ИНСТРУКЦИЯ
ПО НАБЛЮДЕНИЯМ ЗА СДВИЖЕНИЕМ ГОРНЫХ ПОРОД И ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ ПРИ ПОДЗЕМНОЙ РАЗРАБОТКЕ РУДНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

СОГЛАСОВАНО Министерством цветной металлургии СССР 30 декабря 1985 г., Министерством черной металлургии СССР 11 декабря 1985 г.

УТВЕРЖДЕНО Госгортехнадзором СССР 3 июля 1986 г.

Разработано Всесоюзным ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательским институтом горной геомеханики и маркшейдерского  дела (ВНИМИ), Всесоюзным научно-исследовательским, проектным и конструкторским институтом горного дела цветной металлургии (ВНИПИгорцветмет).

Выпущено по заказу Минцветмет СССР.

Изложены требования к выбору конструкций наблюдательных станций для контроля за сдвижением горных пород и земной поверхности. Рассмотрены методы, периодичность и необходимая точность измерений, способы обработки и методика определения основных параметров процесса сдвижения. Даны сведения о типах и способах закладки. Описаны вспомогательные устройства и присобления, применяемые при проведении наблюдений. Приведены программы для обработки результатов наблюдений на программируемых микрокалькуляторах.

Предназначена для работников маркшейдерских служб горнорудных предприятий, исследовательских и учебных институтов горнорудного профиля взамен действующей Инструкции 1959 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.П.Лукиным, В.А.Внуковым, Г.Ш.Сакаевым, В.М.Тяпиным (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 <45° определяют на вертикальных разрезах линиями, проведенными с глубины 15 (от контакта коренных пород с наносами) под углом 85° во всех направлениях. При > 45° 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 с серединой выработанного пространства . 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).