Сдвижение горных пород

Сдвижение горных пород — это длительный и многостадийный процесс деформирования подработанных массивов пород, вызываемого перемещениями их в сторону выработанного пространства. В процессе сдвижения участки массива пород, попадающие в зону влияния выработанного пространства последовательно или одновременно испытывают все виды деформирования: изгиб, сдвиг, растяжение, сжатие.

Sketch of subsurface and surface subsidence elements (modified after Erd˝osi 1987;

Hoványi and Kolozsvári 1989)

Процесс сдвижения начинает развиваться от выработки. В кровле выработки образуется зона разгрузки, породы которой передают давления на слой пород, непосредственно примыкающий к кровле, или на крепь. При определенном соотношении прочностных и деформационных характеристик пород и размеров выработки (так называемый предельный пролет) породы кровли начинают изгибаться и разрушаться.

Deformation of a TH4 steel ring used for mine working support after three decades

Если обрушение пород в кровле достаточно велико или выработку постепенно расширяют, процесс разрушения захватывает новые зоны, достигая земной поверхности.

Часть массива пород, перемещающаяся в сторону выработаннoro пространства, образует область сдвижения горных пород. В общем случае в этой области различают несколько зон сдвижения. Зона обрушения характеризуется полной потерей связи между отдельными частицами массива и беспорядочным перемещением их в сторону выработанного пространства, эта зона образуется лишь в тех случаях, когда залежь отрабатывается системами с обрушением налегающих пород (естественным илипринудительным). Зона обрушения не всегда распространяется до земной поверхности. Это зависит от отношения глубины разработки и вынимаемой мощности залежи, а также горно-геологических условий месторождения (размеров и угла наклона залежи, физико-механических характеристик пород).

Непосредственно к зоне обрушения примыкает зона трещин, т. е. зона, где массив подработанных пород деформируется с разрывами сплошности, с образованием трещин различной ширины (от нескольких миллиметров до единиц метров) и протяженности. Для этой зоны характерно сохранение первоначальной ориентировки в пространстве частиц массива, несмотря на значительную (местами — полную) потерю связи между ними. Между зоной обрушения и зоной трещин нет четкой границы.

Зона трещин образуется в результате деформаций изгиба и сдвига отдельных слоев и участков пород в периферийной части массива, прилегающего к обрушенным породам. В процессе развития зоны обрушения за счет зоны трещин пограничные участки пород образуют консольные зависания, которые, прогибаясь в сторону зоны обрушения, отделяются от массива. На поверхности при этом образуются уступы в виде террас, разделенные трещинами, параллельными границам зоны обрушения.

Последняя, крайняя из зон сдвижения горных пород — это зона плавных сдвижений. Здесь перемещения и деформации пород происходят без разрыва сплошности. Размеры зоны и величины деформаций в большей мере зависят от прочностных и деформационных характеристик пород. Так, в породах слабых, рыхлых, пластически деформирующихся (пески, глины, сланцы и т. п.) размеры зоны плавных сдвижений наибольшие, соответственно велики и абсолютные величины перемещений и деформаций. Следует отметить, что в таких условиях зона трещин сравнительно мала или вообще отсутствует. Во многих случаях такие породы не образуют зоны обрушения, и выработанное пространствозаполняется за счет пликативного (складчатого) прогиба пород вышележащей толщи.

В породах высокой прочности и хрупких зона плавных сдвижений весьма мала по размерам, а деформации очень незначительны, иногда их даже трудно наблюдать. В этих условиях наружные границы зоны трещин и зоны плавных сдвижений внешне совпадают.

Деформации пород в окрестностях горной выработки происходят, как правило, по имеющимся естественным поверхностям ослабления. В еще большей степени это положение относится к перемещениям и деформациям элементов и подработанного массива в целом при сдвижении горных пород.

Наиболее примечательным проявлением сдвижения горных пород на земной поверхности является мульда сдвижения, представляющая собой площадь поверхности над выработанным пространством, точки которой претерпели вертикальные и горизонтальные перемещения. Размеры (площадь) мульды сдвижения, как правило, больше проекции площади выработанного пространства.

Наиболее надежным методом определения параметров сдвижения горных пород следует считать непосредственные натурные наблюдения на поверхности и вподрабатываемом массиве пород эксплуатируемого месторождения. Наблюдения содержат комплекс измерений, который включает:

а) закладку сети реперов на земной поверхности и в подрабатываемых выработках подземных горизонтов и периодическое определение пространственных координат их методами маркшейдерской съемки;

б) закладку глубинных реперов в скважины, пробуренные в подрабатываемую толщу пород с целью определения вертикальных перемещений отдельных точек массива и наблюдения за развитием зоны деформаций;

в) детальную структурную съемку массива пород месторождения с целью качественной и количественной характеристик структурной расчлененности его;

г) съемку провалов и наблюдения за появлением и развитием трещин разрывов на поверхности, промежуточных горизонтах и глубине массива (специальными приборами) и др.

Fig. 36.9. GPS monitoring for the landslide control engineering in

Three Gorges Reservoir area of China

Однако не всегда имеется возможность получить параметры сдвижения на основе материалов натурных измерений, вчастности, это относится к месторождениям полезных ископаемых с неизученным характером сдвижения и впервую очередь проектируемым к отработке. В этом случае параметры сдвижения горных пород принимают по аналогии с другими или путем пред-расчета.