Источник: http://copy.yandex.net/?fmode=envelope&url=http%3A%2F%2Fwww.nbuv.gov.ua
На основе анализа экспериментальных данных установлены новые зависимости, позволяющие прогнозировать локализацию точек максимальных наклонов в подрабатываемом массиве горных пород и на земной поверхности. Проведена оценка точности предлагаемого метода путем сравнения прогнозных и фактических данных, которая подтвердила возможность его использования на практике.
Мульда сдвижения , образующаяся на земной поверхности в результате влияния очистной выработки, в своих двух главных вертикальных сечениях имеет ряд характерных точек, определяющих ее размеры, форму и локализацию. В методиках расчета, используемых на протяжении более полувека в отечественной практике [1-4], в качестве исходных для определения местоположения и размеров мульды используются граничные точки мульды сдвижения и точка максимального оседания.
В современных условиях ведения очистных работ при подземной разработке угольных пластов применяемые ранее методы прогноза сдвижения массива горных пород и земной поверхности теряют точность. В частности, это относится к определению границ мульды сдвижения с помощью установленных критических значений деформаций наклонов и растяжений земной поверхности, что регламентировано действующим нормативным документом [4]. При увеличении глубины разработки такой подход становится некорректным, поскольку сопоставимые с критическими значения деформаций проявляются на значительной части подрабатываемой территории, вследствие чего определение положения ее границ путем инструментальных наблюдений не представляется возможным. В результате этого становится проблематичным точный прогноз абсолютно всех параметров мульды сдвижения по причине возникающей неопределенности положения ее граничных точек.
Одним из возможных способов решения данной проблемы может быть отказ от использования граничных точек в качестве опорных для построения мульды сдвижения , и замена их на другие характерные точки, определение которых на земной поверхности даже в условиях больших глубин разработки не столь затруднительно. В разные годы исследователями предлагались в этом качестве точки максимальной кривизны [5], максимальных горизонтальных деформаций [6,7], перегибов крыльев мульды и максимальных наклонов [8,9].
Из этого ряда наиболее приемлемыми для определения положения мульды сдвижения по ряду причин представляются точки максимального наклона, поскольку они обладают целым рядом преимуществ по сравнению с граничными точками. Во-первых, положение точек с максимальными наклонами на подрабатываемой территории определяется более точно с помощью инструментальных наблюдений вследствие того, что сдвижения и деформации земной поверхности в них имеют значительно бльшие значения, чем в краевых частях мульды, что в конечном итоге уменьшает долю относительных погрешностей измерений. Во-вторых, угловая ошибка при определении положения такой точки на земной поверхности относительно границы очистной выработки вызывает меньшую линейную ошибку, поскольку прямая, соединяющая границу лавы с точкой максимального наклона, как правило, круче, чем прямая, соединяющая границу лавы с граничной точкой мульды. В-третьих, положение точки максимальных наклонов в пространстве практически не изменяется в процессе развития сдвижения массива над очистной выработкой во всех его стадиях при других равных условиях, и поэтому ее прогноз будет точным в любой стадии процесса. Кроме того, точное прогнозирование локализации максимальных наклонов при ведении очистных работ облегчает задачу защиты подрабатываемых объектов, для которых наклоны являются наиболее опасным видом деформаций, как на земной поверхности (высотные строения, дымовые трубы, башенные сооружения и др.), так и в породном массиве (технические скважины).
Для использования точек с максимальными значениями наклонов im при расчете параметров мульды сдвижения необходимо уметь прогнозировать их локализацию в подрабатываемом массиве горных пород и на земной поверхности. Положение такой точки может быть определено с помощью углов максимальных наклонов , представляющих собой внешние относительно выработанного пространства углы в главном вертикальном сечении мульды, образованные горизонтальными линиями и прямыми, соединяющими рассматриваемую границу очистной выработки с точками максимальных наклонов на различных горизонтах подрабатываемого массива, включая земную поверхность. Условимся в дальнейшем обозначать такие углы в полумульде по падению пласта — 1, по восстанию — 2, по простиранию — 3.
На рис. 1, 2 показаны результаты некоторых натурных экспериментов, полученных на комплексных наблюдательных станциях, из которых можно видеть, как меняется положение точки c im в подрабатываемом массиве горных пород.
Предварительный анализ позволяет заключить, что линия, соединяющая между собой точки с im в подрабатываемом массиве горных пород, представляет собой кривую, выпуклую в сторону выработанного пространства, форма и направление которой изменяется как с удалением от пласта к земной поверхности, так и а с увеличением угла падения пласта.
Ранее уже предпринимались попытки определения местоположения на земной поверхности точки с im в аналитико-экспериментальном методе расчета сдвижений и деформаций земной поверхности [9, 10], который, к сожалению, не получил широкого практического применения. В результате проведенных исследований были установлены зависимости угла от двух влияющих факторов — угла падения пласта и коэффициента подработанности земной поверхности.
Сравнение фактических и рассчитанных по формуле углов показало, что в современных условиях разработки угольных пластов точность прогноза по предложенному способу часто страдает погрешностями. В одних случаях их источником является влияние неучтенных факторов, в других — некорректный учет принимаемых во внимание влияющих факторов.
Так, например, в данной методике не учитывается мощность наносов, хотя влияние этого фактора очевидно. Известно, что процессы сдвижения в коренных слоистых породах и в наносах носят разный характер. В связи с тем, что несущая способность наносов при свободном провисании весьма незначительна, особенно по сравнению с несущей способностью коренных пород, их вертикальное сдвижение в форме прогиба происходит одновременно с вертикальным сдвижением верхней границы коренных пород, контактирующей с ними [1]. Вследствие этого верхняя граница наносов (земная поверхность) претерпевает те же вертикальные сдвижения (а, значит, и деформации наклонов), что и нижняя, контактирующая с коренными породами, что доказано экспериментально. Этот принцип заложен в методиках расчета вертикальных сдвижений и деформаций, рекомендованных действующими нормативными документами [4, 13].
1. Сдвижение горных пород и земной поверхности в главнейших угольных бассейнах СССР / ВНИМИ. — М.: Углетехиздат, 1958. — 250 с.
2. Правила охраны сооружений и природных объектов от вредного влияния подземных горных разработок в Донецком угольном бассейне/ Минуглепром СССР.— М., 1972. — 130 с.
3. Правила охраны сооружений и природных объектов от вредного влияния подземных горных разработок на угольных месторождениях / Министерство угольной промышленности СССР. — М.: Недра, 1981. — 288 с.
4. Правила пдробки будвель, споруд природних об'ктв при видобуванн вуглля пдземним способом. Галузевий стандарт Украни: ГСТУ 101.00159226.001-2003: Затв. Мiнпаливенерго Украни 28.11.2003. — Донецьк: УкрНДМI, 2003. — 144 с.
5. Акимов А.Г. Определение размеров краевой части мульды сдвижения // Сдвижение горных пород. — Л.: ВНИМИ. — 1975. — Вып. 96. — С. 28-32.
6. Варлашкин В.М., Иофис М.А. Еще раз о рациональных способах подготовки и системах разработки сближенных пластов // Уголь. — 1964. — 2. — С. 62-65.
7. Кулибаба С.Б. О границах мульды сдвижения // Сдвижение земной поверхности и устойчивость откосов. — Л.: ВНИМИ. — 1980. — С. 57 — 60.
8. Фисенко Г.Л. Некоторые вопросы сдвижения горных породпри разработке глубоких горизонтов угольных шахт // Исследование проявлений горного давления на глубоких горизонтах шахт. — Л.: ВНИМИ. — 1971. — С. 337-346.
9. Иофис М.А., Черняев В.И. Определение вертикальных сдвижений и деформаций земной поверхности при выемке наклонных и крутопадающих пластов // Горный журнал. — 1979. — 6. — С.20-22.
10. Иофис М.А., Шмелев А.И. Инженерная геомеханика при подземных разработках. — М.: Недра, 1985. — 248 с.
11. Охрана подрабатываемых подготовительных выработок / Н.П. Бажин, О.И. Мельников, В.С. Пиховкин, В.В. Райский. — М.: Недра, 1978. — 253 с.
12. Дрейпер Н., Смит Г. Прикладной регрессионный анализ. — М.: Статистика, 1973. — 392 с.
13. Правила охраны сооружений и природных объектов от вредного влияния подземных горных разработок на угольных месторождениях. — С.-Петербург: ВНИМИ, 1998. — 291 с.
14. Кулибаба С.Б. Распределение максимальных оседаний в подрабатываемом породном массиве // Уголь Украины . — 2000. — 12. — С. 42-44.
15. Инструкция по наблюдениям за сдвижением горных пород, земной поверхности и подрабатываемыми сооружениями на угольных и сланцевых месторождениях: Утв. Минуглепром СССР 30.12.87. — М.: Недра, 1989. — 96 с.