, представляющие угрозу для проживания
или пребывания людей в связи с влиянием подтопления;
- жилые дома и
хозяйственно-бытовые постройки с противоаварийными мерами защиты, частично
выполненными домовладельцами в процессе влияния подтопления;
- жилые дома с
потерей полезной площади вследствие влияния подтопления;
- подтопленные
жилые дома и хозяйственно-бытовые постройки с зафиксированным уровнем
грунтовых вод от поверхности выше 1,2 м независимо от технического состояния;
- жилые дома и
хозяйственно-бытовые постройки с подтопленными подвалами при уровне грунтовых
вод от поверхности выше 2 м;
- отдельно
стоящие подтопленные погреба при уровне грунтовых вод от поверхности выше 2 м;
- объекты, на
которые подтопление оказало влияние до осуществления мер по водопонижению.
однако в настоящее время отсутствует {уровень грунтовых вод от поверхности ниже
2 м).
В соответствии
с принятой очередностью в I и II кв. 1999 г. составлены акты обследований и сметы для
15 объектов с аварийным и предаварийным техническим состоянием на общую сумму
30,6 тыс. грн., которая выплачена домовладельцам как целевая компенсация на
меры защиты, в III— IV кв. — для 36 объектов на сумму 70,9 тыс. грн. Сюда входят
24 жилых дома, гараж, 11 подвалов и погребов.
Поскольку границы зоны подтопления, обусловленного ликвидацией шахт им. Тюленина и “'Донецкая”, своевременно не были зафиксированы, а периодические обследования начаты после выхода воды на поверхность, в настоящее время будет трудно доказать, что причины подтопления ряда объектов не связаны с закрытием шахт. Поэтому по другим закрываемым шахтам заблаговременно определяются зоны возможного подтопления и обследуются объекты с оценкой их технического состояния и с измерением уровня воды от поверхности. Результаты обследования зданий и сооружений в зонах возможного подтопления ликвидируемых шахт "Брянковская", "Замковская", им. Ильича, "Макашовская" и '"Центральная-Ирмино" приведены в табл. 2, из которой видно, что в декабре 1998 г. были подтоплены 142 объекта, хотя уровни шахтных вод еще далеки от поверхности.
Таблица 2
|
Шахты |
|
Кол-во объектов
(в т.ч. подтопленных) |
|||
|
|
|
Техническое
состояние |
|
||
|
|
|
удовл. |
неудовл. |
предавар. |
аварийное |
|
"Брянковская" |
1421 (52) |
312 (56) |
7 |
2 |
|
|
"Замковская" |
45 |
22 |
--- |
2 |
|
|
Им.Ильича |
313 |
75 |
6 |
1 |
|
|
"Максимовская" |
88 (6) |
3 (2) |
--- |
--- |
|
|
"Центральная-Ирмино" |
593 (18) |
91 (7) |
5 (1) |
--- |
|
В пределах
горных отводов ликвидируемых шахт в Стаханове и Брянке в последние годы
заметно прогрессируют деформации и повреждения. Для установления причин этих
явлений проанализированы состояние конструкций и горно-геологические условия
площадок расположения наиболее ответственных объектов; Брянковской детской
городской больницы, школы-интерната № 2 в Стаханове и магистральных
водоводов, питающих Брянку.
В сроки,
совпадающие с периодом затопления выработок шахты "Брянковская",
резко ухудшилось техническое состояние объектов Брянковской детской городской
больницы. Трехэтажное здание стационарного отделения, двухэтажное поликлиники,
одноэтажные здания биохимической лаборатории, прачечной, гаража и котельной
находятся в неудовлетворительном состоянии, а пищеблок — в предаварийном.
Повреждения свидетельствуют о сосредоточенном характере деформаций земной
поверхности, что подтверждается и результатами анализа горно-геологических
данных. Непосредственно под объектами имеется выход под наносы тектонического
нарушения (надвига), которое отличается крутым падением сместителя. В этом же
месте есть выход под наносы осевой плоскости синклинальной складки, в зоне
влияния которой расположены поликлиника и стационарное отделение. Для обоих
нарушений характерно проявление сосредоточенных вертикальных деформаций земной
поверхности в виде уступов и трещин.
Все это
позволяет предположить вероятность активизации деформаций земной поверхности
над выходами тектонических нарушений в связи с уменьшением сил трения и
сцепления в плоскости сместителя, а также со снижением предела прочности пород
на сжатие при обводнении горного массива. Аналогично активизацию
сосредоточенных деформаций земной поверхности при затоплении выработок следует
ожидать в Центральном районе Донбасса, где при крутом залегании угольных
пластов возможны смешения по ослабленным контактам пород.
Другой
характерный случай активизации сосредоточенных деформаций земной поверхности
выявлен при рассмотрении причин значительных повреждений зданий учебного
корпуса и столовой школы-интерната .N2 2 в Стаханове на поле шахты им. Ильича,
а также при рассмотрении аварий магистральных водоводов диаметром 600 и 450 мм
на стыке полей шахт им. Ильича, "Брянковская" и
"Криворожская". В трехэтажном здании учебного корпуса и одноэтажной
столовой школы-интерната интенсивный характер образования трещин в
конструкциях отмечается последние три года, их техническое состояние
предаварийное. На магистральных водоводах, питающих Брянку, только в 1998 г.
произошло 10 аварий с разрывом труб.
Под зданиями
школы оставлены целики для охраны выработок в пластах k6, k5 и k3в мощностью 0,6—1,2 м на глубине 294—100 м, причем
целики оконтурены с двух сторон, располагаются один под другим и имеют размеры 150—200 м, что составляет 0.5 глубины разработки. При
этих условиях обычно происходит концентрация деформаций земной поверхности за
счет перекрытия зон влияния горных работ с обеих сторон целика, однако в данном
случае затопление шахты им. Ильича привело к изменению физико-механических
свойств пород, дополнительным деформациям массива и активизации деформаций
земной поверхности.
Такого же рода
явление стало причиной аварий водоводов на технической границе между шахтой
им. Ильича и шахтами "Брянковская", "Криворожская".
Поскольку забои по пластам l6в и l21 со стороны шахты им. Ильича и забои по пластам l3 и l21 со стороны шахт "Брянковская" и "Криворожская"
были остановлены на одной вертикали или с небольшим смещением, то это привело
к суммированию однозначных деформаций при подработке. Вследствие затопления
выработок ликвидируемых шахт активизировались сдвижения, что подтверждается
опытом эксплуатации водоводов, пересекающих техническую границу между шахтами.
Таким образом,
при затоплении выработок происходит активизация процесса сдвижения над целиками
угля, оставленными в нескольких пластах, если они небольших размеров,
оконтурены хотя бы с двух сторон, а их проекции на земную поверхность
пересекаются или располагаются достаточно близко.
Особую
опасность представляет активизация деформаций земной поверхности над
выработками, пройденными на малых глубинах (до 80 м) или имевшими выход на
поверхность. Так как в этих условиях возможно образование провалов, то за
объектами, расположенными на опасных участках, организуются периодические
наблюдения. В пределах горных отводов ликвидируемых шахт
"Брянковская", им. Ильича, им. Чеснокова, "Максимовская",
"Центральная-Ирмино" и "Луганская" в 1999 г. обследовано 322 объекта, в том числе 288 жилых
домов высотой до четырех этажей, 20 общественных зданий (школы, больницы,
детские сады и др.) и 14 производственных зданий Брянковского рудоремзавода, Теплогорского завода гидравлического оборудования.
Стахановской овощной базы и др. Кроме того, рассмотрены инженерные сети
(протяженностью 4,7 км), железные и автомобильные дороги (1.3 км). Результаты
обследования зданий на участках, опасных по образованию провалов, приведены в
табл. 3.
Таблица 3
|
Шахты |
|
Кол-во объектов
(в т.ч. подтопленных) |
|||
|
|
|
Техническое
состояние |
|
||
|
|
|
удовл. |
неудовл. |
предавар. |
аварийное |
|
"Брянковская" |
1421 (52) |
312 (56) |
7 |
2 |
|
|
"Замковская" |
45 |
22 |
--- |
2 |
|
|
Им.Ильича |
313 |
75 |
6 |
1 |
|
|
"Максимовская" |
88 (6) |
3 (2) |
--- |
--- |
|
|
"Центральная-Ирмино" |
593 (18) |
91 (7) |
5 (1) |
--- |
|
|
"Луганская" |
4 |
1 |
--- |
--- |
|
На основе изложенного разработана методика обеспечения нормальной эксплуатации зданий и сооружений, расположенных на участках со сложными горно-геологическими условиями ликвидируемых шахт. Она включает: определение участков возможной активизации сосредоточенных деформаций земной поверхности, обследование и установление технического состояния объектов, проведение периодических наблюдений за ними, анализ развития деформаций и повреждений конструкций, разработку мероприятий по защите объектов.
Действующими
нормативными документами [2, 3] недостаточно четко указан порядок возмещения
ущерба от подработки зданий и сооружений ликвидируемыми шахтами в период ведения
ими очистных работ, что предопределяет конфликтные ситуации между владельцами
подработанных объектов и шахтами. В частности. Инструкцией [2] предусмотрена
ответственность ликвидируемых, шахт за приведение нарушенных земельных
участков в безопасное состояние, пригодное для дальнейшего использования, но
ничего не сказано о том. как поступать с нарушенными горными работами зданиями
и сооружениями.
Нормативным
документом [3] предусматривается возмещение ущерба от подработки зданий и
сооружений вследствие ведения очистных работ непосредственно перед закрытием
шахты на основании прогноза сдвижения, продолжающегося в период ликвидации
шахты и в постликвидационный период. Но воспользоваться этим положением
трудно. Например, в Центральном районе Донбасса процесс сдвижения земной
поверхности идет непрерывно на протяжении многих лет, т. е. не успевает
закончиться влияние на объект одной выработки, как начинается влияние другой
[4]. Как же в этих условиях выделить повреждения конструкций, связанные с деформацией
земной поверхности в период ликвидации шахты и в постликвидационный период, если соответствующие методики отсутствуют. Не
случайно в проектах ликвидации шахт "Кочегарка", им. Изотова и
"Кондратьевка" затраты на возмещение ущерба от подработки гражданских
зданий в Горловке предусматривают полное восстановление их эксплуатационной
пригодности и превысили 26.7 млн. грн. При этом были учтены не только воздействия
деформации земной поверхности за весь период подработки зданий, но и физический
износ конструкций, недостатки строительства и эксплуатации, не связанные с подработкой.
Некоторый опыт
оценки влияния полработки на объекты поверхности получен при определении причин
деформаций и повреждений жилых, общественных и производственных зданий, сооружений,
трубопроводных коммуникаций и автомобильных дорог Червонограда, подработанных
шахтой "Червоноградская" № 1. На основании анализа характера
имеющихся повреждений, а также сравнения деформаций земной . поверхности от
влияния горных работ с допустимыми для рассматриваемых объектов, установлено,
что зафиксированные повреждения зданий пожарной части, двух котельных,
пешеходного моста через железную дорогу, трубопроводных коммуникаций и автомобильных
дорог, за исключением подтопленных участков, не связаны с подработкой. Что же
касается жилых и общественных зданий, то их деформации и повреждения
обусловлены комплексом причин, в том числе и влиянием подработки, однако
определить ее степень не удалось.
Поскольку
необходимость объективной оценки степени влияния подработки на объекты
поверхности, расположенные з пределах горных отводов ликвидируемых шахт,
будет возрастать, целесообразно начать исследования по этой проблеме уже
сейчас, причем в основу методики определения ущерба, связанного с подработкой,
должен быть положен такой принцип: ответственность ликвидируемых шахт за
подработку зданий и сооружений возникает только в том случае, если эта
подработка производилась с нарушением действующих Правил [5].
Выводы. Для
обеспечения нормальной эксплуатации зданий и сооружений в зонах подтопления и
активизации деформаций земной поверхности требуются периодические наблюдения.
По их результатам на основе фактических параметров подтопления или сдвижения
земной поверхности будут определены истинные причины повреждения объектов и с
учетом этого разработаны эффективные меры защиты.
До закрытия
шахты нужно обследовать здания и сооружения с оценкой их технического
состояния. Это позволит выявить объекты, требующие повышенного внимания с точки
зрения их безопасности, а также получить техническую и правовую базы
разрешения неизбежных разногласий с собственниками объектов, которые все
дефекты принадлежащих им строений, как правило, связывают с влиянием
ликвидируемых шахт.
При затоплении
шахт активизация деформаций земной поверхности в первую очередь будет
проявляться в зонах, где отмечалась концентрация деформаций при подработке: в
местах выхода под наносы тектонических нарушений и осевых плоскостей
синклинальных складок; над целиками небольших размеров, оконтуренных минимум с
двух сторон, оставленных в нескольких пластах, при условии, что их проекции на
поверхность пересекаются или располагаются достаточно близко одна от другой; в
местах проявившихся уступов на территориях с крутым залеганием угольных пластов;
над выработками, имевшими выход на земную поверхность или расположенными на
малых глубинах. При отсутствии осложняющих горно-геологических факторов
активизация процесса сдвижения не приведет к значительным деформациям земной
поверхности.
Необходима разработка
нормативного документа о порядке возмещения ущерба, связанного с влиянием
очистных работ ликвидируемых шахт на объекты поверхности. Документ должен
содержать методику определения степени влияния подработки и опираться на
специальные исследования, которые целесообразно провести, в частности, на
горных отводах ликвидируемых шахт "Кочегарка", им. Изотова,
"Кондра-тьевка", им. Ильича, им. Чеснокова, "Макашовская",
"Центральная-Ирмино" и "Брянковская".
Литература
1. Временные технические условия по охране
сооружений и природных объектов от влияния подземных горных выработок. КД
12.00159226.013—95.—Донецк: Минуглепром Украины, УкрНИМИ, 1995.
2. Инструкция о порядке ликвидации и консервации
предприятий по добыче полезных ископаемых (в части обеспечения безопасности,
рационального использования и охраны недр): Сборник руководящих материалов по
охране недр при разработке месторождений полезных ископаемых / Госгортехнадзор
СССР.— М.: Недра. 1987.
3. Порядок
возмещения ущерба, связанного с негативными последствиями ликвидации угольных
шахт. Положение. КД 12.12.003—98.— Донецк: Минуглепром Украины, Донгип-рошахт,
1998.
4. Муллер Р. А., Шнеер В. Р. Особенности
многократной подработки зданий и сооружений в Донецком бассейне // Изучение и
прогноз сдвижений и деформаций массивов горных пород, гидрогеомеханических
процессов при разработке месторождений подземным и открытым способами: Сб.
науч. трудов /ВНИМИ.— Л., 1991.
5. Правила охраны сооружений и природных
объектов от вредного влияния подземных горных разработок на угольных
месторождениях.— М.: Недра, 1981.
.