Обгрунтування теми і назви, актуальність роботи
Завдання дослідження. Ідея роботи
Деформації земної поверхні від впливу підземної очисної виїмки здатні викликати значні пошкодження будівель, споруд, інженерних комунікацій, що потрапили в зону впливу гірничих робіт. У зв'язку з цим відпрацювання запасів вугілля під об'єктами поверхні, які потребують захисту від впливу гірничих робіт, виконують за спеціальними проектами підробки цих об'єктів. Проекти містять прогноз осідань і деформацій земної поверхні, викликаних підземними гірничими роботами, оцінку ступеня їх впливу на об'єкти і рекомендації щодо заходів захисту об'єктів. Існуюча методика розрахунку деформацій земної поверхні передбачає використання в розрахунку постійного значення середньої глибини розробки. Це означає, що розрахунок деформацій виконується для деякої горизонтальної площини, яка розташована від центру очисної виробки на відстані, рівному середній глибині розробки. Так як реальна земна поверхня відрізняється від площини розрахунку деформацій, виникають похибки визначення деформацій. При цьому максимальні похибки спостерігаються для поверхні з великими формами рельєфу, тобто для мезорельєфу. Мезорельєфу характерно для більшості територій Центрального району Донбасу і Східного Донбасу, де відношення амплітуди коливань висот мезорельєфу в середній глибині розробки досягає 10 — 15% у межах гірничих відводів шахт. Це суттєво впливає на точність прогнозу як осад і горизонтальних зрушень земної поверхні, так і її нахилів, кривизни, горизонтальних деформацій. Тому дослідження впливу мезорельєфу на прогноз зсувів і деформацій земної поверхні від підземних очисних робіт є актуальною і важливою науково-технічною задачею. Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, виконання роботи за заявкою установи чи виробничій організації.
Робота виконується у відповідності з напрямком багаторічних наукових досліджень кафедри маркшейдерської справи, а також у зв'язку з науковими планами інституту УкрНДМІ. НАН України.
Мета роботи полягає у вдосконаленні методики прогнозу зрушень і деформацій земної поверхні від впливу підземної очисної виїмки з урахуванням мезорельєфу.
— Аналіз існуючих методів прогнозу зрушень і деформацій земної поверхні від впливу підземної очисної виїмки;
— Аналіз програмних засобів розрахунку зрушень і деформацій земної поверхні;
— Аналіз методів створення цифрових моделей місцевості;
— Розробка методики дослідження впливу мезорельєфу на точність прогнозу зрушень і деформацій земної поверхні;
— Розробка комплексу цифрових моделей місцевості, що охоплює основний діапазон граничних умов розрахунку деформацій;
— Розробка комп'ютерної технології формування цифрової моделі місцевості за даними планів поверхні;
— Розробка програмного забезпечення інтерполювання значень висот розрахункових точок по цифровій моделі місцевості і побудови графіків деформацій земної поверхні і похибок цих деформацій від впливу мезорельєфу;
— Порівняльний аналіз результатів розрахунків деформацій земної поверхні з урахуванням мезорельєфу з результатами розрахунків, виконаних за діючою методикою.
Ідея роботи полягає у використанні цифрової моделі місцевості і динамічної глибини розробки для врахування впливу мезорельєфу на точність прогнозу зрушень і деформацій земної поверхні.
Об'єктом дослідження є методика прогнозу зрушень і деформацій земної поверхні від впливу підземної очисної виїмки. Предметом дослідження є вплив мезорельєфу на параметри зрушень і деформацій земної поверхні (опади, нахили, кривизна, горизонтальні зрушення і деформації) в точках мульди здвигу.
Можливі результати, які очікуються при виконанні роботи, їх новизна і значення. Буде удосконалено методику прогнозу зрушень і деформацій земної поверхні від впливу підземної очисної виїмки з урахуванням мезорельєфу, підвищена вірогідність і точність цього прогнозу.
Розроблене програмне забезпечення буде використовуватися при розробці проектів підробки будівель і споруд підземними гірничими роботами.
У першому розділі роботи було проведено аналіз існуючих методів розрахунків зрушень і деформацій земної поверхні при підземних розробках вугільних родовищ.
У результаті було визначено, що найбільш поширеним методом для умов Донбасу є метод типових кривих [2], який виконується за нормативною методикою [1]. Перевагою цієї методики є те, що розрахунки виконуються з використанням типових функцій розподілу зрушень та деформацій, встановлених в результаті аналізу численних експериментальних спостережень за зрушенням земної поверхні на вугільних шахтах.
На підставі аналізу результатів спостережень можуть бути зроблені наступні висновки:
1. Графіки деформацій земної поверхні при великих глибинах розробки мають більш нерівномірний характер, ніж при середніх глибинах.
При середніх глибинах нерівномірність спостерігається в основному на графіках кривизни, при великих же глибинах вона поширюється на графіки нахилів і горизонтальних деформацій. Однак з кількісної сторони нерівномірність у розподілі деформацій при великих глибинах розробки істотного значення не має, так як за абсолютною величиною деформації дуже малі і можна обмежитися визначенням тільки максимальних їх величин.
2. При розрахунку зрушень і деформацій земної поверхні від гірських виробок на великих глибинах (H> 600 м) слід розрізняти два можливих випадки:
а) положення гірничих виробок у пластах у просторі та часі відомо або задано календарними планами відпрацювання пластів;
б) календарні плани відпрацювання пластів відсутні і немає даних про розміри виробок.
У роботі планується побудова великої кількості графіків і цифрових моделей місцевості, передбачають різну кількість рішень з приводу зрушень і деформацій земної поверхні, для автоматизації процесу по даній методиці планується розробка алгоритму і програми для розрахунків зрушень і деформацій земної поверхні, а також побудови даних умов. Програма розробляється на мові Visual Basic. Після розробки програми результати необхідно перевірити на інших моделях, в яких для розрахунку використовуються типові криві і зробити аналіз по кожному окремому випадку.
У роботі необхідно також визначити як впливає нерівномірність мезорельєфу на розрахунок зрушень і деформацій земної поверхні і порівняти результати існуючої методики розрахунку та отриманої не з урахуванням середньої глибини, а з урахуванням мезорельєфу.
Для обліку впливу мезорельєфу розроблений алгоритм розрахунку деформацій земної поверхні, заснований на двох нових факторах. По-перше, це використання цифрової моделі рельєфу (ЦМР) для опису її рельєфу. Обов'язковою умовою формування ЦМР для підробляється території є наявність висотних відміток точок ЦМР.
По-друге, в розрахунок деформацій вводиться поняття динамічної глибини розробки. Для кожної розрахункової точки ця глибина приймається рівною.
де Zi — відмітка і-й розрахункової точки; Zc — відмітка центру лави (на грунті пласта); H — глибина розробки в центрі лави; H1 — перевищення i-й точки над площиною розрахунку, віддаленої від центру лави на висоту H.
Величина H1 визначається з наступного виразу
Надалі визначення всіх розрахункових параметрів і величин деформацій виробляється на основі динамічної глибини розробки для кожної розрахункової точки замість середньої глибини розробки.
На даний момент магістерська робота знаходиться в стадії розробки. Після грудня 2011р. повний текст роботи можна отримати у автора або наукового керівника.