ДонНТУ> Портал магистров ДонНТУ Главная

Назад

Министерство угольной промышленности СССР

Всесоюзный ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский институт горной геомеханики и маркшейдерского дела ВНИМИ

На правах рукописи

УДК 622.834.313

ПАНИН Юрий Григорьевич

ПРОГНОЗИРОВАНИЕ СДВИЖЕНИЙ И ДЕФОРМАЦИЙ ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ И ОБОСНОВАНИЕ РАЦИОНАЛЬНЫХ СПОСОБОВ ВЕДЕНИЯ ГОРНЫХ РАБОТ ПОД ЗАСТРОЕННЫМИ ТЕРРИТОРИЯМИ ПРИ ПОДЗЕМНОЙ ВЫЕМКЕ СВИТ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ, ЗАЛЕГАЮЩИХ В СИНКЛИНАЛЬНЫХ СКЛАДКАХ

Специальность 05.15.01 – Маркшейдерия
Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Ленинград, 1989

Работа выполнена в производственном объединении по добыче угля «Стахановуголь» и во Всесоюзном ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательском институте горной геомеханики и маркшейдерского дела ВНИМИ

Научный руководитель: канд.техн.наук, ст.научн.сотр. Земисев Владимир Назарович

Официальные оппоненты:
докт.техн.наук Иофис Моисей Абрамович
канд.техн.наук Ягунов Анатолий Степанович

Ведущее предприятие: институт «Ворошиловградгипрошахт»

Защита диссертации состоится «26» октября 1989 г. в 10 часов 00 мин. на заседании специализированного Совета Д 135.06.01 при Всесоюзном ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательском институте горной геомеханики и маркшейдерского дела по адресу: 199026, Ленинград, Средний пр., 82.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан «19» сентября 1989 г.

Исх. № 8-2921


Ученый секретарь специализированного Совета, докт.техн.наук В.М.Шик

/с.1/
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Основными направлениями экономического и социального развития СССР на 1986-1990 гг. и на период до 2000 года, принятыми XXVII съездом КПСС, предусматривается дальнейший рост добычи угля, которая к концу XII пятилетки должна достигнуть 780-800 млн. тонн в год.

В современных условиях в основных развитых бассейнах страны вопросы увеличения производительности и сроков деятельности шахт, рационального использования запасов и уменьшения потерь в недрах непосредственно связаны с проблемой выемки угля под застроенными территориями.

Промышленные запасы шахт производственного объединения «Стахановуголь», расположенные под застроенными территориями, составляют 145 млн. тонн из 307 млн. тонн по состоянию на 01.01.1988 года или более 47%.

Отработка запасов угля характеризуется сложными горно-геологическими условиями, что осложняет выемку запасов и выбор мер защиты подрабатываемых зданий и сооружений, которые построены в городах и поселках как с конструктивными мерами защиты, так и без них. В синклинальных складках залегает 90 млн. тонн промышленных запасов, или более 60% запасов, расположенных под застроенными территориями.

Наличие в зонах влияния горных работ выходов осевых поверхностей синклинальных складок приводит к концентрации деформаций, образованию уступов и трещин, что крайне неблагоприятно сказывается на состоянии подрабатываемых зданий и сооружений. Характер процесса сдвижения в этих условиях изучен недостаточно, а методы прогноза сдвижений и деформаций земной поверхности разработаны, в основном, для отдельных очистных выработок, что затрудняет выбор мер защиты подрабатываемых зданий и сооружений из-за ненадежности прогнозируемых сдвижений и деформаций при разработке свит пластов. Все это приводит к большим затратам на конструктивные меры защиты, к потерям угля в предохранительных целиках и нарушению эксплуатационной способности подрабатываемых зданий и сооружений.

До настоящего времени, практически, не рассмотрены вопросы, связанные с планированием и порядком ведения горных работ в зонах влияния на осевые поверхности складок, хотя данные натурных наблюдений дают возможность сделать выводы и рекомендации по планированию горных работ с целью уменьшения сосредоточенных деформаций.

Таким образом, решение данного вопроса является актуальным как для условий шахт производственного объединения «Стахановуголь», так и для аналогичных условий Донецкого бассейна. /2/

Работа выполнена в 1980-1988 годах в производственном объединении «Стахановуголь» и Всесоюзном ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательском институте горной геомеханики и маркшейдерского дела (ВНИМИ) в рамках отраслевой программы 023910 «Разработать и освоить новые методы изучения и способы управления деформациями горного массива, обеспечивающие существенное улучшение эксплуатационного состояния горных выработок и подрабатываемых сооружений в сложных горно-геологических условиях, а также охраны природных объектов», по работе 0239035000 «Разработать методику прогноза сдвижений и деформаций земной поверхности и рационального планирования горных работ под застроенными территориями при разработке свит пластов со сложными геологическими условиями на глубоких горизонтах». Номер государственной регистрации 01870001110.

Цель работы. Разработать способы рационального планирования и ведения горных работ в свитах пластов, залегающих в условиях синклинальной складчатости под застроенными территориями, на основе оценки сдвижений и деформаций земной поверхности и ожидаемых повреждений подработанных зданий и сооружений.

Идея работы. Использование взаимосвязи характера процесса сдвижения горных пород и земной поверхности с положением очистных выработок относительно осевых поверхностей синклинальных складок для обоснования схем сдвижения и уменьшения сосредоточенных деформаций.

Задачи исследований:
- провести обобщение и анализ результатов натурных инструментальных наблюдений за характером процесса сдвижения земной поверхности в районах выходов осевых поверхностей синклинальных складок при разработке свит пластов;
- разработать методы оценки ожидаемых сдвижений и деформаций земной поверхности на участках выходов осевых поверхностей синклинальных складок;
- исследовать влияние положения и размеров очистных выработок, порядка и сроков отработки пластов в свитах на величины сдвижений и деформаций земной поверхности на участках выходов осевых поверхностей синклинальных складок для разработки методов рационального планирования горных работ;
- разработать классификацию ожидаемых повреждений гражданских зданий, расположенных на выходах осевых поверхностей синклинальных складок от влияния уступов.

Методы исследований. Поставленные задачи решались путем комплексного метода, включающего в себя проведение инструментальных маркшейдерских наблюдений за сдвижениями и деформациями земной поверхности /3/ и подрабатываемыми сооружениями, обобщение и анализ опыта ведения горных работ в условиях синклинального залегания, статистическую обработку результатов экспериментальных исследований и опытно-промышленные испытания разработанных практических рекомендаций.

Научные положения, выносимые на защиту:
- при подработке зоны влияния осевой поверхности синклинальной складки в определенных условиях, вследствие потери бокового распора в зонах сдвиговых деформаций происходит отрыв и сдвиг пород в этой зоне в сторону выработанного пространства, которые приводят к образованию прямых уступов и cосредоточенных деформаций на земной поверхности;
- высота прямых уступов пропорциональна величинам максимальных оседаний в мульде сдвижения;
- рациональное расположение горных выработок в крыльях складок позволяет создать условия для уменьшения или полной ликвидации уступов;
- степень повреждений гражданских зданий на прямых уступах определяется по классификационным признакам, в зависимости от высоты уступов, находящейся в определенных диапазонах величин.

Научная новизна работы:
- величины прямых уступов, образованных на выходах осевых поверхностей синклинальных складок, при ведении горных работ на одном из крыльев, пропорциональны максимальному оседанию в мульде сдвижения;
- при отработке одного крыла складки и размерах зоны сдвиговых деформаций менее 50% от общей длины осевой поверхности складки на разрезе вкрест простирания, при отработке пластов в направлении от оси складки, уступы на земной поверхности не образуются;
- обоснованы зависимости величин наклонов и горизонтальных деформаций на участках образования уступов от величин максимальных оседаний в мульде сдвижения;
- установлено, что при одновременном ведении очистных работ на обоих крыльях складок уступы не образуются при условии равенства оседаний на участке осевых поверхностей складок от влияния выработок на одном и другом крыльях;
- разработана классификация ожидаемых повреждений гражданских зданий в зависимости от высоты прямых уступов.

Личный вклад автора заключается в:
- выборе объектов для наблюдений и обследований состояния до и после подработки;
- разработке проектов наблюдательных станций; /4/
- анализе и обобщении результатов наблюдений за сдвижениями и деформациями земной поверхности;
- разработке рекомендаций по прогнозу ожидаемых сдвижений и деформаций земной поверхности;
- разработке рациональных способов планирования и ведения горных работ при отработке свит пластов при складчатом залегании;
- внедрении на шахтах производственного объединения «Стахановуголь» рациональных схем планирования и ведения горных работ в условиях складчатого залегания;
- разработке и внедрении методики определения ожидаемых повреждений гражданских зданий, расположенных в зонах образования прямых уступов.

Достоверность научных положений обоснована:
- большим объемом экспериментальных исследований на 34 профильных линиях, достаточным количеством обследованных деформированных зданий (100-150 в год);
- достаточной сходимостью фактически измеренных значений сдвижений и деформаций с расчетными по предложенной в работе методике;
- положительными результатами опытно-промышленных испытаний рекомендаций на шахтах региона.

Практическая ценность работы заключается в обеспечении расконсервации запасов угля под застроенными территориями, сокращении затрат на меры защиты и восстановление подрабатываемых зданий и сооружений, что позволяет продлить сроки отработки действующих и подготавливаемых горизонтов шахт региона. Разработанные рекомендации могут быть использованы в аналогичных горно-геологических условиях других регионов Донецкого бассейна.

Реализация работы. Результаты исследований и рекомендация рационального планирования горных работ использовались при текущем и перспективном планировании горных работ на шахтах региона, отрабатывающих свиты пластов, залегающие в синклинальных складках.

Так на шахте им.Ильича в 1989-1990 годах будет использован рациональных способ планирования и ведения горных работ при отработке пластов К6, К5, К3 в разных крыльях синклинальной складки, что позволит значительно уменьшить величину уступа и получить ожидаемый экономический эффект более 300 тыс. рублей.
Результаты исследований и методика определения сдвижений и деформаций при отработке пластов, залегающих в синклинальных складках, использовалась Украинским филиалом ВНИМИ при разработке «Рекомендаций по защите зданий и сооружений, обеспечивающих извлечение запасов угля шахтами им.Ильича, «Брянковская», «Криворожская», «Краснопольская» /5/ производственного объединения «Стахановуголь» в 1987 году по теме 0292454000. Номер государственной регистрации 01870070634. Ожидаемый экономический эффект от внедрения этих мер по расконсервации запасов угля составит 324 тыс. рублей, а фактический экономический эффект в 1987 году составил 95,7 тыс. рублей.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы были представлены на заседании секции НТС маркшейдерской службы и шахтной геологии Минуглепрома УССР 4 июня 1987 года (г.Макеевка); на VII международном Конгрессе по маркшейдерскому делу 29 июня 1988 года (г.Ленинград); на заседании технического совета производственного объединения «Стахановуголь» 7 сентября 1988 года (г.Стаханов); на научно-техническом совете по сдвижению горных пород, устойчивости бортов разрезов, геологическому и гидрогеологическому обеспечению горных работ ВНИМИ 2 декабря 1988 года (г.Ленинград); на заседании Управления маркшейдерско-геологических работ и охраны природы Минуглепрома СССР (г.Москва) 12 апреля 1989 г.; на секции Ученого Совета ВНИМИ по сдвижению, геомеханике массива пород и геологическому обеспечению горных работ (г.Лениград) 25.04.19189 г.

Публикации. Основные положении диссертации опубликованы в 10 печатных трудах.

Объем работы. Диссертационная работа изложена на 177 страницах машинописного текста, состоит из введения, 4 глав, заключения, списка использованных источников из 83 наименований, 34 рисунков, 8 таблиц и 3 приложений.

Научным руководителем на всех этапах выполнения работы и подготовки печатных работ являлся к.т.н. Земисев В.Н., за что автор выражает ему глубокую признательность. Автор приносит также благодарность к.т.н. Петухову И.А. и Файнштейну Ю.Б. за практические советы и ценные замечания, сделанные в процессе подготовки работы.

ДонНТУ> Портал магистров ДонНТУ> Главная