1.1. Огляд досліджень по темі в ДонНТУ
1.2. Огляд досліджень по темі в Україні
1.3. Огляд досліджень по темі глобальний (світовий)
Актуальність магістерської роботи
Мезорельєф є характерним для більшості територій Центрального району Донбасу і Східного Донбасу, що потрапили в зону впливу підземних очисних робіт. В багатьох випадках найбільші пошкодження будівель, споруд та інженерних комунікацій спостерігаються саме на схилах мезорельєфу. Тому дослідження впливу схилів мезорельєфу на прогноз зрушень і деформацій земної поверхні від підземних очисних робіт є актуальною і важливою науково-технічною задачею.
Мета і завдання магістерської роботи
Мета роботи – вдосконалення методики прогнозу зрушень і деформацій земної поверхні від впливу підземної очисної виїмки з урахуванням схилів мезорельєфу.
Задачі дослідження:
1. Аналіз існуючих методів прогнозу зрушень і деформацій земної поверхні від впливу підземної очисної виїмки.
2. Аналіз програмних засобів розрахунку зрушень і деформацій земної поверхні.
3. Аналіз методів вирішення задач по цифрових моделях місцевості.
4. Розробка методики дослідження впливу схилів мезорельєфу на точність прогнозу зрушень і деформацій земної поверхні.
5. Розробка комплексу цифрових моделей місцевості та об'єктів (будівель, споруд, інженерних комунікацій).
6. Розробка програми визначення кута падіння мезорельєфу в призвільному напрямку по цифровій моделі місцевості.
7. Розробка програми побудови графіків деформацій земної поверхні на схилах мезорельєфу.
8. Порівняльний аналіз результатів розрахунків деформацій земної поверхні з урахуванням схилів мезорельєфу з результатами розрахунків, виконаних за діючою методикою.
Ідея роботи
Ідея роботи полягає в використанні математичної моделі сумісного зрушення грунтового шару та корінних порід, в якій внутрішня енергія в грунтовому шарі ініціюється процесом осідання земної поверхні від впливу підземних гірничих робіт.
Зв'язок роботи з науковими програмами
Робота проводиться відповідно до напряму багаторічних наукових досліджень Донецьким національним технічним університетом кафедрою маркшейдерської справи, а також у зв'язку з науковими планами інституту УкрНДМІ НАН України.
Можливі результати, які очікуються при виконанні роботи, їх новизна та значення.
Буде вдосконалена методика прогнозу зрушень і деформацій земної поверхні від впливу підземної очисної виїмки з урахуванням схилів мезорельєфу, підвищена достовірність і точність цього прогнозу. Розроблене програмне забезпечення буде використовуватися при розробці проектів підробки будівель і споруд підземними гірничими роботами.
Запланована апробація результатів (участь в конференціях, подача робіт на конкурс, публі-кації, подача заявок на винахід тощо)
Доповідь на науково-технічній конференції; подання роботи на конкурс. Запланована публікація статті в спеціальному науковому збірнику.
Інститут гірничої справи та геології Донецького національного технічного університету є однією з провідних наукових організацій, яка займається геомеханічні моделями зсуву всієї товщі гірських порід над очисної виробкою; процесами, що відбуваються в масиві в результаті ведення підземних гірничих робіт.
Викладачі кафедри маркшейдерської справи беруть участь у розробці нормативних документів.
На кафедрі маркшейдерської справи питаннями вивчення прогнозу зсуву та деформацій земної поверхні від впливу очисних виробок довільної форми займаються д.т.н., проф. Грищенко Н.М, д.т.н., проф. Назимко В.В.
На території України дослідженнями процесів зсуву і деформацій земної поверхні, що відбуваються в товщі масиву в результаті ведення підземних гірничих робіт займається кафедра маркшейдерської справи Дніпропетровського Національного гірничого університету.
Питаннями зсовування і деформацій земної поверхні займаються багато вчених з Російської Федерації.
- Санкт-Петербурзький державний гірничий інститут імені Г.В. Плеханова;
- Південно-Російський державний технічний університет (Новочеркаський політехнічний інститут).
У першій частині роботи проведен огляд існуючих методів розрахунку зрушень і деформацій земної поверхні від впливу підземної очисної виїмки. Після аналізу існуючих методів можна зробити висновок, що емпіричні методи мають деякі переваги перед методами, заснованими на функціях впливу чи теоретичних моделях, тому що базуються на даних безпосередніх натурних вимірювань, а не на абстрактних уявленнях про механічну моделі гірського масиву і математичних передумовах.
Найбільшого поширення і розвиток в нашій країні отримав метод типових кривих, 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.
В даний час методика розрахунку деформацій земної поверхні достатньо визначена в нормативному документі [1], а також у роботах інструкції УкрНДМІ, присвяченим цьому питанню. Для реалізації комп'ютерних розрахунків деформацій земної поверхні розроблено ряд програмних засобів в інституті УкрНДМІ і ДонНТУ (DEFO, MULDA, "Подработка").
У своїй магістерській роботі я буду використовувати програму "Подработка", яка дозволяє проводити розрахунки очікуваних зрушень і деформацій земної поверхні в будь-яких напрямах, по сітці і для окремих точок мульди зсовування.
Багатьма дослідниками було зазначено, що виміри зрушення поверхні, особливо горизонтальні зрушення, в горбистих районах з крутими відкосами місцевості, відрізняються від тих, що отримані на плоскій або помірно горбистій поверхні.
Існує гіпотеза, згідно з якою диференціальне зрушення є спільним результатом зрушення грунтового шару і корінних порід, а внутрішня деформація в грунтовому шарі ініціюється процесом осідання земної поверхні. На цій гіпотезі заснована математична модель для прогнозу за допомогою методу функцій впливу зрушень і деформацій земної поверхні на місцевості з крутими відкосами [2]. Розглянемо застосування даної математичної моделі для прогнозу зрушень земної поверхні над прямокутної очисної виробленням.
Функції впливу для осідання і горизонтального зрушення по схилу поверхні рівні:
Зрушення і деформації в головних перерізах
Значення нахилу, кривизни і горизонтальних деформацій по схилу мезорельєфу в будь-якій точці головного перетину мульди можуть бути отримані відповідно як:
Для визначення приватних похідних використовуємо метод статистичного моделювання.
Зсовування і деформації у прівольному напрямку
Нахил, відносна деформація, кінцева кривизна по схилу поверхні в заданому напрямку обчислюються за формулою:
Єдиним додатковим параметром, введеним в модель прогнозу зрушень і деформацій земної поверхні в горбистих районах, є коефіцієнт пропорційності G. Передбачається, що цей коефіцієнт є функцією кута природного відкосу, механічних властивостей і потужності грунтового шару, рослинності на поверхні і т.д. Для визначення коефіцієнта G в роботі [3] запропонована діаграма, заснована на емпіричних даних (рис. 2.2).
Головним завданням у магістерській роботі є створення програмних засобів для визначення кута падіння мезорельєфу в привольному напрямі по цифровій моделі місцевості і для побудови графіків деформацій земної поверхні на схилах мезорельєфу. Програма розробляється на мові Visual Basic.
У магістерській роботі представлена актуальна наукова та практична задача, що полягає в розробці методів розрахунку зрушень і деформацій земної поверхні на схилах мезорельєфу від впливу підземних очисних робіт.
В існуючій методиці прогнозу зрушень і деформацій земної поверхні від впливу підземних гірничих робіт розрахунок деформацій здійснюється при фіксованій середній глибині розробки, тобто для деякої усередненої горизонтальній площині. Вплив мезорельєфу місцевості при цьому не враховується.
На основі гіпотези про взаємозв'язок зрушення грунтового шару і корінних порід внаслідок протікання процесу зрушення земної поверхні розроблена математична модель для прогнозу зрушень і деформацій земної поверхні на місцевості з крутими відкосами, тобто на схилах мезорельєфу.
Встановлено функції впливу для осідання і горизонтального зрушення по схилу поверхні. Запропоновано алгоритм обчислення зрушення і деформацій по схилу мезорельєфу як у головних перерізах мульди зрушення, так і в довільному напрямі.
У подальшому необхідно виконати реалізацію всіх необхідних програм у середовищі Visual Basic.
Важливе зауваження
При написанні даного реферату робота ще не завершена. Остаточне завершення: грудень 2011 р. Повний текст роботи та матеріали по темі можуть бути отримані у автора або у керівника після зазначеної дати.
1. ГСТУ 101.00159226.001 – 2003. Правила підробки будівель, споруд і природних об’єктів при видобуванні вугілля підземним способом. На зміну «Правил охраны…» (М.: Недра, 1981. – 288 с.); Введ. 01.01.2004.– К., 2004. – 128 с.
2. Peng, S.S. Surface Subsidence Engineering [Text] / Society for Mining, Metallurgy, and Exploration, Inc. – Ann Arbor: MI, 1992. – 161 p.
3. Knothe, S. Observations of Surface Movements Under Influence of Mining and Their Theoretical Interpretation [Text] / S. Knothe// Proceedings European Congress Ground Movement. – Leeds, UK, 1957. – P. 210-218.
4. Кратч, Г. Сдвижение горных пород и защита подрабатываемых сооружений [Текст] / Г. Кратч; Пер. с нем./ под ред. Р.А. Муллера и И.А. Петухова. – М.: Недра, 1978. – 494 с.
5. Медянцев А.Н., Борщ-Компониец В.И Сдвижение горных пород и земной поверхности при подземных разработках – М.: Недра, 1982, 278 c.
6. Побединский Г.Г. Программирование геодезических задач на языке бейсик.- М.: Недра, 1991, 96 c.
7. 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.
8. Авершин С.Г. Расчет сдвижений горных пород. - М.: Металлургиздат, 1950. - 60 с.
9. Гавриленко Ю.Н., ПапазовН.М., Морозова Т.В. Динамика оседаний земной поверхности при большой глубине разработки и высокой скорости подвигания забоя.
10. Борщ-Компониец В.И., Батугина И.М., Варлашкин В.М. Сдвижение горных пород и земной поверхности при подземных разработках. - М.: Недра, 1984. - 247 с.