Геотехнологии. Безопасность жизнедеятельности

Жер қойнауынан кенді кеулеп қазып алғаннан қа­латын кеңістіктін бұзылмауын белгілі жүйемен қалдырылатын кентіректер қамтамасыз етеді. Кенті­ректердің пішіні мен өлшемдері оларға түсетін сал­мақтың шамасына жасалынатын кеңістіктің қалыбына және кен қазудың жүйесіне сәйкестендіріліп табыла­ды. Таужыныстардың тұтастығын сақтау үшін бұл кентіректер белгілі бір қашықтықтарда және өлшем­дері мен пішіндері анықталған күйінде қалдырылады. Кентіректердің осы жүйесіндегі бір жерінде түскен салмаққа қарсылық төмендесе, ақырында барлық жүйенің тұтас бұзылуына алып келеді [1].

Егер кентірек пен таужыныстардың мықтылықта­ры бірдей немесе жақын болса, олардың жапсарла­рында біртұтастық күй қалыптасады. Ал, егер кенті­рек пен таужыныстардың жапсарларында жаншыл­ғыш таужыныстары болатын болса, онда кентірек пен тау­жыныстардың араларында бұларды біріктіруші күш жоқтың қасында болады. Жаншылғыш қабат кентірек жақтан келетін қысымнан ығысып қазымның төбесі мен табанында түсіп қалады. Соның салдары­нан кентіректің қысымдағы жақтарынан жаншылған қабат бүйір жақтарына қарай пішінделеді.

Кез келген кентірек биіктігінің бойымен қысыл­ғанда оның шеткі аймақтары ортасынан көбірек оты­рады және бұл тірелетін таужыныстардың қабаттары жұмсақтау болса айқындау болады. Кентіректің жап­сарларындағы жаншылғыш қабаты көбірек қысылған бөлігін сыртқа қарай ығыстырады.

Еңкіш кеншоғырларын қазған кезде бұл мәселе күрделенеді. Еңкіш кеншоғырларының сілемінде тау­жынысты қабаттардың опырылуының кезінде бола­тын құбылыстардың физикасын ұғынып, қуысаралық кентірексіз кенді қазу жұмысын жүргізудің мүмкінді­гін зерттеудің мақсатында қабаттардағы таужыныс­тарға эквивалентті жаратымдыдан 1:200 масштабтағы арнайы модель жасалынды:

Кенсілемнің қалындығы h_ор:=18 м;

Төбедегі қызылтүсті қабаттың қалындығы h_к = 9,8 м;

Төбедегі 1 сұрқұмтасты қабаттың қалындығы h_с = 25,2 м;

Төбедегі 2 қызылтүсті қабаттың қалындығы h_к² = 15,8 м;

Төбедегі 2 сұрқұмтасты қабаттың қалындығы h_с² = 8,5 м;

Кеншоғырдың құлау бұрышы а-23°;

Кенсілемді қазу тереңдігі Н = (20-248) м аралы­ғында.

Кенді қазып алу жұмыстарын жүргізер алдында кеншоғыр, өзек сызықтарының арасы 150 м-ге тең бо­латын, тосқауыл кентіректерімен екі тақтаға бөлінді. Тақталардың кені бағанды-қуысты кенқазу жүйесімен қуысаралық кентіректерсіз, жасанды тіреуіштерді пай­даланып, қазылып алынды. Тосқауыл кентіректер тік, ал жасанды тіреуіштер кеншоғырға нормаль бағытын­да орналастырылды. Жасанды тіреуіштердің төменгі және жоғарғы табандарының ауданы 2 м²-ға және ор­наласу торы 10x10 м-ге тең. Тақтадағы көлденеңінен жүргізілетін кенүңгірдің бұзаржағының еңі 1 = 10 м етіп, қазіргі өндірістегі жағдайға сәйкестендіріліп жасалды [2].

Тосқауыл кентірекке түсіп тұрған көлемнің піші­нін 2-топтағы сырғу бетін геологиялық тілікке салған­нан анықталады [3]. Модельдегі екі тақтаның арасын­дағы тосқауыл кентіректің (ТК) үстіндегі әлсіз қаба­тындағы кұбылыстары қарастырылды.

Бірінші тақтаны толық және екінші тақтаның жуықтап 2/1 бөлігін қазып алғаннан кейін статикалық түрде түсіп тұрған күштен ТК-тің үстіндегі әлсіз қаба­ты кентіректің сол жағынан 2-топтағы сырғу сызығы­мен, ал оң жағынан жоғарғы және төменгі жиектері­нен тік бағытпен қияланып опырылды. Тосқауыл кентіректің үстіндегі әлсіз қабаттың жоғарғы жағында ұзындығы 0,7 см-ге тең тік жарығы пайда болды. Тү­сіп түрған салмақтан алдында пайда болған жарықтан 3,5 см қашықтықта тік жарық (ұзындығы 1,1 см) пайда болды. Тосқауыл кентіректің үстіндегі әлсіз қабаттың төменгі жағынан да ұзындығы 2 см-ге тең тік жарық пайда болды (1ә-сурет).

ТК-тің үстіндегі әлсіз қабатында алғашқы пайда болған жарығын Ао, кентіректің шетіндегі Ао және Во нүктелерімен қосқаннан А₀₁А₀ және А₀₁В₀ сырғу сызықтары алынды. Осы А₀₁А₀ және А₀₁В₀ сызықта­рының тік бағыттан ауытқыған бұрышы 124°-қа сәй­кес келді.

Екінші тақтаның 3/2 бөлігі қазылып алынғаннан кейін, ТК-тің үстіне түсетін салмақтың артуынан және төбедегі әлсіз қызылқұмтас қабатының динамикалық түрде жаншылуынан 1-тақтаның үстіндегі сұрқұмтас қабаты иілудің шегіне жетті (1а-сурет). ТК-ке түсетін күштің артуынан, оның табанындағы әлсіз қызылқұм­тас қабаты кеуірге қарай ығысып, ТК-гі құлау бағы­тында тік сызықтан шамамен 13-14°-қа айналып кетті.

Содан кейін тосқауыл кентіректің төбесіндегі әлсіз қабаты тосқауыл кентіректен және жоғарыдан келетін кернеуден С₀В₀ мен А₀Б₀ беттерімен сырғып түсті.

Егер қарастырылып отырған қабаттағы таужы­ныстың кені алынған кеңістіктің төбесінің опырылуы­нан С₀В₀ мен А₀Б₀ беттерінің ашылуына мүмкіншілік болса, онда бұлардың сырт жағындағы В₀С₀О₀ және А₀Б₀О₁ үшбұрыштарының сығылып шығуына жол ашылады. Бұл көлемдердегі таужыныстар екі себеп­пен бұзылуы мүмкін. Оның біріншісі С₀В₀ мен А₀Б₀ бойындағы σ_ni кернеуінің таужыныстың бір бағыттағы қысымға қарсы көрсеткіші σ_қс кернеуінен асып кетсе, осы беттермен таужыныс қырқылып түсе алады. Ал, екіншісі, ол астындағы кентіректен келетін σ₁ кернеу­інен В₀С₀ мен А₀Б₀ бойымен сырғып түседі және бұл кернеу осы беттерден ω=90°+ρ бұрышына ауытқитын кез келген беттерімен таужынысты қырқып түсетін кернеудің болуына ықпал ете алады.

А₀₁А₀ мен А₀₁С₀ сырғу беттері 1-топтағы қисық­тарымен сәйкес. Осы беттердегі жанама кернеулердің шамасы жеткілікті болатын болса, онда бұл сызықтар­дың үстіндегі таужыныстар төменгілерден бөлініп қырқылып түсіп қалады.

В₀С₀ мен А₀Б₀ беттерінің ашылуына мүмкіндік болса, онда σ₁ кернеуінің ықпалымен В₀С₀О₁ және А₀Б₀О₂ үшбұрыштарында да бұзылу жүреді.

Тосқауыл кентіректен келетін σ₁ кернеуі, оның та­банындағы әлсіз таужыныстарына да осындай қысым түсіреді. Жоғарыда айтылған тәсірлері тосқауыл кен­тіректің табанында да жүреді, тек қана табанындағы әлсіз қабаты төбесіндегі әлсіз қабатынан жоғары бо­латындықтан, оның ерекшелігі болады.

ә a

1-сурет — Тосқауыл кентіректің төбесі мен табаныңдағы әлсіз қабаттың ығысуы: