О параметрах повреждений земной поверхности над заброшенными горными выработками

Детально розглянуто види та параметри пошкоджень земної поверхні, що є наслідком активізації процесу зрушення породного масиву над занедбаними гірничими виробками (пустотами), які збереглися на виходах вугільних пластів....

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2013
1. Verfasser:	Феофанов, А.Н.
Format:	Artikel
Sprache:	Russian
Veröffentlicht:	Український науково-дослідницький і проектно-конструкторський інститут гірничої геології, геомеханіки і маркшейдерської справи НАН України 2013
Schriftenreihe:	Наукові праці УкрНДМІ НАН України
Online Zugang:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/57137
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	О параметрах повреждений земной поверхности над заброшенными горными выработками / А.Н. Феофанов // Наукові праці УкрНДМІ НАН України. — 2013. — № 12. — С. 62-81. — Бібліогр.: 16 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-57137
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-571372014-03-05T03:01:17Z О параметрах повреждений земной поверхности над заброшенными горными выработками Феофанов, А.Н. Детально розглянуто види та параметри пошкоджень земної поверхні, що є наслідком активізації процесу зрушення породного масиву над занедбаними гірничими виробками (пустотами), які збереглися на виходах вугільних пластів. Types and parameters of surface damage which is the result of growing activity of ground movement above the abandoned mine workings (cavities) preserved at coal seam outcrops are described in detail. 2013 Article О параметрах повреждений земной поверхности над заброшенными горными выработками / А.Н. Феофанов // Наукові праці УкрНДМІ НАН України. — 2013. — № 12. — С. 62-81. — Бібліогр.: 16 назв. — рос. 1996-885X http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/57137 622.834:622.27 ru Наукові праці УкрНДМІ НАН України Український науково-дослідницький і проектно-конструкторський інститут гірничої геології, геомеханіки і маркшейдерської справи НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
description	Детально розглянуто види та параметри пошкоджень земної поверхні, що є наслідком активізації процесу зрушення породного масиву над занедбаними гірничими виробками (пустотами), які збереглися на виходах вугільних пластів.
format	Article
author	Феофанов, А.Н.
spellingShingle	Феофанов, А.Н. О параметрах повреждений земной поверхности над заброшенными горными выработками Наукові праці УкрНДМІ НАН України
author_facet	Феофанов, А.Н.
author_sort	Феофанов, А.Н.
title	О параметрах повреждений земной поверхности над заброшенными горными выработками
title_short	О параметрах повреждений земной поверхности над заброшенными горными выработками
title_full	О параметрах повреждений земной поверхности над заброшенными горными выработками
title_fullStr	О параметрах повреждений земной поверхности над заброшенными горными выработками
title_full_unstemmed	О параметрах повреждений земной поверхности над заброшенными горными выработками
title_sort	о параметрах повреждений земной поверхности над заброшенными горными выработками
publisher	Український науково-дослідницький і проектно-конструкторський інститут гірничої геології, геомеханіки і маркшейдерської справи НАН України
publishDate	2013
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/57137
citation_txt	О параметрах повреждений земной поверхности над заброшенными горными выработками / А.Н. Феофанов // Наукові праці УкрНДМІ НАН України. — 2013. — № 12. — С. 62-81. — Бібліогр.: 16 назв. — рос.
series	Наукові праці УкрНДМІ НАН України
work_keys_str_mv	AT feofanovan oparametrahpovreždenijzemnojpoverhnostinadzabrošennymigornymivyrabotkami
first_indexed	2025-07-05T08:24:12Z
last_indexed	2025-07-05T08:24:12Z
_version_	1836794619703066624
fulltext	Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 12, 2013 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 12, 2013 62 УДК 622.834:622.27 О ПАРАМЕТРАХ ПОВРЕЖДЕНИЙ ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ НАД ЗАБРОШЕННЫМИ ГОРНЫМИ ВЫРАБОТКАМИ Феофанов А. Н. (УкрНИМИ НАНУ, г. Донецк, Украина) Детально розглянуто види та параметри пошкоджень зем- ної поверхні, що є наслідком активізації процесу зрушення пород- ного масиву над занедбаними гірничими виробками (пустотами), які збереглися на виходах вугільних пластів. Types and parameters of surface damage which is the result of growing activity of ground movement above the abandoned mine workings (cavities) preserved at coal seam outcrops are described in detail. Постановка вопроса. Наличие в приповерхностной толще карбона (на малых глубинах) заброшенных горных выработок обуславливает вероятность её активизации и образование повре- ждений земной поверхности при воздействии определённых фак- торов. Исследованиями [1-3] установлено, что по характерным признакам такие повреждения можно разделить на три вида: во- ронкообразные провалы, локальные оседания (микромульды) и трещины. Каждому типу заброшенных горных выработок (вскрывающие, подготовительные, очистные) присущи свои по- вреждения на земной поверхности. В природе известны как оди- ночные проявления того или иного вида, так и групповые, приво- дящие к комплексным повреждениям. Обезображенные таким образом участки земной поверхно- сти относят к разряду «нарушенных земель», потерявших эксплу- Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 12, 2013 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 12, 2013 63 атационную привлекательность и утративших хозяйственную ценность в результате производственной деятельности челове- ка [4]. Понятно, что в условиях высокой урбанизации наличие этих участков существенно снижает рыночную стоимость земли, а их застройка весьма затруднена. Применение дорогостоящих конструктивных мер защиты проектируемых зданий и сооруже- ний должно опираться на достоверную информацию о возмож- ных повреждениях, особенностях их развития и параметрах. Накопленный опыт [5] в исследовании процесса активизации по- родной толщи над выработками старых шахт мелкого заложения позволяет сделать ряд выводов, имеющих практическую цен- ность при оценке подработанных участков и локализации воз- можных повреждений на них. Исходные данные. Для решения поставленного вопроса использовался «Архив повреждений земной поверхности над старыми горными выработками в Донбассе», сформированный в отделе горного давления УкрНИМИ и, в частности, автором и включающий около 200 случаев. Применительно к теме статьи отобрано 130 случаев с детальной информацией о параметрах об- разовавшихся повреждений, их особенностях, типах старых гор- ных выработок, условиях залегания, степени метаморфизма углей и влияющих факторах. Результаты исследований. Анализ зафиксированных на сегодняшний день поврежде- ний в Донбассе по их видам показывает следующие пределы па- раметров. 1. П р о в а л ы . Минимальный размер на поверхности – 0,6 м. Максимальный – 40 м. 2. Л о к а л ь н ы е о с е д а н и я (м и к р о м у л ь - д ы ) . Минимальный размер – 2 м. Максимальный – более 40 м. Глубина оседания в мульде от 0,28 м до 1,5 м. 3. Т р е щ и н ы . Ширина 0,5 – 1,0 м. Длина 80 – 100 м. Известно [3], что характер повреждений поверхности (вид, величина, форма, направление дальнейшего развития) прежде всего, зависит от типа выработки, над которой происходит сдви- жение породной толщи. Поэтому при анализе параметров повре- ждений логично придерживаться принятого подхода. Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 12, 2013 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 12, 2013 64 Ниже приводится анализ параметров повреждений над ос- новными типами заброшенных горных выработок: вертикальны- ми, протяжёнными и очистными. Вертикальные выработки (стволы, гезенки, скважины). Плотность таких выработок в углепромышленных районах Дон- басса велика. Они приурочены, как правило, к выходам угольных пластов, и участки земной поверхности, оказавшиеся в зоне их влияния, безусловно, попадают в разряд «нарушенных земель». На опасность старых шахтных стволов для земной поверхности неоднократно делается акцент в работах отечественных и зару- бежных специалистов [6-9]. Характерной особенностью повреждений земной поверхно- сти над старыми вертикальными вскрывающими выработками является то, что образовавшаяся на устье воронка не может уве- личиваться бесконечно. В последствии за счёт постепенного вы- полаживания наносных отложений до угла естественного откоса она «разрастается» до предельных размеров и остается «привя- занной» в плане к устью вскрывающей выработки. Связи между размерами провалов на устьях с глубиной вы- работки не наблюдается. Прослеживается тенденция увеличения размеров провалов с уменьшением степени метаморфизма угле- породной толщи, что обусловлено изменением мощности нано- сов, в которых собственно и развивается воронка провала с по- следующим увеличением своих первоначальных размеров за счёт выполаживания стенок (рис. 1). Если в антрацитовых районах (А, ПА, Т) размеры провалов на поверхности колеблются от 1,0 м до 12 м, то в группе средней степени метаморфизма (Ж, К, ОС) доля провалов малых размеров уменьшается, и появляются провалы с размерами от 5 до 22 м. Ожидаемое увеличение размеров в группе низкой степени мета- морфизма (Д, Г) прослеживается, но несколько не вписывается в трендовую связь, наметившуюся в предыдущих двух группах. Это связано с отсутствием таких данных по причине того, что так называемых «старых выработок» на малых глубинах в районах с низкой степенью метаморфизма практически мало. Мощные наносы (до 100 и более метров) и соответственно глубокое зале- гание угля обусловили несколько позднюю его добычу, а, следо- Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 12, 2013 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 12, 2013 65 вательно, применение прогрессивных материалов крепи верти- кальных выработок, пройденных значительной частью в нанос- ных отложениях. Рис. 1. Распределение площадей провалов на устьях старых вертикальных выработок при различной степени ме- таморфизма Говорить о глубине провала, образовавшегося на устье вер- тикальной выработки, как о некой характерной величине, а тем более искать связь её с типом вертикальной выработки или сте- пенью метаморфизма (диагенеза) некорректно по нескольким причинам. Во-первых, точное определение этого параметра не производится, а устанавливается визуально (приблизительно, «на глазок») и носит по большей части субъективный характер. Во- вторых, если такой «замер» выполнять, то возникает вопрос: а что в таком случае мы определяем. Исходя из вертикальности выработки, предполагается наличие пустоты по всей её длине, и, следовательно, обрушенный материал должен беспрепятственно переместиться до дна выработки. Однако нередки случаи, когда благодаря сохранившимся проводникам, расстрелам и иным кон- структивным элементам обрушенный материал вместе с техноло- -100 0 100 200 300 400 500 600 0 1 2 3 4 S, м 2 Группы метаморфизма А, Т Ж, К, ОС Д, Г Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 12, 2013 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 12, 2013 66 гическим оборудованием (клети, канаты, фрагменты копра, подъ- ёмных машин и т.п.) временно зависают на некоторой глубине, создавая иллюзорность определённой глубины, как параметра образовавшегося провала. Типичный пример – провал на устье действующего верти- кального восточного вентиляционного ствола шахты Октябрь- ский рудник ГП «Донецкуголь» 09.10.2006 г. Первоначальный диаметр ствола 5 м, время проведения 1961 г., глубина ствола 1000 м. Размеры провала на поверхности 15 ÷ 18 м, зафиксиро- ванная глубина провала более 5 м (рис. 2). Характерно, что бетонные куски и наносная глина обруши- лись на всю глубину ствола. Примыкающие на глубине 980 м околоствольные выработки на расстоянии до 100 м от ствола ока- зались заилены на 30 см. В устье провалился и застрял на глубине 5 м рудничный станок, из-за чего, собственно, и возник этот па- раметр провала. При ликвидации вертикального ствола шахты № 30 ПО «Донецкуголь» (ствол был построен в 1872 г, глубина 335 м) в связи с неудовлетворительной организацией работ подаваемой в ствол породой было разрушена кирпичная крепь шейки ствола, в результате чего, образовавшейся воронкой обрушения диаметром около 30 м, было повреждено надшахтное здание (см. рис. 3). Мощность наносов около 35 м. Объём воронки составил 2260 м3. В воронку провалилось надшахтное здание вместе с пристройка- ми и в полуразрушенном состоянии застряло на глубине около 10 м. В документах эта величина безосновательно зафиксирована, как глубина образовавшегося провала, хотя ствол был пуст на всю свою глубину. Собственно по этим причинам ликвидация заброшенных вертикальных выработок путём засыпки должна проводиться при достаточной уверенности, что засыпочный материал заполнил выработку полностью, а не застрял на каком-нибудь горизонте, и впоследствии не станет причиной развития нового провала. Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 12, 2013 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 12, 2013 67 а) обрушение руд. станка б) обрушение конструктивных элементов копра в) завал копра в ствол Рис. 2. Развитие провала на устье действующего вертикаль- ного восточного вентиляционного ствола шахты Ок- тябрьский рудник ГП «Донецкуголь» Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 12, 2013 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 12, 2013 68 Рис. 3. Параметры воронки провала над вертикальным ство- лом отработанной шахты № 30 ПО «Донецкуголь» Логично говорить о глубине провала, когда он образовался на устье ликвидированной вертикальной выработки спустя неко- торое время, за счёт естественной усадки засыпочного материала или перемещения его в околоствольные выработки. Например, при очередном обследовании ликвидированного вентиляционного ствола № 2 бывшей шахты им. Горького в 2008 г. было установлено, что засыпка просела от перекрываю- щей устье ж/б плиты на 8 м при диаметре ствола 4 м. Произведе- на досыпка в ствол дополнительного объёма породы в количестве 90 м3 (рис. 4). Опасность для земной поверхности могут представлять не только вертикальные вскрывающие выработки, но и вертикаль- ные слепые выработки (слепые стволы, гезенки, скважины, вер- тикальные сбойки). Характерным примером может служить про- вал на поле шахты «Червона Зирка» ПО «Торезантрацит», обра- зовавшийся в 1980 г. над устьем гезенка, расположенного на глу- бине 50 м (рис. 5). Первоначально провал представлял собой по- лость в виде стакана глубиной около 4 м и диаметром вверху 1 – 2 м. Гезенк имел сечение около 1,8 м2, длину около 20 м и был пройден в 1922–26 гг. Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 12, 2013 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 12, 2013 69 1 – ствол, 2 – засыпка, 3 – плита перекрытия, 4 – огражде- ние, 5 – околоствольные выработки, 6 – перемычки. Рис. 4. Образование провала глубиной h на устье ликвиди- рованного ствола Рис. 5. Провал поверхности над гезенком шахты «Червона Зирка» ПО «Торезантрацит» Область развития провала 50м м пл.k2 пл.k2 1926 Ге зе нк 20м 1922 Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 12, 2013 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 12, 2013 70 Форма провала, а также полное совпадение в плане места провала и устья гезенка позволили предположить, что диаметр области обрушения незначительно отличается от диаметра гезен- ка. 50-ти метровая породная толща переместилась в 20-ти метро- вый гезенк, но за счёт разуплотнения обрушенного материала на земной поверхности образовался провал 4-х метровой глубины. Таким образом, можно констатировать, что образование провалов над вертикальными выработками, имеющими выход на поверхность, происходит при разрушении полков и перемычек, что связано с неудовлетворительным погашением стволов и при потере несущей способности крепи. Размеры воронок обрушения зависят от размеров выработки в плане и мощности наносов. Для таких воронок характерно наличие вертикальных стенок в верх- ней части провала. Стенки провала в случаях разрушений крепи ствола не обязательно вертикальные, а могут быть воронко и ча- шеобразные. Необходимо учитывать, что при воздействии провоцирую- щих и сопутствующих процессу провалообразования факторов [10] – в первую очередь гидрогеология и сейсмика – параметры образовавшихся на устьях вертикальных выработок провалов мо- гут многократно превышать прогнозируемые (ожидаемые) раз- меры. Например, согласно вышеприведенным данным в антраци- товых районах максимальные размеры провалов, как правило, не превышают 15 м (50 м2). Однако, авария на шахте Западная - Ка- питальная в г. Новошахтинске Ростовской области является ха- рактерным примером такого отклонения [11]. 23 октября 2003 г. при воздействии сейсмического удара (детонация взрывчатки) на огромный водный пузырь (28 млн м3), скопившийся в горных вы- работках из-за аварии на водоотливе, произошёл прорыв воды в месте главного скипового бетонированного ствола. 29 октября последствия такого техногенного воздействия сказались на по- верхностном комплексе шахты: обрушилась часть обогатитель- ной фабрики, прилегающей к корпусу скипового ствола, по кото- рому из шахты поднимают уголь. Вслед за этим рухнул копер. А 31.10.2003 г. вокруг скипового ствола появились трещины. Они дошли до обогатительной фабрики, расположенной неподалеку. Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 12, 2013 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 12, 2013 71 В результате образовалась воронка диаметром почти 40 м. В нее рухнула часть наземных сооружений и "КамАЗ", подвозивший бетонные блоки для засыпки ствола шахты "Западная". И такие «всплески» зафиксированы во всех горно- промышленных районах Донбасса. Протяжённые выработки (штреки, наклонные стволы, сбойки, бремсберги и т.п.). Стоит сразу оговориться, что для заброшенных шахт, добы- вавших уголь на малых глубинах примитивным «дедовским» способом, такое детальное разделение выработок по общеприня- тым функциональным назначениям весьма и весьма условно. Тем не менее, как показывает практика (рис. 6), около половины всех повреждений земной поверхности приходится на протяжённые (линейно-вытянутые) старые выработки. Рис. 6. Распределение повреждений земной поверхности над различными типами заброшенных горных выработок 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 ВСЕГО Линейно- вытянутые Вертикальные Комплексные проявления Очистные 100 % 48 % 30 % 12 % 10 % П ро це нт п ов ре ж де ни й Основные типы заброшенных выработок Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 12, 2013 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 12, 2013 72 Учитывая их большую разветвлённость и сложность обна- ружения, следует признать, что они являются наиболее потенци- ально опасными для земной поверхности. Основная причина – сохранившиеся пустоты. Например, сечения старых подготови- тельных выработок достигали 6-8 м2, а сохранившаяся крепь, по- всеместное применение ленточных целиков для охраны вырабо- ток, небольшая глубина и, как следствие, малое горное давление явились теми факторами, что способствовали сохранению перво- начальных размеров выработок на долгие десятки, а то и сотни лет. И если обрушение с глубоких горизонтов вызывает образо- вание провалов округлых форм, то с мелких горизонтов провалы над штреками напоминают канавы, вытянутые по простиранию пласта (ш/у им. О. Кошевого). Отличительной особенностью старой наклонной выработки (ствола) является то, что возможно образование провалов не только на устье, но и вдоль оси выработки по падению [12]. Даже если устье выработки перекреплено и хорошо затампонировано, но есть условия для перепуска обрушенных пород вглубь выра- ботки, не исключается возможность образования таких провалов. Особенно значительные по размерам обрушения образуются в местах пересечения двух или нескольких сохранившихся за- брошенных выработок в условиях, способствующих перепуску пород в свободное пространство. Это наиболее важный и слож- ный вопрос идентификации фактического состояния старых вы- работок. Т.к. при наличии условий для перепуска обрушенных пород на нижележащие горизонты процесс разрастания образо- вавшейся на земной поверхности воронки может происходить долго, а глубина провала, совпадающая с глубиной залегания вы- работки (пустоты), не будет являться тем характерным парамет- ром, по которому можно разрабатывать ликвидационные меро- приятия, как это предлагается в работе [13]. Безусловно, размеры (площадь) провала на поверхности в первую очередь определяется как мощностью четвертичных от- ложений, так и прочностными свойствами породного массива, которые можно охарактеризовать степенью метаморфизма. Такая тенденция прослеживается при оценке 60-ти площадей провалов в различных углепромышленных районах Донбасса (рис. 7). Если Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 12, 2013 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 12, 2013 73 в антрацитовых районах площадь провала не превышает 40 м2 (5 м × 8 м), то при средней степени метаморфизма число больших площадных провалов увеличивается и достигает 50 м2, а в райо- нах низкой степени метаморфизма (угли марок Д, Г) площади большинства провалов доходят до 100 м2 при максимально за- фиксированном в 254 м2 (18 × 18 м). Рис. 7. Распределение площадей провалов над горизонталь- ными протяжёнными выработками старых шахт при различной степени метаморфизма Отдельно нужно сказать о группе провалов, образовавшихся над протяжёнными наклонными выработками, в которой не уда- лось выявить связь между площадью провала и степенью мета- морфизма по нескольким причинам. Во-первых, из-за неравно- мерности исходных данных. Во-вторых, как уже отмечалось вы- ше, провалы над такими выработками могут образовываться не только по оси выработки, но и на устье, если такая наклонная вы- работка имеет выход на земную поверхность. А это отличитель- ные процессы (подробно см. [12]). В-третьих, в районах низкой степени метаморфизма (марки углей Д), из-за больших до 100 м 0 50 100 150 200 250 0 1 2 3 4 П ло щ ад ь пр ов ал а, м 2 Степень метаморфизма А, Т Ж, К, ОС Д, Г Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 12, 2013 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 12, 2013 74 наносных отложений (ГП «Павлоградуголь») вскрытие шахтных полей производилось вертикальными стволами. Поэтому в таких случаях фиксируются лишь минимальные параметры провалов на поверхности в 3 м2 (2 × 2 м), приурочен- ные в основном к устьям старых наклонных стволов, и макси- мальные в 195 м2 (15 × 13 м), развивающиеся по оси наклонной выработки в форме канав (эллипсообразные). Стоит помнить, что особая роль в формировании провала и его параметров на поверхности принадлежит сопутствующим факторам (физико-механические свойства пород, угол падения, трещиноватость, разрывная и пликативная тектоника, фильтра- ционные свойства, наличие песков и плывунов, и т.п.). Благодаря им, образовавшийся вначале провал площадью в несколько квад- ратных метров может развиться в повреждение существенных размеров. На шахте Острая № 2 ПО «Селидовуголь» (уголь марки Г) при отработке пласта l7 на глубине 160 м (!) штреком была встречена небольшая флексурная складка, в результате чего про- изошло небольшое обрушение кровли угольного пласта на высо- ту 2 м. Из этой зоны начала поступать вода с выносом значитель- ного количества песка из слабосцементированного песчаника мощностью 65 м, залегающего в 15 м выше пласта. Содержание песка в воде составило 20-23 % и за время аварии в выработках скопилось около 25 тыс. м3 песка. Через месяц на поверхности образовалась воронка диамет- ром 28 м (615 м2). При рассмотрении геологических материалов по буровым скважинам (буровых журналов) было установлено, что при перебуривании залегающего в подработанной толще 65- ти метрового песчаника было поднято всего 8-10 м керна (16 %), а остальной керн был размыт в процессе бурения. Эти данные ха- рактеризуют песчаник как крайне неустойчивый, слабосцементи- рованный, способный к разрушению водой. Очистные выработки (лавы, камеры, заходки, копи и т.п.). Для этой группы выработок характерно проявление на зем- ной поверхности всех видов повреждений, перечисленных выше. И обуславливается это, прежде всего, размерами старой очистной выработки. Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 12, 2013 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 12, 2013 75 Если это лава в современном представлении с большой или средней площадью обнажения выработанного пространства, то велика вероятность образования на земной поверхности мульд в общепринятом понимании. В настоящее время такие лавы с со- временными очистными комплексами запускаются частными шахтами с целью доработки угольных пластов у границы зоны окисления (зоны годного угля). Например, шахта «Петровеньковская № 1» ООО «Горное предприятие «Антрацитуголь» наметила в 2012-13 гг. отработку 1-й восточной лавы сплошным способом по простиранию пласта h4 в комбайном 1К101 с транспортированием угля по лаве при по- мощи скребкового конвейера СП-250.14. Способ управления кровлей – полное обрушение с использованием в качестве забой- ной крепи мехкомплекс 1КД-80. Длина лавы 110 м. Длина вые- мочного столба 1700 м. Глубина работ 40-70 м. Параметры мульд на поверхности от таких лав, немногим отличающиеся от размеров самих лав, можно определить по [14]. При наличии в кровле крепких песчаников или мощных извест- няков возможно их временное зависание с последующим блоч- ным обрушением и образованием на земной поверхности трещин и грабенообразных провалов по контуру очистной выработки (см. [11]). С уменьшением размеров очистной выработки меняется и форма повреждения на поверхности. Велика вероятность разви- тия микромульд (мульд малых размеров) и локальных оседаний, для которых характерна кратерообразная форма с чёткими грани- цами и обрывистыми краями. Размеры на поверхности – от одно- го до нескольких десятков метров (рис. 8). При камерной системе отработки, которая являлась типич- ной для угольной промышленности Донбасса конца 18-го – нача- ла 20-го века [15], когда ширина камер, печей и просеков была не более 4 м, на земной поверхности образуются одиночные прова- лы округлой формы (1,5-3 м в диаметре), более характерные, как указывалось выше, для подготовительных выработок. Это и есть тот самый случай, когда очистные выработки, совпадая по своим параметрам с шириной протяжённых, при обрушении могут при- вести к образованию именно провалов. Впоследствии за счёт об- Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 12, 2013 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 12, 2013 76 рушения стенок воронки и наносов диаметр таких провалов мо- жет доходить до 6 м. Рис. 8. Развитие микромульды над старой очистной выра- боткой В настоящее время камерным способом – примитивным, но малозатратным – осуществляется выемка угля т.н. копанками в пределах между выходом пласта под наносы и границей годного угля Т.е фактически отрабатывается уголь высокой зольности, оставленный в советское время в зоне выветривания. Глубина проседания мульды (максимальное оседание) ηmax для очистных выработок не коррелирует с их размерами и может колебаться, как уже было сказано выше, в пределах от 30 см до 1,5 м. Анализ имеющихся данных показывает, что оседания грун- та свыше метра произошли над старыми очистными выработками (камерами), сопряжёнными с протяжёнными выработками. Например, локальное оседание в виде стакана размером 3 × 5 м и глубиной 1,5 м, более тяготеющее к провалу, произошло на шах- те № 173 ПО «Краснодонуголь» над сопряжением старой лавы и западной сбойки. Это глубокое проседание, скорее всего, образовалось благо- даря перемещению обрушенного материала по почве камеры в примыкающее пространство сбойки. В любом случае оседания Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 12, 2013 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 12, 2013 77 грунта над старыми очистными выработками, сохранившимися на малых глубинах, даже если это не провал, а мульда, представ- ляют опасность для поверхностных сооружений, попадающих в зону их влияния. Даже при зафиксированном минимальном осе- дании в 28 см (наблюдательная станция № 172 шахты № 6 Капи- тальная ПО «Донецкуголь») измеренные максимальные дефор- мации в мульде составили 4,0 мм/м. При крутопадающем залегании пластов образование повре- ждений в виде мульд, микромульд или локальных оседаний не происходит в силу специфики горнопромышленных условий и самого механизма активизации процесса сдвижения в таких условиях [16]. Для этих районов характерно развитие провалов, «привязанных» в плане к линии выхода пласта под наносы. Па- раметры провалов, определяются мощностью наносов, а также размерами разрушившихся и сползающих по почве пласта барь- ерных целиков, что является основной причиной провалообразо- вания на крутом падении. Если это был небольшой одиночный целик, то провал на поверхности приблизительно округлой фор- мы (рис. 9 а). Размеры его в пределах 1,5-6 м. Если в движение пришёл большой целик или несколько соседних, то провал на по- верхности приобретает форму канавы, вытянутой по линии пла- ста на 10-15 м (рис. 9 б). Выводы. 1. Форма и параметры повреждений земной поверхности над заброшенными старыми выработками определяются типом выработки, её размерами, условиями залегания, мощностью наносов. 2. Провалы круглой и эллипсообразной формы образуются на устьях вертикальных вскрывающих (стволы, скважины) и сле- пых выработок (гезенки), над локальными пустотами, протяжен- ными горизонтальными и наклонными выработками, над малыми очистными выработками (камерами), совместимыми по размерам с шириной протяжённой выработки. Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 12, 2013 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 12, 2013 78 а) 4,5 × 4,0 м б) 3,5 × 10 м Рис. 9. Провалы на горном отводе ш. № 4 «Александров- ская». Выход пласта h10 «Бабаковский» 2009 г. 3. Мульды и микромульды (локальные оседания) поверхно- сти являются следствием процесса сдвижения породной толщи над очистными выработками (лавами, камерами) больших и средних размеров. Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 12, 2013 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 12, 2013 79 4. Трещины и грабенообразные провалы характерны для ан- трацитовых районов и образуются в местах разломов зависших крепких песчаников и мощных известняков кровли старых очистных выработок при их обрушении. 5. Существенной связи между размерами провала на устье вертикальной выработки со степенью метаморфизма не наблюда- ется. В первую очередь это зависит от диаметра самой выработ- ки, мощности наносов и прочности материала крепи устья. 6. Над горизонтальными протяжёнными выработками с увеличением степени метаморфизма параметры повреждений на поверхности уменьшаются. Данной закономерности не подчиня- ются протяжённые наклонные выработки и стволы. 7. Такой параметр, как глубина провала носит декларатив- ный характер и не может быть использован для определения ко- личества засыпочного (тампонажного) материала при его ликви- дации. Наличие условий для перепуска обрушенного на почву выработки (пустоты) материала на нижележащие горизонты спо- собствует увеличению параметров провала на поверхности и осложняет его окончательную ликвидацию. 8. Локальные проседания почвы при образовании мульд (микромульд) невелики и не опасны для людей и животных, но поверхностные сооружения в зоне их влияния могут испытывать существенные деформации вплоть до разрушений. 9. При крутом и круто-наклонном залегании угольных пла- стов основной вид повреждений земной поверхности – провалы, приуроченные к линии выхода пласта под наносы. Их размеры определяются в первую очередь размерами обрушенного по па- дению целика и мощностью наносов. 10. При прогнозе формы и параметра возможного повре- ждения земной поверхности над старыми горными выработками (пустотами) кроме горнотехнических и горно-геологических условий залегания породной толщи необходимо учитывать воз- действие провоцирующих и сопутствующих факторов. Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 12, 2013 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 12, 2013 80 СПИСОК ССЫЛОК 1. Медянцев С. А. Оценка влияния на земную поверхность ста- рых горных выработок угольных шахт // Уголь Украины. –– 1981. – № 12. –– С. 15––16. 2. Медянцев С. А. Сдвижение земной поверхности над выра- ботками старых шахт в Донбассе // Уголь Украины. –– 1983. – – № 7. –– С. 20––22. 3. Феофанов А. Н. Обоснование параметров учёта старых гор- ных выработок на малой глубине для охраны поверхностных объектов : Автореф. дис… канд. техн. наук. –– Донецк, 2003. 4. Уоллворк К. Нарушенные земли: пер. с англ. –– М. : Прогре- сс, 1979. –– 325 с. 5. Дослідження стійкості структурно-неоднородних масивів гір- ських порід : звіт про НДР (проміж.) [текст] / УкрНДМІ; кер. В. О. Дрібан. – 14/08, ДР0107U010339. –– Донецьк, 2008. –– 185 с. 6. Техногенные последствия закрытия угольных шахт Украины / Ю. Н. Гавриленко, В. Н. Ермаков, Ю. Ф. Кренида, О. А. Улицкий, В. А. Дрибан. –– Донецк. : Норд-Пресс, 2004. –– 631 с. 7. Геомеханические основы предотвращения провалов земной поверхности при ликвидации шахт / Звягильский Е. Л., Мина- ев А. А., Назимко В. В., Александров С. Н., Пенг С. С. –– До- нецк : ООО «НОРД Компьютер», 2001. –– 334 с. 8. Littlejohn G.S. Surface stability in areas underlying by old coal workings // Ground Eng. –– March 1979. –– № 2. –– Р. 22––30. 9. Mario G. Karfakis and Ertugrul Topuz. Post mining subsidence abatements in Wyoming abandoned coal mines // Mining Science and Technology. –– 1991. –– № 12. –– P. 215––231. 10. Феофанов А. Н. Переоценка влияния факторов на процесс ак- тивизации провалообразований // Наукові праці УкрНДМІ НАН України : зб. наук. пр. Донецьк, 2009. –– № 5. –– С. 18––32. 11. Феофанов А. Н. Сейсмическая активность как провоци- рующий фактор активизации процесса сдвижения // Наукові праці УкрНДМІ НАН України : зб. наук. пр. Донецьк, 2009. – – № 5. –– С. 33––45. Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 12, 2013 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 12, 2013 81 12. Дрибан В. А., Феофанов А. Н., Голдин С. В. Особенности раз- вития провалообразований над наклонными стволами // Нау- кові праці УкрНДМІ НАН України : зб. наук. пр. Донецк, 2010. –– № 7 –– С. 14––27. 13. Должиков П. Н., Корсаков Д. В. Исследования процесса лик- видации провала земной поверхности над горной выработкой // Сборник научных трудов Донбасского государственного технического университета № 34. –– Алчевск, 2011. –– С. 14– –20. 14. Гавриленко Ю. Н., Ермаков В. Н., Феофанов А. Н. Максима- льные деформации земной поверхности над очистными выра- ботками на малых глубинах // Проблеми гірського тиску : Зб. наук. пр. № 7. –– Донецьк, 2001. –– С. 137––150. 15. История технического развития угольной промышленности Донбасса / АН УССР. –– К. : Наукова думка, 1969. –– 650 с. 16. Питаленко Е. И., Ермаков В. Н., Феофанов А. Н. Особенности развития повреждений земной поверхности при крутом зале- гании пластов // Наукові праці УкрНДМІ НАН України : зб. наук. пр. Донецьк, 2007. –– № 1. –– С. 146––157.

О параметрах повреждений земной поверхности над заброшенными горными выработками

Institution

Ähnliche Einträge