9. ПРИМЕРЫ ПОСТРОЕНИЯ ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНЫХ ЦЕЛИКОВ И ВЫБОРА МЕР ОХРАНЫ
9. ПРИМЕРЫ ПОСТРОЕНИЯ ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНЫХ ЦЕЛИКОВ
И ВЫБОРА МЕР ОХРАНЫ 
Пример 1. Построение предохранительного целика для отдельно стоящего здания (рис. 9.1)
Рис. 9.1. Построение предохранительного целика
для отдельно стоящего здания
На одной из шахт Кузнецкого бассейна четырехэтажное здание школы построено на участке, ранее подработанном пластом Инским III. Ко времени начала строительства школы процесс сдвижения земной поверхности на этом участке закончился.
Под зданием школы залегают пласты Полысаевский I и Полысаевский II мощностью соответственно 2,0 и 2,25 м. Угол падения пластов 9°. Мощность наносов 7 м.
Основные характеристики здания следующие: стены кирпичные толщиной 510 мм, перекрытия железобетонные; длина здания 35 м, форма его в плане П-образная; материал основания - сухие суглинки.
При визуальном осмотре наружных стен здания установлено наличие трещин с раскрытием до 1 мм. Большинство трещин - волосные. Согласно Прил. 6 износ здания принимаем равным 10%.
Выбор мер охраны здания. В соответствии с пп. 3.3 и 3.4 для здания школы необходимо определить показатель деформаций 
и безопасную глубину разработки 
для свиты пластов, включающую пласты Полысаевский I и II.
Допустимый показатель деформаций определяется по формуле (4.14): 
.
Четырехэтажное здание школы согласно табл. 4.2 относится к зданиям второго разряда, для которых 
принимается равным 120 мм.
Значения коэффициентов n со ссылкой на таблицы или пункты, в соответствии с которыми они приняты, приведены в табл. 9.1.
Таблица 9.1
ПРИНИМАЕМЫЕ ЗНАЧЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТОВ
┌────────────────┬────────────────────────────────┬───────────┬───────────┐ │ Коэффициент │ Учитывающиеся факторы │ Величины │ Таблица │ │ │ │ │ или пункт │ ├────────────────┼────────────────────────────────┼───────────┼───────────┤ │n │Грунтовые условия │1,0 │табл. 4.3 │ │ 1 │ │ │ │ ├────────────────┼────────────────────────────────┼───────────┼───────────┤ │n │Материал и толщина стен │1,2 │табл. 4.4 │ │ 2 │ │ │ │ ├────────────────┼────────────────────────────────┼───────────┼───────────┤ │n │Износ │1,0 │табл. 4.5 │ │ 3 │ │ │ │ ├────────────────┼────────────────────────────────┼───────────┼───────────┤ │n │Жесткость перекрытия │1,2 │п. 4.9 │ │ 4 │ │ │ │ ├────────────────┼────────────────────────────────┼───────────┼───────────┤ │n │Форма здания │0,8 │п. 4.9 │ │ 5 │ │ │ │ └────────────────┴────────────────────────────────┴───────────┴───────────┘
Подставив полученные значения в формулу (4.14), получим:
.
Для определения рассчитаем допустимый показатель горизонтальных деформаций для здания школы по формуле (4.17):
.
В тех случаях, когда проектируется одновременная совместная разработка пластов Полысаевских I и II, безопасная глубина определяется в соответствии с п. 3.4 по формуле (3.3):
;
,
где:
; 
- мощности пластов Полысаевского I и II;
находим по табл. 5 Прил. 1;
- мощность междупластья.
Решая уравнение, получаем 
.
Построение границ предохранительных целиков производим в соответствии с п. 8.1 от границ охраняемой площади. Для этого вокруг здания через его угловые точки строим прямоугольник, стороны которого ориентируем по простиранию и вкрест простирания пласта. Параллельно этим сторонам на расстоянии от них, равном ширине бермы, проводим прямые до их взаимного пересечения.
Ширину бермы определяем по табл. 8.1 в зависимости от допустимого показателя деформаций 
, Б = 10 м. Получаем контур охраняемой площади АБВГ.
Проектируем границы охраняемой площади на вертикальный разрез вкрест простирания и получаем точки А(Б) и Г(В).
Определяем углы сдвижения 
, 
, 
и 
по табл. 7.11 и п. 7.2.4, но учитывая пп. 7.2.6, 7.2.7, 7.1.3, табл. 7.3, п. 8.4, получаем:
- для пласта Полысаевского I 
; 
;
- для пласта Полысаевского II 
; 
; угол 
.
На разрезе вкрест простирания от точек А(Б), Г(В) проводим линии в наносах под углом сдвижения и продолжаем их в коренных породах под углами сдвижения и до пересечения с соответствующим пластом. Получаем точки а(б), г(в), д(е), з(ж). Глубины, на которых расположены границы целиков, составят в точках а(б) - 166 м, г(в) - 196 м, д(е) - 220 м, з(ж) - 260 м.
Полученные глубины значительно меньше вычисленной безопасной глубины . Поэтому выемка угля под зданием школы согласно п. 3.3 может производиться только при применении горных и конструктивных мер защиты здания.
Применение конструктивных мер повлекло бы за собой временное прекращение эксплуатации здания, что в период занятий для школы неприемлемо, а горные меры охраны одиночного здания экономически невыгодны. При раздельной разработке пластов Полысаевских I и II с разрывом во времени, превышающим 5 лет, и при ликвидации повреждений школы от предыдущих подработок, безопасная глубина может рассчитываться отдельно от каждого пласта свиты как одиночного (п. 3.5) по формуле (3.1):
для Полысаевского I - 
;
для Полысаевского II - 
.
Указанные значения безопасных глубин превышают глубины расположения нижних границ целиков, поэтому в этих пластах необходимо оставить предохранительные целики, границы которых определяются пересечением плоскостей с пластом, проведенных под углами сдвижения.
Для определения границ предохранительного целика по простиранию строим вертикальный разрез по простиранию и наносим на него с плана границы охраняемой площади точки Б(В) и А(Г). Из этих точек проводим линии в наносах под углом и в коренных породах под углами 
и 
до пересечения с горизонтальными линиями, проходящими через точки а(б), г(в), д(е) и з(ж) на разрезе вкрест простирания, и получаем верхние и нижние границы целиков по простиранию в пластах Полысаевских I и II.
Границы предохранительных целиков, полученные на вертикальных разрезах вкрест простирания и по простиранию, переносим на план и получаем контур предохранительного целика по пласту Полысаевскому I - абвг, а по пласту Полысаевскому II - дежз.
Предельно минимальные размеры предохранительных целиков, до которых допускается проведение выработок, определяются следующим образом.
На плане из угловых точек целиков абвг (дежз) проводятся линии, делящие углы, образованные границами целика, пополам, до пересечения с границами контура охраняемой площади (линии 
, 
, 
, 
).
Из точек пересечения этих линий (
, 
, 
, 
) с контуром охраняемой площади проводят окружности радиусом, равным минимальному расстоянию от указанных точек до линий границ целика (
). Длина радиусов равна длине перпендикуляров, опущенных на линии границ целика из точек , , , . Указанные окружности определяют предельную границу целика (см. рис. 9.1). Если линии , , , не пересекают контур охраняемой площади, то предельная граница целика определяется радиусом окружности, проведенным из точек пересечения прямых: и .
Производим подсчет запасов в предохранительных целиках.
Пример 2. Построение предохранительных целиков для охраны промплощадки шахты (рис. 9.2)
Рис 9.2. Построение предохранительного целика
для охраны промплощадки шахты
Охраняемый объект - промплощадка одной из шахт в Восточном районе Донбасса.
На промплощадке размещены:
1) вентиляционный ствол глубиной 320 м, оборудованный инспекторским подъемом;
2) здание подъемной машины;
3) электроподстанция, здание каркасное длиной 24 м, высота колонн 6 м, состояние здания удовлетворительное;
4) здание осевых вентиляторов каркасное длиной 32 м, высота колонн 6 м, состояние здания удовлетворительное;
5) склад технического оборудования, здание каркасное длиной 20 м и высотой 6 м с жесткой пристройкой длиной 10 м, состояние здания удовлетворительное.
Грунты под зданиями - суглинки.
Под промплощадкой залегают три пласта: 
, 
и 
- мощностью соответственно 1,5; 1,3 и 1,0 м. Уголь - марки Ж. Угол падения пластов 34°. Наносы представлены суглинками нормальной влажности. Мощность наносов 50 м.
Выбор мер охраны объектов. Вертикальный шахтный ствол вместе с копром и зданием подъемной машины согласно п. 3.12 охраняется предохранительными целиками без учета безопасных глубин.
Для выбора мер охраны остальных промышленных зданий определим допустимый показатель горизонтальных деформаций 
по формуле (4.19):
,
где 
- нормативный показатель допустимых горизонтальных деформаций, определяемый по формуле (4.21);
,
где:
- показатель, зависящий от разряда и конструктивной схемы здания, определяем по табл. 4.8;
- расстояние от середины здания до крайних его фундаментов (см. рис. 4.1, а);
- коэффициент, зависящий от несущей способности грунтов (см. табл. 4.3);
- коэффициент, зависящий от состояния здания к моменту его подработки (см. табл. 4.6);
- коэффициент условий работы.
Здание электроподстанции, согласно табл. 4.6, относится к четвертому разряду: 
; 
, 
, 
, 
. Подставив приведенные значения в формулы, получим:
;
.
Для закрытых электроподстанций в соответствии с табл. 4.12 (прим. 2) допустимые показатели деформаций определяются требованиями, предъявляемыми к зданиям.
Для здания осевых вентиляторов расчет допустимых показателей горизонтальных деформаций аналогичен:
;
.
Для осевых вентиляторов известны только предельные показатели 
и 
, которые могут быть приняты за допустимые.
Допустимые показатели деформаций для каркасного здания склада оборудования с жесткой пристройкой составят:
, где 
.
Построение предохранительных целиков. Для построения границ охраняемой площади промплощадки определяем в соответствии с п. 8.2 ширину бермы для охраняемых объектов по табл. 8.1, которые приведены в табл. 9.2.
Таблица 9.2
ШИРИНА БЕРМЫ ДЛЯ ОХРАНЯЕМЫХ ОБЪЕКТОВ, М
┌─────┬──────────────────────────────────────────────────────┬────────────┐ │Номер│ Название объекта │Ширина бермы│ ├─────┼──────────────────────────────────────────────────────┼────────────┤ │1 │Вентиляционный ствол │20 │ ├─────┼──────────────────────────────────────────────────────┼────────────┤ │2 │Здание подъемной машины │20 │ ├─────┼──────────────────────────────────────────────────────┼────────────┤ │3 │Электроподстанция │5 │ ├─────┼──────────────────────────────────────────────────────┼────────────┤ │4 │Каркасное здание осевых вентиляторов │5 │ ├─────┼──────────────────────────────────────────────────────┼────────────┤ │5 │Каркасное здание склада оборудования с жесткой │10 │ │ │пристройкой │ │ └─────┴──────────────────────────────────────────────────────┴────────────┘
Отложив от охраняемых объектов ширину бермы, получим на плане контур охраняемой площади АБВГДЕ. Затем проектируем на разрез вкрест простирания пластов угловые точки охраняемой площади А(Е), В(Б) и Г(Д).
Согласно пп. 8.4 и 8.15 границы предохранительных целиков строим по углам сдвижения, используя второй вариант определения углов сдвижения и построения. Углы сдвижения рассчитываем по формулам (7.2), в которых значения углов сдвижения 
, , принимаем по пп. 7.1.1 и 7.1.3, а значения поправок 
, 
, 
- по табл. 7.3 со знаком плюс.
Далее из точек А(Е) и В(Б) проводим линии в наносах под углом сдвижения 
и продолжаем их в коренных породах под углами сдвижения, приведенными в табл. 9.3, до пересечения с пластами.
Таблица 9.3
┌─────┬────────────────────┬────────────────────┬──────────┬──────────────┐ │Пласт│ гамма = дельта, │ бета, (...°) │ H , м │ H , м │ │ │ (...°) │ │ н │ в │ ├─────┼────────────────────┼────────────────────┼──────────┼──────────────┤ │m │82 - 5 = 77 │65 - 5 = 60 │316 │148, 120 │ │ 2 │ │ │ │ │ ├─────┼────────────────────┼────────────────────┼──────────┼──────────────┤ │l │77 + 3 = 80 │60 + 3 = 63 │372 │196, 168 │ │ 7 │ │ │ │ │ ├─────┼────────────────────┼────────────────────┼──────────┼──────────────┤ │l │77 + 5 = 82 │60 + 5 = 65 │432 │248, 220 │ │ 5 │ │ │ │ │ └─────┴────────────────────┴────────────────────┴──────────┴──────────────┘
Получаем точки 
, 
, 
, 
, 
, 
и 
, 
, 
.
Для определения мер охраны здания электроподстанции (3) рассчитаем безопасную глубину подработки свитой пластов по формуле (3.5):
,
где:
согласно табл. 5, 6 Прил. 1; 
, 
- расстояния по горизонтали между первым пластом свиты и вторым и между первым и третьим;
- сумма мощностей пластов 
, 
и .
.
Аналогично определяем безопасную глубину подработки здания склада технического оборудования (5).
.
При определении безопасной глубины подработки здания осевых вентиляторов (4) должно быть принято согласно п. 3.3 наибольшее значение , определенное при допустимых деформациях земной поверхности для здания 
и 
; 
для вентиляторов, поэтому для расчета используем наименьшее допустимое значение деформаций .
.
Учитывая, что безопасная глубина подработки свитой пластов зданий (4) и (5) превышает глубину залегания границ зоны опасного влияния горных работ на промплощадку, а также местоположение электроподстанции (3) со стороны падения пластов, оставляем в пластах , и предохранительные целики с границами, построенными по углам сдвижения.
Для определения границ предохранительных целиков по простиранию строим вертикальный разрез по простиранию, на котором из угловых точек охраняемой площади проводим линии в наносах под углом сдвижения , продолжаем их в коренных породах под углами сдвижения 
до пересечения с горизонтальными линиями, проходящими через точки 
; 
; 
на разрезе вкрест простирания.
Границы предохранительных целиков, полученные на вертикальных разрезах вкрест простирания и по простиранию, переносим на план и получаем контуры целиков: 
; 
; 
.
Построение предельных контуров целиков может выполняться аналогично, как это показано в Примере 1.
В пластах , и , пересекаемых вентиляционным стволом, границы предохранительных целиков отстоят от ствола на расстоянии более 50 м, что удовлетворяет требованию п. 8.15.
Подсчитываются запасы в предохранительных целиках.
Пример 3. Построение предохранительного целика для охраны железной дороги МПС общего пользования (рис. 9.3)
Рис. 9.3. Построение предохранительного целика
для охраны железной дороги общего пользования:
- изогипсы 2-го пласта;
- изогипсы 1-го пласта;
- техническая граница шахты
В Кузнецком угольном бассейне на территории одной из шахт проходит двухколейная железная дорога общего пользования со стыковыми путями. Скорость движения поездов 80 км/ч. Грузонапряженность дороги 10 млн. ткм/км.
Под железной дорогой залегают: пласт 2 - на глубине 70 - 230 м и пласт 3 - на глубине 130 - 290 м. Мощность пласта 2 - 1,6 м, пласта 3 - 2,1 м.
Угол падения пластов 
. На плане показаны изогипсы почвы пластов. Мощность наносов h = 10 м, они представлены суглинками нормальной влажности.
Выбор мер охраны дороги. Согласно табл. 4.15 железная дорога относится к III категории. Допустимые показатели деформаций поверхности при подработке железных дорог III категории (табл. 4.15) составляют:
- наклон - 
;
- горизонтальные деформации - 
.
Безопасную глубину разработки двух пластов определим по формуле (3.5) разд. 3.
Безопасная глубина разработки, исходя из допустимого показателя наклонов, составит
Безопасная глубина разработки, исходя из допустимого показателя горизонтальных деформаций, составит:
где 
, 
- коэффициенты, определяемые по табл. 5, 6 Прил. 1.
Для обоих пластов безопасная глубина больше глубины их залегания под железной дорогой в границах шахтного поля. Для охраны железной дороги по ряду технико-экономических соображений целесообразно оставить предохранительные целики по обоим пластам.
Построение предохранительных целиков для вытянутого объекта - железной дороги производим по способу перпендикуляров (пп. 8.6, 8.8, 8.9).
1. Определяем ширину бермы в соответствии с табл. 8.1 (разд. 8), Б = 10 м.
Разобьем криволинейную часть железнодорожного полотна на несколько прямолинейных отрезков. Количество отрезков определяется исходя из условия 
, но не менее 20 м, где 
- угол в градусах между прямолинейными участками железной дороги, откуда 
.
На контуре охраняемой площади отметим характерные точки АБВГДЕЖЗИКЛМ (см. рис. 9.3).
2. Определяем углы сдвижения. Согласно таблицам 7.3 и 7.11 и формулам (7.2), а также в соответствии с п. 8.4 их величины составят (при построении целиков по второму способу):
- для пласта 2: 
; 
; 
;
- для пласта 3: 
; 
; 
,
(согласно п. 7.2.4).
3. Определяем углы 
(острые углы между линией простирания пласта и соответствующей границей охраняемой площади) на плане (см. рис. 9.3).
Найденные значения приведены в табл. 9.4.
Таблица 9.4
ЗНАЧЕНИЯ , 
, 
, H-h, q, l
┌──────┬────┬────────────┬────────────┬───────────┬───────────┬───────────┐ │Точки │ТЕТА│ ctg бета' │ ctg гамма' │ H-h │ q │ l │ │ │ ├──────┬─────┼─────┬──────┼─────┬─────┼─────┬─────┼─────┬─────┤ │ │ │Пл. 2 │Пл. 3│Пл. 2│Пл. 3 │Пл. 2│Пл. 3│Пл. 2│Пл. 3│Пл. 2│Пл. 3│ ├──────┼────┼──────┼─────┼─────┼──────┼─────┼─────┼─────┼─────┼─────┼─────┤ │А │45 │ │ │0,231│0,176 │67 │128 │ │ │24 │31 │ ├──────┼────┼──────┼─────┼─────┼──────┼─────┼─────┼─────┼─────┼─────┼─────┤ │А' │45 │ │ │0,231│0,176 │194 │255 │ │ │56 │55 │ ├──────┼────┼──────┼─────┼─────┼──────┼─────┼─────┼─────┼─────┼─────┼─────┤ │Б │45 │0,636 │0,566│ │ │67 │128 │41 │66 │ │ │ ├──────┼────┼──────┼─────┼─────┼──────┼─────┼─────┼─────┼─────┼─────┼─────┤ │Б' │45 │0,636 │0,566│ │ │170 │232 │93 │114 │ │ │ ├──────┼────┼──────┼─────┼─────┼──────┼─────┼─────┼─────┼─────┼─────┼─────┤ │В │35 │ │ │0,231│0,176 │194 │255 │ │ │57 │56 │ ├──────┼────┼──────┼─────┼─────┼──────┼─────┼─────┼─────┼─────┼─────┼─────┤ │В' │35 │ │ │0,231│0,176 │221 │283 │ │ │64 │61 │ ├──────┼────┼──────┼─────┼─────┼──────┼─────┼─────┼─────┼─────┼─────┼─────┤ │Г │35 │0,724 │0,648│ │ │170 │232 │99 │122 │ │ │ ├──────┼────┼──────┼─────┼─────┼──────┼─────┼─────┼─────┼─────┼─────┼─────┤ │Г' │35 │0,724 │0,648│ │ │192 │254 │111 │133 │ │ │ ├──────┼────┼──────┼─────┼─────┼──────┼─────┼─────┼─────┼─────┼─────┼─────┤ │Д │14 │ │ │0,231│0,176 │221 │283 │ │ │66 │62 │ ├──────┼────┼──────┼─────┼─────┼──────┼─────┼─────┼─────┼─────┼─────┼─────┤ │Д' │14 │ │ │0,231│0,176 │237 │299 │ │ │70 │66 │ ├──────┼────┼──────┼─────┼─────┼──────┼─────┼─────┼─────┼─────┼─────┼─────┤ │Е │14 │0,845 │0,759│ │ │192 │254 │117 │142 │ │ │ ├──────┼────┼──────┼─────┼─────┼──────┼─────┼─────┼─────┼─────┼─────┼─────┤ │Е' │14 │0,845 │0,759│ │ │203 │264 │123 │148 │ │ │ ├──────┼────┼──────┼─────┼─────┼──────┼─────┼─────┼─────┼─────┼─────┼─────┤ │Ж │7 │ │ │0,231│0,176 │237 │299 │ │ │70 │66 │ ├──────┼────┼──────┼─────┼─────┼──────┼─────┼─────┼─────┼─────┼─────┼─────┤ │Ж' │7 │ │ │0,231│0,176 │228 │289 │ │ │68 │64 │ ├──────┼────┼──────┼─────┼─────┼──────┼─────┼─────┼─────┼─────┼─────┼─────┤ │З │7 │0,863 │0,776│ │ │203 │264 │124 │149 │ │ │ ├──────┼────┼──────┼─────┼─────┼──────┼─────┼─────┼─────┼─────┼─────┼─────┤ │З' │7 │0,863 │0,776│ │ │195 │257 │120 │145 │ │ │ ├──────┼────┼──────┼─────┼─────┼──────┼─────┼─────┼─────┼─────┼─────┼─────┤ │И │17 │ │ │0,231│0,176 │228 │289 │ │ │67 │63 │ ├──────┼────┼──────┼─────┼─────┼──────┼─────┼─────┼─────┼─────┼─────┼─────┤ │И' │17 │ │ │0,231│0,176 │201 │261 │ │ │60 │58 │ ├──────┼────┼──────┼─────┼─────┼──────┼─────┼─────┼─────┼─────┼─────┼─────┤ │К │17 │0,834 │0,749│ │ │195 │257 │118 │143 │ │ │ ├──────┼────┼──────┼─────┼─────┼──────┼─────┼─────┼─────┼─────┼─────┼─────┤ │К' │17 │0,834 │0,749│ │ │166 │227 │102 │127 │ │ │ ├──────┼────┼──────┼─────┼─────┼──────┼─────┼─────┼─────┼─────┼─────┼─────┤ │Л │ │ │ │ │ │201 │261 │ │ │ │ │ ├──────┼────┼──────┼─────┼─────┼──────┼─────┼─────┼─────┼─────┼─────┼─────┤ │М │ │ │ │ │ │166 │227 │ │ │ │ │ └──────┴────┴──────┴─────┴─────┴──────┴─────┴─────┴─────┴─────┴─────┴─────┘
4. Определим значения котангенса 
и 
при диагональном расположении охраняемого объекта относительно направления простирания пласта по формулам (8.1) и (8.2):
;
.
Вычисленные значения и для соответствующих характерных точек приведены в табл. 9.4.
5. Вычисляем значения H в характерных точках по разности абсолютных отметок земной поверхности и изогипс пластов. Из полученных значений H вычитаем мощность наносов h и полученные разности вносим в табл. 9.4.
6. Вычисляем длины перпендикуляров q и l по формулам (8.3):
, 
.
Полученные значения q и l вносим в табл. 9.4.
Проводим в характерных точках охраняемой площади перпендикуляры таким образом, чтобы каждому прямолинейному отрезку соответствовали два перпендикуляра по падению и два по восстанию. Откладываем на них вычисленные отрезки q и l. Соединив последовательно полученные точки линиями и продолжив их до пересечения с соседними, получим границы предохранительных целиков в плане:
по пласту 2 - 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12;
по пласту 3 - 1', 2', 3', 4', 5', 6', 7', 8', 9', 10', 11', 12'.
Подсчитываем запасы угля в предохранительных целиках.
Пример 4. Построение предохранительных целиков для охраны двух глубоких вертикальных шахтных стволов с копрами и зданиями подъемных машин (рис. 9.4)
Рис. 9.4. Построение предохранительных целиков для охраны
двух глубоких вертикальных шахтных стволов с копрами
и зданиями подъемных машин
Вертикальные стволы одной из шахт в Кизеловском бассейне закреплены жесткой крепью из монолитного бетона и оборудованы постоянным подъемом. Глубина стволов с зумпфами 
. Стволы расположены один относительно другого по направлению простирания пластов.
Под стволами залегают пласты 13 и 11 мощностью соответственно m = 3,0 м; 2,2 м. Угол падения пластов 
.
Наносы представлены суглинками нормальной влажности мощностью 20 м.
Согласно п. 3.12 вертикальные шахтные стволы вместе с копрами и зданиями подъемных машин охраняются предохранительными целиками без учета безопасных глубин. Построение предохранительных целиков производим в соответствии с разд. 8.
Для построения границ охраняемой площади на плане от охраняемых объектов откладываем отрезки, равные ширине бермы, которая согласно п. 8.2 и табл. 8.1 составит 20 м.
Через концы этих отрезков проводим линии, параллельные сторонам охраняемых объектов. Получим общий контур охраняемой площади АБВГ.
Для построения предохранительных целиков в соответствии с п. 8.16 используем второй вариант определения углов сдвижения и построения.
Определяем углы сдвижения от влияния выработок в пластах по формулам (7.2), в которых значения углов сдвижения , и 
принимаем по пп. 7.4.2 и 7.4.3, а значения поправок 
, 
и 
- по табл. 7.3 со знаком плюс.
Углы сдвижения, с учетом п. 8.4, составят:
для пласта 13 
; 
; 
;
для пласта 11 
; 
; 
.
Граничные углы согласно пп. 7.4.9 и 7.4.10 составят:
для пласта 13 
; 
; 
;
для пласта 11 
; ; 
.
Для определения нижней границы предохранительного целика в пласте 13 на разрезе вкрест простирания от поверхности проводим линию под углом 
до границы наносов с коренными породами.
Далее в сторону падения пластов продолжаем линию под граничным углом 
до пересечения с пластами 11 и 13, а так как эти точки пересечения 
и 
расположены на глубине более 
, согласно п. 7.4.4 они будут являться нижними границами целика по пластам 11 и 13.
Со стороны восстания пластов линии, проведенные под граничными углами и 
от границы наносов с коренными породами, будут пересекать оба пласта выше горизонта 
, поэтому границей предохранительных целиков со стороны падения пластов будут являться точки пересечения 
, 
.
На разрез по простиранию наносим с плана границы охраняемой площади точки Б(В) и А(Г) и с разреза вкрест простирания - верхние и нижние границы целиков по пластам. Из точек Б(В) и А(Г) проводим линии под углами и далее под граничными углами и 
до глубины .
Из тех же точек Б(В) и А(Г) проводим линии под углами сдвижения 
и 
до пересечения с нижними границами целика на разрезе вкрест простирания. Соединяя точки пересечения на горизонте 
с нижними границами целиков по пластам, получаем контуры предохранительного целика на разрезе по простиранию (с учетом изломов на горизонте 600 м) по пласту 13 - 
, по пласту 11 - 
.
Переносим соответствующие точки с разрезов вкрест простирания и по простиранию на план и получаем контуры предохранительных целиков в плане 
; 
.
В соответствии с рекомендациями примера 9.1 определяем минимальные допустимые размеры целиков.
Подсчитываем запасы угля в предохранительных целиках.
Пример 5. Построение предохранительного целика для охраны наклонного шахтного ствола (рис. 9.5)
Рис. 9.5. Построение предохранительного целика
для охраны наклонного шахтного ствола
Охраняемый объект, расположенный на одной из шахт Восточного Донбасса, включает:
1) наклонный шахтный ствол, пройденный по пласту 
с поверхности до горизонта 100 м, закрепленный бетоном;
2) надшахтное здание, каркасное, длиной 20 м, высота колонн 8 м;
3) здание подъемной машины, бескаркасное, кирпичное, длиной 28 м, высотой 7 м;
4) шахтную подъемную машину с барабаном диаметром 4,5 м.
Наклонный ствол пройден по пласту , на расстояниях 132 и 210 м от него по вертикали залегают пласты 
мощностью 0,9 м, 
мощностью 1,0 м. Угол падения свиты пластов 
, плотность угля 1,3 т/куб. м. Расчетная прочность пород на сжатие на контуре охраняемой выработки составляет 
. Мощность наносов 3 - 4 м, разрывные тектонические нарушения отсутствуют. Грунты - плотные глины. Состояние зданий удовлетворительное.
Выбор мер охраны. Согласно п. 3.14 наклонный шахтный ствол, надшахтное здание, здание подъемной машины и подъемная машина охраняются в соответствии с установленными для каждого из этих объектов нормами. Границы охраняемой площади определяются отдельно для наклонного ствола и для охраняемых зданий.
Согласно п. 8.21 в охраняемую площадь для наклонного ствола включаются наклонный ствол, околоствольные (опорные) целики, оставляемые по пласту, по которому пройден ствол, и берма шириной 10 м, откладываемая от устья ствола в сторону восстания пласта, размеры опорных целиков принимаются по "Указаниям по рациональному расположению, охране и поддержанию горных выработок на угольных шахтах СССР" (Л.: ВНИМИ, 1986, разд. 4). Согласно табл. 16 этих Указаний при глубине разработки до 200 м и 
ширину опорного целика принимаем равной 40 м.
На плане от устья ствола откладываем в сторону восстания и падения пласта берму шириной 10 м (см. рис. 9.5, точки Г, В и И, К). От нижней границы наклонного ствола откладываем в сторону падения пласта горизонтальную проекцию опорного целика, равную 
. По простиранию откладываем от ствола ширину опорного целика 40 м и получаем контур охраняемой площади для наклонного ствола АБКВГИ. Согласно п. 8.1 границы охраняемой площади для зданий и сооружений включают охраняемый объект и берму вокруг него. Согласно п. 8.2 для определения ширины бермы необходимо определить допустимые показатели деформаций для охраняемого объекта по формуле (4.19):
.
Нормативные величины показателя допустимых горизонтальных деформаций 
для промышленных зданий (надшахтное здание и здание подъемной машины) определяем по формуле (4.21):
.
Надшахтное здание и здание подъемной машины с трехсменным производством согласно табл. 4.7 относятся ко второму разряду. По табл. 4.8 находим величины 
, равные соответственно 40 и 35 мм. Расстояние 
принимаем равным половине длины зданий, соответственно 10 и 14 м. В результате для надшахтного здания получим:
;
для здания подъемной машины:
.
Коэффициент определяем по табл. 4.3 в зависимости от несущей способности грунтов, 
. По табл. 4.6 определяем 
.
Допустимые горизонтальные деформации для надшахтного здания составят:
;
для здания подъемной машины:
.
Согласно табл. 4.11 допустимый наклон для шахтных подъемных машин наклонных стволов с барабаном диаметром менее 5 м составляет 
.
Ширину бермы определяем по табл. 8.1 в зависимости от допустимых деформаций 
. Для надшахтного здания Б = 10 м, для здания подъемной машины Б = 15 м.
Откладываем ее на плане от надшахтного здания, здания подъемной машины и получаем контур охраняемой площади ДЕЖЗ.
Построение предохранительного целика для охраны наклонного ствола выполняем следующим образом.
Наклонный шахтный ствол согласно п. 8.21 охраняется предохранительным целиком до безопасной глубины разработки, откладываемой по вертикали от почвы наклонного ствола. Безопасная глубина определяется по формуле (3.7): 
. Согласно табл. 7.10 при бетонной крепи коэффициент безопасности составит 
. Тогда безопасные глубины подработки ствола составят: пластом 
; пластом 
.
Так как фактическое расстояние по вертикали, равное 132 м от наклонного ствола до пласта , меньше безопасной глубины, то по нему необходимо оставить предохранительный целик. По пласту необходимости в оставлении предохранительного целика для охраны наклонного ствола нет, потому что фактическое расстояние от наклонного ствола до пласта , равное 210 м, больше безопасной глубины подработки этим пластом.
Предохранительный целик строим от границы охраняемой площади по углам сдвижения 
; 
, значения которых определяем по табл. 7.1.
На разрезе вкрест простирания проводим линии под углами сдвижения: из точки А(Б) 
, из точки Г(В) 
, из точки И(К) до пересечения с пластом . Получаем точки а(б), г(в), и(к). Наносы согласно п. 2.3 не учитываются, так как их мощность менее 5 м.
На разрез по простиранию переносим с плана и с разреза вкрест простирания угловые точки охраняемой площади.
Получаем точки А и Б (в толще), В и Г (на земной поверхности). Из этих точек проводим линии под углами сдвижения 
до пересечения с горизонтальными линиями, проходящими соответственно через точки а(б), г(в) и и(к) на разрезе вкрест простирания и получаем на разрезе по простиранию контур предохранительного целика под наклонный ствол по пласту 
.
Проектируя на план точки контура предохранительного целика с вертикальных разрезов, получаем границы предохранительного целика под наклонный ствол по пласту .
Построение предохранительного целика под здания на промплощадке выполняем следующим образом.
Границы предохранительных целиков для зданий и сооружений строятся относительно границ охраняемой площади по углам сдвижения. Проектируем границы охраняемой площади под здания ДЕЖЗ с плана на вертикальные разрезы. Получаем на разрезе вкрест простирания точки Д(Е) и З(Ж), а на разрезе по простиранию точки Е(Ж) и Д(З).
На разрезе вкрест простирания из точек Д(Е) и З(Ж) проводим линии под углами сдвижения до пересечения с пластами и . Углы сдвижения определяем по табл. 7.1 и учитывая, согласно п. 8.4, отсутствие в пределах предохранительного целика ранее пройденных очистных выработок, используем формулы (7.2) и табл. 7.3. Получаем
- для пласта : 
; 
;
- для пласта : 
; 
.
Для определения необходимости оставления предохранительных целиков в пластах свиты под надшахтное здание, здание подъемной машины и подъемную машину подсчитываем по формуле (3.3) безопасные глубины подработки этих объектов. Безопасные глубины подработки пластами и составят:
а) для надшахтного здания:
;
;
;
б) для здания подъемной машины:
;
;
в) для подъемной машины:
;
.
Коэффициенты 
и 
приняты при 
по таблицам 5 и 6 Прил. 1, 
мощность междупластья (расстояние по нормали между пластами и ).
Безопасная глубина подработки охраняемых зданий превышает глубину залегания границ зоны опасного влияния горных работ, поэтому по пластам и под надшахтное здание и здание подъемной машины необходимо оставление предохранительного целика в пределах границ, построенных по углам сдвижения.
На вертикальном разрезе по простиранию из точек Е(Ж) и Д(З) проводим линии под углами сдвижения 
и до пересечения с горизонтальными линиями, проходящими через точки з(ж), г(в) и и(к) в пласте и 
; 
в пласте на разрезе вкрест простирания. Перенеся эти точки пересечения на план, получим границы предохранительного целика под охраняемые здания по пласту - 
. Контур 
будет являться границами дополнительного целика по пласту ; весь целик для охраны наклонного ствола и зданий определится контуром 
.
Производим подсчет запасов в предохранительных целиках.
Пример 6. Построение предохранительных целиков в свите пластов на большой глубине для охраны производственного здания (рис. 9.6)
Рис. 9.6. Построение предохранительных целиков
в свите пластов на большой глубине для охраны
производственного здания
Охраняемым объектом, расположенным на одной из шахт Восточного Донбасса, на участке, ранее подработанном пластами до глубины 700 м, является производственное здание. Здание каркасное, длиной 70 м, состояние удовлетворительное. Грунты под зданием - пески, глины, суглинки.
Ниже ранее отработанных пластов залегают пласты под углом 40°: 
мощностью 1,2 м, 
- 0,9 м, 
- 1,0 м. Глубина залегания пластов под охраняемым зданием соответственно: 
, 
, 
.
Допустимый показатель горизонтальных деформаций для производственного здания составляет 
.
Для построения границ охраняемой площади определяем ширину бермы для здания по табл. 8.1: Б = 15 м.
Отложив от охраняемого здания ширину бермы, получим на плане контур охраняемой площади АБВГ.
Для определения границ зоны, в пределах которой горные работы будут оказывать опасное влияние на охраняемую площадь, строим вертикальный разрез вкрест простирания пластов и проектируем на него с плана угловые точки охраняемой площади А(Б), Г(В), из которых проводим линии в коренных породах под углами сдвижения и . Определяем углы сдвижения согласно пп. 7.1.1 и 7.1.3 и, учитывая согласно п. 8.4 наличие ранее пройденных очистных выработок, используем первый вариант определения углов сдвижения и построения целиков. Углы сдвижения определяем по формулам (7.2), поправки - по табл. 7.2.
Для пласта - 
; 
;
для пласта - 
; 
;
для пласта - 
; 
.
На пересечении линий, проведенных под углами сдвижения и , с пластами получаем точки , 
, ж(з), 
, и(к), 
.
Для определения мер охраны здания рассчитаем безопасную глубину при совместной подработке свиты пластов по формуле (3.5):
,
, 
- расстояния по горизонтали между первым пластом свиты и вторым , а также первым и третьим .
.
Значение безопасной глубины подработки здания свитой пластов превышает глубину нижней границы предохранительного целика в пласте равную 1040 м, но меньше глубины нижних границ целиков в пластах и , равных 1330 и 1520 м. Следовательно, допускается отработка пластов и в пределах предохранительного целика до безопасной глубины.
Границей предохранительных целиков со стороны падения пластов и будет являться безопасная глубина подработки здания свитой пластов 
, а по пласту - по углу сдвижения .
Для определения границ предохранительных целиков по простиранию переносим с плана границы охраняемой площади точки Б(В) и А(Г) и с разреза вкрест простирания верхние границы целиков по пластам и нижнюю границу по пласту на разрез по простиранию. Из точек Б(В) и А(Г) проводим линии под углом сдвижения до пересечения с безопасной глубиной подработки свитой пластов. Получаем границы целиков по простиранию 
; 
; 
.
Переносим соответствующие точки с разрезов вкрест простирания и по простиранию на план и получаем контуры предохранительных целиков в плане:
по пласту - 
;
по пласту - 
;
по пласту - 
.
В том случае, когда разрыв во времени между отработкой каждого пласта и последующего составляет более пяти лет, безопасную глубину подработки пластами , и согласно п. 3.4 можно рассчитывать как для одиночного пласта, т.е. по формуле (3.1) 
:
- для пласта - 
;
- для пласта - 
;
- для пласта - 
.
Полученные безопасные глубины не превышают глубины верхних границ предохранительных целиков в пластах , и , следовательно, в этом случае возможна полная отработка всех трех пластов в пределах целика.
Подсчитываем запасы в предохранительных целиках.
Пример 7. Построение предохранительного целика для отдельно стоящего здания, расположенного над крылом синклинальной складки (рис. 9.7)
Рис. 9.7. Построение предохранительного целика для отдельно
стоящего здания, расположенного над крылом
синклинальной складки
На одной из шахт Кузнецкого бассейна охране подлежит отдельно стоящее здание школы. Под зданием залегают в виде синклинальной складки угольные пласты 
и 
мощностью соответственно 1,3 и 2,0 м. Средний угол падения пластов под зданием 
. Глубина залегания пластов под центром здания 
и 
. Глубина залегания оси складки в точках пересечения с нижним пластом 
.
Покрывающая толща пород представлена песчаниками, аргиллитами и известняками. Наносы представлены суглинками нормальной влажности мощностью 23 м.
Допустимые горизонтальные деформации для здания школы 
.
Определим безопасную глубину разработки отдельно для каждого пласта.
На основании п. 3.5 при условии возможных подвижек по контактам напластований, безопасная глубина разработки определяется дважды: с учетом подвижек по формуле (3.2) и без учета подвижек по формуле (3.1). Для пласта безопасная глубина:
- без учета подвижек: 
,
где 
- коэффициент, определяемый по табл. 5 Прил. 1,
;
- от влияния подвижек по контактам напластований: 
,
где 
- средний угол падения пласта под зданием 
,
.
Для пласта проводим аналогичные вычисления:
- без учета подвижек 
;
- от влияния подвижек 
.
Принимаем максимальные значения безопасной глубины разработки:
для пласта - 
, для пласта - .
Полученные значения для одного и второго пластов превышают глубины залегания пластов, следовательно, отработка любого пласта отдельно вызовет на земной поверхности деформации, превышающие допустимые. Определим безопасную глубину разработки для свиты пластов аналогичным методом как для отдельного пласта:
- без учета подвижек по формуле (3.5):
,
где в произведении 
; 
- расстояние по горизонтали между выбранным первым пластом до рассматриваемого второго пласта; в качестве первого пласта принимается пласт с максимальной вынимаемой мощностью 
. Получим:
.
с учетом подвижек по формуле (3.6)
,
где 
и 
- коэффициенты влияния первого и второго пластов.
Получим 
.
Принимаем максимальное значение безопасной глубины разработки 
, которая превышает глубину залегания свиты пластов. Применение конструктивных мер повлекло бы за собой временное прекращение эксплуатации здания, что в данных условиях неприемлемо. Горные меры охраны одиночного здания оказались экономически нецелесообразными, поэтому предпочтение отдано предохранительному целику. Построение границ предохранительных целиков производим в соответствии с п. 8.1 от границ охраняемой площади. Для этого вокруг здания через его угловые точки строим прямоугольник, стороны которого ориентируем по простиранию и вкрест простирания пластов. Параллельно этим сторонам на расстоянии от них, равном ширине бермы, проводим прямые до их взаимного пересечения.
Ширину бермы определяем по табл. 8.1, Б = 15 м.
Углы сдвижения определяются в соответствии с пп. 7.2.2 и 7.2.3: ; 
; 
.
Контур охраняемой площади 1234.
Под зданием школы, подлежащим охране, горные работы ранее не проводились, поэтому согласно п. 8.4 для построения предохранительных целиков используется второй вариант построения.
Для определения границ предохранительных целиков вначале строим вертикальный разрез вкрест простирания и проектируем на него угловые точки охраняемой площади 1(2) и 4(3). Из точки 1(2) проводим линию в наносах под углом и продолжаем ее в коренных породах под углом до пересечения с почвой нижнего пласта . Получаем точки 1'(2') и C(C').
Из точки 1'(2') проводим вторую линию под углом 
( - поправка к углу, определяемая по табл. 7.3 и равная в данном случае 3°), до пересечения с почвой верхнего пласта . Получаем точку а(а').
Из точки 4(3) проводим линию в наносах под углом и продолжаем ее в коренных породах под углом 
(п. 8.12) до пересечения ее с осью складки, а затем продолжаем ее под углом 
до пересечения с почвой нижнего пласта . Получаем точки 4'(3'), 5 и д(д'). Из точки 5 проводим вторую линию под углом 
( - поправка к углу из табл. 7.3, равная 3°) до пересечения с почвой верхнего пласта . Получаем точку б(б').
На разрезе определяем расстояния от точки пересечения осевой поверхности складки с нижним пластом до нижней границы целика по данному пласту (точка д(д')). Это расстояние не должно быть менее величины 
. В нашем примере данное расстояние l = 100 м, что удовлетворяет поставленному условию. Другое условие определяется расстоянием d по горизонтали от выхода почвы верхнего пласта под наносы до нижней границы целика по нижнему пласту , которое не должно быть менее величины, определенной по формуле (8.6) п. 8.12:
,
где:
и - коэффициенты влияния пластов;
и - вынимаемые мощности пластов, причем пласты располагают в порядке убывания степени их влияния, т.е. 
и 
;
- средний угол падения пластов под охраняемым объектом, ;
- допустимый показатель горизонтальных деформаций для охраняемого здания.
Получаем 
.
Фактическое значение расстояния d = 285 м, что меньше значения 
и, следовательно, нижняя граница целиков по обоим пластам должна быть увеличена до значения . Получаем точки е(е') и г(г').
Для определения границ предохранительных целиков по простиранию строим вертикальный разрез по простиранию и наносим на него с плана границы охраняемой площади 2(3) и 1(4). Из этих точек проводим линии в наносах под углом , получаем точки 2'(3') и 1'(4') и в коренных породах под углом 
до пересечения с горизонтальными линиями, проведенными через точки с(с') и г(г'). Получаем границы предохранительного целика по простиранию по пласту - сс'г'г. Определяем границы целика по простиранию по пласту в точках пересечения пласта с осевой поверхностью складки з(з'). В окончательном виде граница целика по простиранию по пласту - сс'з'г'гз.
Проводим в коренных породах из точек 2'(3') и 1'(4') линии под углом 
(
- поправка к углу, полученная из табл. 7.3) до пересечения с горизонтальными линиями, проведенными через точки а(а') и е(е'). Получаем границы предохранительного целика по простиранию по пласту - аа'ее'. Определяем границы целика по простиранию по пласту в точках пересечения пласта с осевой поверхностью складки ж(ж'). В окончательном виде граница целика по простиранию по пласту - аа'ж'е'еж.
Используя разрезы вкрест и по простиранию пластов, строим границы предохранительных целиков в плане: по пласту - аа'ж'е'еж и пласту - сс'з'г'гз.
Подсчитываем запасы угля в предохранительных целиках.
Пример 8. Построение предохранительного целика под ручьем (рис. 9.8)
Рис. 9.8. Построение предохранительного целика под ручьем
- изогипсы первого пласта; 
- то же, второго;
- третьего
На одной из шахт Кузнецкого бассейна через поле шахты протекает ручей. Под руслом ручья (включая участки его максимального разлива в период паводка) залегают глинистые наносы (глины, суглинки) минимальной мощностью 
.
Под ручьем залегает свита из трех совместно отрабатываемых пластов с углом падения 
, вынимаемой мощностью соответственно 
; 
и 
. Мощность междупластья между первым и вторым пластами 
, а между первым и третьим - 
.
На плане показаны изогипсы почвы пластов с сечением через 5 м.
Согласно п. 6.3 ручей относится к I группе водных объектов, поскольку в данном случае отсутствуют геологические нарушения, а мощность подстилающих водный объект глинистых отложений 
превышает глубину водотока и удовлетворяет следующему условию:
.
Следовательно, безопасная глубина разработки под ручьем для трех пластов определяется по формуле (6.12) разд. 6, которую можно представить в виде:
,
где 
- безопасная глубина разработки свиты из трех пластов; 
- согласно формуле (6.5) разд. 6.
Безопасную глубину совместной разработки трех пластов под ручьем определяем из указанного выше выражения методом итераций.
За первое приближение принимается:
;
.
За второе приближение принимается полусумма предыдущих значений:
, откуда
.
В качестве следующего значения используется:
, откуда получим:
.
Поскольку предыдущее значение 
отличается от вычисленного значения 
менее чем на 1 м, то в качестве безопасной глубины может быть принято:
.
При минимальной отметке русла ручья +155 м горизонту безопасной глубины соответствует изогипса почвы пласта с отметкой 155 - 135 = 20 м. Эта изогипса показана на плане рис. 9.8.
Отвод ручья, а также применение других мероприятий, позволяющих извлечь уголь под ручьем выше горизонта безопасной глубины, признаны нецелесообразными. В этом случае под ручьем необходимо оставить предохранительные целики.
Согласно п. 6.6 за границы предохранительных целиков принимаем границы зоны опасного влияния водного объекта, которые строятся от линии максимального разлива ручья по углам разрыва.
В соответствии с п. 7.2.8 для Кузнецкого бассейна углы разрывов принимаются на 10° больше соответствующих углов сдвижения, приведенных в п. 7.2.2, но не более 90°.
Учитывая, что в пределах предохранительных целиков отсутствуют ранее пройденные очистные выработки, целики строим по второму варианту.
Согласно формулам (7.2) и таблицам 7.3 и 7.11 углы разрыва составят:
- для первого пласта:
;
;
;
- для второго пласта:
;
;
;
для третьего пласта:
;
;
.
Так как объект имеет вытянутую форму и расположен диагональю к простиранию пласта, для построения границ зоны опасного влияния используется способ перпендикуляров (см. разд. 8). На линии максимального разлива воды намечаем характерные точки АБВГДЖЗИКЛМНОП, в каждой из которых определяем значение острого угла , между касательной к линии максимального разлива и направлением простирания пласта.
Согласно разд. 8 находим значение углов разрывов в диагональном направлении 
и 
, для чего используем формулы (8.1), (8.2) разд. 8, в которые вместо углов сдвижения подставляем углы разрывов:
;
.
Далее по формулам (8.3) разд. 8 определяем длины перпендикуляров:
.
Значения величин , 
, 
, H-h, а также вычисленные значения q и д приведены в табл. 9.5.
Таблица 9.5
ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ И ВЕЛИЧИНЫ q И l
┌─────┬──────┬──────────────────────────────────────────────┬──────────────────────────────────────────────┬──────────────────────────────────────────────┐ │Точка│ТЕТА, │ Пласт 1 │ Пласт 2 │ Пласт 3 │ │ │(...°)├─────┬───────────────┬──────────────┬────┬────┼─────┬───────────────┬──────────────┬────┬────┼─────┬───────────────┬──────────────┬────┬────┤ │ │ │ │ II │ II │ │ │ │ II │ II │ │ │ │ II │ II │ │ │ │ │ │H-h │ctg (дельта )'│ctg (гамма )'│q, м│l, м│H-h │ctg (дельта )'│ctg (гамма )'│q, м│l, м│H-h │ctg (дельта )'│ctg (гамма )'│q, м│l, м│ ├─────┼──────┼─────┼───────────────┼──────────────┼────┼────┼─────┼───────────────┼──────────────┼────┼────┼─────┼───────────────┼──────────────┼────┼────┤ │А │85 │125,0│ │0,0875 │ │21,5│ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ ├─────┼──────┼─────┼───────────────┼──────────────┼────┼────┼─────┼───────────────┼──────────────┼────┼────┼─────┼───────────────┼──────────────┼────┼────┤ │Б │88 │126,5│0,0879 │ │21,6│ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ ├─────┼──────┼─────┼───────────────┼──────────────┼────┼────┼─────┼───────────────┼──────────────┼────┼────┼─────┼───────────────┼──────────────┼────┼────┤ │В │79 │106,0│ │0,0875 │ │19,8│ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ ├─────┼──────┼─────┼───────────────┼──────────────┼────┼────┼─────┼───────────────┼──────────────┼────┼────┼─────┼───────────────┼──────────────┼────┼────┤ │Г │86 │104,0│0,0893 │ │19,8│ │126,5│0,0379 │ │15,3│ │ │ │ │ │ │ ├─────┼──────┼─────┼───────────────┼──────────────┼────┼────┼─────┼───────────────┼──────────────┼────┼────┼─────┼───────────────┼──────────────┼────┼────┤ │Д │78 │93,5 │ │0,0875 │ │18,7│116,0│ │0,0349 │ │14,6│ │ │ │ │ │ ├─────┼──────┼─────┼───────────────┼──────────────┼────┼────┼─────┼───────────────┼──────────────┼────┼────┼─────┼───────────────┼──────────────┼────┼────┤ │Ж │87 │92,0 │0,0885 │ │18,6│ │114,0│0,0366 │ │14,7│ │ │ │ │ │ │ ├─────┼──────┼─────┼───────────────┼──────────────┼────┼────┼─────┼───────────────┼──────────────┼────┼────┼─────┼───────────────┼──────────────┼────┼────┤ │З │67 │81,5 │ │0,0875 │ │17,7│104,0│ │0,0349 │ │14,1│ │ │ │ │ │ ├─────┼──────┼─────┼───────────────┼──────────────┼────┼────┼─────┼───────────────┼──────────────┼────┼────┼─────┼───────────────┼──────────────┼────┼────┤ │И │80 │82,5 │0,0979 │ │18,6│ │105,0│0,0504 │ │15,8│ │ │ │ │ │ │ ├─────┼──────┼─────┼───────────────┼──────────────┼────┼────┼─────┼───────────────┼──────────────┼────┼────┼─────┼───────────────┼──────────────┼────┼────┤ │К │50 │73,0 │ │0,0875 │ │17,0│95,5 │ │0,0349 │ │13,9│123,0│ │0,0 │ │10,5│ ├─────┼──────┼─────┼───────────────┼──────────────┼────┼────┼─────┼───────────────┼──────────────┼────┼────┼─────┼───────────────┼──────────────┼────┼────┤ │Л │67 │74,5 │0,1321 │ │20,2│ │97,0 │0,0891 │ │19,1│ │124,5│0,0689 │ │19,0│ │ ├─────┼──────┼─────┼───────────────┼──────────────┼────┼────┼─────┼───────────────┼──────────────┼────┼────┼─────┼───────────────┼──────────────┼────┼────┤ │М │46 │67,0 │ │0,0875 │ │16,4│89,5 │ │0,0349 │ │13,6│117,0│ │0,0 │ │10,5│ ├─────┼──────┼─────┼───────────────┼──────────────┼────┼────┼─────┼───────────────┼──────────────┼────┼────┼─────┼───────────────┼──────────────┼────┼────┤ │Н │44 │64,5 │0,2021 │ │23,1│ │87,0 │0,1548 │ │23,7│ │114,5│0,1268 │ │24,7│ │ ├─────┼──────┼─────┼───────────────┼──────────────┼────┼────┼─────┼───────────────┼──────────────┼────┼────┼─────┼───────────────┼──────────────┼────┼────┤ │О │67 │54,0 │ │0,0875 │ │15,3│76,5 │ │0,0349 │ │13,2│104,0│ │0,0 │ │10,5│ ├─────┼──────┼─────┼───────────────┼──────────────┼────┼────┼─────┼───────────────┼──────────────┼────┼────┼─────┼───────────────┼──────────────┼────┼────┤ │П │35 │53,5 │0,2252 │ │22,1│ │76,0 │0,1753 │ │23,4│ │104,5│0,1444 │ │25,2│ │ └─────┴──────┴─────┴───────────────┴──────────────┴────┴────┴─────┴───────────────┴──────────────┴────┴────┴─────┴───────────────┴──────────────┴────┴────┘
В характерных точках на линиях максимального разлива воды откладываем по нормали к этим линиям длины соответствующих отрезков q (в сторону восстания пласта) и l (в сторону падения пластов). Получаем точки, лежащие на границах зоны опасного влияния водного объекта. Согласно п. 6.6 границей зоны опасного влияния со стороны падения пласта является горизонт безопасной глубины (изогипса с отметкой +20).
Со стороны восстания она ограничивается технической границей шахты.
Таким образом, границы предохранительных целиков определяются линиями:
- для первого пласта - I-II-III-IV;
- для второго пласта - I'-II'-III'-IV';
- для третьего пласта - I"-II"-III"-IV".
Производим подсчет запасов в целиках и выполняем оценку влияния изменения профиля ручья после подработки.
Пример 9. Построение предохранительных целиков для охраны вертикальных стволов, зданий и сооружений промплощадки шахты при сдвижении пород по напластованию (рис. 9.9)
Рис. 9.9. Построение предохранительных целиков для охраны
вертикальных стволов, зданий и сооружений промплощадки
шахты при сдвижении пород по напластованию
Охраняемый объект - промплощадка одной из шахт Челябинского бассейна, на которой размещены: клетевой и скиповой шахтные стволы глубиной 400 м, здания подъемных машин, вентилятора, электроподстанции и АБК.
Вертикальные шахтные стволы пройдены в толще, которая ранее была подработана вышележащими пластами. Стволы закреплены жесткой крепью из монолитного бетона и оборудованы постоянным подъемом. Конструктивных мероприятий по снижению влияния подвижек на крепь шахтных стволов не предусмотрено. Под зданиями и сооружениями промплощадки залегают пласты: А, Б, 
, 
и С. Мощность проектируемых к отработке пластов , и и С равна соответственно 1,5; 1,2 и 1,0 м. Угол падения пластов 30°. Наносы представлены суглинками нормальной влажности, мощностью 15 м. Проектная глубина разработки 600 м.
Выбор мер охраны объектов. Вертикальные шахтные стволы вместе с копрами и зданиями подъемных машин согласно п. 3.12 охраняются предохранительными целиками без учета безопасных глубин.
Учитывая, что в данном примере рассматривается случай сдвижения по напластованию, а также расположение стволов (охраняемых без учета безопасной глубины) на охраняемой площадке со стороны падения, безопасные глубины разработки для остальных охраняемых зданий определять нецелесообразно.
Построение предохранительных целиков. Для построения границ охраняемой площади промплощадки определяем в соответствии с п. 8.2 ширину бермы для охраняемых объектов по табл. 8.1.
Отложив от охраняемых объектов ширину бермы, получим на плане контур охраняемой площади АБВГ. Затем проектируем на разрез вкрест и по простиранию пластов угловые точки охраняемой площади.
Таблица 9.6
ШИРИНА БЕРМЫ ДЛЯ ОХРАНЯЕМЫХ ОБЪЕКТОВ, М
┌───────────────┬─────────────────────────────────────┬───────────────────┐ │ Номер │ Название объекта │ Ширина бермы, м │ ├───────────────┼─────────────────────────────────────┼───────────────────┤ │1 │Клетевой ствол │20 │ ├───────────────┼─────────────────────────────────────┼───────────────────┤ │2 │Скиповой ствол │20 │ ├───────────────┼─────────────────────────────────────┼───────────────────┤ │3 │Здания подъемных машин │20 │ ├───────────────┼─────────────────────────────────────┼───────────────────┤ │4 │Здание вентилятора │5 │ ├───────────────┼─────────────────────────────────────┼───────────────────┤ │5 │Здание электроподстанции │5 │ ├───────────────┼─────────────────────────────────────┼───────────────────┤ │6 │Здание АБК │15 │ └───────────────┴─────────────────────────────────────┴───────────────────┘
Согласно пп. 8.4 и 8.15 границы предохранительных целиков строим по углам сдвижения, используя со стороны падения и простирания первый, а со стороны восстания - второй вариант определения углов сдвижения и построения.
Углы сдвижения рассчитываем по формулам (7.2), в соответствии с пп. 7.3.2 и 7.3.4 и поправками из табл. 7.3:
- для пласта : 
; 
;
- для пласта : 
; 
; 
;
- для пласта С: 
; ; 
.
В соответствии с п. 7.3.4 находим значение глубины:
.
В нашем случае точка пересечения линии, построенной на разрезе вкрест простирания по углу , с верхним пластом 
оказалась на глубине меньшей чем 
.
В соответствии с п. 7.3.4 за границы целиков по падению принимаются точки пересечения их с плоскостью, проведенной под углом из точки , расположенной на глубине .
Для определения границ предохранительных целиков по простиранию строим вертикальный разрез, на котором из угловых точек охраняемой площади проводим линии в наносах под углом сдвижения , продолжаем их в коренных породах под углами сдвижения до пересечения с горизонтальными линиями, проходящими через точки ; ; ; ; ; 
.
Контуры предохранительного целика на разрезе по простиранию будут:
- по пласту : ;
- по пласту 
: ;
- по пласту С: .
Переносим соответствующие точки с разрезов вкрест простирания и по простиранию пластов на план и получаем контуры предохранительных целиков в плане: , , . Определяем предельные минимальные размеры целика в соответствии с рекомендациями, изложенными в примере 9.1.
Подсчитываем запасы угля в предохранительных целиках.
