Параметры процесса сдвижения

Степень деформирования горных пород и земной поверхности, интенсивность развития и пределы распространения деформаций и сдвижений характеризуются показателями, которые принято называть параметрами процесса сдвижения.

К основным параметрам процесса сдвижения земной поверхности относят:

• углы, определяющие размеры и местоположение мульды сдвижения и ее характерных зон;

• значения максимальных сдвижений и деформаций;

• общую продолжительность процесса сдвижения и период опасных деформаций.

Размеры и местоположение мульды сдвижения определяются граничными углами δ₀ β_о и γ_о, углами полных сдвижений ψ₁, ψ ₂ и ψ ₃ и углом максимального оседания θ.

Граничные углы δ₀ и γ_о зависят главным образом от механических свойств горных пород (чем породы прочнее, тем круче эти углы) и при первичной подработке толщи меняются от 50° (Ангренское угольное месторождение) до 75° (Донецкий бассейн). При повторных подработках толщи эти углы обычно выполаживаются. Так, в Карагандинском угольном бассейне угол δ₀ выполаживается с 60 до 55°, в Кузнецком — с 70 до 60°, а в особо неблагоприятных случаях — до 50°. В Донецком бассейне повторная подработка толщи пород вызывает уменьшение угла γ_о на 0,2 α, где α — угол падения пластов.

Угол β_о является в основном функцией углов δ₀ и α. При углах падения пластов до 70° его можно выразить зависимостью

(20.4)

Коэффициент зависит от свойств горных пород, степени подработанности толщи, структурных и других особенностей мас сива. Его устанавливают опытным путем. Значения коэффициентов для главнейших угольных бассейнов приводятся в нормативных документах.

Минимальное значение угла β_о в неподработанной ранее толще на большинстве месторождений равно 25°, в подработанной ранее толще — 20°. Значение угла полных сдвижений ψ₃ в направлении простирания пластов, а при горизонтальном залегании во всех направлениях колеблется от 50° (Кизеловский и Кузнецкий бассейны) до 60° (Челябинский бассейн). В Донецком, Карагандинском и Львовско-Волынском бассейнах ψ₃ = 55°.

Углы ψ₁, и ψ₂зависят от углов падения пластов и от того, в каком месте находится рассматриваемая очистная выработка по отношению к более ранним горным работам. Если прежние работы вели ниже (по падению) линии, проведенной под углом θ, угол ψ₁становится круче, а угол ψ₂ положе, чем при первичной подработке. И наоборот, если их вели выше (по восстанию) указанной линии, угол ψ₁ выполаживается, а угол ψ₂ становится круче.

При симметричном расположении ранних работ относительно линии, проведенной под углом θ, и при первичной подработке толщи угол ψ₁ примерно равен углу ψ₃, а угол ψ₂= ψ₃ + 0,3 α.

Угол максимального оседания θ равен

θ = 90° - С_θα (20.5)

Значения коэффициента С_θ — от 0,5 до 1,0 (чем прочнее породы, тем больше С_θ при прочих равных условиях).

Для определения значения максимального оседания наибольшее распространение для условий первичной подработки толщи получила формула

, (20.6)

где т — нормальная мощность пласта; α — угол падения; q₀— относительное максимальное оседание при полной подработке (отношение полного вектора сдвижений к вынимаемой мощности пласта); t₁ и t₂ — коэффициенты, учитывающие влияние размеров D₁, D₂ выработки (соответственно по падению и простиранию) и глубины разработки Н на значение максимального оседания, определяются из выражений t₁ = 0,9 (D₁/H - a); t₂ = 0,9 (D₂/H - а), где а = 0,2...0,4 в зависимости от свойств пород (чем прочнее породы, тем больше а).

Для определения максимальных наклонов, максимальной кривизны, максимальных горизонтальных сдвижений, максимальных горизонтальных деформаций предложено много различных формул, применимость которых зависит от того, какие из аргументов, входящих в эти формулы, наиболее надежно определяются в данных конкретных условиях.

Общая продолжительность процессов сдвижения зависит от глубины горных работ, скорости подвигания очистного забоя, механических свойств, литологических и других особенностей массива горных пород.

Эту зависимость обычно выражают в следующем виде:

, (20.7)

где Tобщ — общая продолжительность процесса сдвижения, мес; H— глубина горных работ, м; с — скорость подвигания очистного забоя, м/мес; К_т — коэффициент, зависящий от совокупности свойств массива горных пород (определяется опытным путем, в Карагандинском бассейне К_т = 0,8...1,1, Донецком 1,0...1,3, Кузнецком 0,9... 1,5, Львовско-Волынском К_г = 1,8).

Продолжительность процесса сдвижения в большинстве случаев определяют опытным путем и приводят в действующих нормативных документах в виде таблиц, составленных для типовых условий разработки конкретных месторождений (табл. 20.1).

Таблица 20.1

Общая продолжительность процесса сдвижения в условиях Донецкого бассейна, мес.

Период опасных деформаций t_on также устанавливают опытным

путем или определяют из выражения

(20.8)

где р — коэффициент, зависящий от значения ожидаемого максимального оседания земной поверхности r)max и угла падения пластов а (табл. 20.2).

Таблица 20.2

Значения коэффициента р

В тех случаях, когда в толще пород имеются мощные слои песчаников, известняков или других прочных пород, способных к зависанию, продолжительность процесса сдвижения и его отдельных стадий может существенно отличаться от средних значений, установленных для того или иного месторождения в целом. В этих случаях сроки сдвижения определяют с помощью наблюдений на данном участке месторождения или по опыту работы на других шахтах и рудниках в аналогичных условиях.