Деформации породных отвалов угольных шахт

При разработке угольных месторождений подземным способом возникает необходимость попутного извлечения и перемещения углевмещающих пород, что требует создания специальной службы породного хозяйства. В практике горных работ сложилось три основных направления организации породного хозяйства:
а) выдача породы на поверхность с последующей укладкой (отвалообразование);
б) выдача породы на поверхность для переработки (например, получение закладочных или строительных материалов);
в) размещение породы в выработанном пространстве.
Наибольшее распространение получило первое направление, что можно объяснить относительной простотой технологических схем и меньшими по сравнению с двумя другими капитальными затратами.
Формирование породных отвалов угольных шахт производится путем отсыпки отвальных масс с использованием различных средств транспортировки (автомобильный, железнодорожный транспорт, канатная откатка в скипах и вагонетках и др.). В ряде случаев при наличии водных ресурсов, благоприятного рельефа местности и значительного объема извлекаемых пород применяют методы гидромеханизации.
Складируемая в отвалы масса разнородна по своему составу, она включает: различной крупности куски угля, углистых сланцев, аргиллита, полупродукта (сростков пустой породы с углем), пирита, пустой породы, а также лесоматериалы (обломки крепи, шпалы и др.) и различные металлические предметы (куски труб, рельсов). Наличие горючего материала обычно приводит к самовозгоранию отвалов, что резко ухудшает условия их эксплуатации, отравляя воздух пожарными газами, и способствует возникновению деформаций. В табл. 43 приведена составленная в МакНИИ классификация породных отвалов по тепловому состоянию.
Деформации породных отвалов угольных шахт, возникающие в процессе эксплуатации, составляют особую группу горно-геологических явлений.

Основными видами деформаций следует считать различного типа оползни, обрушения, осыпи, уплотнения пород отвала и их основания под действием гравитационных сил, некоторые формы проявления сдвижения пород в результате подработки территории отвальных площадей подземными горными выработками.
Факторы, определяющие возникновение этих деформаций, носящих дорой катастрофический характер, можно разделить на две группы: природные (геологическая и гидрогеологическая обстановка, действие силы тяжести, воды, ветра, солнечной энергии) и искусственные, вызванные деятельностью человека (характер отвалообразования, вид транспортировки отвальных масс, план ведения горных работ на шахте и отвале, порядок разработки отвала, схемы рекультивации).
Следует, однако, иметь в виду, что деформации породных отвалов являются, как правило, результатом совместного действия выделенных факторов.
Характерными горно-геологическими явлениями на отвалах угольных шахт следует считать термические оползни — обрушения и выбросы породы. Основная причина этих процессов — горение отвальных масс. В зависимости от условий возникновения различают три вида термических оползней-обрушений (табл. 44). Выбросы породы происходят под действием пара, образующегося в теле отвала (пустотах, трещинах) при попадании туда воды.

Все перечисленные виды деформаций породных отвалов угольных шахт и сопутствующих им процессов (выделение ядовитых и вредных газов) представляют серьезную опасность для обслуживающего персонала, оборудования, сооружений, окружающей среды. Поэтому предупреждение подобных горно-геологических явлений рассматривается как одна из важнейших задач горного производства.
Прогнозирование состояния породных отвалов производят по результатам инженерно-геологических исследований, включающих:
а) оценку геодинамической обстановки территории;
б) определение физико-механических свойств пород основания и тела отвала;
в) расчеты оптимальных параметров отвала (высоты и угла наклона);
г) расчеты осадок пород основания и тела отвала.