Основные принципы выбора мер охраны
Для защиты объектов и сооружений от вредного влияния подземных горных разработок и предотвращения прорывов воды в горные выработки применяют различные меры охраны, которые условно можно разделить на четыре группы:
* профилактические,
* горнотехнические,
* конструктивные
* комплексные.
Профилактические меры имеют основным назначением предотвращение или снижение вредных последствий горных разработок Они должны выполняться как в период составления проектов освоения месторождений и генеральных планов застройки городов и поселков, так и в период выбора и привязки площадок для строительства конкретных объектов. В первом случае их следует называть заблаговременными, во втором — текущими. Рациональная застройка горнопромышленных районов обеспечивает наиболее полную и эффективную отработку запасов полезных ископаемых с минимальными затратами на мероприятия по борьбе с вредными последствиями подработок.
Горнотехнические меры охраны направлены на уменьшение деформаций земной поверхности и подрабатываемых объектов. Они включают в себя специальные методы ведения горных работ и оставление предохранительных целиков.
Конструктивные меры защиты имеют целью приспособить здания и сооружения к перенесению деформаций с минимальными последствиями. На послеосадочный ремонт таких зданий и сооружений требуется значительно меньше средств, чем для зданий и сооружений, не имеющих указанных мер защиты. Эти меры наиболее эффективны, если их предусматривают и осуществляют в период строительства здания (сооружения).
Комплексными считаются любые сочетания перечисленных выше мер. К ним относятся также оперативное устранение повреждений, возникающих в подрабатываемых объектах, и своевременное принятие других мер, необходимых для предотвращения аварийных ситуаций. Комплексные меры проводятся обычно в сочетании с постоянным инструментальным и визуальным контролем.
Выбор мер охраны сооружений и природных объектов регламентируется действующими нормативными документами, например, «Правилами охраны сооружений и природных объектов от вредного влияния подземных горных разработок на угольных месторождениях. М, Недра, 1981, 288 с.», «Руководством по расчёту и проектированию зданий и сооружений на подрабатываемых территориях. М, Стойиздат, 1983,136 с.».
Меры выбирают в зависимости от категории охраны объекта, ожидаемых деформаций земной поверхности, гидрогеологических условий участка месторождения, конструктивных особенностей, размеров, технического состояния и характера эксплуатации сооружения, установленного в нем оборудования и последствий подработки.
Полную защиту сооружений (т. е. полное предотвращение деформаций) применяют относительно редко, так как она связана с большими материальными затратами, трудно осуществима и не всегда является необходимой.
Чаще применяют частичную защиту, при которой допустимо появление деформаций подрабатываемых объектов в допустимых пределах, не ведущих к их разрушению и не влекущих за собой прекращение эксплуатации объектов, опасности для работающих и живущих в охраняемых зданиях и сооружениях, а также прорыва воды и затопления горных выработок. Последствия подработки при таком способе защиты сооружений обычно (при необходимости) устраняют послеосадочным ремонтом.
При решении вопросов отработки запасов под застроенными территориями и природными объектами различают допустимые и предельные деформации земной поверхности (основания сооружений). При допустимых деформациях возникают относительно небольшие повреждения, которые не создают существенных препятствий дальнейшей эксплуатации сооружений по их прямому назначению. При деформациях, превышающих предельные значения, повреждения столь велики, что могут привести к аварийному состоянию сооружений, повлечь угрозу опасности для жизни людей.
Отработка запасов в условиях, при которых расчетные деформации превышают предельные значения, должна производиться с применением горнотехнических мероприятий, уменьшающих деформации земной поверхности до допустимых значений. Если этими мероприятиями снизить деформации до допустимых значений не представляется возможным, дополнительно применяют конструктивные меры защиты.
При решении вопросов подработки объектов одиночным пластом или первым пластом свиты расчет ожидаемых деформаций обычно не производится, а условия отработки запасов под объектом определяются так называемой безопасной глубиной разработки, т. е. глубиной, ниже которой горные работы не вызывают в сооружениях деформаций, более допустимых.
Безопасная глубина Нб вычисляется из выражений
m
Нб = Кe------;(12.1)
[eg]
m
Нб = Кi------;(12.2)
[ig]
где m — вынимаемая мощность пласта, м; [eg] и [ig] — допустимые значения горизонтальных деформаций и наклонов для подрабатываемого объекта (определяются по нормативным документам); Кe и Кi — коэффициенты, отражающие зависимость деформаций земной поверхности от углов падения пластов и физико-механических свойств массива горных пород.
В качестве примера в табл. 21.1 приведены значения коэффициентов Кe и Кi для условий Донецкого бассейна.
Значения Кe и Кi для условии Донецкого бассейна.
Таблица 21.1
| Угол падения пласта a, град. | Кe | Кi |
| 40 и более | 0.7 1.0 1.0 0.8 0.7 | 1.6 1.8 1.5 1.1 0.9 |
Из двух значений Нб, полученных по формулам (12.1) и (12.2), принимается наибольшее значение. В тех случаях, когда для объекта является опасным только один из указанных видов деформаций e или i, расчет безопасной глубины производится только по формуле, содержащей этот вид деформаций.
Если разрыв во времени между отработкой отдельных пластов в свите превышает общую продолжительность процесса сдвижения, деформации от разработки каждого пласта меньше допустимых, а повреждения, вызванные предыдущими подработками, полностью ликвидированы, или когда принятая схема и порядок отработки пластов не приводят к накоплению деформаций, «Правилами охраны сооружений» допускается определение безопасной глубины для отдельных пластов по формулам (12.1) и (12.2).
При выборе мер охраны подрабатываемых объектов проводят, как правило, технико-экономический анализ возможных вариантов. За базовый обычно принимают наиболее безопасный, но и наиболее дорогой вариант оставления предохранительного целика. Потери полезного ископаемого в предохранительном целике вызывают сложную цепь последствий, которые экономически проявляются в полной мере лишь через определенное время. Вследствие этого сравнение вариантов производят с приведением затрат более поздних лет к текущему моменту, увеличивая затраты на коэффициент приведения затрат Кп, определяемый по формуле
1
Кп = ----------------,(12.3)
(1 + Ен.п.)t
где t — период времени приведения в годах; Ен.п = 0,08 — норматив для приведения разновременных затрат.