KPATEP * Библиотека "Горное дело" * Ю.Г.Панин "Прогнозирование сдвижений и деформаций земной поверхности..."

Министерство угольной промышленности СССР

Всесоюзный ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский институт горной геомеханики и маркшейдерского дела ВНИМИ

На правах рукописи

УДК 622.834.313

ПАНИН Юрий Григорьевич

ПРОГНОЗИРОВАНИЕ СДВИЖЕНИЙ И ДЕФОРМАЦИЙ ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ И ОБОСНОВАНИЕ РАЦИОНАЛЬНЫХ СПОСОБОВ ВЕДЕНИЯ ГОРНЫХ РАБОТ ПОД ЗАСТРОЕННЫМИ ТЕРРИТОРИЯМИ ПРИ ПОДЗЕМНОЙ ВЫЕМКЕ СВИТ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ, ЗАЛЕГАЮЩИХ В СИНКЛИНАЛЬНЫХ СКЛАДКАХ

Специальность 05.15.01 – Маркшейдерия
Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Ленинград, 1989

Работа выполнена в производственном объединении по добыче угля «Стахановуголь» и во Всесоюзном ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательском институте горной геомеханики и маркшейдерского дела ВНИМИ

Научный руководитель: канд.техн.наук, ст.научн.сотр. Земисев Владимир Назарович

Официальные оппоненты:
докт.техн.наук Иофис Моисей Абрамович
канд.техн.наук Ягунов Анатолий Степанович

Ведущее предприятие: институт «Ворошиловградгипрошахт»

Защита диссертации состоится «26» октября 1989 г. в 10 часов 00 мин. на заседании специализированного Совета Д 135.06.01 при Всесоюзном ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательском институте горной геомеханики и маркшейдерского дела по адресу: 199026, Ленинград, Средний пр., 82.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан «19» сентября 1989 г.

Исх. № 8-2921


Ученый секретарь специализированного Совета, докт.техн.наук В.М.Шик

/с.1/
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Основными направлениями экономического и социального развития СССР на 1986-1990 гг. и на период до 2000 года, принятыми XXVII съездом КПСС, предусматривается дальнейший рост добычи угля, которая к концу XII пятилетки должна достигнуть 780-800 млн. тонн в год.

В современных условиях в основных развитых бассейнах страны вопросы увеличения производительности и сроков деятельности шахт, рационального использования запасов и уменьшения потерь в недрах непосредственно связаны с проблемой выемки угля под застроенными территориями.

Промышленные запасы шахт производственного объединения «Стахановуголь», расположенные под застроенными территориями, составляют 145 млн. тонн из 307 млн. тонн по состоянию на 01.01.1988 года или более 47%.

Отработка запасов угля характеризуется сложными горно-геологическими условиями, что осложняет выемку запасов и выбор мер защиты подрабатываемых зданий и сооружений, которые построены в городах и поселках как с конструктивными мерами защиты, так и без них. В синклинальных складках залегает 90 млн. тонн промышленных запасов, или более 60% запасов, расположенных под застроенными территориями.

Наличие в зонах влияния горных работ выходов осевых поверхностей синклинальных складок приводит к концентрации деформаций, образованию уступов и трещин, что крайне неблагоприятно сказывается на состоянии подрабатываемых зданий и сооружений. Характер процесса сдвижения в этих условиях изучен недостаточно, а методы прогноза сдвижений и деформаций земной поверхности разработаны, в основном, для отдельных очистных выработок, что затрудняет выбор мер защиты подрабатываемых зданий и сооружений из-за ненадежности прогнозируемых сдвижений и деформаций при разработке свит пластов. Все это приводит к большим затратам на конструктивные меры защиты, к потерям угля в предохранительных целиках и нарушению эксплуатационной способности подрабатываемых зданий и сооружений.

До настоящего времени, практически, не рассмотрены вопросы, связанные с планированием и порядком ведения горных работ в зонах влияния на осевые поверхности складок, хотя данные натурных наблюдений дают возможность сделать выводы и рекомендации по планированию горных работ с целью уменьшения сосредоточенных деформаций.

Таким образом, решение данного вопроса является актуальным как для условий шахт производственного объединения «Стахановуголь», так и для аналогичных условий Донецкого бассейна. /2/

Работа выполнена в 1980-1988 годах в производственном объединении «Стахановуголь» и Всесоюзном ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательском институте горной геомеханики и маркшейдерского дела (ВНИМИ) в рамках отраслевой программы 023910 «Разработать и освоить новые методы изучения и способы управления деформациями горного массива, обеспечивающие существенное улучшение эксплуатационного состояния горных выработок и подрабатываемых сооружений в сложных горно-геологических условиях, а также охраны природных объектов», по работе 0239035000 «Разработать методику прогноза сдвижений и деформаций земной поверхности и рационального планирования горных работ под застроенными территориями при разработке свит пластов со сложными геологическими условиями на глубоких горизонтах». Номер государственной регистрации 01870001110.

Цель работы. Разработать способы рационального планирования и ведения горных работ в свитах пластов, залегающих в условиях синклинальной складчатости под застроенными территориями, на основе оценки сдвижений и деформаций земной поверхности и ожидаемых повреждений подработанных зданий и сооружений.

Идея работы. Использование взаимосвязи характера процесса сдвижения горных пород и земной поверхности с положением очистных выработок относительно осевых поверхностей синклинальных складок для обоснования схем сдвижения и уменьшения сосредоточенных деформаций.

Задачи исследований:
- провести обобщение и анализ результатов натурных инструментальных наблюдений за характером процесса сдвижения земной поверхности в районах выходов осевых поверхностей синклинальных складок при разработке свит пластов;
- разработать методы оценки ожидаемых сдвижений и деформаций земной поверхности на участках выходов осевых поверхностей синклинальных складок;
- исследовать влияние положения и размеров очистных выработок, порядка и сроков отработки пластов в свитах на величины сдвижений и деформаций земной поверхности на участках выходов осевых поверхностей синклинальных складок для разработки методов рационального планирования горных работ;
- разработать классификацию ожидаемых повреждений гражданских зданий, расположенных на выходах осевых поверхностей синклинальных складок от влияния уступов.

Методы исследований. Поставленные задачи решались путем комплексного метода, включающего в себя проведение инструментальных маркшейдерских наблюдений за сдвижениями и деформациями земной поверхности /3/ и подрабатываемыми сооружениями, обобщение и анализ опыта ведения горных работ в условиях синклинального залегания, статистическую обработку результатов экспериментальных исследований и опытно-промышленные испытания разработанных практических рекомендаций.

Научные положения, выносимые на защиту:
- при подработке зоны влияния осевой поверхности синклинальной складки в определенных условиях, вследствие потери бокового распора в зонах сдвиговых деформаций происходит отрыв и сдвиг пород в этой зоне в сторону выработанного пространства, которые приводят к образованию прямых уступов и cосредоточенных деформаций на земной поверхности;
- высота прямых уступов пропорциональна величинам максимальных оседаний в мульде сдвижения;
- рациональное расположение горных выработок в крыльях складок позволяет создать условия для уменьшения или полной ликвидации уступов;
- степень повреждений гражданских зданий на прямых уступах определяется по классификационным признакам, в зависимости от высоты уступов, находящейся в определенных диапазонах величин.

Научная новизна работы:
- величины прямых уступов, образованных на выходах осевых поверхностей синклинальных складок, при ведении горных работ на одном из крыльев, пропорциональны максимальному оседанию в мульде сдвижения;
- при отработке одного крыла складки и размерах зоны сдвиговых деформаций менее 50% от общей длины осевой поверхности складки на разрезе вкрест простирания, при отработке пластов в направлении от оси складки, уступы на земной поверхности не образуются;
- обоснованы зависимости величин наклонов и горизонтальных деформаций на участках образования уступов от величин максимальных оседаний в мульде сдвижения;
- установлено, что при одновременном ведении очистных работ на обоих крыльях складок уступы не образуются при условии равенства оседаний на участке осевых поверхностей складок от влияния выработок на одном и другом крыльях;
- разработана классификация ожидаемых повреждений гражданских зданий в зависимости от высоты прямых уступов.

Личный вклад автора заключается в:
- выборе объектов для наблюдений и обследований состояния до и после подработки;
- разработке проектов наблюдательных станций; /4/
- анализе и обобщении результатов наблюдений за сдвижениями и деформациями земной поверхности;
- разработке рекомендаций по прогнозу ожидаемых сдвижений и деформаций земной поверхности;
- разработке рациональных способов планирования и ведения горных работ при отработке свит пластов при складчатом залегании;
- внедрении на шахтах производственного объединения «Стахановуголь» рациональных схем планирования и ведения горных работ в условиях складчатого залегания;
- разработке и внедрении методики определения ожидаемых повреждений гражданских зданий, расположенных в зонах образования прямых уступов.

Достоверность научных положений обоснована:
- большим объемом экспериментальных исследований на 34 профильных линиях, достаточным количеством обследованных деформированных зданий (100-150 в год);
- достаточной сходимостью фактически измеренных значений сдвижений и деформаций с расчетными по предложенной в работе методике;
- положительными результатами опытно-промышленных испытаний рекомендаций на шахтах региона.

Практическая ценность работы заключается в обеспечении расконсервации запасов угля под застроенными территориями, сокращении затрат на меры защиты и восстановление подрабатываемых зданий и сооружений, что позволяет продлить сроки отработки действующих и подготавливаемых горизонтов шахт региона. Разработанные рекомендации могут быть использованы в аналогичных горно-геологических условиях других регионов Донецкого бассейна.

Реализация работы. Результаты исследований и рекомендация рационального планирования горных работ использовались при текущем и перспективном планировании горных работ на шахтах региона, отрабатывающих свиты пластов, залегающие в синклинальных складках.

Так на шахте им.Ильича в 1989-1990 годах будет использован рациональных способ планирования и ведения горных работ при отработке пластов К6, К5, К3 в разных крыльях синклинальной складки, что позволит значительно уменьшить величину уступа и получить ожидаемый экономический эффект более 300 тыс. рублей.
Результаты исследований и методика определения сдвижений и деформаций при отработке пластов, залегающих в синклинальных складках, использовалась Украинским филиалом ВНИМИ при разработке «Рекомендаций по защите зданий и сооружений, обеспечивающих извлечение запасов угля шахтами им.Ильича, «Брянковская», «Криворожская», «Краснопольская» /5/ производственного объединения «Стахановуголь» в 1987 году по теме 0292454000. Номер государственной регистрации 01870070634. Ожидаемый экономический эффект от внедрения этих мер по расконсервации запасов угля составит 324 тыс. рублей, а фактический экономический эффект в 1987 году составил 95,7 тыс. рублей.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы были представлены на заседании секции НТС маркшейдерской службы и шахтной геологии Минуглепрома УССР 4 июня 1987 года (г.Макеевка); на VII международном Конгрессе по маркшейдерскому делу 29 июня 1988 года (г.Ленинград); на заседании технического совета производственного объединения «Стахановуголь» 7 сентября 1988 года (г.Стаханов); на научно-техническом совете по сдвижению горных пород, устойчивости бортов разрезов, геологическому и гидрогеологическому обеспечению горных работ ВНИМИ 2 декабря 1988 года (г.Ленинград); на заседании Управления маркшейдерско-геологических работ и охраны природы Минуглепрома СССР (г.Москва) 12 апреля 1989 г.; на секции Ученого Совета ВНИМИ по сдвижению, геомеханике массива пород и геологическому обеспечению горных работ (г.Лениград) 25.04.19189 г.

Публикации. Основные положении диссертации опубликованы в 10 печатных трудах.

Объем работы. Диссертационная работа изложена на 177 страницах машинописного текста, состоит из введения, 4 глав, заключения, списка использованных источников из 83 наименований, 34 рисунков, 8 таблиц и 3 приложений.

Научным руководителем на всех этапах выполнения работы и подготовки печатных работ являлся к.т.н. Земисев В.Н., за что автор выражает ему глубокую признательность. Автор приносит также благодарность к.т.н. Петухову И.А. и Файнштейну Ю.Б. за практические советы и ценные замечания, сделанные в процессе подготовки работы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе рассмотрены горно-геологические условия разработки запасов угля на шахтах производственного объединения «Стахановуголь», состояние изученности вопроса, определены цели и задачи исследований.

По геологическому районированию регион деятельности шахт объединения входит в состав Алмазно-Марьевского и частично Селезневского геолого-промышленного района Донбасса. Промышленная угленосность приурочена к среднему отделу Донецкого карбона (С2) к свитам , содержащим около 80 угольных пластов, из которых /6/ 35 достигают рабочей мощности. Большинство рабочих пластов относятся к тонким – от 0,6 до 0,9 м. Средняя глубина разработки – 490 м, максимальная – 920 м.

Район отличается сложностью тектонического строения и характеризуется интенсивной складчатастью. Синклинальные складки, в основном встречаются двух видов – симметричные и асимметричные. Углы падения пластов в складках изменяются в диапазоне от 5 до 60°. Большинство шахт разрабатывает от 3 до 10 пластов одновременно.

В главе дан анализ применяемых в настоящее время теоретических, эмпирических и полуэмпирических методов расчета деформаций земной поверхности.

Рассмотрены современные представления о характере сдвижения массива горных пород при разработке угольных пластов в условиях синклинальных складок, сложившиеся в результате обобщения натурных наблюдений в различных бассейнах страны. Исследованием процесса сдвижения пород в условиях синклинального залегания занимались И.А. Петухов и К.В. Стрельникова в Кизеловском и Челябинском бассейнах, А.Н. Медянцев, М.А. Иофис, А.М. Дмитренко, В.Н. Земисев, Ю.Б. Файнштейн в Донбассе, В.В. Бирюков и Г.Г. Егорова в Кузнецком бассейне. Всеми исследователями отмечается, что характер сдвижения массива пород в этих условиях сложен, отличается целым рядом особенностей по сравнению со сдвижением пород при выдержанном залегании и исследован недостаточно полно.

В существующих нормативных документах, практически отсутствуют методы расчета сдвижений и деформаций земной поверхности при отработке свит пластов, залегающих в синклинальных складках, что характерно для условий шахт производственного объединения «Стахановуголь».

Результаты инструментальных наблюдений показали, что отличительным признаком при подработке зон ослабленных прочностных свойств массива, является появление сосредоточенных деформаций, часто сопровождающихся развитием прямых уступов и трещин. При этом изменяется форма мульды сдвижения и характер распределения в ней сдвижений и деформаций, в результате чего зависимости и методы расчета, разработанные для выдержанного залегания пластов, в данных условиях не соответствуют требуемой точности, в связи с большой погрешностью определения прогнозируемых величин (табл.2).

Основными факторами, вызывающими сосредоточенные деформации и уступы, является положение зон сдвиговых деформаций, создающих условия для сдвига и отрыва пород в сторону выработанного пространства вследствие потери бокового распора. Условия для образования сдвига пород зависят от баланса сдвигающих и удерживающих сил, установить которые в настоящее время не представляется возможным в связи с большим количеством влияющих факторов, отсутствием данных о механических и прочностных /7/ свойствах пород в нарушенных зонах и информации о напряженном состоянии массива. Поэтому основным методом исследований процесса в условиях тектонической нарушенности является обобщение и анализ данных натурных наблюдений.

В практике используется ряд горных мер защиты зданий и сооружений от влияния горных разработок, но практически, нет мер по предотвращению образования сосредоточенных деформаций в районах выходов осевых поверхностей складок.

До настоящего времени, практически, не рассмотрены вопросы связанные с планированием и порядком ведения горных работ в зонах влияния на осевые поверхности складок, хотя данные натурных наблюдений свидетельствуют о принципиальной возможности уменьшения уступов и деформаций путем использования рационального порядка и сроков отработки очистных выработок. Существующие рекомендации по применению горных мер защиты (не считая закладку выработанного пространства) разработаны для выдержанного залегания и охраны отдельных объектов и не могут быть использованы в условиях городской застройки при сложном залегании пластов. В связи с тем, что при образовании прямых уступов на выходах осевых поверхностей синклинальных складок конструктивные меры защиты не всегда обеспечивают эксплуатационную способность зданий и сооружений, рациональный порядок ведения горных работ является перспективной мерой защиты.

В результате анализа состояния изученности определены цель и задачи исследований.

Во второй главе приведен анализ результатов инструментальных маркшейдерских наблюдений за сдвижением земной поверхности при отработке пластов в условиях синклинальных складок и схемы сдвижения массива, разработанные на основе данных наблюдений

Закладка наблюдательных станций, конструкция реперов, плановая и высотная привязка опорных и рабочих реперов, измерение вертикальных и горизонтальных сдвижений на профильных линиях проводятся в соответствии с «Инструкцией по наблюдениям за сдвижением земной поверхности и подрабатываемыми объектами на угольных месторождениях», Л., ВНИМИ, 1958 г. и «Методическими указаниями по наблюдениям за сдвижением горных пород и за подрабатываемыми сооружениями», Л., ВНИМИ, 1987 г.

Однако условия городской застройки и развитие уступов вызывают определенную специфику при производстве наблюдений. Это прежде всего относится к возможностям закладки профильных линий строго по направлению вкрест простирания и по простиранию пласта, к требованиям, предъявляемым к расстоянию между реперами профильных линий и сроков проведения наблюдений в период активной стадии процесса сдвижения. Для /8/ определения параметров уступов реперы в пределах выходов осевых поверхностей синклинальных складок сгущаются до интервалов 3-5 м.

Сравнение измеренных величин сдвижений и деформаций земной поверхности с расчетными по действующим методикам показало, что они не удовлетворяют требуемой точности (табл.2).

Анализ результатов наблюдений позволил установить, что процесс сдвижения в зонах влияния осевых поверхностей складок может происходить как с образованием прямых уступов, так и без их проявления. Условия образования уступов зависят от положения очистных выработок в крыльях складок, размеров выработок и порядка отработки пластов.

Установлено, что самым неблагоприятным случаем, когда величины уступов достигают максимальных величин, является отработка пластов в одном крыле складки в направлении к оси складки, а рост уступов пропорционален приращению оседаний от отработки каждого этажа (лавы).

В тех случаях, когда отработка пластов в крыле складки ведется в направлении от оси и размер выработки с одной стороны ограничивается целиком, а с другой точкой пересечения нормали, проведенной к отрабатываемому пласту от выхода осевой поверхности, то уступы не возникают (рис.1). Это происходит вследствие того, что зона сдвиговых деформаций la мала (менее 50%) от общей зоны влияния, а породы в районе выхода осевой поверхности складки оказываются расположены в полумульде, имеющей знаки, противоположные направлению развития уступа, в результате чего действующие в этой зоне напряжения препятствуют сдвигу и отрыву пород в сторону выработанного пространства .

При одновременном ведении горных работ на обоих крыльях складок величины уступов пропорциональны разности оседаний от влияния выработок на одном и другом крыльях на участке выхода осевых поверхностей складок.

В тех случаях, когда эти оседания равны, то уступы не образуются, вследствие их полной компенсации.

Схемы сдвижения, разработанные на основе анализа влияния положения выработок на характер процесса сдвижения в зонах влияния осевых поверхностей складок, показывают на принципиальную возможность рационального планирования и ведения горных работ, с целью уменьшения величин уступов и создания условий для их образования.

В третьей главе разработаны методы оценки ожидаемых величин сдвижений: и деформаций на участках выходов осевых поверхностей складок и рекомендации по рациональному планированию и ведению горных работ. /10/

При выборе рационального порядка отработки пластов на стадии перспективного планирования горных работ следует учитывать два случая:
- запасы вскрыты и подготовлены к отработке только на одном крыле складки;
- запасы подготовлены к отработке на обоих крыльях.

В тех случаях, когда запасы подготовлены к подработке только на одном крыле наиболее неблагоприятной является поэтажная или погоризонтная подготовка пластов, когда отработка ведется в направлении к оси складки. В этих условиях максимальная высота уступа определяется из выражения:

     (1)

- где  - максимальное оседание в мульде сдвижения от выработок, отрабатываемых на рассматриваемом горизонте и определяемое по рекомендациям действующих «Правил охраны ...».

Величины наклонов земной поверхности на уступе определяются по формуле:    (2)
Определение расстояния lу имеет большое практическое значение, т.к. позволяет выявить количество зданий, попадающих в зоны влияния уступов. Прогнозировать размер участка lу с достаточной надежностью затруднительно в связи с большим количеством влияющих факторов, поэтому целесообразно перед подработкой объектов определить размер участка lу на незастроенных территориях путем проведения инструментальных наблюдений.

Анализ результатов наблюдений позволил выявить зависимость величины lу от отношения Lz/Lo (рис.2),


где Lz - расстояние от точки с максимальными оседаниями до выхода осевой поверхности складки;
- Lo - горизонтальное расстояние на разрезе вкрест простирания от точки пересечения осевой поверхности линией, проведенной под граничным углом до линии максимального оседания под углом . Эта зависимость приведена в таблице 1.


Таблица 1

Lz/Lo

0

0,35

0,7

1,0

lу, м

15

30

40

50

Горизонтальные деформации на участке развития уступа определяются из выражения:
   (3)
Оценка точности измеренных и расчетных величин деформаций земной поверхности приведена в таблице 2. /11/
Таблица 2

Методика определения расчетных деформаций

Величины средних квадратических отклонений расчетных величин от измеренных

 

 , ±% , ±% , ±% , ±%

По "Правилам охраны ..." условий выдержанного залегания

 10

30 

30 

- 

По "Правилам охраны ..." для условий складчатого залегания

 15

 101

 118

- 

По предложенной методике для условий складчатого залегания

 15

 39

42 

29

В пологих крыльях асимметричных складок при панельном способе подготовки с целью создания условий, исключающих возможность образования уступов или уменьшения их величин, отработку пластов следует вести в направлении от оси складки. При этом, если размер первой лавы ограничивается целиком, а с другой точкой пересечения на разрезе вкрест простирания пласта с нормалью, проведенной от выхода осевой поверхности, то уступ не образуется (рис.1). Если размер первой лавы больше указанного, то высоту ожидаемого уступа можно определить из выражения:

; при la 0.5 lo   (4)

где lа - размер зоны активных сдвиговых деформаций (расстояние на разрезе вкрест простирания между точками (Б В) пересечения осевой поверхности линиями, проведенными под углами и (рис 1);           
   lo - длина осевой поверхности на разрезе вкрест простирания (О А).

Дальнейшая отработка крыла складки в направлении от оси может вызвать появление уступа в зависимости от размеров межлавного целика, однако при этом высота уступа не превысит величины, равной приращению оседаний ( ) на выходе осевой поверхности от влияния второй лавы, что значительно меньше величины уступов, образующихся при ведении горных работ в направлении к оси складки. Величина возможного уступа в этом случае может быть определена из выражения:

   (5)

- суммарное оседание от двух лав на участке выхода осевой поверхности;
- оседание земной поверхности от влияния первой лавы. /12/

Защиту объекта в этом случае можно обеспечить из условия:

   (6)

где - допустимая высота уступа для подрабатываемого объекта.

В тех случаях, когда запасы подготовлены к отработке на обоих крыльях складок, и возможна одновременная отработка одного и другого крыльев, размеры одновременно отрабатываемых выработок определяются из условия:
     (7)

где - соответственно вынимаемые мощности, углы падения, размеры выработок, глубины разработок и зоны активных сдвиговых деформаций на одном и другом крыльях складки.

Когда по техническим условиям невозможно обеспечить одновременную отработку лав на одном и другом крыльях, следует различать два случая:
- разрыв во времени между отработкой лав на одном и другом крыльях больше общей продолжительности процесса сдвижения;
- разрыв во времени между отработкой лав меньше общей продолжительности процесса сдвижения;
В первом случае размеры выработок на одном и другом крыльях определяются из условия:

         (8)

Во втором случав при выборе размеров выработок следует учитывать компенсирующее влияние выработок на величины возможных уступов, т.е. , где - ожидаемый уступ от влияния выработок на одном крыле, - на другом.


В четвертой главе дана характеристика особенностей застройки территории, под которыми ведут горные работы шахты производственного объединения «Стахановуголь». Практически каждая шахта объединения ведет подработку территорий городов Стаханова, Брянки, Кировска и поселков городского типа. В центре городов расположены многоэтажные жилые дома (до 9 этажей), социально-культурные, бытовые объекты и другие административные и общественные здания.


Конструктивные меры защиты начали вводиться в здания начиная с 60-х годов, а старая часть городов и поселков построена без конструктивных мероприятий.


В среднем в год подрабатывается более 3 тысяч объектов. В настоящее время на территории, подрабатываемой шахтами производственного объединения «Стахановуголь», более 800 зданий требуют ремонта после подработки. Специализированное ремонтно-строительное управление, /13/ которое функционирует в объединении для выполнения конструктивных мер защиты и послеосадочного ремонта, выполняет ежегодно этот объем работ для 50-60 зданий на сумму 500 тыс. руб. Отсюда следует, что в данных условиях необходима методика прогнозирования ожидаемых повреждений зданий при подработке в сложных условиях для своевременного планирования мер и средств на восстановление зданий и сооружений, деформированных при подработке, а также в первую очередь иметь способы рационального ведения горных работ, обеспечивающие уменьшение величин деформаций и позволяющих сохранить эксплуатационную способность зданий и сооружений.


Для анализа повреждений гражданских зданий были отобраны случаи, когда здания были расположены в зоне влияния прямых уступов, а также в условиях, при которых повреждения значительно отличались от ожидаемых повреждений конструкций, рекомендуемых в приложении 7 «Правил охраны…».


В результате проведенных исследований разработана классификация ожидаемых повреждений гражданских зданий в зависимости от величины уступов, позволяющая более рационально планировать затраты на ремонт и восстановление зданий и выбирать оптимальные меры их защиты.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

На основании- проведенных исследований в диссертационной работе предложено новое решение актуальной для угольной промышленности проблемы извлечения запасов угля под застроенными территориями при отработке пластов, залегающих в синклинальных складках, путам рационального порядка ведения горных работ, на основе оценки ожидаемых деформаций земной поверхности и повреждений гражданских зданий и сооружений.

Основные научные выводы и положения заключаются в следующем:

1. Обобщение и анализ инструментальных наблюдений свидетельствует о том, что основной особенностью проявления процесса сдвижения в рассматриваемых условиях является образование «прямых» уступов, величины которых определяют степень повреждений зданий и сооружений и отработки угля в зоне влияния на подрабатываемые объекты.

2. Установлено, что образование уступов происходит в результате пород в зонах осевых поверхностей складок, при этом величины уступов зависят от положения очистных выработок относительно осевых поверхностей. Разработанные схемы сдвижения для этих условий позволили обосновать методы оценки ожидаемых деформаций поверхности и рациональный порядок ведения горных работ. /14/ 

3. Уступы на земной поверхности достигают максимальных величин при отработке пластов на одном из крыльев складки, высота уступов пропорциональна максимальным оседаниям в мульде сдвижения и достигает до 65% от их величин.

4. Уступы при отработке пластов на одном крыле складки в направлении от ее оси не образуются, если зона сдвиговых деформаций составляет менее 50% от общей длины осевой поверхности складки.

5. Величины наклонов и горизонтальных деформаций земной поверхности пропорциональны величинам максимальных оседаний и обратно пропорциональны размеру зоны, в которой проявляются сосредоточенные деформации. Эти зависимости реализованы в формулы для расчетов ожидаемых величин деформаций земной поверхности в зонах влияния осевых поверхностей складок.

6. При отработке пластов на обоих крыльях складок величины уступов прямо пропорциональны разности оседаний на участке выхода осевой поверхности от влияния выработок на одном и другом крыльях, что позволяет компенсировать уступ путем выбора такого расположения выработок и их размеров на разных крыльях, которые обеспечивают равенство оседаний земной поверхности.

7. Степень повреждения, конструкций гражданских зданий, попадающих на прямые уступы, определяется по классификационным признакам в зависимости от величин уступов, этажности и степени износа.

8. Разработанная методика определения сдвижений и деформаций при отработке свит пластов, залегающих в синклинальных складках, и рекомендации по рациональному планированию и ведению горных работ в зонах влияния на осевые поверхности синклинальных складок позволяют обеспечить расконсервацию запасов угля под застроенными территориями в сложных горно-геологических условиях, сохранить эксплуатационную способность подрабатываемых зданий и сооружений и сократить расходе на конструктивные меры защиты.

9. В результате внедрения разрабатываемых в процессе исследований положений и рекомендаций на шахтах производственного объединения «Стахановуголь» ожидаемый экономический эффект составит более 400 тыс. рублей.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Чолак Э.О., Панин Ю.Г. Выемка угля под сооружениями в сложных горно-геологических условиях. – Уголь, 1985, №10, с.34-35.

2. Панин Ю.Г., Ямпольский Н.А. Особенности образования уступа при отработке пологого крыла синклинальной складки. - Уголь Украины, 1987, №4, с.18-19.

3. Панин Ю.Г., Ямпольский Н.А., Зимченко Т.В. Опыт подработки кинотеатра «Шахтер» в г.Стаханове в сложных горно-геологических условиях / Информационный листок ЦБНТИ Минуглепрома УССР. - Донецк, - 1987. - 4 с.

4. А.С. 1460265 (СССР) Способ выемки полезных ископаемых под охраняемыми сооружениями / ВНИМИ. Авт.изобр. Ю.Е.Файнштейн, В.Н.Земисев, Б.Н.Богданов, Ю.Г.Панин. № 4219092/22-03; Заявл. 31.03.87, Опубл. 23.02.89. Бюл. №7.

5. Панин Ю.Г., Ямпольский Н.А. Прогнозирование зон влияния уступов на подрабатываемые объекты при отработке синклинальных складок. – В сб.: Разработка месторождений полезных ископаемых. - Киев: 1988. -вып. 79. - с.47-50.

6. Земисев В.Н., Файнштейн Ю.Б., Панин Ю.Г. Прогноз деформаций земной поверхности в сложных горно-геологических условиях // Уголь, 1988, №6, с.12-14.

7. Панин Ю.Г. Рациональное планирование разработки угольных пластов под поверхностными сооружениями в сложных горно-геологических условиях // Сборник докладов VII Международного конгресса по маркшейдерскому делу. - Л.-: ВНИМИ. - 1988. - Том IX. - с.94-101.

8. Панин Ю.Г., Вязниковцев О.И. Опыт подработки Брянковского завода бурового оборудования и жилых зданий в сложных горно-геологических условиях // Маркшейдерское дело в социалистических странах. - Л.: ВНИМИ, Том II. 1988. - с.226-231.

9. Земисев В.Н.,- Файнштейн Ю.Б., Панин В.Г. Принципы рационального планирования горных работ в зонах влияния тектонических нарушений // Методы, технические средства маркшейдерских работ и исследование процессов сдвижения горных пород. Сб. научн. трудов - Л.: ВНИМИ. 1988, с.86-91.

10. Бучинский Ю.Л., Котляров В.И., Панин Ю.Г., Зимченко Т.В. Опыт защиты сельскохозяйственных зданий на подрабатываемой территории объединения «Стахановуголь» - Уголь Украины, 1989, №2, с.40-41
© 2005 Редакция: KPATEP


Hosted by uCoz