Классификация запасов и прогноз деформаций на стадии разведки месторождения и строительства шахты

На стадии разведки месторождения и строительства шахты производится классификация запасов по характеру влияния их разработки на охраняемые объекты. Классификация запасов выполняется для выделения зон, в которых требуется применение различных мер защиты объектов.

По характеру влияния горных работ на объекты на этой стадии освоения месторождения необходимо выделять следующие характерные зоны ведения горных работ:

1. Зона, в которой горные работы могут привести к образованию провалов и воронок на земной поверхности. Границы зоны по падению определяются глубиной ведения горных работ, при которой возможно образование провалов и воронок. Значение этой глубины определяется по разд. 2 Правил.

2. Зона, в которой горные работы вызывают деформации земной поверхности, большие, чем предельные для подрабатываемых объектов. Нижняя граница этой зоны определяется предельной глубиной Н_п, при которой деформации равны их предельным значениям [Д_п] для расположенных на поверхности объектов.

При пологом залегании пластов (a < 25°) предельную глубину Н_п получаем из выражения (рис. 4, а):

, (1)

где m₁, m₂, m₃ - вынимаемые мощности соответственно верхнего, среднего и нижнего трех наиболее влияющих пластов свиты, расположенных в зоне влияния на охраняемый объект, у которых отношения вынимаемой мощности к глубине разработки имеют максимальные значения; зона влияния определяется по углам b₀ и g₀ на разрезе вкрест простирания или углом d₀ на разрезе по простиранию (рис. 3.1 а, зона АА¢Б¢Б);

h₁ - мощность междупластья между первым и вторым наиболее влияющими пластами (расстояние по нормали к напластованию между почвой (кровлей) первого и кровлей (почвой) второго пласта);

Dh₂ - мощность междупластья между первым и третьим наиболее влияющими пластами (расстояние по нормали между почвой (кровлей) первого и кровлей (почвой) третьего пласта);

[Д_п] - предельные деформации (показатели деформаций) для объектов;

k_e,i - коэффициент, определяемый по табл. 4, когда в качестве предельных деформаций (показателей деформаций) используются предельные горизонтальные деформации, или по табл. 5, когда в качестве предельных используются предельные наклоны.

Рис. 4. Классификация запасов по характеру влияния разработок на подрабатываемые объекты:

а - при пологом залегании пластов (a < 25°); б - при наклонном и крутом залегании пластов (a ≥ 25°)

Таблица 4

Значения коэффициента k_e

Бассейн, месторождение	Угол падения пласта, (...°)
Восточный Донбасс, Кузбасс, Челябинский, Партизанский	0,9	1,0	1,0	0,8	0,7	0,6
Буланашское, Подмосковный, Липовецкое	1,2	0,8	0,8	0,7	0,6	-
Воркутинское, Интинское, Подгородненское	0,8	0,7	0,7	0,7	0,6	0,6
Кизеловский	0,5	0,5	0,5	0,5	0,5	0,5

В тех случаях, когда Dh₁ ≤ 0,2H₂, Dh₂ ≤ 0,2H₃ предельную глубину можно определять по формуле:

, (2)

где H₂ и H₃ - соответственно средние глубины разработки второго и третьего наиболее влияющих пластов.

Таблица 5

Значения коэффициента k_i

Бассейн, месторождение	Угол падения пласта, (...°)
Восточный Донбасс, Кузбасс, Буланашское, Подмосковный, Воркутинское, месторождения Приморского края	1,8	1,4	1,0	0,8	0,7	0,5
Интинское, Кизеловский, Челябинский	1,4	1,2	1,0	0,7	0,6	0,5

Решение выражения (1) может вестись методом итераций или каким-либо другим методом. При решении уравнения методом итераций оно преобразуется к виду (см. разд. 8):

Н_п = f(m₁; m₂m₃; Н_п; Dh₁; Dh₂).

В качестве первого приближенного значения используется значение , вычисленное из выражения (2). По указанному значению в правой части выражения (1) находится новое значение Н₂. Для получения более точных значений предельной глубины при последующих вычислениях в правой части выражения (2) используется полусумма вычисленных значений 0,5( + ). Процесс вычислений заканчивается, если предыдущее и последующее вычисленные значения H_п отличаются не более чем на 1 м. При разработке свит пластов с углами падения a ≥ 25°, значение предельной глубины определяется из выражения (см. рис. 4, б):

, (3)

где = m₁ + m₂ + m₃ - суммарная вынимаемая мощность свиты пластов в пределах зоны влияния на охраняемые объекты; зона влияния выработок на охраняемый объект определяется по углам b₀ и g₀ на разрезе вкрест простирания и углом d₀ - на разрезе по простиранию (зона АА¢Б¢Б, см. рис. 3.1, б разд. 3);

k_e,i = k_e - коэффициент, определяемый по табл. 4 при оценке предельной глубины по предельным горизонтальным деформациям;

k_e,i = k_i - коэффициент, определяемый по табл. 5 при оценке предельной глубины по предельным наклонам.

В качестве наиболее влияющего пласта принимается пласт с максимальной вынимаемой мощностью или при примерно одинаковых мощностях, - пласт, находящийся в центре группы пластов (свиты):

= m₂h_1-2 + m₃h_1-3 + … + m_nh_1-n,

где h_1-2, h_1-3, h_1-n - расстояния по горизонтали между почвой (кровлей) первого наиболее влияющего пласта свиты и кровлей (почвой) рассматриваемого пласта.

Расчет предельной глубины разработки по выражению (3) выполняется последовательно; вначале учитываются все пласты, находящиеся в зоне влияния на охраняемые объекты; если линия предельной глубины на разрезе пересекает все пласты в зоне влияния, мощности которых учитываются при расчетах предельной глубины, то полученное значение предельной глубины является окончательным.

Если часть принятых в расчетах предельной глубины пластов располагается на разрезе в зоне влияния ниже линии предельной глубины, то производится повторный расчет предельной глубины по формуле (3) без учета влияния пластов, расположенных ниже линии рассчитанной предельной глубины на разрезе.

Расчеты предельной глубины разработки ведутся до тех пор, пока линия предельной глубины на разрезе будет пересекать пласты, мощности которых использовались при ее расчетах, либо располагаться ниже указанных пластов.

3. Зона, в которой горные работы вызывают деформации от предельных до допустимых, расположена между горизонтами предельной и безопасной глубин (см. рис. 4).

Значение безопасной глубины определяется по рекомендациям разд. 3 Правил.

Прогноз положения различных зон позволяет определить общие меры защиты объектов от влияния горных работ в каждой зоне.

Предпочтение необходимо отдавать следующим мерам защиты объектов:

- при проектировании горных работ до глубины H_0б необходимо предусматривать применение полной гидравлической закладки в очистных выработках или оставление предохранительных целиков;

- при проектировании горных работ на глубинах от H_0б до H_б необходимо предусматривать горные и конструктивные меры защиты объектов. В качестве горных мер может использоваться закладка выработанного пространства, оставление целиков в отдельных пластах, ведение горных работ раздельно в группах пластов и т.д., чтобы обеспечить снижение деформаций менее их предельных значений;

- при проектировании горных работ на глубинах от H_п до H_б для защиты объектов следует предусматривать рациональный порядок ведения горных работ, закладку выработанного пространства в отдельных пластах, конструктивные меры защиты объектов.