Построение зон и границ опасных сдвижений в толще пород над выработанным пространством слепых залежей

Устойчивым считается такое состояние толщи пород и земной поверхности, при котором сдвижения и деформации их после подработки отсутствуют или со временем не превышают критических значений. Устойчивость земной поверхности наблюдается при небольших пролетах выработки, когда породы кровли и боков выработки сохраняют устойчивое состояние или над выработкой образуется свод естественного равновесия, а также если обрушившиеся породы, заполняя выработанное пространство и пустоты над ним, за счет разрыхления, создают опору для вышележащей не разрушенной толщи пород.

Устойчивость земной поверхности зависит от прочностных свойств и структурных особенностей толщи налетающих пород, формы и размеров выработанного пространства, глубины залегания, вынимаемой мощности (объема выработанного пространства) и угла падения рудных тел.

С увеличением глубины верхней границы выработанного пространства, угла падения рудного тела и прочности массива подработанных пород устойчивость земной поверхности возрастает. С увеличением размеров выработанного пространства по падению и по простиранию, вынимаемой мощности рудного тела (объема выработанного пространства) интенсивности трещиноватости вмещающих пород устойчивость земной поверхности снижается.

Под интенсивностью трещиноватости понимается величина, обратная среднему размеру (в метрах) элементарного структурного блока породы, ограниченного смежными трещинами трех взаимно секущих, наиболее выраженных систем трещин.

Условие устойчивого состояния земной поверхности при разработке системами с обрушением налегающих пород слепых обособленных залежей или отдельных участков пластообразных залежей, верхняя граница которых расположена ниже контакта коренных пород с рыхлыми отложениями, средней мощности и мощных (>3 м) в покрывающих породах крепостью 4 ?? 16 имеет вид:

.

где — фактическая глубина верхней границы выработанного пространства, считая от границы выветрелых пород и рыхлых отложений, м; - коэффициент, учитывающий прочностные свойства горных пород; в зависимости от коэффициента крепости покрывающих пород, значение определяется по табл.; - эквивалентный пролет, вычисляемый по формуле:

.

где — размер выработанного пространства залежи по простиранию, м; - размер горизонтальной проекции выработанного пространства залежи на разрезе вкрест простирания, м.

Значения коэффициента, учитывающего прочностные свойства горных пород; в зависимости от коэффициента крепости покрывающих пород.

Для тонкослоистых (мощность слоя не более 0,2−0,3 м), сильно рассланцеванных, а также для неслоистых пород с интенсивностью трещиноватости? 3 м ^-1 и крепостью? 7 расчетную предельную глубину, получаемую из выражения следует увеличить в два раза.

При содержании в подработанном массиве пород с? 5 не менее 50 в расчетах по формуле принимается значение = 6,5.

Под обособленными понимаются залежи, для которых зоны опасного влияния, построенные по углам разрывов на разрезах по простиранию и вкрест простирания не пересекают друг друга.

При разработке слепых залежей с углом падения >70° земная поверхность сохранит устойчивое состояние, если, кроме условия, соблюдается неравенство:

.

где — коэффициент, учитывающий прочностные свойства горных пород; в зависимости от типа месторождения и крепости значение определяется по табл.; - эквивалентный пролет, определяемый по формуле:

.

где — размер выработанного пространства залежи по вертикали на разрезе вкрест простирания, м (рис, в).

Геометрические параметры, определяющие устойчивость горных пород и земной поверхности: а — залежи, вытянутые по простиранию; б и в — залежи ограниченных размеров по простиранию Значения в зависимости от типа месторождения и крепости.

Для сильно рассланцованных пород и пород с интенсивностью трещиноватости? 3 м^-1 и крепостью > 6 коэффициент увеличивается в два раза.

Eсли в подработанном массиве есть зоны смятия, мощных разрывных нарушений, особенно таких, которые прослеживаются от выработанного пространства до земной поверхности, а также весьма обводненных пород, то пользоваться зависимостями не рекомендуется, и в этих случаях вопросы устойчивости земной поверхности, как и построения зоны опасных сдвижений в толще пород, решаются с привлечением специализированных организаций".

Параметры, учитываемые при установлении условий устойчивого состояния земной поверхности, показана ранее (рис.). Величины и определяются графически на разрезах вкрест простирания. При выдержанных угле падения и мощности рудного тела величины и можно рассчитывать по формулам:

;

.

где — размер выработанного пространства по падению, м.

Если величина, то принимают (рис., а), а если, то принимается. (рис., б). При соотношениях величина (рис.). Аналогично, если, то. При принимают, и при .

При не выполненном условии над выработанным пространством слепых залежей с углом падения < 70° образуются воронки обрушения, если удовлетворяется неравенство:

.

где, м³ — объем коренных пород, определяемый по формуле:

.

где, м — средняя глубина расположения выработанного пространства в коренных породах (рис. а, б);, м² — площадь выработанного пространства в плане; при изометрической или близкой к ней форме выработанного пространства в плане; - объем выработанного пространства, определяемый по маркшейдерским данным, м³; - число (значение отношения), являющееся критерием самообрушения земной поверхности и определяемое в зависимости от строения и крепости пород по табл.

Значения отношения, являющееся критерием самообрушения земной поверхности в зависимости от строения и крепости пород.

В массиве, сложенном тонкослоистыми, сильно рассланцованными породами или, независимо от крепости, неслоистыми породами с интенсивностью трещиноватости? 3 м^-1 при невыполнении условия воронки обрушения не образуются, если .

При выдержанных вынимаемой мощности и размерах выработанного пространства отношение объемов можно рассчитать по следующим формулам:

изометрическая или близкая к ней форма выработанного пространства в плане (один из размеров обнажения в плане не превышает другой более чем в 1,5 раза).

;

размеры выработанного пространства в плане > 1,5 (или);

Если не выполнено условие, возможно самообрушение земной поверхности над выработанным пространством слепых залежей с углом падения? 70° при.

.

где — коэффициент, определяемый в зависимости от строения и крепости пород по табл.

Значения коэффициента, определяемого в зависимости от строения и крепости пород.

Если соблюдаются условия, то на земной поверхности возможно внезапное образование воронок обрушения и провалов. Границы зоны внезапного образования воронок обрушения строят с помощью линий, проведенных со стороны висячего и лежачего боков и по простиранию залежи под углами 70° при крепости пород? 5; 80° при = 6−10 и 85° при = 11−16, Точки пересечения указанных линий с земной поверхностью на разрезах вкрест простирания и вертикальной проекции переносят на план и соединяют их плавной кривой, которая является предельным контуром зоны возможного внезапного образования воронок обрушения и провалов на земной поверхности.

При выемке пологих и слабонаклонных залежей (? 35°) зону возможного образования воронок обрушения и провалов на земной поверхности строят от нижней и верхней границ выработанного пространства (рис. а, б).

В случае разработки слепых залежей с углом падения >35° построение зоны возможного образования воронок обрушения и провалов на земной поверхности со стороны падения, восстания и по простиранию производят от контура выработанного пространства на глубине в коренных породах (рис. в, г).

.

где — коэффициент, определяемый в зависимости от строения пород, угла падения и значения по табл.; - площадь рудного тела на разрезе вкрест простирания, м².

Если угол падения рудного тела меньше рекомендованных здесь значений, то со стороны восстания зону возможного образования воронок обрушения и провалов на земной поверхности строят от верхней границы выработанного пространства. Со стороны падения и по простиранию построение производят от контура выработанного пространства на глубине.

Построение границ зоны возможного образования воронок обрушения и провалов при разработке слепых залежей: a — разрез вкрест простирания и б — вертикальная проекция при ?35°; в — разрез вкрест простирания и г — вертикальная проекция при 35°; д и е — соответственно то же при > и > 35°.