Горно-геологические условия подземного строительства следует оценивать комплексно на основании инженерно-геологических и гидрогеологических изысканий,

Инженерные изыскания для проектирования и строительства выработок выполняют в соответствии с требованиями СНиП по инженерным изысканиям для строительства, а также с учетом особенностей подземного строительства, предусмотренных соответствующими нормами.

Исходные инженерно-геологические материалы для проектирования должны включать следующие данные:

• геоморфологию места расположения проектируемой выработки, включая стратиграфию и тектонику массива горных пород, а при необходимости и топографию земной поверхности;

•          литологическую характеристику пород массива;

•          результаты испытаний механических свойств породного массива;

•          гидрогеологическую характеристику массива, характеристику его газоносности и при необходимости геокриологические данные.

Гидрогеологические данные должны содержать сведения о расположении и мощности водоносных горизонтов, степени обводненности пород в местах предполагаемого размещения проектируемых выработок, гидростатических и гидродинамических напорах, химической агрессивности вод, расположении и характеристике водоупоров, условиях питания и дренажа водоносных горизонтов, показателях их фильтрационной способности и связи с поверхностными водотоками и водоемами, расположении и характеристике карстов и плывунов.

Криологические данные должны содержать сведения о расположении, конфигурации и размерах многолетнемерзлых частей массива горных пород, характеристике их льдистости и влажности и показателях механических свойств при оттаивании и замораживании, теплопроводности пород массива, тепловом поле и геотермическом градиенте, характеристике изменения границ промерзания в результате действия сезонно-климатических и гидрогеологических факторов.

Проектирование выработок в условиях опасности горных ударов, самовозгорания угля или руды, выбросов угля, породы и газа, динамических воздействий, сейсмичности района свыше 7 баллов по шкале Рихтера, повышенной температуры горных пород, в зоне многолетней мерзлоты следует проводить с учетом дополнительных требований, предусмотренных для таких случаев ведомственными документами, или на основе результатов исследований, выполненных специализированными организациями.

Кроме того, при проектировании выработок в сложных условиях наряду с проведением контрольных измерений следует также предусматривать в проектах установку специальных замерных станций. Последние позволят получить более полные и надежные исходные данные, дадут возможность проверить и уточнить принятые при проектировании способы охраны, защиты крепи и выбрать оптимальные проектные решения, в том числе для других выработок, располагаемых в аналогичных условиях.

Для выполнения указанных работ необходимо в ряде случаев предусмотреть проведение специальных разведочных выработок и скважин, рабочих горизонтов, расчет и проектирование крепи выработок, технологию и технику их проходки, составить смету на проходческие работы.

Наиболее высокая изученность горно-геологических и горнотехнических условий месторождения необходима при проектировании крепи горных выработок, параметры которой определяют следующие факторы:

•          физико-механические свойства массива пород: прочностные свой

ства при кратковременном и при длительном воздействии нагрузки (пре

дел прочности на сжатие, сцепление, угол внутреннего трения, сцепление

и углы трения на контактах разнородных тел, показатели анизотропии и

неоднородности); деформационные характеристики при кратковременной

и длительной нагрузке (показатели упругости, пластичности, ползучести, анизотропии и неоднородности); коэффициенты бокового распора; структурные характеристики массива и др.;

•          гидрогеологические характеристики массива: степень обводненности, пьезометрические условия, коэффициенты фильтрации, притоки воды, характеристика воздействия шахтных вод на массивы горных пород, снижение прочности и изменение деформационных свойств пород при увлажнении (размокание, набухаемость, скольжение блоков относительно друг друга);

•          горные факторы: форма и размеры выработок, способы охраны и их параметры, механические характеристики крепи (несущая способность, отпор и деформируемость под нагрузкой);

•          технологические факторы: способы проходки и крепления выработок, особенности их эксплуатации.

Знание и оценка этих факторов позволяют уточнить трассу подземного сооружения, правильно оценить свойства и несущую способность горных пород, выявить возможные нагрузки на подземный объект и тем самым принять оптимальные конструктивные и технологические решения в процессе проектирования и строительства.

Сложными гор но-геологическими условиями принято считать такие, при которых строительству подземных объектов предшествует применение различных дополнительных специальных горно-строительных работ. Их можно подразделить на гидрогеологические, геомеханические, газодинамические и геотермические.

В связи с тем что сложные горно-геологические условия характеризуются определенными физико-механическими свойствами и различными типами состояний, необходимо применение способов, позволяющих путем соответствующих воздействий придавать массиву требуемые свойства и состояния, т.е. проводить подготовку массива горных пород для получения заданного качества. Подготовка предусматривает применение различных способов направленного воздействия на массив горных пород, позволяющих изменить его состояние или физико-механические свойства и тем самым ограничить или полностью исключить трудности, возникающие при строительстве подземных объектов.

Под способами воздействия на массив понимают совокупность технических мероприятий, обеспечивающих достижение заданных по условиям строительства свойств или состояния массива горных пород.

Подготовка массива горных пород в сложных гидрогеологических условиях может включать как изменение физико-механических свойств пород (временное или длительное), так и применение временных или постоянных строительных конструкций.

Под сложными гидрогеологическими условиями следует понимать такие, при которых в процессе строительства подземных объектов возможны прорывы напорных вод и плывунов в забой выработки.

 В этих случаях для борьбы с водой и давлением, обусловленным ее присутствием в породах, применяют различные (специальные) способы воздействия на породный массив. Применение специальных способов необходимо в основном при строительстве горных выработок:

• в рыхлых водонасыщенных породах (плывунах), представленных слабосвязанными песчано-глинистыми породами различного гранулометрического состава, которые под воздействием гидростатического напора приобретают свойства текучего тела;

• в устойчивых трещиноватых весьма водообильных породах, представленных песчаниками, известняками, мергелями и т.п.

Под сложными газодинамическими условиями следует понимать такие, при которых проходка горных выработок вызывает самопроизвольное разрушение угольного (породного) массива под действием горного давления, давления газа и собственного веса угля (породы).

Под сложными геомеханическими условиями следует понимать такие, при которых строительство подземных объектов вызывает образование областей разрушения или незатухающие пластические деформации массива горных пород.

В соответствии с классификацией, приведенной в СНиП И-94—80, эти условия характерны для пород III и IV категорий устойчивости.

Основными механическими процессами, формирующими сложную геомеханическую ситуацию, являются:

•          пластическое деформирование, вызывающее значительные смещения пород кровли и особенно почвы (пучение);

•          возникновение вокруг подземного сооружения областей запредельного состояния, реализуемого в виде сплошного сводообразования с отделением значительных объемов пород от массива или их деформирования без разрывов сплошности последнего.

Качественная и количественная характеристики реализации механических процессов в породном массиве вокруг подземных объектов зависят от следующих факторов:

•          физико-механических свойств горных пород и структурно-механи

ческих особенностей породного массива (прочность, деформируемость,

пористость, трещиноватость, фильтрационные свойства, влагоемкость,

температура пород, газоносность массивов, начальное напряженно-де

формированное состояние пород и др.);

Способы подготовки и воздействия на массив горных пород при строительстве подземных сооружений в сложных геомеханических условиях

•          закономерностей поведения горных пород под нагрузкой (нелинейность деформирования, проявление реологических процессов, особенности деформирования за пределом прочности, время действия нагрузки);

•          способа проходки и организационно-технических решений при строительстве подземных сооружений (формы и размеры поперечного сечения, буровзрывные работы, отставание постоянной крепи от забоя, уступный забой и др.);

•          взаимосвязь технологических, гидрогеологических, геомеханических и газодинамических процессов при строительстве подземных сооружений.

Известны три основных подхода к решению задачи по оценке устойчивости незакрепленных выработок. Первый основан на прочностных и деформационных критериях, позволяющих качественно и количественно оценить уровень развития деформационных процессов. Второй — на некоторых абстрактных численных показателях (например, баллах), совокупно учитывающих различные горно-геологические, горнотехнические и технологические факторы. И, наконец, третий подход является вероятностно-статистическим. Наибольшее распространение получили прочностные критерии, основанные на условии недопущения образования на контуре выработки областей предельного и запредельного состояний.