Введение
1.1 Актуальность темы
Существующая методика прогноза сдвижений и деформаций земной поверхности от влияния подземной очистной выработки основана на использовании геомеханической модели сдвижения всей толщи горных пород над очистной выработкой прямоугольной формы. Сложная гипсометрия угольных пластов месторождений Донбасса в сочетании со складчатой тектоникой этих месторождений приводят к тому, что большинство очистных выработок на шахтах имеют форму, которая приближается к прямоугольной, но не является таковой. При выполнении прогноза сдвижений и деформаций земной поверхности в расчетную модель вводится сглаженная прямоугольная форма каждой очистной выработки. Это упрощает расчетную модель и влияет на точность прогноза. Все это делает создание механизма прогноза сдвижений и деформаций земной поверхности от влияния очистных выработок произвольной формы актуальной и важной научно-технической задачей.
1.2 Цель работы
Цель работы заключается в усовершенствовании методики прогноза сдвижений и деформаций земной поверхности от влияния подземной очистной выемки в выработках произвольной формы, которая способствует повышению достоверности и точности этого прогноза.
1.3 Задачи исследований
- анализ существующих методов прогноза сдвижений и деформаций земной поверхности от влияния подземной очистной выемки;
- анализ программных средств расчета сдвижений и деформаций земной поверхности;
- разработка методики прогноза сдвижений и деформаций земной поверхности на основе функций единичного влияния;
- разработка технологии сбора цифровой информации об очистных выработках произвольной формы;
- разработка программы расчета сдвижений и деформаций земной поверхности от влияния очистной выработки произвольной формы;
- сравнительный анализ результатов расчетов по новой программе с результатами расчетов, выполненных по действующей методике.
1.4 Идея работы
Идея работы заключается в использовании функций единичного влияния для интегрированной оценки влияния очистной выработки, которая имеет контур произвольной формы, на сдвижение земной поверхности.
1.5 Связь работы с научными программами
Работа производится согласно направлению многолетних научных исследований Донецким Национальным Техническим Университетом кафедрой маркшейдерского дела, а также в связи с научными планами института УкрНИМИ НАН Украины.
1.6 Предполагаемая научная новизна
Предполагается вести расчет сдвижений и деформаций земной поверхности с помощью единичной функции распределения оседаний по площади мульды сдвижения. Разработанное программное обеспечение будет использоваться при разработке проектов подработки зданий и сооружений подземными горными работами.
2. ОБЗОРНАЯ ИНФОРМАЦИЯ
2.1 Обзор исследований по теме в ДонНТУ
Институт горного дела и геологии Донецкого Национального Технического Университета является одной из ведущих научных организаций, которая занимается геомеханическими моделями сдвижения всей толщи горных пород над очистной выработкой; процессами, происходящими в массиве в результате ведения подземных горных работ. Преподаватели кафедры маркшейдерского дела принимают участие в разработке нормативных документов.
На кафедре маркшейдерского дела вопросами изучения прогноза сдвижений и деформаций земной поверхности от влияния очистных выработок произвольной формы занимаются д.т.н. . проф. Грищенков Н.Н, д.т.н. . проф. Назимко В.В.
2.2 Обзор исследований по теме в в Украине
На территории Украины исследованиями процессов сдвижения и деформаций земной поверхности, происходящими в толще массива в результате ведения подземных горных работ занимается кафедра маркшейдерского дела Днепропетровского Национального Горного Университета.
2.3 Обзор исследований по теме в мире
Вопросами сдвижения и деформаций земной поверхности занимаются многие ученые из Российской Федерации.
- Санкт-Петербургский государственный горный институт имени Г.В. Плеханова.
- Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт);
3.ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
В первой части работы проведен обзор существующих методов расчетов сдвижений и деформаций земной поверхности при подземных разработках угольных месторождений.
Наибольшее распространение и развитие в нашей стране получил метод типовых кривых, который выполняется по нормативной методике [1]. Достоинством этой методики является то, что расчеты выполняются с использованием типовых функций распределения сдвижений и деформаций, установленных в результате анализа многочисленных экспериментальных наблюдений за сдвижением земной поверхности на угольных шахтах.
Различные функции распределения оседаний в главных сечениях мульды сдвижения были предложены С.Г. Авершиным, С.П. Колбенковым, А.Н. Медянцевым, Ю.В. Посыльным и другими учеными.
В основу расчета сдвижений и деформаций в произвольной точке мульды положен принцип подобия распределения оседаний в главных сечениях и в сечениях, параллельных главным.
А.Н. Медянцевым по данным инструментальных наблюдений на 54 специальных наблюдательных станциях были получены типовые кри¬вые оседания для условий Донбасса.
Для расчета оседаний в условиях Донбасса проф. А.Н. Медянцев совместно с Л. П. Чепенко была получена аналитическая функция распределения оседаний следующего вида[2]:
Такая функция распределения хорошо аппроксимирует данные натурных измерений и позволяет определить величину оседаний в каждой точке, лежащей в главных сечениях мульды. Для расчета оседаний по площади мульды воспользуемся подходом, предложенным в полярном методе. В этом случае понятие главного сечения рассматривается шире.
Рассмотрим произвольную выработку неправильной формы, вписанную в прямоугольную выработку.
Рис.1 Исходная выработка, вписанная в прямоугольную выработку
Произведем разбиение прямоугольной выработки на одинаковые прямоугольники. Совокупность прямоугольников можно представить в виде двумерного массива, количество строк и столбцов которого соответственно определяют длины сторон прямоугольников:
Подбирая длины сторон прямоугольников p1 и p2 , можно аппроксимировать границу исходной выработки с любой точностью.
Рис.2 Схема разбиения исходной выработки на элементарные прямоугольные выработки
Определяются центры элементарных выработок, которые не попали в контур исходной выработки[3]. Элементарные лавы с такими центрами (на рис.2 такие прямоугольники заштрихованы) в расчете участия не принимают. Т.о. расчет ведется для формы исходной выработки отличной от прямоугольной.
Каждой элементарной выработке будет соответствовать элементарная мульда сдвижения, и по построению всегда будет иметь место неполная подработка в силу малых размеров выработок вкрест простирания p1 и по простиранию p2 .
Оседание точки земной поверхности в мульде сдвижения от исходной выработки рассчитывается по формуле как сумма оседаний под воздействием тех элементарных выработок, в мульды сдвижения которых попадает расчетная точка M(xm,ym).Для определения коэффициентов kij применяется метод наименьших квадратов
Графическая интерпретация расчета оседания в мульде сдвижения исходной выработки в вертикальном разрезе по простиранию пласта показана на рис.3
Рис.3 Суммирование элементарных мульд (Анимированный рисунок: число кадров - 6, скорость - 50 мс, обьем - 95кБ)
По данной методике разработан алгоритм.. Программа разрабатывается на языке Visual Basic.После разработки программы результаты необходимо проверить на других моделях, в которых для расчета используются типовые кривые.
Для этого в программе MathCad был создан алгоритм, который использует в расчете функции типовых кривых. Программа учитывает полную вкрест простирания и неполную подработку по простиранию пласта, полную вкрест простирания и полную подработку по простиранию, неполную вкрест простирания и неполную подработку по простиранию, неполную вкрест простирания и полную подработку по простиранию.
4. Заключение
В магистерской работе представлена актуальная научная и практическая задача, заключающаяся в разработке методов расчета сдвижений и деформаций земной поверхности по площади мульды от выработки неправильной формы.
Расчет сдвижений и деформаций для выработки произвольной формы производится на основе интегрирования элементарных мульд, вызванных элементарными прямоугольными выработками, на которые разбивается исходная выработка. Линейные и угловые параметры элементарных мульд определяются с учетом характеристик разрабатываемого месторождения и разбиения выработки. Решение данной задачи возможно только на основе использования компьютерной технологии, ввиду большого объема вычислений.
В дальнейшем необходимо выполнить реализацию всех необходимых программ в среде Visual Basic по приведенной выше методике.
Важное замечание
При написании данного автореферата работа еще не завершена. Окончательное завершение: декабрь 2010 г. Полный текст работы и материалы по теме могут быть получены у автора или у руководителя после указанной даты.
Литература
- Правила подработки зданий, сооружений и природных объектов при добыче угля подземным способом.: С.И. Егоров (председатель) и др. – Изд. офиц.- Донецк: ТОВ «АЛАН», 2001. – 264 с. – (на рус. и укр. языках).
- Медянцев А.Н., Борщ-Компониец В.И Сдвижение горных пород и земной поверхности при подземных разработках – М.: Недра, 1982, 278 c.
- В.В. Ершов., А.С. Дремуха., В.М.Трость Автоматизация геолого –маркшейдерских графических работ. – М.: Недра, 1991, 347 c.
- Побединский Г.Г. Программирование геодезических задач на языке бейсик.- М.: Недра, 1991, 96 c.
- Большаков В.Д., Маркузе Ю.И., Голубев В.В. Уравнивание геодезических построений: Справочное пособие. – М.: Недра, 1989. – 413 с.
- Оглоблин Д.Н., Герасименко Г.И., Акимов А.Г. и др. Маркшейдерское дело: Учебник для вузов – 3-е изд., перераб. и доп. М., «Недра», 1981. 704 с.
- Авершин С.Г. Расчет сдвижений горных пород. - М.: Металлургиздат, 1950. - 60 с.
- Гавриленко Ю.Н., ПапазовН.М., Морозова Т.В. Динамика оседаний земной поверхности при большой глубине разработки и высокой скорости подвигания забоя http://gis.donntu.ru/newsiteversion/ru/staff/gavrilenko/dinamik1.pdf
- Кратч Г. Сдвижение горных пород и защита подрабатываемых сооружений./ Пер. с нем. под ред. Р.А. Муллера и И.А. Петухова. - М.: Недра, 1978. - 494 с.
- Борщ-Компониец В.И., Батугина И.М., Варлашкин В.М. Сдвижение горных пород и земной поверхности при подземных разработках. - М.: Недра, 1984. - 247 с.
- Иванов И.Ю., Шурыгин Д.Н. Расчет сдвижений и деформаций земной поверхности для горных выработок произвольной формы // Моделирование. Теория, методы и средства: материалы III Междунар. науч.-практ. конф., Новочеркасск, 11 апр. 2003. – Новочеркасск, 2003. – Ч. 1. – С. 50–53.
ДонНТУ > Портал магистров ДонНТУ || Об авторе | Библиотека | Ссылки | Отчет о поиске | | Индивидуальный раздел