§ 4. Сдвижение вмещающих пород вследствие выемки полезных ископаемых. Построение зон сдвижения

Горные породы до начала выемки полезного ископаемого находятся в состоянии равновесия. При выемке полезного ископаемого это состояние нарушается, а сами породы приходят в движение, переме­щаясь в выработанное пространство. Это явление называют сдви­жением горных пород, а часть земной поверхности, подвергшаяся сдвижению, называется мульдой сдвижения. В зависимости от мощности, глубины залегания и угла падения месторождения сдвижение пород может происходить с различной интенсивностью. При ведении очистных работ поверхность обрушается не вслед за выемкой, а через некоторое время, по мере сдвижения вмещающих пород в выработанное пространство.

Рис. 46. Влияние очистной выемки на земную поверхность.

Существует безопасная глубина разработки, при которой выемка полезного ископаемого не отражается на сдвижения земной поверх­ности. Безопасную глубину Н_б в зависимости от мощности рудного тела т принимают Н_б ≥ 200 т при разработке месторождений без закладки. С применением полной сухой закладки Н₆ ≥ 80 т, мок­рой закладки Н_б ≥ 30 т.

В результате перемещения вмещающих пород в выработанное пространство образуются зоны обрушения 1 и зоны сдвижения 2 (рис. 46, а).

Зона обрушения — участок земной ^поверхности с раз­ломом и разрушением слоев. Зона обрушения у своих границ имеет форму террас с дальнейшим переходом в обрушение.

В зоне сдвижения оседает земная поверхность без разрыва ее сплошности. Горные выработки, здания и сооружения на поверх­ности, находящиеся в зоне сдвижения, деформируются.

Горные породы в пределах зон сдвижения и обрушения переме­щаются по наклонным поверхностям сдвижения 3 и обрушения 4. Углы наклона плоскости сдвижения к горизонту называются уг­лами сдвижения 5. Величина углов сдвижения зависит

от физико-механических свойств горных пород, слоистости, обвод­ненности, глубины разработки и других факторов. В зависимости от перечисленных факторов углы сдвижения и обрушения коренных пород изменяются от 30 до 80°, в наносах — от 45 до 70°.

Если на действующих рудниках промышленные здания, соору­жения, коммуникации, жилые поселки попадают в зону сдвижения, их необходимо переносить за ее пределы.

При проектировании строительства рудников проектные органи­зации определяют зоны сдвижения из расчета конечной отработки месторождения с целью не допустить строительства промышленных и гражданских объектов в зоне обрушения.

Пример построения зон сдвижения показан на рис. 46, б. Углы сдвижения строят от конечной глубины залегания до контакта ко­ренных пород с наносами. По наносам углы сдвижения выполаживаются. Углы сдвижения пород вкрест простирания по лежачему боку γ, висячему боку β, по простиранию δ и по наносам α прини­маются по специальным справочникам.

Промышленные здания и сооружения необходимо располагать на расстоянии 20—25 м от линии сдвижения на земной поверхности, создавая предохранительную площадку, которая необходима для охраны зданий на случай возможного выполаживания углов сдвиже­ния с увеличением глубины разработки. Проф. Н. А. Стариков рекомендовал при разработке мощных месторождений ширину этой площадки увеличивать до 50—60 м.

Если в результате ведения добычных работ возникает угроза разрушения поверхностных зданий и сооружений, необходимо под ними оставлять охранные целики. Правила построения таких цели­ков рассмотрены в курсе маркшейдерского дела.

§ 5. Способы вскрытия месторождений при подземной , разработке

В зависимости от рода главной вскрывающей выработки способы вскрытия разделяют на простые и комбинированные. Простые спо­собы вскрытия осуществляют вертикальным стволом, штольней, наклонным стволом. Комбинированные способы вскрытия предста­вляют собой сочетание двух или нескольких простых способов.

Вскрытие вертикальным стволом. В зависи­мости от условий залегания месторождения и горно-геологических условий вертикальный ствол (рис. 47) могут проходить в лежачем, висячем боку (а) или по месторождению (б). Из трех возможных случаев заложения вертикального шахтного ствола предпочтение отдается первому. Ствол закладывают в лежачем боку месторожде­ния вне зоны сдвижения пород. На каждом эксплуатационном гори­зонте от стволов проводят квершлаги, а вдоль рудного тела до вспо­могательных стволов — полевые или рудные штреки. Если откаточ­ные штреки предусматривают использовать для проветривания

нижележащих горизонтов, их также проводят вне зоны сдвижения пород лежачего бока.

Проходку вертикального ствола в висячем боку применяют и тех случаях, когда породы висячего бока сильно водоносны или не­устойчивы, когда заложение ствола в лежачем боку невозможно или невыгодно по условиям рельефа или застроенности поверхности.

Рис. 47. Вскрытие месторождения вертикальным шахтным

стволом: 1 — шахтный ствол; 2 — квершлаг; 3 — откаточный штрек;

4 — граница зоны сдвижения; 5 — границы охранного целика.

Вскрытие месторождения стволом, проходимым в лежачем боку, имеет ряд преимуществ, заключающихся в сокращении суммарной длины квершлагов, срока подготовки верхних горизонтов, а также времени и затрат на ввод шахты в эксплуатацию.

При отработке маломощных пологих месторождений неценных руд значительного простирания вертикальный ствол 1 (рис. 48)

Рис. 48. Вскрытие вертикальным стволом,

пе­ресекающим месторождение.

иногда проходят по месторождению. Для сохранения ствола от раз­рушения оставляют охранный целик. Расположение ствола 2 в этом случае за зоной сдвижения пород потребовало бы проходки очень длинных квершлагов.

Вертикальным стволом на фланге вскрывают горизонтальные или пологие месторождения небольшой протяженности, а также в тех случаях, когда направления подземного и поверхностного транспорта совпадают. Ствол закладывают вне зоны сдвижения пород. В прак­тике разработки рудных месторождений вскрытие вертикальным стволом на фланге применяют редко.

Вскрытие наклонными стволами. Наклонными стволами при конвейерном подъеме вскрывают мощные наклонные месторождения, а также пологие месторождения с углом падения 15—30° при скиповом подъеме.

Рис. 49. Вскрытие месторождений наклонным стволом:

1— ствол у контакта месторождения; 2 — ствол в лежачем боку;

3 — откаточный штрек; 4 — квершлаг; 5 — границы зоны сдвижения.

В последнее время область распространения наклонных стволов для вскрытия непрерывно расширяется. Вскрытие наклонными ство­лами применено, например, на руднике им. Артема (Криворожский бассейн). Наклонным стволом со скиповым подъемом вскрыты место­рождения шахты им. Кирова руд­ника им. Кирова Североуральского бокситового рудника.

Вскрытие наклонным стволом по месторождению позволяет отказаться от проведения квершлагов, чем уменьшается время на вскрытие. Кроме того, стоимость проходки ствола ниже вследствие попутной добычи руды. Однако необходимость оставления охранного целика огра­ничивает область применения этого способа рудными телами весьма не­большой мощности при относительно небольшой глубине залегания.

В большинстве случаев наклон­ный ствол закладывается в поро­дах лежачего бока параллельно кон­такту месторождения (рис. 49, а) если же угол сдвижения пород лежачего бока меньше угла падения залежи, - параллельно поверхности сдвижения (рис. 49, б).

Рис. 50. Вскрытие месторожде­ния штольней:

1 — капитальная штольня; 2 — капи­тальный рудоспуск;

3 — откаточный штрек.

Меньшая длина вскрывающих квершлагов или полное их отсут­ствие- основное достоинство этого способа по сравнению со вскры­тием вертикальным стволом.

К недостаткам следует отнести повышенную стоимость и слож­ность проходки наклонного ствола по сравнению с вертикальным, а также увеличение затрат времени на спуско-подъемные операции.

Вскрытие штольней применяют при отработке месторо­ждений в гористой местности. При этом располагают штольню так, чтобы ее уровень находился ниже месторождения или части его. На рис. 50 показано расположение штольни для отработки верхней части месторождения. Каждый горизонт вскрывают или отдельной штольней, или вместо нее проходят капитальные рудоспуски, сле­пые стволы для перепуска руды до нижней штольни. Относительно рудного тела штольню располагают со стороны лежачего, висячего бока параллельно месторождению или диагонально к нему.

Место заложения штольни необходимо располагать в местах, не подверженных завалам осыпью или снежными лавинами, затопле­нию паводковыми или ливневыми водами. Размеры площадок перед устьем штольни должны обеспечить удобное размещение поверхно­стных сооружений и подъездных путей.

Рис. 51. Схемы скрытия месторождения комбинированными способами.

Вскрытие штольней имеет ряд достоинств по сравнению с вскрытием вертикальными и наклонными стволами:

1) более низкая стоимость проведения и поддержания штольни, значительно большая скорость ее проведения;

2) более низкая стоимость транспортировки руды по горизон­тальной выработке, отсутствие перегрузки руды и связанных с ней устройств (дозаторной, бункеров, камер опрокидывателя и пр.); возможность применения автотранспорта в подземных условиях;

3) значительно меньшие затраты на водоотлив, отсутствие водо­отливных установок;

4) более низкая стоимость поверхностных сооружений у устья штольни ввиду отсутствия копра, надшахтного здания и подъемной

машины.

Комбинированные способы вскрытия. При разработке месторождений на большой глубине или непостоянных элементах залегания рудного тела в верхней и нижней частях ме­сторождения один какой-либо способ вскрытия не обеспечивает необходимой производительности и экономичности. Поэтому для

вскрытия верхней и нижней частей месторождения применяют раз­ные способы.

Сущность комбинированных способов вскрытия заключается том, что месторождение вскрывают сочетанием нескольких простых спо­собов. При этом верхняя часть месторождения может быть вскрыта вертикальным стволом 1 с поверхности и слепым вертикальным ство­лом 2 на глубине — ступенчатое вскрытие (рис. 51, а) или вертикаль­ным стволом 1 с поверхности и наклонным слепым стволом 2 на глубине (рис. 51, б).

Одним из основных достоинств комбинированных способов вскры­тия является возможность разработки месторождений на большой глубине. Ступенчатым вскрытием достигается повышение произво­дительности подъема и уменьшение длины этажных квершлагов.

Недостаток этого способа вскрытия — необходимость устрой­ства дополнительных подъемных установок и пунктов перегрузки на промежуточных горизонтах; увеличение времени на транспор­тировку полезного ископаемого, людей и материалов.