При повторной подработке толщи (выемке второго и последующих пластов свиты) развитие ЗВТ происходит в расслоенном массиве за счет накопления деформаций в уже нарушенных первичной подработкой слоях от каждой последующей отработки пластов свиты. Следует выделить два вида закономерностей накопления деформаций налегающих слоев, соответственно которым по-разному будет формироваться и собственно ЗВТ.
По первому виду накопления деформаций границы выработок по различным пластам свиты частично или полностью совпадают. Накопление деформаций в этом случае будет пропорционально степени совпадения границ выработок, максимальное значение суммы деформаций соответствует полному совпадению границ.
Второй вид накопления деформаций происходит при отработке очередного пласта в зоне полных сдвижений отработанного вышележащего пласта свиты. Слои пород в зоне полных сдвижений уже испытали деформации кривизны обоих знаков и находятся в плоском дне с кривизной практически равной нулю. В местах максимальных значений этих деформаций образовались нормальносекущие трещины. А при определенных значениях, больших или равных граничной кривизне, эти трещины в слоях развились до сквозных. Если подрабатывать очередным пластом слои такой техногенной структуры, то они повторят изгиб по уже сформированным структурным ослаблениям. Если при этом деформации от новой, очередной отработки не превзойдут тех, которые испытывали слои при предыдущих отработках пластов, то дальнейшего прорастания нормальносекущих трещин в слоях не превзойдет и следовательно верхняя граница ЗВТ останется в том же слое.
Для изучения механизма разрушения слоев, образования в них сквозных нормальносекущих трещин при втором виде накопления деформаций были проведены лабораторные исследования по испытанию образцов балочек на изгиб. При этом изучалось влияние многократных нагружений разных знаков на прочностные характеристики образцов, т.е. исследовалось проявление эффекта Баушингера.
Моделирование процессов нагружения слоев при выемке свиты пластов показало, что под водным объектом отрабатывать ее лучше всего сверху вниз. При отработке пластов снизу вверх деформации кривизны слоев и, в частности, слоя на верхней границе ЗВТ от каждой последующей отработки пластов будут больше, чем от предыдущей. В этом случае слой на верхней границе ЗВТ приобретет свойство разрушаться при большем значении деформаций кривизны по сравнению с обратным порядком отработки. Однако это достигается, как показывают исследования, за счет более интенсивного нарушения внутренних структурных связей в местах максимальных значений деформаций кривизны, вплоть до образования сквозных нормальносекущих трещин. Вследствие этого допускается меньшее количество подработок. Так, если при отработке семи пластов сверху вниз слой на верхней границе ЗВТ сохранял свои водоупорные свойства, то при выемке тех же пластов снизу вверх этот же слой в 40% случаях терял свои водоупорные свойства уже к моменту выемки пятого пласта.
Как было установлено, зона техногенных трещин представляет собой систему двух взаимно перпендикулярных трещин: трещин расслоения и нормальносекущих трещин. Трещины расслоения образуются вдоль межслоевых контактов вследствие сдвига слоев по контактам при их изгибе. Нормальносекущие трещины образуются в слое в местах максимальных значений кривизны. Проникновение и раскрытие последних зависит от величины изгиба слоя. При определенных значениях деформаций кривизны нормальносекущие трещины проникают не на всю мощность слоя – в этом случае они и трещины расслоения не связаны гидравлически между собой и слой сохраняет свои водоупорные свойства. По мере увеличения изгиба слоев (у слоев, расположенных ближе к пласту) нормальносекущие трещины прорастают на всю мощность слоев и, соединяясь с трещинами расслоения, образуют систему каналов, гидравлически связанную с выработанным пространством. Первый слой, в котором образуются сквозные нормальносекущие трещины, является верхней границей ЗВТ, а значение кривизны этого слоя носит название граничной кривизны. Ниже верхней границы ЗВТ кривизна слоев будет больше граничной, следовательно нормальносекущие трещины будут сквозными и гидравлически связанными с трещинами расслоения. Эти две системы техногенных трещин, гидравлически связанных между собой, образуют собственную зону водопроводящих трещин. Если эта зона пересекает нижний контур водного объекта, то по водопроводящим трещинам вода проникает в горные выработки в виде недопустимо больших водопритоков. Отсюда следует, что для решения вопросов безопасной подработки водных объектов необходима прогнозная методика расчета развития ЗВТ.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.