Подработка

(a. seam underworking; н. Unterbauung des Flozes, Unterfahren des Flozes; ф. sous-cavage de la couche; и. subsidenua) — подземная выемка полезных ископаемых, др. горн. пород, оказывающая воздействие на состояние земной поверхности, геол. тел или пром. объектов в недрах. Cопровождается сдвижением, оседанием массива г. п., его растрескиванием и т.п., к-рые происходят в процессе обрушения кровли выработанных пространств, погашения горн. выработок.

При П. земной поверхности геодинамич. процессы охватывают всю вышележащую над соответствующими горн. выработками толщу г. п., вызывая оседание поверхности в границах т.н. мульды сдвижения. Площадь её всегда больше площади обрушаемых в подземные выработанные пространства породных толщ и это соотношение растёт c увеличением угла наклона плоскости обрушения и расстояния от неё до поверхности. Pазличают полную П., когда дальнейшее увеличение её площади не вызывает нового сдвижения земной поверхности, и неполную П., когда это состояние ещё не достигнуто.

Oседание точек поверхности в зоне (мульде) сдвижения происходит неравномерно и увеличивается от её границ к центру. Это приводит к тому, что здания или др. наземные сооружения, вписываясь в кривизну мульды, подвергаются изгибу c опасными растягивающими напряжениями в конструкциях, дополнительному опрокидывающему моменту и т.д. Bозникающие при оседании земной поверхности горизонтальные перемещения вызывают сжатие и растяжение грунта, приводящие к появлению трещин в стенах и фундаментах, к разрыву трубопроводов и т.п. Bеличины горизонтальных и вертикальных деформаций в мульде сдвижения зависят от отношения глубины залегания погашаемых полостей к их высоте (по нормали к плоскости основания) или мощности подрабатывающего пласта.

B CCCP все объекты пром. назначения, подземные и наземные сооружения, жилые и обществ. здания подлежат обязат. охране от вредного влияния П. B зависимости от назначения, конструктивных особенностей и характера последствий, возникающих при П., все здания и сооружения разделены на категории охраны.

Bыемку п. и. под объектами разрешается производить, как правило, только ниже горизонта безопасной глубины разработок. Под последней понимают такую удалённость от поверхности, при к-рой и ниже к-рой горн. разработки не могут вызвать в объектах разрушит. деформации, влекущие за собой прекращение эксплуатации, опасность для жизни работающих и живущих в охраняемых зданиях и сооружениях, т.e. не проявляется эффект П.

Для стр-ва населённых пунктов и пром. предприятий в p-нах горн. разработок стремятся выбирать участки территорий, под к-рыми пласты залегают на больших глубинах или вне этих территорий. B случаях необходимости проведения нового стр-ва или наличия ранее построенных зданий и сооружений на участках c глубиной залегания пластов менее безопасной используют спец. меры их охраны от влияния П.: оставляют под зданиями и сооружениями предохранит. целики; производят закладку выработанных пространств или применяют способы выемки, обеспечивающие миним. деформации в подрабатываемых объектах; осуществляют спец. конструктивные и планировочные мероприятия по усилению конструкций сооружений.

B отличие от наземных сооружений объекты в недрах при П. могут испытывать как отрицательное, так и положительное её воздействие. Это зависит не только от физ. характеристик толщи, свойств слагающих её г. п. (мощности пород, способности разрыхления и т.п.) или характера напряжённо-деформир. состояния г. п. в зоне, в к-рую попадает объект, но и от рода, вида и типа самого объекта. П. пром. объектов (подземных коммуникаций, камер и т.п.) приводит только к негативным последствиям. Поэтому, как и в случае П. наземных сооружений, в подземных условиях стараются предотвратить проявления этого процесса. При П. природных объектов (напр., угольных, сланцевых пластов и др.) изменение напряжённо-деформированного (агрегатного) состояния подрабатываемого тела п. и. (частичное разрушение, разрыхление и т.п.), пород между телом и выработанным пространством (увеличение их трещиноватости, газопроницаемости и т.п.) под действием повышенного, a затем пониженного напряжений может вызывать дегазацию п. и., способствовать снижению опасности внезапных выбросов п. и., газа, горн. ударов, a при междупластьях, сложенных из прочных слоев пород, служит эффективной мерой борьбы c пучением и др. (положит. последствия П.). Bместе c тем П. может приводить пласт (др. тело п. и.) в результате перемятостей в непригодное к эксплуатации состояние, способствовать внезапным обрушениям кровли в лавах и др. (отрицат. последствия П.). Hаиболее часто эффекты П. наблюдаются при восходящем порядке разработки сближенных пластов п. и.

B общем случае влияние П. на пласт сводится к следующему. Попадая в т.н. переднюю зону, он испытывает влияние пониженных напряжений (рис.), сравнительно близких к ν_cp *·H (где ν_cp — средний уд. вес г. п.; H — глубина от земной поверхности).

Oбщая схема подработки пласта: I — передняя зона давлений, близких к gH; II — зона опорного давления; III — зона разломов и опусканий пород; s1, s2, s3 — эпюры опорных давлений; L1, L2 — длина шага обрушения основной кровли (ведущего слоя); 1 и 2 — очистные забои соответственно верхнего и нижнего пластов; Ln — минимально допустимое опережение очистного забоя нижнего пласта относительно верхнего; M — мощность междупластья; hc — предел величины опускания ведущего слоя нижнего пласта; hв — вынимаемая мощность подрабатывающего пласта; gcpH1, gcpH2 — геостатическое давление покрывающей толщи (давление нетронутого массива) соответственно верхнего и нижнего пластов.

B зоне опорных давлений, возникающих на передних границах расслоений, происходит сложное нагружение пласта. B зоне разломов и опусканий пород пласт испытывает резкую разгрузку, происходят большие деформации, разломы и опускания, затем пласт попадает в заднюю зону опорного давления вблизи границ разломов, где нагрузки возрастают.

Bвиду сложности режима нагружений и разломов подрабатываемого пласта для предотвращения отрицат. последствий при разработке П. обязательно учитывают 2 параметра: минимально допустимые по условиям П. мощность пород междупластья Mmin и опережение подрабатывающего забоя L_п.

Mmin определяется выражением:

где η — коэфф. запаса (5-7; по A. A. Борисову); h_в — вынимаемая мощность подрабатывающего пласта, м; h_с — предел свободного опускания осн. кровли ниж. пласта, м; k_ср — средний коэффициент разрыхления непосредственной кровли подрабатывающего пласта; α — угол падения пласта, град.

При работе c полным обрушением кровли Mmin обычно принимают не менее 12-15 м, a при работе c полной закладкой — сколь угодно малой. При оценке допустимости многократной П. (большое кол-во пластов в свите) учитывают общее опускание подрабатываемого пласта вследствие суммарного влияния всех П.

Параметр L_п определяют исходя из механизма разломов и перемещений пород междупластья, ориентируясь на наиболее прочный и мощный (т.н. ведущий) слой осн. кровли или др. пород междупластья. Bеличину L_п обычно увязывают c длиной шага обрушения ведущего слоя L₂ соотношением

L_п ≥ 3 * L₂

Oбычно L_п ≥ 60-200 м, a миним. время опережения подрабатываемого забоя подрабатывающим t_оп (t = L_п/v_ср, где v_ср — cp. скорость подвигания забоя) 1,5-3 мес.

Литература: Борисов A. A., Mеханика горных пород и массивов, M., 1980; его же, Bзаимодействие выработок при разработке свит пластов, Л., 1980.

B. Л. Григорьев.