Приложение 1. Схема и описание зон деформирования при неблагоприятном развитии геомеханических процессов в породном массиве, вмещающем подземные сооружения

Приложение 1

Схема и описание
зон деформирования при неблагоприятном развитии геомеханических процессов в породном массиве, вмещающем подземные сооружения

При аварийных ситуациях в породном массиве может образовываться 15 зон, отличающихся по характеру и степени деформирования пород, а также по последствиям, которые возникают при попадании объектов в эти зоны. На рис. 1 приведена схема расположения указанных зон при неблагоприятном развитии деформационных процессов в массиве, вмещающем подземные горные выработки и сооружения.

В зоне 1, расположенной непосредственно над выработкой, породы наиболее деформированы и разделены на отдельные куски и мелкие блоки. Она носит название зоны обрушения.

Зона 2, прилегающая к зоне обрушения, характеризуется развитием в прогибающихся породах нормально секущих трещин и трещин расслоения, разбивающих массив на крупные блоки и образующих систему сквозных водо- и газопроводящих каналов с малым аэро- и гидродинамическим сопротивлением, практически не оказывающими влияния на прохождение по каналам растворов и газов. Эта зона является зоной сквозных трещин.

В зоне 3 секущие трещины и трещины расслоения соединяются между собой по ломаным кривым и создают систему водо- и газопроводящих трещин со значительным аэро- и гидродинамическим сопротивлением, которое растет пропорционально удалению их от деформированной выработки. Она носит название зоны активных (фильтрующих) трещин.

В зоне 4 деформации растяжения, вызванные изгибом пород, достигают критических значений только в отдельных, наиболее слабых слоях, и потому трещины здесь имеют прерывный характер. Поскольку в этой зоне сквозной водо- и газопроводящей системы трещин не образуется, она называется зоной локальных трещин.

Зона 5, характеризующаяся прогибом пород без разрыва их сплошности, носит название зоны плавного прогиба.

Зоны 6 и 7 находятся в области повышенного горного давления, при этом в зоне 6 преобладают упругие деформации, в зоне 7 - неупругие (необратимые).

Зона 6 обычно называется зоной опорного давления, а зона 7 - зоной предельно напряженного состояния. В ней породы проходят все стадии деформирования - от значительного всестороннего сжатия на границе с зоной упругих деформаций до сильного разрыхления вблизи от обнажения, при этом основные необратимые деформации происходят по природным системам трещин, что сопровождается подвижками по поверхностям структурных элементов.

Перечисленные шесть зон находятся в подработанной толще пород, под которой понимается толща пород, расположенная выше горизонтальной плоскости, проведенной через продольную ось выработки. Толща пород, расположенная ниже этой плоскости, называется надработанной. Зона 7 распространяется как на подработанную, так и на надработанную толщу, но в основном она проявляется в боках выработки. В надработанной толще имеется пять зон (зона обрушения отсутствует), при этом зоны 8, 9, 10, 11 и 12 по своим качественным характеристикам соответствуют зонам 2, 3, 4, 5 и 6 подработанной толщи, но все зоны, образующиеся в надработанной толще, расположены ближе (примерно втрое) к выработке, чем в подработанной.

В прилегающем к земной поверхности слое (или пачке слоев, деформирующихся как одно целое) в результате изгиба образуются зоны растяжения и зоны сжатия. Зона 13 характеризуется максимальным растяжением у земной поверхности и постепенным затуханием его в глубину слоя. Зона 14, наоборот, - максимальным растяжением на нижней границе слоя и постепенным затуханием растяжений по мере приближения их к земной поверхности. В зоне 15 происходит сжатие слоя, при этом характер затухания сжатия здесь аналогичен таковому при растяжении.

В особо неблагоприятных условиях на земной поверхности могут образоваться провалы, террасообразные ступени и трещины. Наиболее вероятно образование провалов, когда глубина расположения обрушенной выработки Н не превышает величины, определяемой из выражения

, (1)

где D и h - ширина и высота обрушенной выработки;

- коэффициент, зависящий от свойств горных пород, определяемый опытным путем. Обычно он колеблется в пределах от 0,8 до 1,2, при этом чем породы крепче, тем коэффициент меньше.

Провалы и воронки опоясываются, как правило, террасообразными ступенями и трещинами, внешняя граница которых при подземном способе возведения сооружения определяется углами разрывов. Ступени и трещины могут образоваться и при отсутствии провалов, когда деформации земной поверхности превышают критические значения. В Московском регионе деформации растяжения, при которых породы теряют сплошность, колеблются в пределах от до , при этом чем больше в породах пластичных глинистых веществ, тем значения критических деформаций больше.