Автореферат

       В Донецком угольном бассейне под городами и населенными пунктами располагается около 1 млрд. тонн запасов угля. Эти запасы являются наиболее разведанными и в подавляющем большинстве случаев подтверждены горными работами и данными эксплуатационной геологоразведки. Оставление столь больших запасов угля в целиках под объектами поверхности во многих случаях нецелесообразно и экономически расточительно. С другой стороны, выемка этих запасов неизбежно влечет за собой создания и деформации земной поверхности, которые наносят ущерб зданиями и сооружениям, расположенными на подрабатываемых территориях. Поэтому для принятия решения о начале выемки запасов в том или ином районе необходимо провести тщательный анализ условия и последствий подработки объектов поверхности с тем, чтобы дать обоснованную оценку возможного ущерба подрабатываемым объектам.
       Проектирование зданий для строительства в зоне вредного влияния горных разработок должно производиться в соответствии с настоящими нормами, действующими главами СНиП и с учетом требований «Положения о порядке выдачи разрешений на застройку площадей залегания полезных ископаемых». Необходимые меры защиты зданий, возводимых на подрабатываемых территориях, назначаются специалистами по защите зданий и сооружений от влияния подземных горных разработок. Строительство зданий в зоне влияния горных разработок, где возникают деформации земной поверхности, допускается, если предусмотренные горнотехнические и строительные мероприятия обеспечивают нормальную эксплуатацию зданий, как во время подработки, так и после нее. (1)
       Прочность, устойчивость и эксплуатационная пригодность зданий, возводимых на подрабатываемой территории, должна быть обеспечена:
      - рациональным расположением зданий относительно мульды сдвижения;
      - уменьшением деформаций земной поверхности с помощью горнотехнических мероприятий;
      - применением в зданиях специальных строительных меры защиты.
      Проекты зданий, разработанные для обычных условий строительства, не допускается применять для строительства на подрабатываемых территориях без проверки расчетом и переработки их в соответствии с требованиями настоящих норм. К проекту здания следует прилагать специальный паспорт, в котором необходимо указать:
      - краткое описание конструктивной схемы здания;
      - данные о физико-механических характеристиках грунтов основания;
      - данные о величинах деформаций земной поверхности;
      - указания об инструментальных наблюдениях за деформациями земной поверхности и здания;
      - данные о результатах инструментальных наблюдений при сдаче здания в эксплуатацию;
      - данные о предусматриваемых мерах защиты, осуществляемых в период строительства и эксплуатации;
      - указания о способах выравнивания здания.
      В состав проектной документации необходимо включать раздел «Техническая эксплуатация здания».
      В качестве исходных данных при проектировании зданий на подрабатываемых территориях следует принимать максимальные ожидаемые или вероятные величины движений и деформаций земной поверхности в направлениях падения и простирания пласта.
      Ожидаемые (вероятные) сдвижения и деформации земной поверхности подразделяются на следующие виды:
      а) оседание;
      б) относительная горизонтальная деформация растяжения или сжатия;
      в) наклон;
      г) кривизна или радиус кривизны;
      д) горизонтальное сдвижение;
      е) скорость изменения относительной горизонтальной деформации растяжения (сжатия);
      ж) скорость изменения кривизны земной поверхности;
      з) скорость изменения наклона земной поверхности.
       При расчете конструкций здания на воздействие деформаций земной поверхности следует вводить коэффициенты условий работы m, учитывающие осредненные деформаций по длине (ширине) здания. Коэффициенты условий работы определяются:

Особенности инженерно-геологических изысканий подрабатываемых территорий.

       Инженерные изыскания являются важным звеном в производственно-технологической цепи создания сооружений. От их качества, полноты и своевременности, в конечном итоге, зависит качество проектирования, строительства и сроки ввода сооружений в эксплуатацию. В настоящее время нельзя построить ни одного объекта народного хозяйства без проведения инженерных изысканий. Проведение изыскательных работ в том или ином объеме необходимо также при модернизации и расширении действующих объектов. Материалы изысканий позволяют создавать экономически и экологически целесообразные, научно обоснованные проекты различных объектов и сооружений.
       Инженерные сооружения различают по назначению, геометрической форме, размеру, конструктивным особенностям. По назначению инженерные сооружения условно можно разделить на: промышленные, объекты энергетики, гидротехнические, транспортные, жилищно-гражданские… Сооружения (одни и те же) по своему функциональному назначению могут быть причислены к разному типу, однако ряд сооружений трудно отнести к какому-либо из перечисленных выше типов. Сооружения одного и того же типа могут иметь различные конструктивные и технологические характеристики.
       Промышленные предприятия создают в городах и других населенных пунктах. Каждое предприятие представляет собой систему основных и вспомогательных производств, в основном, связанных между собой единым технологическим или производственным процессом.
       Каждое предприятие обладает комплексом производственных, административных и вспомогательных зданий и сооружений, складским хозяйством, внутренней и внешней системой подземных и надземных коммуникаций, внутренней и внешней сетью автомобильных, железных и, в некоторых случаях, подвесных дорог.
       Современные жилые и административные здания представляют собой многозвенную конструкцию значительных линейных размеров. По этажности их делят на малоэтажные (до 5 этажей), средней этажности (5-12 этажей), высотные (свыше 12 этажей). По конструкции здания бывают с несущими стенами (например, крупнопанельные), каркасные и объемно-блочные.
       Современное гражданское строительство развивается преимущественно по пути повышения этажности. Это приводит к большей компактности населенных пунктов, сокращению трасс коммуникаций, транспортных путей и т.д. В настоящее время строительство жилых зданий осуществляется преимущественно по типовым проектам.
       Особое место занимает строительство общественных зданий. Школы, детские сады и ясли строят преимущественно по типовым проектам. Строительство зданий вузов, кинотеатров, театров, ведется по малосерийным типовым или индивидуальным проектам.
       В последнее время появилось много оригинальных инженерных объектов общественного пользования, в которых применены неординарные архитектурные формы, железобетонные и металлические конструкции. К этим объектам относят различные большепролетные сооружения (спортивные и выставочные залы, крытые стадионы и рынки…), куполообразные концертные залы, конференцзалы и т.д.
       Проект (первая стадия проектирования) на новое строительство, расширение и реконструкцию объектов производственного назначения должен состоять из следующих разделов:
      1. Пояснительная записка, где отражены общие технологические, строительные, экономические вопросы строящегося объекта, а также сведения по генеральному плану размещения основных сооружений, по восстановлению земельного участка и др.
      2. Технические решения.
      3. Строительные решения, в которые входят обоснование архитектурно-планировочных решений, решения по водоснабжению, канализации, вентиляции и др.
      4. Организация строительства.
      5. Раздел жилищно-гражданского строительства составляют в случае комплексного проектирования промышленного и гражданского строительства.
      6. Сметная документация.
      7. Паспорт проекта по установленной форме. Значительная часть промышленных предприятий, сооружений, транспортной сети, гражданских зданий сосредоточена на угленосных территориях, где запасы отрабатываются в настоящее время или будут отрабатываться в ближайшем будущем. Это обстоятельство вносит существенные осложнения как в режим эксплуатации зданий и сооружений, так и в порядок отработки запасов угля. В некоторых случаях возникает необходимость в применении конструктивных и горных мер защиты.
      При решении вопросов о подработке городов, поселков, а также микрорайонов, кварталов, зданий, сооружений возникает необходимость в сопоставлении затрат на горные и конструктивные защитные мероприятия с затратами на ремонт или ущерб от изменения планов горных работ с целью изыскания наиболее рациональных способов защиты этих объектов от вредного влияния подработки. В реальных условиях отыскание наиболее оптимального варианта невозможно без тщательного учета как конструктивных особенностей зданий и сооружений, так и горно-геологических условий их подработки.(3)

ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ РАБОТЫ

       Существующие методы оценки влияния подработки объектов основаны на предварительном прогнозе сдвижений и деформации земной поверхности и на последующем оценивании степени влияния этих деформаций на объекты поверхности. Для расчета значений сдвижении и деформацией земной поверхности в настоящее время разработаны несколько компьютерных программ (DEFO, MULDA, «Подработка» и др.), которые позволяют определить суммарные деформации и высоты уступов для подрабатываемых зданий и сооружений. Однако последующее определение допустимых показателей деформаций земной поверхности для подрабатываемых зданий и сооружений в большинстве случаев выполняется вручную. Учитывая большую глубину отработки угольных пластов в Донбассе, очистная выемка захватывает достаточно большие территории подработки и соответственно большое количество объектов поверхности. Нередко в зону влияния предполагаемой обработки одной или двух лав падает несколько сотен зданий и сооружений на подрабатываемой поверхности. Отсутствие средств компьютерной обработки данных по достаточно большому количеству объектов не только серьезно тормозит осуществление прогноза допустимых показателей деформаций земной поверхности для подрабатываемых зданий и сооружений, но и делает практически невозможным управление процессом планирования горных работ в целях минимизации ущерба объектам поверхности. Поэтому актуальной задачей является разработка компьютерной системы прогноза допустимых показателей деформации земной поверхности.
      Мне поставлена задача:разработать базу данных и програмных средств,которая позволяет определять допустимые показатели деформации земной поверхности для конкретных объектов на основе совокупности характерисик этих объектов ,помещенных в базу данных и результатов расчета деформации земной поверхности под влияние м очистной выработки.
      Сама программа не является сложной.В Правилах подработки зданий,сооружений и природных объектов при добыче угля подземным способом приведено несколько формул,а в них множество коэффициентов,зависящих от различных характеристик зданий и сооружений.И эта программа нужна для быстрого определения допустимых показателей деформации земной поверхности(4)

ПЕРЕЧЕНЬ РЕШАЕМЫХ В РАБОТЕ ЗАДАЧ (+ НОВИЗНА И ПР.)

Обзор существующих исследований и разработок

      Опыт подработки зданий и сооружений в различных бассейнах 1 страны, а также за рубежом свидетельствует о том, что извлечение запасов угля под городами, поселками и отдельными сооружениями возможно не только без разрушения существующей застройки, но также без прекращения ее эксплуатации в период активной стадии процесса сдвижения земной поверхности. При этом для обеспечения сохранности подрабатываемых сооружений применяются различные меры их защиты - как горные, так и конструктивные.
       Условия подработки отдельных сооружений или целых селитебных и промышленных комплексов определяются на основе всестороннего анализа горнотехнических и инженерно-геологических условий района или площадки застройки, конструктивных особенностей объектов подработки, их технического состояния и хозяйственного значения с учетом экономических факторов и материально-технических возможностей шахты, ведущей подработку.
       При этом возможны следующие принципиальные решения: подработка сооружения без каких-либо ограничений с последующим мелким или восстановительным (в зависимости от величины деформаций земной поверхности) ремонтом; подработка сооружения- с применением горных защитных мероприятий; подработка сооружения с применением конструктивных мер защиты; подработка сооружения с применением конструктивных и горных мер защиты одновременно; снос сооружения перед подработкой.
       Горные мероприятия направлены в основном на уменьшение деформаций земной поверхности или на такое изменение режима этих деформаций, которое обеспечивало бы снижение их влияния на охраняемый объект.
       Наиболее эффективные горные защитные мероприятия связаны с потерями угля в недрах (оставление предохранительных целиков, неполная отработка пластов по площади и по мощности) или с увеличением его себестоимости (различные виды закладок выработанного пространства). Поэтому применение таких мероприятий целесообразно при подработке уникальных объектов (крупные населенные пункты, исторические и архитектурные памятники, промышленные предприятия союзного значения и т. п.), а также если ожидаемые деформации земной поверхности чрезмерно велики, а обеспечение непрерывной эксплуатации подрабатываемого объекта необходимо по хозяйственным соображениям.
       Защита подрабатываемых зданий при помощи конструктивных мероприятий по сравнению с закладкой мало отражается на себестоимости угля и обеспечивает добычу законсервированных запасов, что приводит к эффективной реализации затраченных средств и продлению сроков службы шахт.
       Подработка сооружений без применения защитных конструктивных мероприятий целесообразна, как правило, при таких деформациях земной поверхности, когда повреждения конструкций не ожидаются или их величина не может превысить определенных значений, при которых условия эксплуатации сооружений изменяются в допустимых границах.
       При достаточно больших деформациях земной поверхности защита сооружений с помощью конструктивных мероприятий может не осуществляться, если к моменту подработки физический и моральный износ сооружения привел к потере его хозяйственной ценности. В этом случае должен планироваться снос сооружения.
       Конструктивные мероприятия направлены на усиление несущих и ограждающих конструкций с целью увеличения сопротивляемости зданий дополнительным силовым воздействиям со стороны деформируемого основания при подработке или на снижение этих силовых воздействий. Кроме того, конструктивные мероприятия могут быть направлены на исправление различных дефектов, вызванных отступлением от технических условий при строительстве здания, или на устранение нежелательных последствий его физического износа. Последнее обстоятельство делает практически необходимым применение конструктивных мероприятий в большинстве случаев; его игнорирование может привести к неоправданному увеличению расходов на восстановительный ремонт или другим нежелательным последствиям.
       Эксплуатация здания в самых благоприятных условиях неизбежно связана с появлением незначительных повреждений, периодически устраняемых текущим ремонтом. Поэтому защита зданий от влияния подработки с обеспечением полного недопущения всяких повреждений экономически и технически нецелесообразна. Применение конструктивных мероприятий позволяет часто не только обеспечить бесперебойную эксплуатацию здания, но также снизить до необходимого минимума дополнительные затраты на устранение повреждений от подработки и в ряде случаев ограничиться текущим или внеплановым мелким ремонтом. Выбор того или иного защитного мероприятия или их комплекса производится в зависимости от конструктивных особенностей охраняемого здания, величины и направления деформаций земной поверхности.
       Так как большинство конструктивных мероприятий, применяемых для защиты эксплуатируемых зданий, используется также для защиты вновь строящихся здании на подрабатываемых территориях, эффективность конструктивных защитных мероприятий может быть проверена при анализе результатов подработки как эксплуатируемых зданий, защищенных непосредственно перед подработкой, так и зданий, усиленных в процессе строительства. Однако организация работ при проведении мер защиты эксплуатируемого здания сложнее, чем при его строительстве, и связана с проблемами обеспечения совместной работы элементов усиления и здания, а также проблемой сохранения технологичности внутренних помещений. Ввиду приведенных факторов эффективность мер защиты, осуществляемых непосредственно перед подработкой здания, лишь в отдельных случаях может полностью соответствовать эффективности мер защиты, осуществляемых при его строительстве.
       Эффективность применяемых мер защиты зданий может быть повышена при выполнении определенных технических требований, которые заключаются в обеспечении на основе соответствующего расчета и детальных конструктивных проработок:
       соизмеримости усилий, возникающих в несущих конструкциях и нагрузок, действующих на здание со стороны деформируемого при подработке основания;
       максимально возможной передачи нагрузок на элементы усиления при деформациях подрабатываемого здания.
       Кроме того, эффективность конструктивных мер защиты существенно зависит от культуры производства работ при их выполнении в натуре и тщательности авторского надзора за их состоянием в процессе подработки объекта.
       В настоящее время все чаще приходится иметь дело не только с подработкой отдельных зданий, но и с проблемой добычи угля под целыми городами, крупными городскими районами и поселками.При значительном объеме внедрения различных способов защиты зданий в случае массовой подработки городов и поселков выполнение названных выше технических требований возможно только на основе осуществления ряда организационных мероприятий. Учитывая опыт защиты подрабатываемых зданий в Украине и за рубежом, можно сформулировать основные организационные мероприятия по обеспечению повышения эффективности этой защиты:
       создание на базе угольных комбинатов проектных организаций по разработке мер защиты эксплуатируемых зданий;
       создание при шахтах, ведущих систематическую подработку различных объектов, специальных групп защиты, в функции которых должны входить контроль за своевременным выполнением защитных мер и правильной эксплуатацией элементов усиления, а также наблюдения за деформациями земной поверхности и зданиями в процессе подработки;
       организация авторского надзора за выполнением конструктивных мер защиты;
       при массовой подработке крупных населенных пунктов создание специальных рабочих бригад, занимающихся выполнением усиления зданий и другими работами, связанными с их защитой;
       централизованное финансирование производства работ по осуществлению конструктивных мер защиты зданий.
       Конструктивные меры, которые нашли применение в практике защиты подрабатываемых зданий в различных бассейнах страны, можно разделить на три группы.
      1. Меры, направленные на снижение силовых воздействий со стороны деформируемого при подработке основания:
      2. Меры, направленные на усиление несущих и ограждающих конструкций или обеспечение их устойчивости:
      3. Меры, направленные на устранение дефектов, допущенных при строительстве, и на устранение последствий физического износа здания:
       Перечисленные конструктивные мероприятия применяются для защиты зданий от влияния вертикальных либо горизонтальных деформаций основания при подработке или от их совместного воздействия, иногда в сочетании с горными мерами защиты. Проводимые ВНИМИ наблюдения за подработкой различных объектов позволили исследовать влияние на деформативность защищенных зданий применяемых мер защиты, определить их техническую эффективность и условия ее повышения. Инструкция о порядке утверждения мер охраны зданий, сооружений и природных объектов от вредного влияния горных разработок составлена
       в соответствии с требованиями Закона Российской Федерации "О недрах" в редакции от 8 февраля 1995 года,Положения о Госгортехнадзоре России, утвержденного Указом Президента Российской Федерации от 18 февраля 1993 г. N 234,направлена на обеспечение наиболее полного извлечения запасов полезных ископаемых, залегающих под застроенными территориями, при условии охраны подрабатываемых зданий, сооружений и природных объектов от вредного влияния горных разработок.Инструкция устанавливает порядок согласования и утверждения мер охраны зданий, сооружений и природных объектов от вредного влияния горных разработок, обусловленного сдвижением и деформацией горных пород и земной поверхности, получения разрешений на проходку подготовительных выработок в предохранительных целиках и на ведение в них очистных работ. (5)
       В частности, в МГСУ в последние годы накоплен значительный опыт выполнения комплексных инженерных изысканий, научного сопровождения объектов строительства, экспертизы, нормотворчества, ведется активная работа в области лицензирования организаций, сертификации продукции и услуг в этой сфере, разрабатываются методы оптимизации изысканий, ведутся работы по совершенствованию приборов, методик и оборудования для их проведения, совершенствуются информационные системы и механизмы повышения качества работ в условиях рынка, ведется подготовка и переподготовка кадров, имеется опыт работы с различными организациями в рамках профессиональных общественных организаций (например, РНКМГОиФ) и комиссии (например, ГЭКК ОФиПС) и многое другое. Это позволяет надеяться, что при определенной поддержке комплексная проблема обеспечения качества инженерных изысканий, геотехнической надежности и снижения стоимости строительства будет в скором будущем успешно решена.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

      В результате выемки полезного ископаемого образуется искусственно созданное пустое пространство и зависающие породы горного массива теряют опору, так что слои горных пород над выработанным пространством под воздействием силы тяжести прогибаются, причем деформации распространяются до земной поверхности, а объем выработанного пространства уменьшается.
       Сдвижения и деформации земной поверхности вызывают в населенных местностях различные повреждения подрабатываемых сооружений и других объектов, причем характер этих повреждений зависит от того, какие именно объекты испытывают воздействие подработки жилые дома, промышленные здания, транспортные сооружения, линии водопровода и других коммуникаций или же участки земной поверхности, используемые для нужд сельского хозяйства. Жилые и промышленные здания более всего страдают от наклонов, кривизны и горизонтальных деформаций земной поверхности. Горизонтальные сдвижения земной поверхности могут вызвать повреждения ответвлений трубопроводов, ведущих от магистралей к отдельным зданиям.
       Результаты инструментальных наблюдений повреждений используют при установлении, выборе и уточнении мер охраны зданий от вредного влияния горных подработок, для корректировки методов прогноза сдвижений и деформаций.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

      1. СНиП “Положения о порядке выдачи разрешений на застройку площадей залегания полезных ископаемых ”.
      2. http://www. kiranna.by/docs_norm_full.php?id=1083&cat=102 СНиП 2.01.09-91. Здания и сооружения на подрабатываемых территориях и просадочных грунтах.
      3. В. Д. Большаков, Е. Б. Клюшин, И. Ю. Васютинский , Геодезия. Изыскания и проектирование инженерных сооружений. Москва ”Недра” 1991.
      4. Правила подработки зданий, сооружений и природных объектов при добыче угля подземным способом.
      5.http://www. vcom. ru/cgi-bin/db/zakdoc?_reg_number=%C29605906 Инструкция о порядке утверждения мер охраны зданий, сооружений и природных объектов от вредного влияния горных разработок.