Провалы над старыми горизонтальными выработками

Около 35% всех случаев повреждений земной поверхности при­ходится на старые подготовительные выработки - штреки. К данной группе целесообразно отнести и камеры при камерно-целиковой системе отработки.

В подготовительных и капитальных выработках создаются наи­более благоприятные условия для длительного сохранения пустот значительных размеров. Этому способствует крепление вырабо­ток, рассчитанное на поддержание устойчивости в течение дли­тельного времени, а также охрана выработок с помощью ленточ­ных целиков. Пустоты в таких выработках могут сохраняться даже на сравнительно большой глубине.

Сечение подготовительных выработок старых шахт достигало 6-8 м, поэтому их обрушение представляет значительную опас­ность для земной поверхности, сооружений. Так, на поле шахты «Донтоп» ПО «Шахтерскантрацит» произошло обрушение по­верхности с образованием воронки диаметром 1 м. Причиной об­рушения был завал в штреке, пройденном на глубине 36 м. На тер­ритории шахтоуправления им. О.Кошевого над старым штреками зафиксировано большое число провалов в форме канав, вытянутых по простиранию пласта.

Особенно опасны обрушения выработок в условиях, способст­вующих перепуску пород в свободное пространство. В апреле1981 г. на поле шахты «Речная» ПО «Торезантрацит» произошел провал поверхности над вентиляционным штреком, пройденным на глубине 26 м.

Первоначальная форма провала - слегка расширяющийся к низу цилиндр диаметром 2 м и глубиной 10-12 м; через некоторое вре­мя в результате обрушения стенок диаметр воронки достиг 3-3,5 м. Причиной образования провала явилось возникновение трещин в массиве над границей зависания основной кровли, что способствовало интенсивной инфильтрации грунтовых вод в горные выработки. Усиленный водоприток вызвал локальное разру­шение штрека и бутовой полосы под ним и как следствие - пере­пуск обрушенных пород в выработанное пространство лавы с об­разованием над штреком полости большого объема.

Таким образом, провалы земной поверхности над сохранивши­мися старыми подготовительными выработками происходят при обрушении кровли этих выработок. При наличии условий для пе­репуска обрушенных пород на нижележащие горизонты увеличи­вается вероятность выхода свода обрушения на поверхность. На земной поверхности могут образовываться провалы как круглой формы (над локальной пустотой), так и вытянутые вдоль оси вы­работки, причем края вытянутой воронки имеют закругленные торцы.

При оценке опасности линейно вытянутых выработок, с точки зрения образования провалов, необходимо знать максимальные глубины, с которых возможен выход свода обрушения на поверх­ность. Для этой цели были проанализированы 26 случаев, которые сгруппированы по степени метаморфизма гор­ных пород (по маркам углей). Анализ показывает четкую тенденцию уменьшения глубин с увеличением степени метамор­физма. Наибольший интерес представляют максимальные глуби­ны, при которых зафиксированы провалы с воронками обрушения.

Проведенными исследованиями установлено, что зависимость максимальных глубин от марок углей наилучшим образом описы­вается степенной функцией.

Кроме того, выполнен анализ максимальных глубин выработок от средней прочности пород массива на одноосное сжатие. Проч­ность пород на сжатие охарактеризована коэффициентом крепости пород по Протодьяконову - f. Аналитически эта зависимость может быть выражена либо линейной функцией:

H mах =119- 7,8f с коэффициентом корреляции 0,95;

либо степенной:

H mах =179,44f ^-0,536 с коэффициентом корреляции 0,99.

Следует отметить, что большинство проанализированных слу­чаев образования воронок обрушения произошли при повышен­ном увлажнении массива. Провалы возникают преимущественно при завалах горных выработок, пересечении зоны перемятых по­род тектонического нарушения горной выработкой, выпуске зна­чительного количества породы в горную выработку, сложном тек­тоническом строении участка, подработке толщи на малых глубинах.

Большая часть площади отработанных угольных пластов прихо­дится на очистные выработки. Провалы над очистными выработ­ками в Донбассе не зафиксированы. Это связано, прежде всего, с небольшой мощностью отрабатываемых пластов. Однако имеются случаи обрушения сохранившихся выработок с образованием мульд сдвижения с крутыми краями и большими величинами де­формаций. Так, на территории поселка шахты им.Фрунзе ПО «Ростовуголь» над старыми очистными выработками возникло оседание поверхности в виде «блюдца» диаметром до 20 м и глу­биной до 40 см.

В качестве примера можно также привести оседание земной по­верхности в г.Зугрэсе Донецкой обл. весной 1985 г. Порыв водо­провода, который не ликвидировался в течение трех недель, при­вел к замачиванию породной толщи и последующему ее обруше­нию над старой лавой пласта g2Н, отработанной в 1947 г.

Вынутая мощность 1,4 м. Угол падения 7°. Средняя глубина от­работки 38 м. Длина лавы вкрест простирания - 60 м. По результа­там съемки асфальтированных тротуаров было установлено, что максимальные оседания составили около 380 мм, а наклоны дос­тигли 20 мм/м.