В нашей стране балансовые запасы угля под городами и населенными пунктами составляют около 1 млрд. тонн, причем эти запасы относятся к наиболее разведанным и достоверным. Однако выемка этих запасов приводит к сдвижениям и деформациям земной поверхности и соответственно – к повреждениям зданий, сооружений, объектов инфраструктуры, которые попадают в зону подработки. Поэтому прогноз сдвижений и деформаций земной поверхности от влияния подземных горных разработок является исключительно важным фактором организации защиты объектов поверхности на подрабатываемых территориях.
Существующая методика прогноза сдвижений и деформаций земной поверхности основана на результатах многочисленных инструментальных измерений на десятках маркшейдерских наблюдательных станций в Донецком, Львовско-Волынском и ряде других угольных бассейнов. Данная методика базируется на методе типовых единичных кривых оседаний. Формулы для расчета сдвижений и деформаций земной поверхности были получены в результате обработки данных натурных инструментальных наблюдений рядом исследователей (С.Г. Авершиным, Д.А. Казаковским, А.Н. Медянцевым, С.П. Колбенковым, М.А. Иофисом и др.). Данная методика действует в нашей стране и за рубежом уже около тридцати лет и является достаточно эффективным инструментом прогноза сдвижений и деформаций земной поверхности. Она вошла в ряд нормативных документов, являющихся отраслевыми стандар-тами [1, 2, 3], и регламентирует подработку объектов на земной поверхности.
Вместе с тем существует один аспект построения мульды сдвижения, который требует уточнения геометрии её построения. Он касается зависимости размера полумульды по простиранию от угла падения пласта. В принятой методике схема определения размера полумульды по простиранию приведена на рис. 1. При неполной подработке длина полумульды по простиранию L3 определяется по следующим формулам:
В формулах (1) – (4) приняты следующие обозначения: – средняя глубина разработки, м; – длина очистной выработки по простиранию, м; – мощность наносов, м; – мощность мезозойских отложений, м; – граничные углы по простиранию соответственно в коренных породах, мезозойских отложениях и наносах, градус; – угол полных сдвижений по простиранию, градус. Анализ формул (1) – (4) показывает, что в них фигурирует средняя глубина разработки , отнесенная к центру очистной выработки, и поэтому размер полумульды по простиранию L3 вычисляется одинаковым для точек в мульде сдвижения, которые имеют разные ординаты. Характерным для такой точки зрения является конфигурация мульды сдвижения в виде прямоугольника с закругленными краями (рис. 2).
Является очевидным, что данные формулы являются справедливыми только для горизонтального залегания пласта ( ), когда глубина разработки одинакова для всех точек очистной выработки. Однако глубина разработки в каждой расчетной точке, т.е. вертикальное расстояние от точки до пласта, зависит от ординаты этой точки в системе координат очистной выработки (лавы). В этой системе так же, как и на рис. 2, центр системы совпадает с центром лавы, оси и лежат в горизонтальной плоскости, при этом ось совпадает с линией простирания, а ось направлена в сторону восстания.
Значение глубины разработки в i-ой расчетной точке вычисляется из формулы:
Использование в выражениях (1) – (4) величины Hi вместо значения H существенно уточняет геометрию построения мульды сдвижения. В этом случае при наклонном залегании пласта мульда сдвижения приобретает трапецеидальную форму с широким основанием со стороны падения. На рис. 3 показано изменение мульды сдвижения с увеличением угла падения пласта.
В качестве примера была взята очистная выработка с параметрами: длина лавы вкрест простирания D1= 300 м; длина лавы по простиранию D2= 1200 м; средняя глубина разработки H= 600 м; угол падения пластов брался соответственно равным 0°, 20°, 40° и 60°. Этот рисунок наглядно показывает динамику изменения мульды сдвижения. С ростом угла падения пласта трапеция мульды смещается в сторону падения пласта, увеличиваются высота трапеции и ширина ее основания со стороны падения. При этом точка максимального оседания также перемещается в сторону падения пласта.
1. Правила охраны сооружений и природных объектов от вредного влияния подзем-ных горных разработок на угольных месторождениях: Утв. Минуглепром СССР 29.12.79. – М.: Недра, 1981. – 288 с.
2. Правила охраны сооружений и природных объектов от вредного влияния подзем-ных горных разработок на угольных месторождениях: Утв. Госгортехнадзором РФ 16.06.98. – СПб., 1998. – 290 с.
3. Правила підробки будівель, споруд і природних об’єктів при видобуванні вугілля підземним способом: ГСТУ 101.00159226.001 – 2003. Введ. 01.01.2004. – К., 2004.