Параметры процесса сдвижения

Процесс сдвижения горных пород и земной поверхности характеризуется следующими параметрами: размерами и формой мульды сдвижения; величиной углов – граничных, сдвижения, разрывов и др.; величиной сдвижений и деформаций в мульде; общей продолжительностью процесса сдвижения и его отдельных стадий; скоростью деформаций.

Участок земной поверхности, затронутый влиянием горных разработок, называется мульдой сдвижения.Вертикальные сечения, проведенные через центр мульды и ориентированные по простиранию и падению пластов, называются главными сечениями мульды сдвижения. В этих сечениях края мульды (границы зоны сдвижения) наиболее удалены от границ выработки.

Распределение деформаций в пределах мульды неравномерно. В связи с этим на участке земной поверхности, подвергшемся деформациям, различают следующие зоны:

- плавных сдвижений, - часть мульды, где земная поверхность подверглась деформациям без разрыва сплошности;

- опасных сдвижений – в ней возникают деформации, опасные для зданий, сооружений и природных объектов;

- трещин - где происходит разрыв сплошности земной поверхности, и образуются трещины с раскрытием до 25 см (за границу принимается контур крайних трещин);

- обрушений – часть мульды, подверженная разрывным деформациям. на земной поверхности в ней происходит образование воронок, провалов, террас и трещин. за границу зоны обрушения принимают контур на земной поверхности, соединяющий крайние трещины шириной 25 см.

При определенном соотношении размеров выработанного пространства и глубины залегания на земной поверхности образуется участок, все точки которого осядут на максимальную величину, и мульда сдвижения имеет плоское дно. Такой случай подработки принято называть полной подработкой.Обычно она возникает, если размеры выработанного пространства на разрезах по падению и простиранию превышают глубину разработки.

углы сдвиженияδ, γ, β, и β₁- внешние относительно выработанного пространства углы, образованные горизонтальными линиями и линиями, соединяющими границы выработки с границей зоны опасных сдвижений. Опасными принято считать: наклоны при i = 4 • 10^-3; горизонтальные деформации при
ε = 2 • 10^-3; кривизну, если k = 0,2 • 10^-3 1/м.

β – со стороны падения; γ – со стороны восстания; δ – по простиранию.

Рисунок 14.4 – Угловые параметры при крутом залегании.

граничные углыβ_о , γ_о , δ_о и β_о1– это внешние относительно выработанного пространства углы между горизонтальными прямыми и линиями, соединяющими границы выработанного пространства с границами критических деформаций поверхности, т.е. с точками, в которых величины оседаний не превышают 10 мм, растяжений и наклонов – 0,5 • 10^-3.

β_о - у нижней границы выработанного пространства γ_о – у верхней границы, δ_о – у границы по простиранию.

углы разрывов β″, γ″, δ″ ограничиваютзону обрушения и образуются прямыми, соединяющими границы выработанного пространства с внешними крайними трещинами.

Углы полных сдвижений ψ₁, ψ₂ , ψ₃ используются для определения зоны полной подработки (плоского дна мульды сдвижения)

ψ₁ – у нижней границы выработки, ψ₂ – у верхней границы, ψ₃ – по простиранию. ψ₁ и ψ₂ измеряются от плоскости пласта.

угол максимальных оседанийобразуется горизонтальной прямой и линией, соединяющей середину выработки с точкой на поверхности, испытавшей максимальные оседания (либо с серединой плоского дна мульды).

В наносах (при их мощности более 5 м) распределение сдвижений и деформаций происходит одинаково по всем направлениям. При этом выделяют угол сдвижения в наносах j и граничный угол в наносахj_о.

продолжительность процесса сдвижения – период, в течение которого в мульде сдвижения наблюдаются сдвижения и деформации. Она зависит от средней глубины подработки Н_ср и средней скорости подвигания забоя V_cp.

Началом процесса сдвижения считается момент времени, когда оседания η достигли 10 мм, а ε = 0,5 • 10^-3. начальная стадия занимает примерно 30% времени. За это время происходит 15% оседаний земной поверхности, а их скорость составляет до 1,5 мм/сут.

Во время активной стадии происходит 70% общих оседаний, их скорость достигает 30-50 мм/мес. (крутое и пологое залегание соответственно).

Стадия затухания занимает 30% общего времени. Окончанием процесса сдвижения считают момент, когда за 6 предыдущих месяцев суммарные оседания составили не более 30 мм.

Факторы, влияющие на процесс сдвижения горных пород [1: §105, 2: п.11,4]

Процесс сдвижения горных пород и земной поверхности зависит от следующих основных факторов: вынимаемой мощности пласта, ширины выработанного пространства, физико-механических свойств горных пород, угла падения пласта, литологии толщи пород, тектонической нарушенности, глубины подработки, системы разработки, способа управления кровлей, нарушенности толщи.

1) Физико-механические свойства пород (сопротивление сжатию, растяжению, срезу и изгибу) определяют форму проявления процесса сдвижения.

Крепкие породы обычно обрушаются. Пластичные – глины, глинистые и песчанистые сланцы – подвергаются деформациям без разрыва сплошности, вследствие чего процесс сдвижения происходит в виде плавного прогиба.

Механические свойства горных пород существенно сказываются на величине углов сдвижения и – прямая зависимость: чем крепче породы, тем больше углы сдвижения.

2) Геологическое строение толщи (литологический состав, последовательность и мощность напластований) оказывает большое влияние на характер сдвижения. Чередование в толще пластов крепких и слабых пород приводит к появлению вторичной осадки основной кровли.

Она проявляется в тех случаях, когда в непосредственной кровле залегают слабые, быстрообрушающиеся породы, а выше их — слои (пачки) крепких пород, которые периодически зависают на больших площадях. Плохо прогнозируемые обрушения этих пачек вызывают повышенное давление как в очистных, так и в прилегающих к ним подготовительных выработках, иногда приводящее к авариям и завалам лав.

3) Обводненность способствует изменению физико-механических свойств горных пород (увеличению пластичности, явлению текучести, особенно в наносах, и пучению).

Значительно осложняют протекание процесса сдвижения плывуны. Были отмечены случаи, когда плывуны, залегающие в подрабатываемой толще, резко выполаживали углы сдвижения. Подработка плывунов сопровождается большой их водоотдачей, что вызывает опускание поверхности иногда далеко впереди забоя.

4) Тектонические нарушенияи трещиноватость часто являются направляющими плоскостями смещения пород. Наличие трещиноватости, кливажа не дает оснований рассматривать толщу горных пород как сплошную однородную упругую среду.

5) угол падения пород – сказывается на многих параметрах процесса сдвижения горных пород и земной поверхности. От угла падения зависит величина углов сдвижения. При пологом падении основной вид деформаций – прогиб слоев. При крутом залегании характерно развитие сдвига пород по напластованию.

6) Мощность залежи – один из главных факторов. Чем больше мощность, тем интенсивнее развивается процесс сдвижения горных пород, а деформации растут по величине (прямая зависимость от m).

7) Глубина разработки. С увеличением Н деформации земной поверхности уменьшаются, а продолжительность процесса сдвижения растет.

8) Система разработки и способ управления кровлей. сплошная система способствует сдвижению в виде плавного прогиба. Столбовая – способствует развитию процесса обрушения. Камерная – задерживает процесс сдвижения.

9) Скорость подвигания очистного забоя. При остановках забоя плавность процесса сдвижения нарушается. Равномерное, быстрое подвигание забоя способствует плавному прогибу и быстрому перемещению края мульды.

10) Подработанность толщи горных пород – процесс сдвижения активизируется. Оседания и деформации увеличиваются. Углы сдвижения уменьшаются.

11) Рельеф поверхности. на крутых склонах горизонтальные сдвижения и деформации увеличиваются, могут возникать оползни.