Приложение 2. Горные меры охраны подрабатываемых сооружений и природных объектов

Приложение 2

ГОРНЫЕ МЕРЫ ОХРАНЫ ПОДРАБАТЫВАЕМЫХ СООРУЖЕНИЙ

И ПРИРОДНЫХ ОБЪЕКТОВ

1. Под горными мерами охраны подрабатываемых сооружений и природных объектов понимаются специальные способы и последовательность ведения горных работ и управление горным давлением в одиночных пластах и свите пластов, обеспечивающие уменьшение деформаций земной поверхности в основании подрабатываемых объектов.

2. Виды горных мер охраны сооружений и природных объектов при наличии на площадках залегания запасов угля промышленных, гражданских зданий и сооружений или охраняемых природных объектов зависят от стадии проектирования горных работ.

Для составления проектов горных мер охраны объектов и выбора вариантов ведения горных работ используются следующие исходные горно-геологические материалы:

1) гипсометрические планы угольных пластов с нанесенными проектируемыми и пройденными горными выработками;

2) план поверхности с существующими и проектируемыми гражданскими, промышленными сооружениями и природными объектами, положением выходов тектонических нарушений, осевых поверхностей синклинальных складок;

3) геологические разрезы вкрест и по простиранию пластов;

4) сведения о сооружениях и природных объектах на поверхности (конструктивные особенности, назначение и т.д.);

5) допустимые и предельные деформации земной поверхности (показатели деформаций) в основании объекта, а также установленного в нем технологического оборудования.

В пластах, опасных по горным ударам и внезапным выбросам угля, породы и газа, горные меры охраны объектов должны удовлетворять требованиям "Инструкции по безопасному ведению горных работ на шахтах, разрабатывающих пласты, опасные по горным ударам" и "Инструкции по безопасному ведению горных работ на пластах, склонных к внезапным выбросам угля, породы и газа".

Выбор мер охраны объектов осуществляется в зависимости от стадии проектирования горных работ. При проектировании горных мер охраны объектов целесообразно выделять следующие стадии освоения месторождения и проектирования горных работ:

1) детальная разведка месторождения, проектирование и строительство шахты;

2) перспективное планирование горных работ, генеральные схемы раскройки шахтных полей на 15 - 20 лет;

3) планирование горных работ на пять лет;

4) текущее планирование горных работ на один-два года.

3. На стадии разведки месторождения, проектирования и строительства шахты запасы по характеру влияния горных работ на охраняемые объекты следует разделять на четыре основные категории. Классификация запасов выполняется в соответствии с Прил. 1, п. 3.2.

Положение зон, характеристика деформаций поверхности при разработке в каждой зоне, перечень принципиальных горных мер охраны объектов приводятся в табл. 1.

Таблица 1

КЛАССИФИКАЦИЯ ЗАПАСОВ ПО ХАРАКТЕРУ ВЛИЯНИЯ

НА ДЕФОРМАЦИИ ПОВЕРХНОСТИ

Примечание. Значения глубин разработки , , определяются по рекомендациям разд. 3 Прил. 1, п. 3.2.

Более точная экономическая оценка горных мер охраны объектов выполняется по оценке рекомендуемого способа выемки запасов по сравнению с базовым вариантом с учетом стоимости строительства закладочного комплекса, производства закладки, доставки ее в выработанное пространство, оценки влияния закладки на производительность труда. При оставлении целиков должна учитываться стоимость проходки и поддержания дополнительных выработок при прорезке целика, стоимость перемонтажа угледобывающих комплексов и другие факторы, влияющие на себестоимость добытого угля (см. Прил. 5).

При других горных мерах охраны сооружений должна учитываться стоимость прохождения дополнительных горных выработок, удорожание поддержания выработок, доставка угля, удлинение сроков ввода в эксплуатацию добычных участков и другие факторы.

4. При извлечении угля с закладкой выработанного пространства размеры планируемого к отработке с закладкой участка определяют плоскостями по граничным углам, построенным от границ охраняемой площади.

Выбор закладочного материала и технологии закладочных работ осуществляют с учетом необходимого коэффициента уменьшения деформаций земной поверхности

, (1)

где:

- допустимые горизонтальные деформации (показатели деформаций) земной поверхности для наиболее ответственных объектов, определяемые по разд. 4;

- максимальные вероятные деформации земной поверхности, определяемые по Прил. 1;

- суммарная вынимаемая мощность трех наиболее влияющих пластов (пластов с максимальным отношением вынимаемой мощности к средней глубине разработки);

- эффективная мощность трех наиболее влияющих пластов.

Эффективная мощность пласта определяется по рекомендациям разд. 4.1 Прил. 1 в зависимости от типа закладки и технологии закладочных работ - формулы (26) - (28).

5. Проектирование частичной выемки запасов по площади короткими очистными забоями с оставлением постоянных межлавных целиков может осуществляться при разработке пластов мощностью до 2,5 м с углами падения до 30°.

При этом длины лав и размеры межлавных целиков определяются в зависимости от типа месторождения и глубины горных работ (см. табл. 2, рис. 1, а).

Таблица 2

ДЛИНЫ ЛАВ D (М) ПРИ ЧАСТИЧНОЙ ВЫЕМКЕ ЗАПАСОВ ПО ПЛОЩАДИ

Рис. 1. Горные меры охраны:

а - частичная выемка запасов в пологих пластах;

б - частичная выемка запасов в крутых пластах

При использовании длин лав, приведенных в табл. 2, и размеров межлавных целиков ( - средняя глубина разработки) деформации земной поверхности уменьшаются в 3 - 5 раз, если участок с частичной выемкой запасов отделен от участка выемки пласта с обрушением кровли целиками, размерами не менее .

В тех случаях, когда участок с частичной выемкой отделен от участка с обрушением кровли целиками меньших размеров, коэффициент уменьшения деформаций может определяться по формуле:

, (2)

где - коэффициент уменьшения деформаций, равный ;

- коэффициент, учитывающий активизацию процесса сдвижения; .

Частичная выемка крутых пластов при расположении объектов в лежачем боку (см. рис. 1, б) может осуществляться при вынимаемой мощности пластов до 3,0 м очистными забоями длиной с оставлением межлавных целиков шириной ( - глубина расположения целика). При этом величина уменьшения деформаций определяется по формуле (2).

При проектировании частичной выемки запасов с закладкой выработанного пространства коэффициент уменьшения деформаций составляет

, (3)

где:

- коэффициент уменьшения деформаций при частичной выемке без закладки;

- эффективная мощность пласта при использовании закладки;

m - вынимаемая мощность пласта.

6. На стадии перспективного планирования горных работ и генеральных схем раскройки шахтных полей, наряду с закладкой выработанного пространства или частичной выемкой пластов, могут проектироваться следующие горные меры охраны объектов:

а) ведение горных работ в группах пластов с заданным опережением фронта очистных работ между группами;

б) ограничение суммарной вынимаемой мощности одновременно разрабатываемых наклонных и крутых пластов при ведении горных работ по горизонтам;

в) ограничение скорости подвигания очистных забоев в группе пластов.

Группы совместно разрабатываемых пологих пластов определяются на основании сравнения допустимых горизонтальных деформаций (показатели деформаций ) или допустимых скоростей горизонтальных деформаций с их ожидаемыми значениями по формулам (4) и (5) Прил. 1.

7. При ведении горных работ по горизонтам суммарная вынимаемая мощность одновременно разрабатываемых пластов определяется исходя из допустимых горизонтальных деформаций или допустимых наклонов поверхности по формулам (6) Прил. 1.

Независимые группы пластов определяются также по условиям защиты горных выработок от динамических проявлений горного давления. Порядок разработки пластов внутри каждой независимой группы определяется условиями защиты от динамических проявлений горного давления, а последовательность разработки групп должна обеспечивать минимальные деформации поверхности в основании подрабатываемых объектов.

Выбор порядка разработки независимых групп пластов должен производиться на основании условий:

; , (4)

где:

- сумма абсолютных значений горизонтальных деформаций в характерных точках поверхности в основании подрабатываемых объектов;

- то же, наклонов.

Расчеты деформаций земной поверхности и оценка порядка разработки независимых групп пластов, обеспечивающего минимальные деформации поверхности в основании объектов, выполняются с использованием ЭВМ путем рассмотрения всех рациональных по другим факторам вариантов разработки независимых групп пластов. Из всех рассмотренных вариантов разработки независимых групп пластов выбираются варианты, удовлетворяющие условиям (4) и приемлемые по другим горно-техническим факторам.

8. При пятилетнем планировании горных работ в свитах пологих пластов целесообразно предусматривать ведение горных работ с заданным опережением (отставанием) фронтов очистных работ в независимых группах пластов или отдельных пластах.

Выбор величины опережения (отставания) фронта очистных работ в плоскости напластования (рис. 5, Прил. 1) выполняется на основании рекомендаций п. 3.4 Прил. 1 с использованием выражения:

, (5)

где:

, , - вынимаемые (эффективные) мощности трех наиболее влияющих пластов;

, , - соответственно средние глубины указанных трех наиболее влияющих пластов;

- коэффициент, определяемый по табл. 9 Прил. 1;

и - коэффициенты влияния соответственно второго и третьего пластов, определяемые по табл. 7 Прил. 1 в зависимости от отношения мощности междупластья;

- между первым и вторым пластами и мощности междупластья между первым и третьим пластами к глубине залегания первого пласта и отношения отставания фронта очистных работ по напластованию соответственно во втором и третьем пластах к глубине залегания первого пласта (см. рис. 5 Прил. 1).

В соответствии с выражением (5) рассматриваются следующие варианты:

а) определяется величина опережения фронта очистных работ в первом пласте относительно фронта очистных работ во втором и третьем пластах;

б) определяется опережение фронта очистных работ во втором пласте относительно фронта очистных работ в третьем пласте.

Из рассмотренных принимается наиболее приемлемый вариант по технологическим факторам и с учетом возможных динамических проявлений горного давления.

9. При пятилетнем планировании горных работ и ведении горных работ по горизонтам различные горные меры защиты объектов должны быть обоснованы технико-экономическими расчетами. В этих условиях может быть предусмотрен рациональный порядок разработки групп пластов, позволяющий отдалить сроки подработки объектов и уменьшить деформации в их основании.

При разработке свиты пластов выделяют группы взаимовлияющих пластов (по условиям сдвижения горных пород), которые могут разрабатываться независимо по динамическим проявлениям горного давления. В независимых группах пластов ведется опережающая разработка защитных пластов.

Взаимовлияющими являются пласты, мощность междупластья по горизонтали между которыми удовлетворяет условию (137) разд. 8 Прил. 1.

Горные работы планируют таким образом, чтобы при приближении зоны опасного влияния к охраняемому объекту со стороны падения разработка взаимовлияющих пластов велась в восходящем порядке (лава 1, а затем лава 2, рис. 2).

Рис. 2. Рациональный порядок разработки

пластов при ведении горных работ по горизонтам:

1 - охраняемый объект; АБ - зона опасного влияния

при разработке пластов на горизонте 2; А'Б - то же,

при разработке пластов на горизонте 3

Указанный порядок разработки пластов приводит к увеличению граничных углов на величины от влияния ближайших к охраняемому объекту выработок (лава 2, см. рис. 2), что способствует концентрации деформаций в зоне АБ вне объекта и отдалению сроков его подработки. Пласты на нижележащем горизонте 3 (см. рис. 2) разрабатываются в нисходящем порядке (лава 3, а затем лава 4), что способствует увеличению зоны влияния выработок вследствие уменьшения углов от выработок в дальних от объекта пластах (лава 4, см. рис. 2) и уменьшению деформаций в основании объекта.

10. При разработке свит крутопадающих пластов щитовыми агрегатами по падению для уменьшения деформаций земной поверхности может проектироваться система горных работ с оставлением жесткой постоянной крепи полосами по падению шириной l (рис. 3).

Рис. 3. Горные меры защиты объектов при разработке

тонких крутых пластов щитовыми агрегатами по падению:

1 - охраняемый объект; 2 - зона выработанного пространства

с постоянной крепью; 3 - зона выработанного пространства

с обрушением кровли

Параметры системы горных работ и эффективная мощность должны определяться на основании опыта применения этой системы на конкретных месторождениях.

Для защиты объектов параметры системы должны удовлетворять следующим требованиям:

- ширина полос d, разрабатываемых по падению с обрушением кровли без оставления специальной жесткой постоянной крепи, должна удовлетворять условию: , но быть не более 100 - 120 м, где - глубина горизонта;

- размер полосы по простиранию с оставлением постоянной жесткой крепи l должен быть не менее 0,5d.

Эффективную мощность пласта при применении указанной системы горных работ можно определить из выражения:

, (6)

где:

- эффективная мощность пласта на участке с постоянной крепью, определяемая опытным путем с учетом конвергенции пород до установки постоянной крепи и сжатия крепи под природной нагрузкой;

- коэффициент уменьшения оседаний, зависящий от ширины полос l с постоянной крепью и ширины полос d, разрабатываемых по падению с обрушением кровли; при и l >= 0,5d можно принять значение ;

m - вынимаемая мощность пласта;

- составляющая эффективной мощности, зависящая от активизации процесса сдвижения над вышележащими горизонтами, которые разрабатывались с обрушением кровли; величина может в первом приближении оцениваться из выражения ; n - порядковый номер горизонта, который отрабатывается с оставлением постоянной крепи.

11. При разработке пластов под группой объектов (гражданские здания, железные дороги, трубопроводы) может проектироваться снижение скоростей подвигания очистных забоев и ведение горных работ в разных пластах с разрывом во времени, большим общей продолжительности процесса сдвижения.

Средняя скорость оседаний и горизонтальных деформаций определяется с использованием выражений (73) - (75) Прил. 1, исходя из допустимых деформаций (показатели деформаций) поверхности в основании объектов, приведенных в разд. 4.

Ведение горных работ в свите пластов с разрывом во времени, большим общей продолжительности процесса сдвижения, проектируется на основании данных об общей продолжительности процесса сдвижения, определяемой по рекомендациям разд. 2 - формулы (2.4) - (2.6).

12. При разработке пластов, залегающих в синклинальных складках, когда запасы подготовлены и отрабатываются только на одном крыле складки, для объектов, расположенных на оси складки, наиболее неблагоприятной является разработка пластов в нисходящем порядке в направлении к оси складки.

Для уменьшения высоты уступов и концентраций деформаций на выходе осевой поверхности складки целесообразно разработку пластов на одном крыле складки вести от оси складки в направлении к ее крыльям; наиболее благоприятное положение первой выработки, которая не вызывает образования уступов на выходе осевой поверхности складки, определяется условием (рис. 4)

, (7)

где:

- зона сдвиговых деформаций;

- длина осевой поверхности складки в главном сечении мульды сдвижения на разрезе вкрест простирания от точки пересечения с рассматриваемым пластом до земной поверхности.

Рис. 4. Горные меры защиты объектов

при разработке пластов на одном крыле синклинальной складки

(лава 1 отрабатывается в первую очередь; лава 2 - во вторую):

1 - оседание от лавы 1; 1 + 2 - оседание от лав 1 + 2;

3 - охраняемый объект

В этом случае при последующей разработке пласта лавой 2 (см. рис. 4) величина прямого уступа на выходе осевой поверхности складки уменьшается на величину максимального оседания от первой лавы:

, (8)

где:

- суммарное максимальное оседание поверхности от лавы 1 и лавы 2;

- максимальное оседание поверхности от лавы 1.

Максимальные оседания от лавы 1 и лавы 2 вычисляются по рекомендациям Прил. 1, формула (106).

В тех случаях, когда запасы подготовлены к выемке на обоих крыльях складки и возможно одновременное ведение очистных работ на обоих крыльях складки, размеры и положение выработок необходимо определять из условия (114) Прил. 1

, (9)

где:

- максимальное оседание поверхности на оси складки от влияния выработки на одном крыле складки;

- то же, от влияния выработки на противоположном крыле складки (значения и - определяются по формуле (106) Прил. 1);

, , , - то же, что и соответствующих положению выработок на одном и другом крыльях складки (рис. 5);

- допустимая высота уступа на выходе осевой поверхности складки.

Рис. 5. Горные меры защиты

объектов, расположенных на выходе оси складки:

лава 1 и лава 2 - выработки, проходка которых проектируется

одновременно; 1 - охраняемый объект

13. При ведении горных работ в зонах влияния крутопадающих тектонических нарушений с углами падения сместителей в условиях, когда на выходе сместителей при ведении горных работ образуются уступы либо концентрируются горизонтальные деформации, для уменьшения деформаций могут предусматриваться следующие меры охраны сооружений:

а) при разработке лежачего крыла согласного нарушения горные работы следует вести от сместителя к периферийной части зоны влияния, причем длину первой лавы и ее положение (рис. 15 Прил. 1) следует определять из условий:

, , (10)

где определение параметров , , , ; , и дано в п. 7.8 Прил. 1, значения , определяются по табл. 33 Прил. 1;

- допустимые величины уступа на выходе сместителя нарушения;

- максимальное оседание поверхности, определяемое по Прил. 1.

Последующая разработка пласта другими лавами в лежачем боку сместителя нарушения может вызвать образование уступов и концентрацию деформаций на выходе сместителя нарушения, величины которых должны определяться по заключению специализированных организаций;

б) при ведении горных работ на обоих крыльях нарушения, когда простирание сместителя близко к простиранию пластов при углах падения сместителей , для уменьшения деформаций на выходе сместителя нарушения горные работы в зоне влияния нарушения, определяемой по углам и (рис. 6, а), необходимо проектировать в такой последовательности:

1) в первую очередь проектируется разработка пласта лавой 1 (см. рис. 6, а), положение которой определяется из условия (10);

2) во вторую очередь (одновременно или последовательно) предусматривается ведение горных работ в висячем крыле сместителя лавой 2, положение которой и ее длина определяются таким образом, чтобы лава 2 вызывала максимальные оседания поверхности, равные максимальным оседаниям поверхности от влияния лавы 1;

3) в третью очередь предусматривается разработка пласта лавами 3 и 4, положение которых определяется соответственно углами , , (см. рис. 6, а);

4) в последнюю очередь проектируется разработка пласта лавой 5.