Инструкция по наблюдениям за сдвижением горных пород и земной поверхности при подземной разработке рудных месторождений (утв. Госгортехнадзором СССР 3 июля 1986 г.)

Инструкция по наблюдениям за сдвижением горных пород и земной поверхности при подземной разработке рудных месторождений
(утв. Госгортехнадзором СССР 3 июля 1986 г.)

Предисловие

Инструкция содержит нормативно-методические указания, которые должны выполняться при наблюдении за сдвижением горных пород, земной поверхности и при подземной разработке рудных месторождений. Она составлена на основе одноименной Инструкции, утвержденной Госгортехнадзорами РСФСР и УССР в 1959 г.

При переработке указанной Инструкции был использован опыт проведения многолетних наблюдений за сдвижением горных пород в различных горно-геологических условиях разработки как рудных, так и угольных месторождений и учтены изменения, происшедшие за последние годы. Большое внимание было уделено усовершенствованию методики и техники натурных наблюдений, повышающих производительность работ и точность результатов наблюдений за сдвижением толщи пород и земной поверхности при решении различных вопросов сдвижения горных пород и охраны сооружений. Учтены замечания и предложения ряда научно-исследовательских институтов и горнорудных предприятий.

Инструкция составлена сотрудниками лаборатории сдвижения горных пород при подземной разработке рудных месторождений М.А. Кузнецовым, Е.И. Кузнецовой, С.Н. Зеленцовым, Г.И. Лукиным, В.А. Внуковым, Г.Ш. Сакаевым, В.М. Гяпиным (ВНИМИ) и Н.Е. Яковлевым (ВНИПИгорцветмет)

1. Общие положения

1.1. Инструкция содержит нормативно-методические указания по проведению наблюдений за сдвижением и деформированием горных пород и земной поверхности, а также за подлежащими охране объектами при подземной разработке рудных месторождений. Основной задачей наблюдений является определение:

характера развития процесса сдвижения, величин сдвижений и деформаций толщи пород, земной поверхности и подрабатываемых объектов под влиянием подземной разработки месторождения;

формы и размеров различных зон сдвижения и деформирования толщи пород и земной поверхности в области влияния очистных выработок;

общей продолжительности процесса сдвижения горных пород и земной поверхности и периода опасных деформаций;

взаимосвязи сдвижений и деформаций горных пород и земной поверхности с деформациями подрабатываемых сооружений и других объектов, подлежащих охране;

величин допустимых и предельных деформаций для различных охраняемых объектов;

мер по контролю за состоянием подрабатываемых объектов, подлежащих охране;

эффективности примененных мер охраны для своевременной их корректировки и разработки новых по предотвращению опасных деформаций в подрабатываемых объектах.

Основные понятия, определения и обозначения элементов процесса сдвижения горных пород и земной поверхности приведены в прил. 1.

1.2. Инструментальные (маркшейдерско-геодезические, фотограмметрические, аэрофотосъемка, геофизические и др.) и визуальные наблюдения за сдвижением горных пород и земной поверхности проводят на наблюдательных станциях, состоящих из систем реперов, расположенных на земной поверхности, в очистных, капитальных и подготовительных горных выработках, скважинах, охраняемых целиках и подрабатываемых объектах. В зависимости от местоположения и назначения различают следующие типы наблюдательных станций:

наземные наблюдательные станции для определения параметров процесса сдвижения земной поверхности;

подземные наблюдательные станции для определения характера и величин сдвижений и деформаций толщи пород;

специальные наблюдательные станции для контроля за состоянием подрабатываемых объектов и определения величин их деформаций.

1.3. Для получения всех необходимых данных о характере и параметрах процесса сдвижения горных пород и земной поверхности и взаимосвязи их с деформациями подрабатываемых объектов следует закладывать комплексные станции, включающие все три типа наблюдательных станций.

При невозможности или нецелесообразности на данном этапе разработки месторождения закладки комплексной станции тип и конструкция проектируемой станции должны обеспечивать получение основных параметров сдвижения или в первую очередь тех данных, которые необходимы для решения отдельных конкретных вопросов сдвижения горных пород и охраны сооружений на месторождении.

1.4. Проведение наблюдений за сдвижением и деформированием массива горных пород, земной поверхности и объектов, подлежащих охране, является одной из основных задач маркшейдерской службы предприятия. Наблюдения выполняют силами маркшейдерского отдела или специальной группы по наблюдению за сдвижением. К проведению наблюдений могут привлекаться и специализированные организации.

Закладку наблюдательных станций и наблюдения на них проводят на основании проекта наблюдений за сдвижением, составленного главным маркшейдером рудника с участием других технических служб или специализированной организацией. Проект согласовывают с главным маркшейдером вышестоящей организации. Утверждает его главный инженер предприятия, на которого возлагаются общее руководство по выполнению работ, предусмотренных проектом, и оперативное решение вопросов, связанных с обеспечением нормального функционирования объектов, подлежащих охране.

1.5. Перед составлением проекта наблюдательной станции необходимо ознакомиться с имеющимися на предприятии материалами по сдвижению горных пород и результатами проведенных ранее наблюдений, оценить их достоверность. Если на месторождении сохранились старые наблюдательные станции, необходимо их обследовать и установить возможность использования в дальнейшем.

При проектировании наблюдательных станций, проведении наблюдений, анализе и обобщении результатов необходимо учитывать, что характер и параметры процесса сдвижения горных пород и земной поверхности существенно зависят от следующих горно-геологических и горнотехнических факторов:

структурных особенностей массива горных пород (слоистое или неслоистое строение, согласное или несогласное залегание рудных тел и вмещающих пород, тектоническая нарушенность, трещиноватость, мощность слоев пород, характер их контактов и т.д.);

формы, размеров и глубины залегания рудных тел, соотношения размеров выработанного пространства и глубины разработки;

физико-механических свойств руды и вмещающих пород;

углов падения рудных тел и вмещающих пород;

способа управления кровлей.

Краткая характеристика влияния указанных факторов на развитие и параметры процесса сдвижения горных пород и земной поверхности приведена в нормативных документах и методических пособиях по сдвижению горных пород и охране сооружений [2, 4].

1.6. Проект наблюдений за сдвижением должен состоять из краткой пояснительной записки и графических материалов, характеризующих горно-геологическую ситуацию в районе наблюдательной станции, взаимное расположение реперов наблюдательной станции и подрабатываемых объектов очистных выработок.

Пояснительная записка содержит: цель наблюдений; краткую геологическую характеристику наносов и вмещающих пород; тектонику месторождения на участке наблюдений; применяемую систему разработки, ее основные параметры; выбор местоположения и расчет длин профильных линий; определение интервалов между реперами; конструкцию и способы закладки реперов; методику проведения наблюдений, их периодичность; характеристику инструментов, допустимые погрешности наблюдений; способ привязки станции к маркшейдерской опорной сети; план организации работ по закладке наблюдательной станции, расчет количества необходимых материалов, рабочей силы и оборудования; меры безопасности при проведении наблюдений; перечень объектов, подлежащих охране, и их характеристику (тип фундамента, материал, размеры и т.д.); очередность закладки профильных линий; период наблюдений.

Графические материалы должны содержать план наблюдательной станции, геологические разрезы по профильным линиям, план очистных выработок или вертикальную проекцию (при крутом падении).

План наблюдательной станции составляют в зависимости от требуемой детальности в масштабах 1:500, 1:1000 или 1:2000. На плане должны быть нанесены: рельеф земной поверхности, контуры имеющихся провалов, зона трещин; сооружения, другие наземные и подземные объекты и коммуникации в районе наблюдательной станции (с выделением объектов, подлежащих охране); профильные линии и реперы наблюдательной станции; контуры рудных тел и очистных выработок (проектных и существующих) с датами отработки отдельных камер или участков, границы предохранительных целиков (зон) под объектами, подлежащими охране, и вероятная зона опасных сдвижений; положение основных подготовительных выработок, по которым проектируют проведение инструментальных и визуальных наблюдений.

При горизонтальном и пологом залегании рудных тел допускается совмещение плана наблюдательной станции с планом очистных выработок. При крутом падении рудных тел на план наблюдательной станции целесообразно наносить контуры рудных тел и горных выработок только на основных горизонтах, а состояние горных работ показывать на вертикальной проекции, на которую наносят положение профильных линий.

На геологических разрезах по профильным линиям должны быть показаны горные выработки, слои пород, слагающие толщину, тектонические нарушения и другие элементы геологического строения участка наблюдений. Разрезы строят в масштабе плана наблюдательной станции.

1.7. При подработке объектов, подлежащих охране, предприятие или проектная организация составляют проект отработки залежи в пределах предохранительной зоны, в котором помимо технологии ведения горных работ предусматривают: мероприятия по охране объекта от влияния горных работ; организацию наблюдений за сдвижением и деформированием массива пород и подрабатываемого объекта; меры по обеспечению безопасности обслуживающего персонала и населения.

1.8. При наблюдении за сдвижением горных пород и земной поверхности для определения параметров процесса сдвижения в сложных горно-геологических условиях или безопасных условий выемки руды из предохранительных целиков различного назначения рекомендуется привлекать к работам специализированные организации.

1.9. После перенесения проекта в натуру закладывают опорные, рабочие и вспомогательные реперы. Их расположение на наблюдательной станции следует представлять лицам, ответственным за использование территории станции, а также разъяснять необходимость сохранения реперов, ответственность за их нарушение, застройку, проведение земляных и других работ в районе профильных линий без согласования с главным маркшейдером рудника.

1.10. По результатам проведения наблюдений и анализа данных главным маркшейдером или руководителем группы по наблюдениям за сдвижением горнодобывающего предприятия составляют годовой технический отчет, содержащий основные результаты наблюдений и рекомендации по их практическому использованию для решения вопросов, сдвижения горных пород и охраны сооружений на месторождении (см. прил. 10).

1.11. Результаты наблюдений должны систематически анализировать, обобщать и оперативно использовать специализированные организации для решения различных вопросов сдвижения горных пород и охраны сооружений: разработки мер охраны зданий, сооружений и природных объектов от вредного влияния подземных горных разработок; определения условий безопасной выемки запасов руды под объектами, подлежащими охране; рекультивации территории и ее застройки; разработки и совершенствования нормативных документов по сдвижению горных пород, охране сооружений и природных объектов, которые согласовывают и утверждают в установленном порядке.

2. Наблюдения за сдвижением земной поверхности

2.1. Наблюдения за сдвижением земной поверхности проводят для определения параметров процесса сдвижения на месторождении и получения фактических данных для обоснованного решения вопросов охраны сооружений и выемки руды из предохранительных целиков.

Для определения параметров процесса сдвижения выбирают участки с типичными для данного месторождения горно-геологическими условиями, на которых можно в наиболее короткие сроки проследить развитие и затухание процесса сдвижения и получить достаточное количество данных. Если нужно получить параметры процесса сдвижения для решения конкретных вопросов охраны сооружений или выемки руды из предохранительных целиков, наблюдательные станции закладывают на участках расположения этих объектов или на участках, имеющих аналогичные горно-геологические условия.

2.2. Реперы наблюдательных станций закладывают по прямым профильным линиям, ориентированным, как правило, по простиранию и вкрест простирания рудных тел. При сложном строении рудных зон с рудными телами неправильной или изометрической формы и неясно выраженных элементах залегания рудных тел профильные линии должны быть ориентированы параллельно и перпендикулярно проектным границам очистных работ. Когда же наблюдательные станции закладывают в лесистых, гористых, застроенных районах или они предназначены для наблюдений за деформациями земной поверхности при подработке железных дорог и трубопроводов, допускают изломы профильных линий, расположение их по диагональным направлениям.

При наличии на участке наблюдательной станции зоны обрушения или возможности образования такой зоны профильные линии должны состоять из двух отрезков, заложенных от фактической границы зоны обрушения или от границы ожидаемого провала в стороны висячего и лежачего боков рудных тел. Отрезки профильной линии, закладываемые на противоположных сторонах зоны обрушения, располагают, как правило, в одной вертикальной плоскости. При существенном различии в характере процесса сдвижения пород лежачего и висячего боков можно закладывать дополнительные профильные линии.

Проведение непосредственных наблюдений в ожидаемой зоне образования воронок и провалов не допускается. Ориентировочные границы этой зоны при определяют на вертикальных разрезах линиями, проведенными с глубины 15 m (от контакта коренных пород с наносами) под углом 85° во всех направлениях. При границу зоны со стороны восстания строят по углу . Более точно определяют границы ожидаемого провала по действующим на данном месторождении правилам охраны.

При определении величин сдвижений в ожидаемой зоне внезапного образования воронок и провалов следует закладывать реперы особой конструкции, позволяющие проводить дистанционные измерения. Схематическое изображение конструкций таких реперов приведено в прил. 2.

2.3. Для контроля полученных значений основных параметров процесса сдвижения на станции необходимо заложить не менее двух профильных линий вкрест простирания и одну линию по простиранию при условии получения углов сдвижения на обоих концах каждой профильной линии.

При сложном залегании рудных тел и вмещающих пород, резких изменениях физико-механических свойств и элементов залегания пород число профильных линий как вкрест простирания, так и по простиранию рудных тел увеличивают с таким расчетом, чтобы наблюдениями были охвачены все наиболее характерные условия разработки рудных тел.

2.4. Основные профильные линии для определения основных параметров процесса сдвижения на месторождении (минимальных углов сдвижения и максимальных величин сдвижений и деформаций земной поверхности) закладывают, как правило, в главных сечениях мульды сдвижения (см. прил. 1). Если точное положение главного сечения не определено, то параллельно основным линиям по простиранию и вкрест простирания на расстоянии, равном 3-5 принятым интервалам между реперами, закладывают дополнительные профильные линии. Места закладки дополнительных профильных линий устанавливают, исходя из конкретных задач, которые необходимо решить на месторождении. При необходимости на расстоянии 1-3 интервалов параллельно основным и дополнительным линиям закладывают дублирующие профильные линии.

При постановке комплексных наблюдений за сдвижением земной поверхности и толщи горных пород на поверхности закладывают профильные линии примерно в одной вертикальной плоскости с реперами профильных линий, закладываемых в горных выработках, или с глубинными реперами в скважинах, пробуренных с земной поверхности или из горных выработок.

2.5. Главное сечение мульды сдвижения и место закладки основной профильной линии вкрест простирания располагают в середине участка очистных работ по простиранию, намеченного к отработке на период наблюдений. Как основные, так и дополнительные профильные линии следует закладывать в местах, где в выработанном пространстве будет оставлено меньше различных целиков или безрудных участков, например над серединами очистных блоков.

2.6. При определении мест закладки основных профильных линий по простиранию следует учесть, что положение главного сечения мульды сдвижения по простиранию в общем случае непостоянно и может измениться при увеличении глубины разработки, изменении угла падения рудного тела, геологического строения массива вмещающих пород, образовании провала на земной поверхности и др. В практике встречаются следующие характерные случаи:

1. По результатам проведенных наблюдений на данном или аналогичном участке месторождения известны основные параметры сдвижения. Определение мест закладки профильных линий по простиранию в этом случае проводят следующим образом:

а) при пологом и наклонном падении рудного тела, когда над верхней границей горных работ земная поверхность сдвигается без образования провала (рис. 1, а), определяют угол максимального оседания , соединяя прямой линией точку максимальных оседаний земной поверхности М с серединой выработанного пространства О. По известному углу определяют положение основной профильной линии по простиранию при развитии горных работ, для чего от середины общего выработанного пространства имеющихся и проектируемых очистных выработок на период наблюдений строят угол (точка ). Перенеся точку максимальных оседаний на план поверхности, проводят через нее параллельно линии среднего простирания залежи линию проектного положения профильной линии по простиранию;

б) аналогично поступают при определении положения профильной линии по простиранию, когда над верхней границей горных работ возникают небольшие воронки или провалы, которые не получают дальнейшего развития при увеличении глубины отработки, а в мульде сдвижения образуется вторая точка максимального оседания (см. рис. 1, б).

в) при разработке крутопадающих рудных тел в мульде сдвижения образуется зона обрушения, размеры которой при увеличении глубины отработки возрастают, но точка максимальных оседаний остается приуроченной к провалу (см. рис. 1, в). В этом случае основная профильная линия по простиранию должна проходить через центр провала (точка М на рис. 1, в, г), дополнительную профильную линию (при необходимости) располагают над нижней границей проектных очистных выработок на период наблюдений (точка ). Если существует вероятность сдвижения пород лежачего бока, то со стороны восстания закладывают вторую дополнительную профильную линию (см. рис. 1, в, г; точка ), проходящую по краю зоны обрушения.

2. Инструментальные наблюдения за сдвижением не проводили, но на земной поверхности имеется провал от горных работ на верхних горизонтах:

а) при разработке рудных тел малой и средней мощности (m < 5 м) преимущественно жильного типа положение основной профильной линии по простиранию определяют по углу , построенному от середины общего выработанного пространства (см. рис. 1, б);

б) при разработке мощных и весьма мощных рудных тел определение положения основной и дополнительных профильных линий показано на рис. 1, в, г.

3. Месторождение только начинают разрабатывать, видимых проявлений сдвижения земной поверхности нет. Определение положения основной профильной линии по простиранию проводят:

а) при угле падения рудного тела менее 45° - по углу , равному 90° и построенному от середины проектных очистных выработок на период наблюдения;

б) при угле падения рудного тела более 45° закладывают две профильные линии, одну из которых располагают над серединой очистной выработки первого отрабатываемого этажа , а другую - над нижней границей проектных очистных выработок на период наблюдений (см. рис. 1, в).

4. Инструментальные наблюдения не проводили, а горно-геологические условия не позволяют определить положение и ориентировку главного сечения мульды сдвижения по простиранию. В этом случае параллельно основной профильной линии вкрест простирания рудных тел закладывают 2-3 дополнительные профильные линии. При наличии или вероятности появления провала 1-2 линии должны располагаться в торце провала, аналогично линии А-В (см. рис. 1, г). После выявления по наблюдениям положения точек максимальных оседаний при отработке верхнего горизонта проектируют закладку основной профильной линии по простиранию, ориентируя ее по этим точкам. При необходимости закладывают дополнительные профильные линии по простиранию в соответствии с первыми тремя случаями. Во всех этих случаях дополнительные профильные линии могут иметь протяженность, меньшую, чем предусмотрено п. 2.10, и могут быть заложены без опорных реперов. Положение реперов по основным и дополнительным профильным линиям при наличии или вероятности образования зоны обрушения показано на рис. 1, г.

2.7. Каждая профильная линия должна состоять из опорных и рабочих реперов. Опорные реперы закладывают на концах профильных линий вне зоны сдвижения земной поверхности. Число их на каждом конце профильной линии должно быть не менее двух. Расположение опорных реперов только на одном конце профильной линии допускается, если по условиям рельефа местности или по другим причинам нельзя закладывать реперы по обоим концам линии.

Рабочие реперы закладывают в пределах ожидаемой зоны сдвижения земной поверхности. Границы этой зоны определяют с помощью углов сдвижения , , , и в коренных породах для данного или аналогичного месторождения, уменьшенных на 10°, и угла сдвижения в наносах и выветрелых породах .

2.8. Когда углы сдвижения для данного или аналогичного месторождения не известны, их величину рекомендуется определять в соответствии с данными, приведенными в таблице для средневзвешенного значения коэффициента крепости пород , где , , ..., - крепость слоев; , , ... - мощность слоев. Угол сдвижения в наносах и выветрелых породах принимают равным во всех направлениях. В сухих (необводненных) породах , но не превышает значений углов сдвижения. При мощности слоев рудных тел m > 15 м, глубине разработки H < 100 м, мощности наносов и выветрелых пород более 30 м угол принимают равным 40°. В обводненных наносах значение принимается равным 35°.

2.9. При закладке наблюдательной станции кроме опорных и рабочих реперов должно быть выбрано не менее трех исходных реперов, от которых проверяют неподвижность опорных реперов по высоте. Для этой цели используют существующие пункты маркшейдерской опорной сети, расположенные вне зоны влияния горных работ.

2.10. Длины профильных линий определяют следующим образом (рис. 2). При пологом и наклонном падении рудных тел на разрезе вкрест простирания от нижней границы очистной выработки, проектируемой к отработке под профильной линией, проводят линию под углом - 10°, а от верхней границы выработки - под углом - 10° до контакта коренных пород с наносами (точки на рис. 2, а) и далее - под углом до пересечения с линией земной поверхности в точках А и Б. Полученные точки А и Б дают границы ожидаемой зоны сдвижений земной поверхности, а расстояние между ними определяет длину рабочей части профильной линии вкрест простирания на данном разрезе.

Тип и строение породы	Группа пород (коэффициент крепости пород )	Подгруппа	Угол падения рудных тел , градус	Угол сдвижения, градус
I, слоистое	1 (< 5)	1	0-45	55	45	55	-
		2	46-75	55	40	-	40
		3	76-90	55	45	-	40
	2 (5-8)	1	0-45	60	50	60	-
		2	46-60	60	40	60	-
		3	61-75	60	40	-	50
		4	76-90	60	45	-	50
	3 (> 8)	1	0-45	65	50	65	-
		2	46-60	65	45	65	-
		3	61-75	65	45	-	50
		4	76-90	65	50	-	50
II, неслоистое	4 ()	1	0-30	70	70	70	-
		2	31-50	70	65	65	-
		3	51-75	70	65	-
		4	76-90	70	65	-	65

При крутом падении рудных тел границу ожидаемой зоны сдвижения со стороны восстания строят от нижней границы очистной выработки в лежачем боку рудного тела под углом - 10° (см. рис. 2, б).

На разрезе по простиранию от проектных границ очистных работ на период наблюдений в стороны торцов рудного тела проводят линии под углом - 10° до пересечения с линией контакта коренных пород с наносами (точки на рис. 2, в) и далее под углом в наносах до пересечения с линией земной поверхности в точках А и Б. Точки А и Б - границы ожидаемой зоны сдвижения по простиранию. От них откладывают по два отрезка, равных утроенной длине принятого интервала между реперами, и получают точки Г, В, Д, Е, определяющие места расположения опорных реперов. При необходимости дозакладка реперов профильной линии предусматривается проектом. На участках профильных линий, попадающих в фактическую или ожидаемую зону обрушения, закладку реперов не проводят (см. п. 2.2).

2.11. При пересечении профильной линией тектонического нарушения, выходящего под наносы и имеющего падение сместителя в сторону выработанного пространства, длину профильной линии определяют с таким расчетом, чтобы за зоной влияния тектонического нарушения располагалось не менее трех рабочих реперов.

2.12. Число рабочих реперов по профильной линии определяют длиной линии и выбранной величиной интервала между реперами. Величину этого интервала принимают равной 15-20 м. При проведении специальных исследований (изучение дискретности процесса сдвижения, сосредоточенных деформаций в районе тектонических нарушений) проводят сгущение реперов на отдельных участках профильной линии. При этом длина основного интервала между реперами должна быть кратной длине интервала между реперами при их сгущении. При глубине разработки свыше 500 м допускается увеличение (до 30 м) интервала между рабочими реперами в центральной части мульды сдвижения.

2.13. Для удобства наблюдений за сдвижением реперов в вертикальной и горизонтальной плоскостях при неровном рельефе местности, крутых склонах и больших интервалах между опорными реперами на профильных линиях закладывают в качестве переходных точек постоянные вспомогательные реперы забивного типа.

2.14. Разбивку наблюдательной станции, т.е. перенесение проекта в натуру, проводят инструментально от пунктов маркшейдерской опорной сети. При этом допускается проводить корректировку проекта станции и устанавливать окончательные места расположения профильных линий и закладки реперов непосредственно на местности с учетом особенностей ее рельефа, застроенности, характера использования земельных угодий и видимых проявлений процесса сдвижения на земной поверхности. Места закладки реперов на профильных линиях отмечают колышками, которые устанавливают по створу линий с допустимым отклонением не более 5 см. Конструкции реперов и способы их закладки должны обеспечивать: удобство наблюдений за сдвижением реперов в вертикальной и горизонтальной плоскостях; прочную связь реперов с грунтом; надежную сохранность реперов в течение намеченного срока службы наблюдательной станции.

Рекомендуемые конструкции реперов и способы их закладки в различных условиях приведены в прил. 2.

2.15. В целях предохранения головок реперов от механических повреждений реперы следует закладывать таким образом, чтобы их головки находились на 25-30 см ниже поверхности земли. В этом случае у каждого репера устанавливают сторожок (деревянный колышек, отрезок трубы, штанги) с обозначением номера репера.

Если вероятность повреждения реперов в данных условиях мала, то их головки целесообразно располагать на таком расстоянии от поверхности земли (не превышающем 0,5 м), чтобы обеспечить возможность измерения длин интервалов между реперами непосредственно по их головкам. В этом случае проводят окопку реперов с частичной засыпкой грунтом выступающей части репера.

2.16. Для предотвращения влияния сезонного промерзания и оттаивания грунта на устойчивость реперов глубину их закладки выбирают с таким расчетом, чтобы нижний конец репера был расположен на 0,5 м ниже границы промерзания грунта. При этом заполняют бетоном только нижнюю часть скважины или котлована (якорь репера), расположенную ниже границы промерзания грунта, а верхнюю ее часть засыпают грунтом, песком или шлаком. Минимальную глубину закладки реперов в нескальных породах принимают равной 1 м, а в скальных - 0,3 м.

2.17. Комплекс работ на наблюдательной станции включает следующие операции.

1. Инструментальное определение величин сдвижений реперов в горизонтальной и вертикальной плоскостях.

2. Фиксацию трещин, появляющихся на земной поверхности, с определением их раскрытия, протяженности, положения относительно профильных линий, съемку провалов и зоны обрушения.

3. Осмотр подземных выработок под наблюдательной станцией с фиксацией признаков сдвижения пород (см. прил. 9).

4. Составление и пополнение планов и разрезов очистных горных выработок в районе наблюдательной станции с указанием времени характерных этапов горных работ (производство массовых взрывов, выпуск руды из магазинов, погашение междукамерных целиков, потолочин и т.п.).

5. Изучение тектонической нарушенности и трещиноватости горного массива по методике, изложенной в прил. 4.

6. Сбор данных о прочностных свойствах пород, а при их отсутствии - отбор проб и отправка на испытание образцов для определения прочностных свойств пород в соответствии с прил. 5 (выполнение работ по пунктам 5 и 6 возлагается на геологическую службу предприятия).

2.18. Инструментальные наблюдения на станции состоят из:

плановой и высотной привязок опорных реперов к исходным пунктам (при выносе проекта в натуру) и периодического контроля за их неподвижностью в период проведения наблюдений;

начальных наблюдений для определения исходного положения реперов наблюдательной станции в горизонтальной и вертикальной плоскостях;

повторных наблюдений за положением реперов наблюдательной станции для определения величин их сдвижения;

периодических съемок трещин, провалов и зоны обрушения земной поверхности.

2.19. Привязку опорных реперов наблюдательной станции в горизонтальной плоскости осуществляют триангуляцией или проложением замкнутых теодолитных ходов от ближайших пунктов триангуляции или полигонометрии (исходных пунктов). Допускается привязка прокладыванием висячего теодолитного хода в прямом и обратном направлениях.

Относительная линейная невязка теодолитного хода не должна превышать 1:2000. Измерение углов проводят теодолитом с точностью не менее 30", измерение длин - компарированной стальной рулеткой с постоянным натяжением ее при помощи динамометра.

При измерении длин измеряют температуру воздуха и вводят соответствующие поправки (см. п. 5.5).

Высотную привязку и контроль за неподвижностью опорных реперов проводят от реперов и пунктов маркшейдерской нивелирной сети нивелированием IV класса в соответствии с указаниями работы [3].

2.20. Наблюдения для определения исходного положения реперов наблюдательной станции проводят через семь дней при бетонированных реперах, три дня - при забивных реперах или после полного оттаивания грунта в районах многолетней мерзлоты и состоят из двух независимых серий наблюдений, включающих: нивелирование всех реперов наблюдательной станции; измерение расстояний между реперами по профильным линиям; определение ординат реперов, т.е. измерение их отклонений от створа профильной линии (см. п. 2.28 и прил. 3).

Разрыв во времени между окончанием первой серии измерений и началом второй не должен превышать пяти дней.

За исходные значения высотных отметок реперов и длин интервалов между ними принимают средние из двух серий наблюдений их величины.

2.21. Для нивелирования реперов наблюдательной станции используют нивелиры, применяемые для нивелирования IV класса, имеющие увеличение трубы не менее и цену деления уровня не более 25" на 2 мм, или с самоустанавливающейся визирной осью.

Рейки применяют трехметровые, неразрезные, двухсторонние, односторонние, шашечные или штриховые, с уровнем. При использовании односторонних реек нивелирование проводят с изменением горизонта инструмента.

2.22. Перед началом серии наблюдений проводят все поверки нивелира. Рейки должны быть прокомпарированы, уровни выверены. Поверки уровней реек и установочного уровня прибора выполняют перед каждым выходом на наблюдения, поверку и исправление цилиндрического уровня - через 3-4 выхода.

2.23. Нивелирование реперов на профильных линиях проводят замкнутыми или висячими (при закладке опорных реперов на одном конце профильной линии) ходами в прямом и обратном направлениях. Основные профильные линии целесообразно увязывать в одну систему (замкнутые ходы, система ходов с узловыми точками).

Рейку как в прямом, так и в обратном ходах устанавливают на все рабочие и опорные реперы. Отсчеты на промежуточные и связующие реперы берут по средней нити с двух сторон рейки или с изменением горизонта инструмента (см. п. 2.21). Нивелирование проводят из середины расстояния между связующими точками. Расстояние от инструмента до связующих точек не должно превышать 75 м, неравенство плеч допускается не более 3 м. Порядок наблюдений на станции и форма записи полученных данных приведены в прил. 8.

Расхождение в превышениях, полученных по черной и красной сторонам реек или по одной стороне, но при двух горизонтах инструмента, не должно быть более мм. Невязка превышений в замкнутых ходах, двойных ходах или ходах, привязанных к опорным пунктам, не должна быть более мм или мм при числе штативов n более 15 на 1 км хода.

2.24. Измерение расстояний между реперами профильных линий проводят стальными рулетками или светодальномерами.

Если по условиям рельефа местности проведение непосредственных измерений длин интервалов между реперами затруднительно, то наблюдения за сдвижением реперов можно проводить, пользуясь тригонометрическими методами, согласно прил. 6.

2.25. Для измерения расстояний между реперами профильных линий используют стальные рулетки с миллиметровыми делениями или специальные рулетки из мерной проволоки с миллиметровыми шкалами на концах. Измерения проводят на весу с постоянным натяжением полотна рулетки динамометром усилием 100 Н (10 кгс). При измерении интервала по рулетке берут не менее трех пар отсчетов с перемещением рулетки после каждой пары отсчетов на несколько сантиметров. Расхождение между любыми двумя значениями длины интервала не должно превышать 3 мм. На каждом интервале измеряют также температуру воздуха или полотна рулетки с точностью до (см. прил. 3).

Измерение длин в каждой серии наблюдений проводят в прямом и обратном направлениях; форма журнала и записи данных приведены в прил. 8. Расхождение непосредственно измеренной длины интервала в прямом и обратном направлениях не должно превышать мм. Расхождение измеренных расстояний между крайними реперами профильных линий из прямого и обратного ходов не должно превышать 1:10 000 длины профильной линии.

По реперам с открытыми центрами длины измеряют непосредственно по центрам на головках реперов, предварительно расчистив створ профильной линии от неровностей почвы, мешающих свободному проложению полотна рулетки. По реперам со скрытыми центрами длины измеряют с выносом центров реперов с помощью жестких или шнуровых отвесов, а также оптических центриров. Описание конструкций жестких отвесов и методика измерений длин по ним приведены в прил. 3.

2.26. Измерение длин интервалов между реперами может быть выполнено также светодальномерами со средней квадратической погрешностью измерения не более мм. Последовательность выполнения операций по измерению расстояний светодальномером регламентируется инструкциями по эксплуатации конкретного прибора.

С целью обеспечения надежного контроля измерений, обнаружения и исключения систематических погрешностей наблюдения на профильных линиях следует выполнять по схемам, приведенным в прил. 6. В этом случае контрольные определения приборных поправок проводить не обязательно.

2.27. При углах наклона земной поверхности свыше 15° и сильно изрезанном (гористом) рельефе местности определение смещений реперов проводят тригонометрическим нивелированием. Вертикальные углы при этом измеряют теодолитами Т2, Theo-010 или равноточными им, при этом длина луча визирования не должна превышать 120-150 м. Схемы измерений при тригонометрическом нивелировании описаны в прил. 6. Высоты приборов и сигналов измеряют с точностью мм.

2.28. Измерение ординат проводят в следующих случаях:

при несогласном (более 15°) простирании пород и рудного тела;

при отклонении направления профильной линии более 15° от перпендикуляра к контуру горных работ;

при фланговом и диагональном расположениях протяженных объектов;

на контрольных реперах станций глубинных реперов;

при наличии на месторождении поля аномальных тектонических напряжений.

Измерения проводят в соответствии с прил. 3.

2.29. Повторные наблюдения на профильных линиях проводят после того, как процесс сдвижения на наблюдаемом участке распространится до земной поверхности (см. п. 35 прил. 1). Начало сдвижения земной поверхности устанавливают с помощью сторожевых (контрольных) наблюдений, состоящих из нивелирования реперов профильных линий на участках возможного развития сдвижения земной поверхности.

2.30. Число повторных наблюдений и срок их проведения устанавливают в зависимости от поставленных задач и с учетом горнотехнических условий разработки рудного тела; они могут быть изменены в соответствии с фактическим развитием горных работ и процесса сдвижения.

Для изучения развития процесса сдвижения во времени периодически проводят повторные наблюдения, приурочивая их к характерным этапам очистных работ (до и после массовых взрывов, погашения междукамерных целиков и потолочин, выпуска руды из магазинов и т.п.).

Для получения угловых параметров процесса сдвижения, определения величин сдвижений и деформаций земной поверхности и выяснения характера распределения их в мульде сдвижения достаточно проводить повторные наблюдения 1-2 раза в год до окончания процесса сдвижения (см. п. 55 прил. 1).

Методика и точность измерений при повторных наблюдениях аналогичны начальным наблюдениям.

2.31. Визуальные наблюдения проводят с целью выявления видимых признаков деформирования горных пород, земной поверхности и подрабатываемых объектов, определения степени деформированности объекта наблюдений и ее изменения во времени в зависимости от развития очистных работ, выбора мер охраны и сроков ремонтно-наладочных (профилактических) работ. В районе наблюдательных станций визуальные наблюдения проводят одновременно с инструментальными. Методика визуальных наблюдений приведена в прил. 9.

3. Наблюдения за сдвижением массива горных пород

3.1. Подземные наблюдательные станции закладывают для наблюдений за устойчивостью подработанных пород, развитием и формированием различных зон сдвижения и деформирования в подработанной толще пород. Станции закладывают при подработке охраняемых объектов, расположенных как в толще пород, так и на земной поверхности. Результаты наблюдений на станциях используют для определения характера сдвижения пород на месторождении, прогноза величин сдвижений и деформаций толщи пород и земной поверхности в районе подрабатываемых объектов и принятия в необходимых случаях своевременных мер по предупреждению опасных последствий их подработки.

Для изучения и решения разнообразных вопросов горного давления (выбор оптимальных параметров систем разработки, рациональное расположение и крепление выработок, меры борьбы с горными ударами) закладывают специальные подземные наблюдательные станции. Способы закладки, проведения наблюдений, обработки и использования результатов наблюдений на таких станциях приведены в специальной литературе и в данной Инструкции не рассматриваются.

3.2. Реперы подземной наблюдательной станции закладывают в существующих капитальных и подготовительных горных выработках на разрабатываемом и вышележащих горизонтах, специально пройденных для этой цели выработках, а также скважинах, пробуренных из подземных горных выработок или с земной поверхности.

При подработке объектов, подлежащих охране, выработки и скважины, в которых закладывают реперы, располагают по возможности в одной или нескольких общих для них вертикальных плоскостях, проходящих через подрабатываемый объект или в непосредственной близости от него. Если при закладке подземной станции одновременно закладывают профильную линию и на земной поверхности (комплексная наблюдательная станция), то последнюю следует располагать в одной вертикальной плоскости с выработками, в которых закладывают подземную станцию.

3.3. В состав подземной наблюдательной станции включают рабочие и опорные реперы, заложенные в горных выработках, и глубинные реперы, заложенные в скважинах.

Рабочие реперы закладывают с интервалом 10-15 м; они должны по возможности образовывать прямые профильные линии. При необходимости сгущения реперов интервал между ними уменьшают до 3-5 м.

Опорные реперы закладывают на концах профильных линий (не менее двух) за пределами области сдвижения на данном горизонте. Их привязывают к исходным реперам, для этого используют реперы подземной маркшейдерской опорной сети, расположенные вне общей зоны влияния горных разработок (см. п. 22 прил. 1). Если опорные реперы заложить нельзя, все измерения и последующую их обработку ведут относительно рабочего репера, наиболее удаленного от очистных работ. Плановое и высотное положения этого репера при начальном и повторном наблюдениях определяют непосредственно от исходных реперов.

Рабочие и опорные реперы закладывают в почве, кровле или в боках выработки в зависимости от возможности наиболее длительной их сохранности, удобства закладки и наблюдений.

3.4. Наблюдения за сдвижением и деформациями толщи пород на недоступных для непосредственных наблюдений участках проводят с помощью глубинных реперов, заложенных в существующих или специально пройденных скважинах из горных выработок или с земной поверхности. Основные сведения о методах наблюдений за сдвижением толщи пород с помощью глубинных реперов приведены в прил. 7.

3.5. Конструкция реперов и способы их закладки на подземных наблюдательных станциях должны обеспечить: простоту изготовления и установки (закладки) их в горной выработке; прочную связь с массивом пород, исключающую влияние взрывных работ и локальных отслоений пород на контуре выработки; длительную сохранность; удобство проведения наблюдений. Рекомендуемые конструкции реперов и способы их закладки приведены в прил. 2.

3.6. Если в соответствии с проектом наблюдательной станции часть реперов в горных выработках или скважинах закладывают на участке ожидаемой зоны обрушения, в проекте следует предусмотреть своевременный переход на дистанционные методы наблюдений на данном участке. Для этого на реперах и кондукторах скважин закрепляют стационарные нивелирные рейки, позволяющие проводить нивелирование на расстоянии, а скважины оборудуют приборами дистанционной регистрации сдвижений глубинных реперов или концы проволок от последних выносят за пределы ожидаемой зоны обрушения.

3.7. Закладке реперов в горных выработках предшествует рекогносцировка, в ходе которой окончательно выбирают и отмечают места закладки, исходя из удобства установки (подвески) нивелирной рейки на репере и непосредственного измерения длин интервалов между ними; одновременно отыскивают и осматривают исходные реперы.

3.8. После закладки подземной наблюдательной станции проводят привязку ее опорных реперов к пунктам маркшейдерской опорной сети. В исключительных случаях, когда привязка к маркшейдерской сети затруднительна, допускается обработка измерений на профильных линиях в условной системе координат и отметок. В этом случае при расположении профильных линий станции на нескольких горизонтах обязательна увязка координат и отметок реперов на разных горизонтах в одну систему.

3.9. Передачу высотных отметок от пунктов маркшейдерской сети на опорные реперы в горизонтальных выработках проводят геометрическим нивелированием по методике и нормам нивелирных ходов IV класса, в наклонных выработках - тригонометрическим нивелированием; передачу плановых координат на опорные реперы - по методике и нормам подземных теодолитных ходов I разряда.

3.10. Плановое положение рабочих реперов определяют по вычисленным длинам интервалов с замером контрольных расстояний до ближайших маркшейдерских, съемочных или контурных точек плана выработки (сопряжений, ниш) для ряда реперов.

3.11. Для определения исходного положения реперов в подземных выработках проводят начальные наблюдения, состоящие из двух независимых серий нивелировок реперов и измерений длин между ними. В выработках, где предполагается смещение реперов в направлении, перпендикулярном оси выработки, проводят измерение ординат.

3.12. Нивелирование рабочих реперов в каждой серии наблюдений выполняют с соблюдением требований п.п. 2.21-2.23. Допускается использование односторонних реек, металлических линеек и подвесных реек с лавсановым полотном (см. прил. 3), а также двух-трехметровых складных нивелирных реек при условии, что нивелирование ведут при двух горизонтах инструмента.

3.13. Измерение расстояний между реперами в каждой серии проводят в прямом и обратном направлениях согласно п.п. 2.24-2.26.

На реперах, заложенных в боках выработки, измерения проводят непосредственно по центрам на головках реперов или по центрам съемных наконечников, закрепляемых на реперах во время наблюдения, если реперы во избежание их повреждения заложены "заподлицо" в стенке выработки (см. прил. 2).

Центры реперов, заложенных в почве или кровле выработки, выносят с помощью жестких и шнуровых отвесов или оптических центриров. При этом фиксируют расстояние от центра репера до места приложения рулетки для введения поправки за превышение. Когда используют жесткие отвесы, поправки за превышение точек приложения рулетки вводят только при переходе от измерений по жестким отвесам к другому способу измерений (непосредственно по головкам реперов, с помощью шнуровых отвесов и т.п.).

3.14. Измерение ординат при необходимости (см. п. 2.28) проводят в соответствии с прил. 3.

3.15. В выработках с углами наклона более 15-20° сдвижение реперов в горизонтальной и вертикальной плоскостях определяют тригонометрическим нивелированием по методике, приведенной в прил. 6.

3.16. Наблюдения за сдвижением глубинных реперов состоят в измерении смещений реперов вдоль оси скважины относительно устья (кондуктора скважины, монтажной рамы) и определении абсолютных сдвижений устья скважины в вертикальной и горизонтальной плоскостях относительно опорного или ближайшего рабочего репера наблюдательной станции. Методы определения смещений реперов, конструкции реперов и регистрирующих устройств приведены в прил. 7.

3.17. Начало проведения повторных наблюдений приурочивают к началу сдвижения пород на участке наблюдательной станции. Для определения начала сдвижения пород проводят сторожевые (контрольные) наблюдения - нивелирование реперов, расположенных вблизи очистных работ.

3.18. Каждое повторное наблюдение должно состоять из одной полной или неполной серии наблюдений, выполняемых в прямом и обратном направлениях.

3.19. Периодичность повторных наблюдений устанавливают в зависимости от поставленных задач, подлежащих решению на основе результатов наблюдений, и горнотехнических условий разработки рудных тел на данном участке.

При изучении развития процесса сдвижения подработанной толщи пород во времени сроки повторных наблюдений приурочивают к наиболее характерным этапам проведения очистных работ и наблюдений на поверхности.

3.20. Одновременно с инструментальными наблюдениями выполняют визуальные наблюдения в очистных и подготовительных выработках, описывают в специальном журнале все видимые деформации пород, крепи и завалы выработок с указанием размеров участков деформирования, параметров видимых деформаций, времени их появления и развития видимых признаков деформирования (см. прил. 9). Для замера параметров деформаций в выработках устанавливают маяки различного типа (см. прил. 3).

3.21. Помимо проведения инструментальных и визуальных наблюдений в комплекс работ на наблюдательной станции входит сбор сведений о:

а) применяемой системе разработки, ее фактических параметрах, размерах, конфигурации и состоянии очистного пространства на момент проведения наблюдений;

б) трещиноватости вмещающих пород и рудных тел и о влиянии различных систем трещин на сдвижение горных пород; при отсутствии таких сведений проводят изучение трещиноватости пород по методике, описанной в прил. 4;

в) тектонических нарушениях в районе наблюдательной станции и влиянии их на развитие процесса сдвижения;

г) прочностных свойствах руды и вмещающих пород в районе наблюдательной станции; при отсутствии таких сведений проводят отбор пород и отправку на испытание образцов по методике, приведенной в прил. 5 (п.п. "б", "в", "г" выполняют совместно с геологической службой предприятия).

4. Наблюдения за подрабатываемыми сооружениями, горными выработками и другими объектами

4.1. Согласно работе [4] при подработке объектов, подлежащих охране, для определения эффективности принятых мер охраны и предупреждения ответственных лиц и организаций о появлении деформаций в этих объектах за ними устанавливают систематические наблюдения на специальных наблюдательных станциях.

В зависимости от расположения подрабатываемых объектов, принятых мер охраны и вопросов, подлежащих решению на основе результатов наблюдений, специальные наблюдательные станции закладывают не только в этих объектах, но также на земной поверхности и в толще пород.

Специальные наблюдательные станции на земной поверхности

4.2. Специальные наблюдательные станции на земной поверхности закладывают в основном при подработке следующих объектов:

гражданских жилых и общественных зданий (домов, школ, больниц, административных зданий, магазинов, домов культуры и т.п.);

промышленных зданий (заводских цехов, обогатительных фабрик, рудничных мастерских, надшахтных зданий и зданий подъемных машин);

линий железных дорог и транспортных сооружений (мостов, путепроводов, виадуков);

инженерных сооружений (водонапорных башен, дымовых труб, шахтных копров, бункеров, электроподстанций, опор линий электропередач);

технологического оборудования (шахтных подъемных машин, вентиляторов, оборудования обогатительных фабрик и закладочных комплексов, котлов, металлообрабатывающих станков длиной более 6 м, подкрановых путей и т.д.);

санитарно-технических сетей (водопроводов, теплопроводов, канализационных сетей);

водных объектов (рек, каналов, водохранилищ, хвостохранилищ и шламоотстойников);

действующих карьеров, склонов гор, на которых могут возникать оползни;

других объектов.

4.3. На специальных наблюдательных станциях определяют величины сдвижений и деформаций как подрабатываемых объектов, так и земной поверхности. С этой целью в подрабатываемых объектах устанавливают стенные реперы, маяки, замерные марки, датчики или другие замерные устройства, а на земной поверхности вблизи подрабатываемых объектов закладывают линии грунтовых реперов.

Конструкции опорных и рабочих грунтовых реперов должны быть такими же, как и на наблюдательных станциях для определения параметров процесса сдвижения земной поверхности. Конструкции стенных реперов, маяков и замерных марок приведены в прил. 2.

4.4. Плановую и высотную привязки реперов наблюдательной станции к опорной маркшейдерской сети и наблюдения за сдвижением грунтовых и стенных реперов в вертикальной и горизонтальной плоскостях на специальных наблюдательных станциях выполняют теми же способами и методами, которые применяют на наблюдательных станциях для определения параметров процесса сдвижения земной поверхности. Методика наблюдения по маякам, замерным маркам и другим замерным устройствам изложена в прил. 3.

4.5. При подработке гражданских жилых и общественных зданий, а также производственных зданий промышленных предприятий стенные реперы закладывают в фундаментах или цоколях ниже слоя гидроизоляции по всему периметру здания через равные интервалы от 4 до 10 м. На каждой стороне здания должно быть заложено не менее трех стенных реперов. Расстояния между реперами в каркасных зданиях должны соответствовать шагу основных колонн (столбов). Стенные реперы закладывают непосредственно в наружных колоннах или их фундаментах (базах). В отдельных случаях закладывают реперы и во внутренних колоннах, а также в балках перекрытий.

Грунтовые реперы закладывают против стенных реперов на расстоянии не менее 1,5-2,0 м от фундамента, но не ближе 0,5 м от отмостки (см. прил. 2).

Когда перед подработкой здания требуется уточнение ожидаемых деформаций земной поверхности, на участке между зданием и приближающимися к нему горными работами закладывают дополнительные линии грунтовых реперов.

4.6. Наблюдения на станции при подработке зданий заключаются в нивелировании стенных и грунтовых реперов, измерении горизонтальных расстояний между ними и наблюдении за деформациями зданий путем визуального осмотра. При этом особое внимание необходимо обращать на состояние несущих конструкций (наличие трещин, отклонений от первоначального положения, прогибов).

В зданиях и сооружениях устанавливают комплекс датчиков, приборов и приспособлений, с помощью которых проводят наблюдения за напряжениями и деформациями в конструкциях зданий. В таких случаях наблюдения обычно выполняют с привлечением специализированных организаций.

4.7. При появлении в стенах, колоннах и других частях подрабатываемых зданий и промышленных сооружений трещин устанавливают маяки для наблюдения за изменением размеров трещин. Ширину и длину трещин, а также дату измерения записывают в журнал. Для непосредственного измерения ширины раскрытия трещин применяют: измерительный клин, прозрачный трафарет с нанесенными на него линиями различной толщины, стальную линейку. Для измерения трещин в недоступных местах применяют глазомерную оценку ширины трещины по сравнению с непосредственно измеренными трещинами на ближайшем участке, а также измерение по дальномерной шкале оптических приборов с фиксированных расстояний.

Наблюдения за деформациями наружных стен зданий можно также осуществлять методом фотофиксации или методом фотограмметрии, приведенными в специальной литературе.

4.8. При появлении первых признаков деформации зданий (возникновении первых трещин в стенах, раскрытии осадочных швов в зданиях с конструктивными мерами защиты) необходимо провести дополнительные наблюдения по реперам наблюдательной станции и зафиксировать все видимые проявления деформаций зданий, независимо от ранее намеченной программы наблюдений.

4.9. При подработке промышленных зданий и сооружений, имеющих ответственные агрегаты, например мостовые краны, сложные станки, механизмы и другое оборудование, необходимо наблюдать за изменением их положения в плане и по высоте.

При наблюдениях за подкрановыми путями мостовых кранов проводят нивелировку головок рельсов, измерение ширины колеи и зазоров на стыках рельсов. На колоннах, несущих подкрановые пути, устанавливают стенные реперы, по которым проводят нивелировку и измерение длин как в продольном, так и в поперечном направлении.

В фундаментах станков и другого оборудования закладывают не менее четырех реперов и выполняют нивелирование, позволяющее определять наклоны фундаментов в любых направлениях. При появлении трещин в фундаментах устанавливают маяки и проводят наблюдения за изменением размеров трещин.

4.10. При частичной или полной выемке околоствольных предохранительных целиков и оконтуривании целика очистными работами наряду с наблюдениями в толще пород проводят инструментальные наблюдения за состоянием сооружений подъемного комплекса (надшахтного здания и здания подъемной машины), а также наблюдения за сдвижением земной поверхности в районе охраняемых сооружений. Наблюдения включают следующие виды работ: нивелирование стенных реперов, заложенных в надшахтном здании и здании подъемной машины, осевых и подходных пунктов; нивелирование стенных реперов или марок, установленных на опорах станка и укосинах копра, а также на фундаменте подъемной машины (в качестве реперов можно использовать анкерные болты); наблюдения за наклоном копра и вала подъемной машины; контрольные измерения углов девиации подъемных канатов при верхнем положении клети (на приемочной площадке); нивелирование реперов и измерение расстояний между реперами на профильных линиях, заложенных на земной поверхности.

Для того чтобы получить данные о развитии сдвижений и деформаций земной поверхности в направлении охраняемых объектов, профильные линии закладывают по возможности перпендикулярно к фронту подвигания очистных выработок в целике и через середины охраняемых объектов.

4.11. При подработке железных дорог над подрабатывающими очистными выработками закладывают наблюдательные станции, включающие:

профильные линии грунтовых реперов в главных сечениях мульды сдвижения для определения параметров процесса сдвижения земной поверхности и корректировки расчетных (принятых в проекте подработки) величин сдвижений и деформаций земной поверхности под полотном железной дороги;

линии грунтовых реперов вдоль основания полотна железной дороги для получения величин сдвижений и деформаций земной поверхности под полотном железной дороги;

линии забивных реперов на верхней площадке земляного полотна между бровкой откоса полотна и балластной призмой для получения данных об оседаниях и горизонтальных сдвижениях полотна железной дороги и определения мест и объемов ремонтных работ.

Наблюдения на станции включают нивелирование реперов и измерение расстояний между ними. При диагональном и фланговом расположениях полотна железной дороги относительно простирания рудных тел на профильных линиях, заложенных вдоль полотна, следует измерять ординаты для определения поперечных сдвижений полотна.

Одновременно с наблюдениями за сдвижением реперов проводят измерение зазоров в стыках рельсов и нивелирование головок рельсов. Собирают также сведения о проведенном ремонте верхнего строения пути (подсыпка балласта, разгонка стыковых зазоров и др.).

4.12. При подработке трубопроводов проводят наблюдения за сдвижением земной поверхности в зоне трубопровода, напряженно-деформированным и техническим состояниями трубопровода. Для наблюдений за сдвижением земной поверхности в зоне подработки трубопровода закладывают грунтовые реперы вдоль трубопровода в 1,5-2,0 м от края траншеи. Расстояние между реперами должно составлять 10-15 м. Инструментальные наблюдения включают нивелировку грунтовых реперов и измерение расстояний между ними по методике наблюдений за сдвижением земной поверхности.

Для наблюдений за состоянием трубопроводов в зонах наибольших ожидаемых деформаций земной поверхности их вскрывают специальными колодцами, шурфами и траншеями, которые при секционных трубопроводах располагают в местах стыковых соединений. Наблюдения за напряженно-деформированным состоянием трубопроводов в зависимости от их назначения и конструкции включают:

для стальных подземных и наземных напорных трубопроводов - измерение деформаций труб в отдельных точках, вычисление растягивающих напряжений и проверку условий прочности (выполняют специализированные организации) в случаях, когда расчетные деформации земной поверхности превышают допустимые для данного трубопровода;

для подземных и наземных секционных трубопроводов - измерение подвижек стыковых соединений и проверку компенсационной способности стыков. С этой целью по обе стороны стыкового соединения должны быть намечены постоянные точки для систематического измерения расстояния между ними;

для самотечных трубопроводов наряду с наблюдениями за состоянием и работой стыковых соединений - нивелировку дна лотков и трубопроводов, а также проверку условий самотечности;

для эстакадных трубопроводов - инструментальные измерения оседания и горизонтального перемещения опор и их наклонов, продольного и поперечного перемещений трубопровода на опорах, а также фиксацию и замер повреждений опор.

Одновременно с инструментальными наблюдениями проводят визуальное обследование трассы трубопровода. При этом фиксируют состояние колодцев, утечки транспортируемой жидкости, взаимное перемещение грунта (опор) и труб, а также другие видимые проявления подработки трубопровода и земной поверхности.

4.13. При подработке высоких инженерных сооружений с малой площадью опоры (дымовые трубы, водонапорные башни, бункера, опоры ЛЭП, телевизионные и радиорелейные башни) в фундаментах сооружений закладывают стенные реперы, а против них и по периметру основания на удалении не менее 2-3 м от фундамента - грунтовые реперы. Кроме нивелирования стенных и грунтовых реперов проводят наблюдения за наклонами сооружений в направлениях простирания и падения рудных тел.

4.14. При подработке водных объектов в непосредственной близости от них закладывают наблюдательные станции для определения параметров сдвижения земной поверхности, а в выработках оборудуют гидрометрические посты, на которых определяют приток воды до подработки и во время подработки водного объекта. При подработке водохранилищ, хвостохранилищ, прудов и других водных объектов, имеющих искусственные сооружения в виде плотин, дамб, водосливных устройств, водопропускных лотков или каналов, выполняют инструментальные и визуальные наблюдения за состоянием этих сооружений.

Инструментальные наблюдения включают нивелирование и измерение расстояний между реперами, заложенными по верхнему гребню и у основания плотин и дамб, а также установленными в водосливных устройствах и облицовке лотков и каналов. Визуально фиксируют все видимые проявления сдвижений и деформаций в сооружениях и горных выработках (трещины, просадки, просачивание воды и т.п.).

4.15. При совместной разработке месторождения подземным и открытым способами в зоне влияния подземных разработок закладывают комплексные наблюдательные станции, состоящие из профильных линий реперов на уступах и откосах бортов карьера, глубинных реперов в скважинах и реперов в выработках, расположенных под карьером.

Наблюдения для изучения деформаций бортов и уступов карьера, предупреждения оползней и обручений откосов, а также определения оптимальных параметров откосов на подработанных подземными выработками участках горных работ вне зоны обрушения и образования воронок выполняют в соответствии с работой [5].

В зоне обрушения и местах вероятного внезапного образования воронок над пустотами наблюдения проводят дистанционно. В толще пород их выполняют с помощью скважин с глубинными реперами или геофизическими методами, на поверхности (в карьере) - с использованием фототеодолита, дистанционного нивелирования с помощью оцифрованных реперов - вешек, дифференциально графическим методом и др.

При наличии фототеодолита проводят дистанционные стереофотограмметрические наблюдения за образованием воронок в зоне обрушения с предварительной установкой в ней съемочных марок. Учащенные фототеодолитные наблюдения для определения места выхода воронки на поверхность и динамики ее развития проводят с одной постоянной точки (забетонированный столик) строго ориентированной фотокамерой с использованием псевдостереоэффекта.

При отсутствии фототеодолита наблюдения за образованием воронок в зоне обрушения выполняют на станциях площадного нивелирования, закладываемых до отбойки потолочин отрабатываемых камер, а после отбойки - дистанционно по оцифрованным вешкам, устанавливаемым в забивные реперы-трубки. Перед выполнением таких наблюдений над старыми пустотами осуществляют их разведку скважинами, горными выработками или другими методами.

Для наблюдений за смещением отдельных точек бортов карьера, а также труднодоступных участков подработанных склонов гор можно применять дифференциальный метод с графическим определением горизонтальных и вертикальных смещений, позволяющий определять полный вектор сдвижения отдельных точек.

Специальные подземные наблюдательные станции

4.16. Специальные подземные наблюдательные станции закладывают в имеющихся или специально пройденных горных выработках и скважинах для получения фактических данных о величинах сдвижений и деформаций толщи пород при:

подработке шахтных стволов для контроля за состоянием крепи и армировки ствола, выявления мест опасных деформаций и разработки мер по предотвращению опасных ситуаций, определения сроков восстановительных ремонтов и др.;

расчете мест рационального расположения капитальных и подготовительных выработок относительно отрабатываемых рудных тел, обеспечивающих сохранность выработок на определенный период времени;

определении возможности подработки сближенных рудных тел, обеспечивающей в дальнейшем безопасную их выемку;

изучении условий устойчивости, сдвижения и обрушения горных пород над пустотами и выборе мер охраны сооружений над залежами небольших размеров;

обеспечении условий безопасного ведения открытых горных работ над подземными;

установлении условий безопасной подработки водоносных горизонтов и обводненных выработок.

4.17. Проектирование специальных подземных наблюдательных станций, проведение натурных наблюдений, обработку и интерпретацию результатов наблюдений в сложных горно-геологических условиях следует осуществлять с привлечением специализированных организаций, имеющих опыт решения указанных вопросов.

5. Обработка и использование результатов наблюдений за сдвижением земной поверхности, толщи пород и деформированием подрабатываемых объектов

5.1. Камеральную обработку результатов наблюдений выполняют по окончании каждой серии измерений. Она включает следующие операции:

1. Проверку полевых журналов, уточнение и приведение в порядок записей визуальных наблюдений и других заметок.

2. Вычисление высотных отметок всех реперов наблюдательной станции.

3. Вычисление горизонтальных расстояний между реперами профильных линий (с введением всех поправок).

4. Вычисление ординат (если они измерялись).

5. В специальных ведомостях (см. прил. 8) по каждой профильной линии проводят вычисления:

вертикальных сдвижений (оседаний) реперов;

горизонтальных сдвижений реперов вдоль профильных линий и перпендикулярно к ним (если измерялись ординаты);

вертикальных деформаций (наклонов и кривизны) мульды сдвижения;

горизонтальных деформаций (растяжений, сжатий) интервалов между реперами.

6. Составление и пополнение графических материалов (по данным камеральной обработки наблюдений и геолого-маркшейдерской документации):

совмещенных планов наблюдательных станций и горных выработок;

вертикальных геологических разрезов по каждой профильной линии с нанесением литологии пород, очистных и других горных выработок, скважин и структурных особенностей массива (тектонических нарушений, контактов слоев, диаграмм трещиноватости);

графиков вертикальных и горизонтальных сдвижений и деформаций по каждой профильной линии.

7. Составление (в случае необходимости) ведомостей и графиков скоростей вертикальных и горизонтальных сдвижений, планов земной поверхности (горизонтов) с изолиниями сдвижений и деформаций, векторов сдвижений земной поверхности и др.

5.2. Величины сдвижений и деформаций в различных точках мульды сдвижения могут быть положительными или отрицательными.

При расчете сдвижений и деформаций в главных или параллельных им сечениях мульды сдвижения знаки этих величин определяют следующим образом:

Знак                          положительный (+) Деформация                         оседание горизонтальные сдвижения в сторону восстания и сторону простирания рудного тела наклоны в сторону восстания и в сторону простирания рудного тела кривизна и радиус кривизны выпуклости кривой оседания растяжения

отрицательный (-) поднятие горизонтальные сдвижения в сторону падения и сторону, обратную простиранию рудного тела наклоны в сторону падения и сторону, обратную простиранию рудного тела кривизна и радиус кривизны вогнутости кривой оседания сжатия

За направление простирания рудного тела принимают направление, относительно которого линия падения располагается справа. При построении графиков сдвижений и деформаций положительные величины и величины поднятий откладывают вверх от исходной горизонтальной линии. Отрицательные величины и величины оседаний откладывают вниз от исходной горизонтальной линии.

5.3. Вычисление превышений и отметок реперов при геометрическом нивелировании проводят в журнале нивелирования, а уравнивание нивелирных ходов - в специальном журнале методом Приближений или полигонов. Вычисление превышений и отметок реперов при тригонометрическом нивелировании выполняют в специальном журнале. Отметки реперов после обработки каждой серии наблюдений заносят в ведомость оседания реперов (см. прил. 8). Величину оседания репера определяют по формуле

, (1)

где - отметка репера из предыдущего или начального наблюдения; - отметка репера из последующего наблюдения.

5.4. По данным ведомостей оседания реперов составляют ведомости вертикальных деформаций-наклонов и кривизны (см. прил. 8). Наклоны определяют по формуле

, (2)

где - вертикальное сдвижение переднего репера; - вертикальное сдвижение заднего репера; d - горизонтальная длина интервала между реперами (от начального наблюдения).

Наклоны - величины безразмерные. При построении графиков вертикальных деформаций (наклонов) величины их относят к середине интервала.

Кривизну определяют по формуле

, (3)

где - наклон последующего интервала; - наклон предыдущего интервала; - полусумма горизонтальных длин последующего и предыдущего интервалов (из начального наблюдения).

При построении графиков полученную кривизну относят к общей точке смежных интервалов. Радиус кривизны (величину, обратную кривизне) определяют по формуле: R = 1 / k и выражают в километрах.

5.5. Вычисление горизонтальных расстояний между реперами профильных линий проводят в специальной ведомости, форма которой приведена в прил. 8. При этом вычисляют и учитывают следующие поправки:

поправку за температуру

, (4)

где l - измеренная длина интервала, мм; - коэффициент линейного расширения; t - температура воздуха или полотна рулетки, °С; - температура компарирования рулетки, °С;

поправку за наклон

, (5)

при

, , ,

, (6)

где l - измеренная длина интервала, мм; h - превышение между концами рулетки или ордината (отклонение от створа); второй и третий члены в формуле (6) не вводят, если их величины не превышают 0,5 мм;

поправку за разность отклонений от створа вычисляют по формулам (5), (6), в которых вместо величины h подставляют значение измеренной ординаты. При этом учитывают знак ординаты, например справа по ходу - положительный, слева - отрицательный;

поправку за компарирование берут из свидетельства о государственной поверке рулетки;

поправку за провес рулетки вводят согласно прил. 3.

5.6. При тригонометрическом нивелировании реперов превышения между соседними реперами и горизонтальные расстояния между ними определяют по методике, приведенной в прил. 6.

5.7. Горизонтальные расстояния между реперами, определенные после внесения необходимых поправок, выписывают в ведомость горизонтальных деформаций (см. прил. 8). Горизонтальные деформации интервала между реперами за период между двумя наблюдениями определяют по формуле

, (7)

а за весь период наблюдений - от начального до данного - по формуле

, (8)

где d, , - горизонтальные длины интервалов соответственно из начального, предыдущего и последующего (данного) наблюдений.

Горизонтальные деформации, соответствующие увеличению интервала, называют растяжениями, а деформации отвечающие уменьшению интервала, - сжатиями. При построении графиков горизонтальные деформации относят к середине интервала.

5.8. По вычисленным горизонтальным расстояниям между реперами их суммированием определяют расстояния от опорного репера до каждого из реперов профильной линии, которые выписывают в ведомости горизонтальных сдвижений (см. прил. 8). Горизонтальные сдвижения реперов на профильной линии определяют по формуле

, (9)

где , - расстояния от опорного репера соответственно из начального (или предыдущего) и последующего наблюдений.

5.9. Масштабы графиков оседаний, горизонтальных сдвижений, наклонов, кривизны и горизонтальных деформаций выбирают, исходя из удобства и наглядности изображения. При этом масштаб расстояний между реперами принимают таким же, как на вертикальных разрезах.

Графики наклонов, горизонтальных сдвижений и деформаций по профильной линии строят следующим образом. От горизонтальной (исходной) линии, на которой нанесено плановое положение реперов профильной линии, в принятом масштабе откладывают вверх положительные, а вниз - отрицательные значения соответствующих величин сдвижений реперов или деформаций интервалов между ними (оседания реперов принято откладывать вниз, а поднятия - вверх). Значения сдвижений реперов откладывают непосредственно от точек, изображающих их положение на исходной линии, а деформации интервалов между реперами - от их середин. Концы отрезков соединяют ломаной или плавной линией.

Графики скоростей сдвижений реперов или деформаций интервалов между ними строят как для отдельных реперов (интервалов между реперами), так и для профильной линии в целом. Скорость оседания реперов измеряют в мм/сут, мм/мес., мм/год в зависимости от решаемых задач и частоты наблюдений.

Для удобства совместного рассмотрения графиков сдвижений и деформаций, состояния горных работ, строения толщи пород и других горно-геологических факторов и определения степени влияния этих факторов на процесс сдвижения графики и вертикальные разрезы составляют на одном листе или на нескольких листах, но в одном и том же горизонтальном масштабе.

5.10. Полученные после обработки материалов наблюдений ведомости и графики сдвижений и деформаций земной поверхности используют для определения угловых, линейных и других параметров процесса сдвижения (см. прил. 1), выяснения фактических границ различных зон сдвижения, скоростей и продолжительности процесса сдвижения земной поверхности и в конечном итоге обоснованного решения конкретных вопросов сдвижения горных пород и охраны различных объектов на месторождении.

5.11. Границы различных зон сдвижения земной поверхности в мульде сдвижения и угловые параметры процесса сдвижения определяют по следующим значениям деформаций земной поверхности (при среднем интервале между реперами 15-20 м) для:

общей зоны влияния подземных разработок (мульды сдвижения) и граничных углов наклон , растяжение , оседание мм;

зоны опасного влияния и углов сдвижения наклон , кривизна (1/м), растяжение ;

зоны трещин и углов разрывов - по ближайшей к границе мульды сдвижения видимой трещине на земной поверхности;

зоны обрушения и углов обрушения - по ближайшей к границе мульды сдвижения трещине с раскрытием или смещением краев (уступом) 25 см и более;

зоны воронкообразования и углов воронкообразования - по краю воронки обрушения (провала).

5.12. Углы сдвижения определяют на вертикальных разрезах по главным сечениям мульды. Для этого от найденных на земной поверхности точек с критическими деформациями в наносах проводят прямые линии под принятым для наносов углом сдвижения до пересечения их с контактом наносов и коренных пород. Полученные на контакте точки соединяют линиями с границами выработанного пространства. При этом для определения углов и линии проводят к нижней границе выработанного пространства, а для определения угла - к верхней. Угол при горизонтальном и пологом залеганиях рудного тела определяют от границы выработанного пространства на вертикальном разрезе, проходящем через профильную линию по простиранию, а при крутом залегании рудного тела - от нижней границы выработанного пространства по простиранию на вертикальной проекции горных работ. Из углов, полученных по трем видам деформаций (, i, ), окончательно принимают угол сдвижения, имеющий наименьшее значение.

При определении углов сдвижения линии к границам выработанного пространства проводят таким образом, чтобы эти линии или их продолжения не пересекали выработанного пространства. Если междукамерные целики и потолочины нижнего этажа не отработаны и сохраняют устойчивое состояние, за нижнюю границу выработанного пространства следует принять границу днища камер вышележащего этажа. Угол сдвижения в наносах определяют по данным наблюдений при выемке рудных тел непосредственно под наносами. При отсутствии таких данных на месторождении угол устанавливают в соответствии с п. 2.8. Граничные углы, углы разрывов и углы обрушения определяют без разделения толщи на наносы и коренные породы по точкам земной поверхности с деформациями, указанными в п. 5.11. Углы, определяющие границы зон влияния очистных работ на вертикальных разрезах, показаны на рис. 3.

5.13. Окончание процесса сдвижения земной поверхности устанавливают по данным нивелировки реперов последних серий.

5.14. Результаты исследований сдвижения земной поверхности используют для определения характера и параметров процесса сдвижения пород на месторождении, уточнения размеров предохранительных целиков и условий безопасной выемки руды под охраняемыми объектами, выбора новых участков застройки и определения необходимости и оптимальных сроков сноса или переноса различных старых объектов на территории горного отвода для решения вопросов рекультивации подработанных участков земной поверхности и др.

5.15. Обобщенные результаты исследований используют для разработки нормативных документов - Правил или Указаний по сдвижению горных пород и охране сооружений на данном и аналогичных месторождениях.

5.16. Для прогноза развития процесса сдвижения и определения величин сдвижений и деформаций земной поверхности и подрабатываемых объектов используют скорости сдвижения грунтовых и стенных реперов, а также скорости деформаций интервалов между ними.

5.17. Контроль за состоянием подрабатываемых объектов осуществляют путем сравнения фактических величин сдвижения и деформаций этих объектов, полученных из наблюдений, с допустимыми и предельными деформациями для данного типа охраняемых объектов, приведенными в нормативно-методических документах по охране сооружений. Результаты сравнения деформаций с учетом прогноза дальнейшего развития процесса сдвижения и величин сдвижений и деформаций используют для разработки мер по предотвращению возникновения опасных деформаций в подрабатываемых объектах.

5.18. Результаты измерений на наблюдательных станциях можно обработать на программируемых микрокалькуляторах (см. прил. 11) и на ЭВМ "Искра-1256" и "Искра-123" [12, 15].

Список литературы

1. Ардашев К.А. Методы и приборы для изучения горного давления. М., Недра, 1981.

2. Временные правила охраны сооружений и природных объектов от вредного влияния подземных разработок на рудных месторождениях с неизученным процессом сдвижения горных пород. Л., ВНИМИ, 1966.

3. Инструкция по нивелированию I, II, III, IV классов. М., Недра, 1966.

4. Инструкция о порядке утверждения мер охраны зданий, сооружений и природных объектов от вредного влияния горных разработок. Госгортехнадзор СССР. М., 1986.

5. Инструкция по наблюдениям за деформациями бортов, откосов, уступов и отвалов на карьерах и разработке мероприятий по обеспечению их устойчивости. Л., ВНИМИ, 1971.

6. Инструкция по эксплуатации прибора-пробника БУ-39. Л., ВНИМИ, 1974.

7. Методические указания по управлению горным давлением при сплошных слоевых и камерных системах разработки с твердеющей закладкой на рудниках Норильского горно-металлургического комбината. Л., ВНИМИ, 1981.

8. Методические указания по определению параметров процессов сдвижения горных пород, охране сооружений и горных выработок на месторождениях цветных металлов. Л., ВНИМИ, 1974.

9. Методические указания по применению глубинных реперов для изучения напряженно-деформированного состояния массива горных пород. Л., ВНИМИ, 1983.

10. Методические указания по определению устойчивости пород в зависимости от их нарушенности на рудных месторождениях. Л., ВНИМИ, 1974.

11. Методические указания по новому методу измерения смещения горных пород в массиве. Л., ВНИМИ, 1972.

12. Методические указания по наблюдениям за сдвижением горных пород и за подрабатываемыми сооружениями. Л., ВНИМИ, 1986.

13. Методическое руководство по наблюдению за сдвижением горных пород с помощью радиоактивных изотопов. Л., ВНИМИ, 1970.

14. Могильный С.Г. Выбор способа уравнивания измерений, содержащих систематические ошибки. Изд. вузов. Геодезия и аэрофотосъемка, 1977, вып. I.

15. Программа расчета ожидаемых сдвижений и деформаций земной поверхности с автоматизацией графических построений. Л., ВНИМИ, 1985.

16. Скозобцов Б.С. Исследование точности измерений смещений глубинных реперов. Л., ВНИМИ, 1966.

17. Такранов Р.А. Геологические работы на угольных карьерах. М., Недра, 1975.

18. Фисенко Г.Л. Предельное состояние горных пород вокруг выработок. М., Недра, 1976.

19. Ямщиков В.С. Методы и средства исследования и контроля горных пород и процессов. М., Недра, 1982.