ДонНТУ | Портал магистров ДонНТУ | Назад

Источник:
С.Е. Шагалов, Р.А. Муллер, В.В. Марков и др. «Защита и подработка зданий и сооружений». М., Недра, 1974. 188с (71-73 стр.)

Факторы, влияющие на процесс сдвижения горных пород

Процесс сдвижения горных пород и земной поверхности зависит от следующих основных факторов: физико-механических свойств горных пород; геологических и гидрогеологических условий залегания месторождения; наличия сбросов, трещин, плоскостей слоистости, кливажа, тектонических нарушений; угла падения пород и залежи; мощности залежи; глубины разработки; системы разработки; скорости подвигания горных работ; нарушенности пород ранее проведенными горными работами; рельефа земной поверхности; размеров очистной выработки.

Физико-механические свойства горных пород определяют форму проявления процесса сдвижения. Из механических свойств горных пород на процессе сдвижения сказывается их сопротивление сжатию, растяжению, срезу и изгибу. Установлено, что крепкие породы — граниты, кварциты, порфириты, песчаники, известняки и другие — обладают наибольшим сопротивлением сжатию и изгибу. Под влиянием горных разработок эти породы обычно обрушаются. Пластичные породы — глины, глинистые и песчанистые сланцы — подвергаются деформациям без разрыва сплошности, вследствие чего процесс сдвижения происходит в виде плавного прогиба. Сыпучие породы — пески — способствуют развитию процесса течения, а следовательно, образованию провалов воронок.

Механические свойства горных пород существенно сказываются на величине углов сдвижения и разрывов. Чем крепче породы, тем больше по абсолютному значению углы сдвижения и разрывов.

Геологическое строение толщи (литологический состав, последовательность и мощность напластований) и обводненность ее в значительной мере предопределяют основные стороны процесса сдвижения. Наличие в геологическом строении толщи месторождения напластований из крепких пород способствует развитию процесса обрушения, напластования из пластичных пород - развитию прогиба. Мощные напластования крепких пород задерживают развитие процесса сдвижения. Обводненность способствует изменению физико-механических свойств горных пород, в частности увеличению пластичности, явлению текучести, особенно в наносах, и пучению.

Тектонические нарушения, трещиноватость часто являются направляющими плоскостями сдвижения пород. Вдоль этих плоскостей породы ослабляются и перемещаются, а это иногда приводит к искажению действительных величин углов сдвижения. Наличие трещиноватости пород, плоскостей спайности, кливажа не дает оснований рассматривать толщу горных пород как сплошную однородную упругую среду.

Влияние угла падения пород и залежи сказывается на многих параметрах процесса сдвижения горных пород и земной поверхности. От угла падения залежи зависит величина углов граничных, сдвижения, разрывов. При пологом залегании пород обычно преобладает прогиб их, при крутом — обрушение со сдвигом по напластованию. В первом случае на поверхности земли в мульде сдвижения развиваются большие по величине оседания и меньшие горизонтальные перемещения, во втором случае горизонтальные сдвижения в 1,5—2 раза превышают вертикальные оседания.

Мощность залежи является одним из главных факторов, влияющих на процесс сдвижения. Чем больше мощность вынимаемой залежи, тем интенсивнее развивается процесс сдвижения горных пород, тем более преобладает процесс обрушения. Величина деформаций в мульде сдвижения находится в прямой зависимости от мощности вынимаемой залежи.

Глубина разработки. С увеличением глубины разработки конфигурация мульды сдвижения становится настолько плавной, что обнаружить ее на поверхности можно только инструментально. При прочих равных условиях с увеличением глубины разработки величина деформаций быстро уменьшается, а продолжительность процесса сдвижения растет.

Система разработки слагается, как известно, из принятого способа подготовки месторождения к выемке, размеров очистной выемки и оставляемых целиков, способа управления кровлей. Все эти элементы системы разработки существенно сказываются на развитии процесса сдвижения.

Сплошная система разработки в сочетании с большими размерами очистной выемки способствует проявлению сдвижения пород в виде плавного прогиба. Столбовая система разработки способствует развитию процесса обрушения. При этом оседание поверхности часто происходит неравномерно и сопровождается трещинами. Камерная система при значительных размерах междукамерных целиков может задержать развитие процесса сдвижения. При незначительных размерах междукамерные целики разрушаются, что приводит к развитию процесса обрушения с образованием воронок провалов.

Скорость подвигания очистных забоев. Замечено, что равномерное подвигание забоев способствует равномерному оседанию поверхности, и наоборот. При остановках забоя плавность процесса сдвижения пород иногда нарушается до такой степени, что породы разламываются над забоем и образовавшиеся трещины до¬ходят до поверхности земли. Равномерное быстрое подвигание очистных забоев способствует плавному прогибу подработанных участков поверхности и быстрому подвиганию края мульды сдвижения под подрабатываемыми объектами, если последние попадают на дно мульды.

Нарушенность толщи пород ранее проведенными горными работами существенно отражается на ходе процесса сдвижения при повторных ее подработках. В этих случаях процесс сдвижения активизируется, т. е. параметры, характеризующие процесс сдвижения, отличаются от параметров при первичной подработке. Так, величина оседания получается большей, угол сдвижения — меньшим по абсолютному значению, деформации в мульде сдвижения развиваются несколько больше.

Влияние рельефа поверхности на процесс сдвижения горных пород сказывается при подработке крутых склонов, особенно гор и холмов. В этих случаях на крутых склонах появляются так называемые заколы, т. е. резко выраженные глубокие трещины. Заколы отделяют нижнюю часть склона от верхней, причем нижняя часть может получить значительные смещения.

Все перечисленные выше факторы, в какой-то мере влияя на развитие процесса сдвижения горных пород и образование мульды сдвижения, одновременно влияют и па объекты, попавшие в зону сдвижения. Следует при этом выделять факторы, благоприятно и неблагоприятно сказывающиеся на результатах подработки объектов. К благоприятным факторам относятся:

1) наличие над выработанным пространством пород, обладающих способностью прогибаться;

2) отсутствие под подрабатываемыми объектами тектонических нарушений;

3) пологое залегание разрабатываемой залежи и пород;

4) незначительная мощность разрабатываемого пласта или залежи;

5) закладка выработанного пространства;

6) сплошная система разработки со значительными размерами площади очистной выемки;

7) большая величина отношения глубины разработки к мощности вынимаемого полезного ископаемого (Н : m);

8) равномерная и быстрая выемка полезного ископаемого;

9) спокойный рельеф земной поверхности и значительные по мощности наносы.

К неблагоприятным факторам относятся:

1) наличие над выработанным пространством пород, обладающих способностью обрушаться или склонных к течению;

2) наличие под подрабатываемыми объектами тектонических нарушений;

3) крутое падение пород;

4) большая мощность разрабатываемого пласта или залежи;

5) камерные и столбовые системы разработки с обрушением кровли;

6) небольшая величина отношения глубины разработки к мощности вынимаемой залежи (Н :m);

7) неравномерное и медленное подвигание очистного забоя;

8) резко выраженный рельеф земной поверхности и малая мощность наносов.