СПОСОБ СНИЖЕНИЯ ВРЕДНОГО ВЛИЯНИЯ ПОДЗЕМНЫХ ВЫРАБОТОК НА ТЕРРИТОРИИ ЗЕЛЕНОЙ ПОВЕРХНОСТИ Российский патент 1994 года по МПК E02D35/00 

Изобретение относится к строительству и может быть использовано для защиты зданий, сооружений и природных объектов от вредного влияния горных выработок, пустот толщи горных пород, а также при подъеме приповерхностного слоя толщи горных пород.

Известен способ защиты объектов от вредного влияния подземных выработок, который включает бурение скважин с поверхности в основании зданий и сооружений и нагнетание через них заполнителя. В условиях отсутствия водоупора через скважины создают верхний и нижний водоупоры, а затем между водоупорами нагнетают заполнитель таким образом, что при ожидаемых деформациях одного знака в основании возникают деформации противоположного знака. Это достигается тем, что при ожидаемом сжатии и прогибе основания объекта скважины располагают непосредственно у объекта, а при растяжении и выгибе основания объекта - на расстоянии 0,5 К от объекта, где К - радиус влияния, равный 55-60 м.

Недостатком способа является то, что он предназначен для отдельных зданий и сооружений. В настоящее время подработка отдельных объектов является частным случаем, а общим случаем является подработка и защита застроенных территорий или имеющих значительную площадь природных объектов (поймы рек, леса, затапливаемые при подземной разработке полезного ископаемого).

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ защиты объектов от вредного влияния подземных выработок, который заключается в том, что поднятие приповерхностного слоя горных пород производят перед проходкой каждой очистной выработки. Для этого устанавливают зоны каждой из очистных выработок, а также зоны совместного влияния этих очистных выработок. Перед проходкой первой очистной выработки приповерхностный слой от водоупора поднимают на величину (0,4-0,6) , где - ожидаемое оседание земной поверхности от первой очистной выработки. Перед проходкой второй очистной выработки поднимают земную поверхность также на величину (0,4-0,6) , а зону совместного влияния на величину (0,4-0,6) ( + ).

Чередование знаков деформаций, вызванное поднятием горных пород при закачивании заполнителя и опусканием при проведении очистных выработок, благоприятно сказывается на подрабатываемых объектах, в которых усилия не накапливаются, а периодически компенсируются.

Недостатком данного способа является то, что необходимы значительные затраты на возведение сплошного массива заполнителя.

Целью изобретения является снижение затрат на возведение массива заполнителя.

Для достижения поставленной цели выполняют расчет ожидаемых деформаций земной поверхности от планируемых очистных выработок, сравнивают их с допустимыми, производят наблюдение за деформациями в процессе возведения массива заполнителя и при подработке бурят скважины до выбранных водоупоров, возводят ограждающие массивы (водоупоры), нагнетают в массив горных пород заполнителя, при этом скважины располагают сетью прямоугольников с короткой стороной вдоль направления движения очистных выработок.

Очередность нагнетания заполнителя в скважины устанавливают в одном направлении с направлением прохождения очистных выработок, а скважины располагают на расстоянии 2K + D H_n+1/H_n , где D - пролет между массивами заполнителя, при котором на земной поверхности возникают допустимые суммарные деформации; K - радиус влияния одной скважины, а H_n и H_n+1 - глубины смежных пролетов.

Новизна способа заключается в том, что скважины располагают в виде сети прямоугольников, направленных короткой стороной вдоль направления проведения очистных выработок, очередность нагнетания заполнителя в скважины устанавливают в одном направлении с направлением движения очистных выработок, а скважины располагают на расстоянии
2K+D, где D - пролет между массивами заполнителя, при котором на земной поверхности возникают допустимые суммарные деформации;
K - радиус влияния скважин;
H_n, H_n+1 - глубины смежных пролетов.

На фиг. 1 - показан план линий скважин на земной поверхности в зоне влияния горных работ; на фиг. 2 - вертикальный разрез толщи горных пород с указанием зоны влияния очистных работ и возводимого массива заполнителей.

На фигурах и в тексте приняты следующие обозначения:
K - радиус влияния скважины; D - пролет между массивами заполнителя; H₁, H₂, H₃, H₄, H₅, H₆ - глубины смежных пролетов; I, II, III, IV, V, VI - номера линий скважин; 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 - номера устьев скважин вдоль одной линии; 10 - граница зоны влияния очистной выработки; 11 - положение очистной выработки в толще горных пород; 12 - стволы скважин в толще горных пород; 13 - массив заполнителя; 14 - водоупор.

П р и м е р. Под лесным массивом в пределах контура 10 осуществляют выемку угля очистной выработкой 11. Глубина пласта 307 м, мощность пласта 2,7 м, длина очистной выработки составляет 255 м.

В соответствии с этими условиями согласно "Правилам охраны сооружений и природных объектов от вредного влияния подземных горных разработок на угольных месторождениях" (М.: Недра, 1981) рассчитываем максимальные деформации земной поверхности. Они составляют следующие величины: - оседание 2,1 м; - наклон 13,2˙10^-3; - горизонтальные деформации 8,4˙10^-3; - кривизна 1,6 ˙10^-4 м.

При таком оседании уровень грунтовых вод оказывается выше земной поверхности на 30 см. Это приводит к заболачиванию и гибели лесного массива. Согласно реконструкциям лесного хозяйства уровень грунтовых вод не должен подниматься выше 1,2 м от земной поверхности. В этом случае сохраняются нормальные условия существования лесного массива. В этом случае можно произвести опускание земной поверхности только на 0,6 м, а 1,5 м необходимо поднять для сохранения уровня на отметке 1,2 м от земной поверхности.

В соответствии с указанными "Правилами охраны ..." оседание находится из формулы
η_m=q_om ˙cosα ˙ N₁˙ N₂, где m - мощность пласта (m=1,5 м);
α - угол падения (cosα =0,98);
N₁, N₂ - функции, зависящие от отношения D_o/m;
D_o-длина очистной выработки (D_o=255);
H - глубина очистной выработки (307 м).

В условиях Донбасса q_o=0,8, а N₂ примем равной единице. Тогда из формулы получим
N₁= = = 0,5
Из таблиц N 21 "Правил охраны ..." находим, что при N=0,5 =0,3.

Тогда при глубине водоупора H_в=167-180 м, D=40-55 мм.

Поскольку K по данным экспериментальных исследований составляет 50-60 м, то расстояние между линиями скважин в данном случае целесообразно принять от 140 до 170 м. После этого на плане горных работ намечают места закладки линий скважин и положение скважин в каждой линии.

До начала влияния горных работ бурят все скважины под номером 1 и 2 и поднимают земную поверхность на 1,5 м. Затем после выяснения скорости подвигания горных работ в очистном забое определяют сроки бурения скважин под N 3 и выше.

Бурение и создание массива заполнителя должно создавать опережение очистного забоя на С=H_ср. ˙ctg δ_o, где С - опережение массива заполнителя (13) очистного забоя; Н_ср. - средняя глубина водоупора 14; δ_о - граничный угол по простиранию горных пород.

При Н_ср.= 170 м, ctg δ_o=40, опережение массива заполнителя должно составлять 680 м.

В процессе создания массива ведут наблюдения за сдвижением земной поверхности, с помощью которых контролируют подъем, оседание и деформации земной поверхности.

Как показывают предварительные расчеты, использование предлагаемого способа сокращает объем работ по возведению заполнителя примерно в два раза, что уменьшает затраты в производственной стадии при подвигании одного очистного забоя на 100 м на 0,4-0,5 млн. руб.

Использование: изобретение относится к строительству и может быть использовано для защиты зданий, сооружений и природных объектов от вредного влияния подземных выработок, пустот, а также при подъеме приповерхностного слоя толщи горных пород. Сущность: для снижения затрат на возведение массива заполнителя скважины располагают сетью прямоугольников на определенном расстоянии друг от друга, при этом меньшие стороны прямоугольников располагают вдоль направления проведения выработок, а очередность нагнетания заполнителя в скважины устанавливают в направлении движения очистной выработки. 2 ил.

СПОСОБ СНИЖЕНИЯ ВРЕДНОГО ВЛИЯНИЯ ПОДЗЕМНЫХ ВЫРАБОТОК НА ТЕРРИТОРИИ ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ, включающий расчет ожидаемых деформаций земной поверхности, сравнение их с допустимыми, проведение наблюдений за деформациями земной поверхности в процессе возведения массива заполнителя и подработки, бурение скважин до выбранных водоупоров, возведение ограждающих водоупоров, нагнетание в массив горных пород заполнителя, отличающийся тем, что, с целью снижения затрат на возведение массива заполнителя, скважины располагают сетью прямоугольников, короткая сторона которых размещена вдоль направления очистных выработок, а очередность нагнетания заполнителя в скважины устанавливают в направлении движения очистной выработки, при этом скважины располагают на расстоянии одна от другой, определяемом из выражения
2K + D,
где K - радиус влияния скважины, м;
D - пролет между массивами заполнителя, при котором на земной поверхности возникают допустимые деформации, м;
H_n, H_n+1 - глубина смежных пролетов, м.