Подработка

ПОДРАБОТКА (а. seam underworking; н. Unterbauung des Flozes, Unterfahren des Flozes; ф. sous-cavage de la соuche; и. subsidenua) — подземная выемка полезных ископаемых, других горных пород, оказывающая воздействие на состояние земной поверхности, геологических тел или промышленных объектов в недрах. Сопровождается сдвижением, оседанием массива горных пород, его растрескиванием и т.п., которые происходят в процессе обрушения кровли выработанных пространств, погашения горных выработок.

При подработке земной поверхности геодинамические процессы охватывают всю вышележащую над соответствующими горными выработками толщу горных пород, 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 с увеличением угла наклона плоскости обрушения и расстояния от неё до поверхности. Различают полную подработку, когда дальнейшее увеличение её площади не вызывает нового сдвижения земной поверхности, и неполную подработку, когда это состояние ещё не достигнуто.

Оседание точек поверхности в зоне (мульде) сдвижения происходит неравномерно и увеличивается от её границ к центру. Это приводит к тому, что здания или другие наземные сооружения, вписываясь в кривизну мульды, подвергаются изгибу с опасными растягивающими напряжениями в конструкциях, дополнительному опрокидывающему моменту и т.д. Возникающие 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. Величины 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.

В CCCP все объекты промышленного назначения, подземные и наземные сооружения, жилые и общественные здания подлежат обязательной охране от вредного влияния подработки. В зависимости от назначения, конструктивных особенностей и характера последствий, возникающих при подработке, все здания и сооружения разделены на категории охраны.

Выемку полезных ископаемых под объектами разрешается производить, как правило, только ниже горизонта безопасной глубины разработок. Под последней понимают такую удалённость от поверхности, при которой и ниже которой горные разработки не могут вызвать в объектах разрушительной деформации, влекущие за собой прекращение эксплуатации, опасность для жизни работающих и живущих в охраняемых зданиях и сооружениях, т.е. не проявляется эффект подработки.

Для строительства населённых пунктов и промышленных предприятий в районах горных разработок стремятся выбирать участки территорий, под которыми пласты залегают на больших глубинах или вне этих территорий. В случаях необходимости проведения нового строительства или наличия ранее построенных зданий и сооружений на участках с глубиной залегания пластов менее безопасной используют специальные меры их охраны от влияния подработки: оставляют под зданиями и сооружениями предохранительные целики; производят закладку выработанных пространств или применяют способы выемки, обеспечивающие минимальные деформации в подрабатываемых объектах; осуществляют специальные конструктивные и планировочные мероприятия по усилению конструкций сооружений.

В отличие от наземных сооружений объекты в недрах при подработке могут испытывать как отрицательное, так и положительное её воздействие. Это зависит не только от физических характеристик толщи, свойств слагающих её горных пород (мощности пород, способности разрыхления и т.п.) или характера напряжённо-деформированного состояния горных пород в зоне, в которую попадает объект, но и от рода, вида и типа самого объекта.

Подработка промышленных объектов (подземных коммуникаций, камер и т.п.) приводит только к негативным последствиям. Поэтому, как и в случае подработки наземных сооружений, в подземных условиях стараются предотвратить проявления этого процесса. При подработке природных объектов (например, угольных, сланцевых пластов и др.) изменение напряжённо-деформированного (агрегатного) состояния подрабатываемого тела полезных ископаемых (частичное разрушение, разрыхление и т.п.), пород между телом и выработанным пространством (увеличение их трещиноватости, газопроницаемости и т.п.) под действием повышенного, а затем пониженного напряжений может вызывать дегазацию полезных ископаемых, способствовать снижению опасности внезапных выбросов полезных ископаемых, газа, горных ударов, а при междупластьях, сложенных из прочных слоев пород, служит эффективной мерой борьбы с пучением и др. (положительные последствия подработки). Вместе с тем подработку может приводить пласт (другое тело полезного ископаемого) в результате перемятостей в непригодное к эксплуатации состояние, способствовать внезапным обрушениям кровли в лавах и др. (отрицательные последствия подработки). Наиболее часто эффекты подработки наблюдаются при восходящем порядке разработки сближенных пластов полезных ископаемых.

В общем случае влияние подработки на пласт сводится к следующему. Попадая в т.н. переднюю зону, он испытывает влияние пониженных напряжений (рис.), сравнительно близких к n_cp•Н (где n_cp — средний удельный вес горных пород; Н — глубина от земной поверхности).

В зоне опорных давлений, возникающих на передних границах расслоений, происходит сложное нагружение пласта. В 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.

Ввиду сложности режима нагружений и разломов подрабатываемого пласта для предотвращения отрицательных последствий при разработке подработки обязательно учитывают 2 параметра: минимально допустимые по условиям подработки мощность пород междупластья M_min и опережение подрабатывающего забоя L_п.

M_min определяется выражением:

где n — коэффициент запаса (5-7; по А. А. Борисову);

h_в — вынимаемая мощность подрабатывающего пласта, м;

h_c — предел свободного опускания основной кровли нижнего пласта, м;

k_cp — средний коэффициент разрыхления непосредственной кровли подрабатывающего пласта;

а — угол падения пласта, град.

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

Параметр L_п определяют исходя из механизма разломов и перемещений пород междупластья, ориентируясь на наиболее прочный и мощный (т.н. ведущий) слой основной кровли или других пород междупластья. Величину L_п обычно увязывают с длиной шага обрушения ведущего слоя L₂ (рис.) соотношением

L_п>=3 L₂

Обычно L_n>=60-200 м, а минимальное время опережения подрабатываемого забоя подрабатывающим toп (t = L_п/v_or, где v_or — средняя скорость подвигания забоя) 1,5-3 месяца.