UKR | RUS | FRA | ДонНТУ | Портал магістрів ДонНТУ

Яремчук Катерина Вікторівна

 Факультет:   Гірничо-геологічний

 Cпеціальність:  «Маркшейдерська справа»

Тема выпускної роботи:

« Встановлення закономірностей розподілу розкиду деформацій земної поверхні вздовж мульди зрушень над одиночною лавою»

Науковий керівник: проф. д.т.н. Назимко Віктор Вікторович

Головна

Зміст роботи

1. Вступ

-актуальніть теми

-мета і завдання робот

-основна ідея роботи і об'єкт дослідження

-наукова новизна і практична корисність

-предмет і метод досліджень

2. Оглядова інформація:

-локальна новизна

-новизна в межах України

-світова новизна

3.Основний вміст роботи:

4.Висновок :

Література

Вступ

Актуальність теми

При відпрацьовуванні підземних родовищ твердих копалин відбувається зрушення земної поверхні, яке представляє небезпеку для наземних споруд. При цьому відбувається руйнування наносів і грунту, будівель і споруд, порушення рівноваги природних об'єктів, підтоплення лісових масивів або зникнення водних об'єктів. У зв'язку з цим актуальним завданням є прогнозування параметрів зрушень основними з яких є: осідання, нахили, горизонтальні деформації і кривизна. Проте, існуючі методи прогнозу орієнтовані на детермінований характер процесу зрушень. При цьому, як вихідні дані приймаються постійні певні величини деформаційних і прочностних показників масиву гірських порід, що підробляється. В результаті отримують сповна певні величини зрушень і деформацій. Проте, унаслідок різних неоднородностей в масиві гірських порід виникають випадкові відхилення осідань і деформацій від детермінованих розподілів уздовж мульди зрушення. В той же час, деформаційні і прочностні показники гірських порід неможливо визначити достовірно, а природний випадковий розкид вказаних параметрів складає порядку 100% від їх середнього значення. Це у свою чергу породжує невизначеність результатів розрахунку параметрів зрушень . На сьогоднішній день не досліджені закономірності розкиду параметрів зрушень уздовж мульди, залежних від неопределенності фізіко-механічних властивостей гірських порід. Таким чином, оцінка величини розкиду осідань і деформацій земної поверхні є актуальною проблемою.

Мета і завдання роботи

Мета даної роботи полягає у встановленні закономірностей розподілу розкиду деформацій земної поверхні уздовж мульди зрушень над одиночною лавою. Для досягнення поставленої мети визначені наступні основні завдання досліджень:

Основна ідея роботи і об'єкт досліджень

Основна ідея роботи полягає у використанні залежності випадкового відхилення величин деформації земної поверхні від положення відносно центру мульди.

Об'єктом досліджень є процес зрушень земної поверхні, схильної до зрушення під впливом ведення очисних робіт.

Наукова новизна і практична корисність

Наукова новизна. Випадкові відхилення нахилів і горизонтальних деформацій земної поверхні змінюються уздовж мульди згідно зворотної експоніциальной залежності ( з параметрами А= 0,002303, В= 0,207462, С= 0,001423) і мають максимум в центрі мульди.

Практична корисність полягає в обгрунтуванні поправочних коефіцієнтів використовуваних при обчисленні очікуваного показника сумарної деформації земної поверхні. Завдяки цьому підвищується достовірність розрахунку пошкодженості об'єктів, що потрапляють в зону впливу підробки.

Предмет і метод досліджень

Предметом досліджень є параметри зони зрушень і деформацій земної поверхні.

Методи досліджень. Метод стохастичного моделювання для визначення випадкових величин зрушень і деформацій земної поверхні; теорія ймовірності і математична статистика для визначення параметрів розкиду деформацій уздовж мульди зрушень.

Оглядова інформація

Локальна новизна

На даний момент питаннями процесу зрушень і деформацій земної поверхні в результаті ведення гірських робіт займається Донецький національний технічний університет. Активно процесами зрушення і деформації гірських порід і земної поверхні займається академік Академії гірських наук Гавріленко Ю. Н., що вивчає зрушення гірських порід і земної поверхні в шаруватому масиві порушеному плікатівнимі і диз'юнктивними структурами. Петрушин А.Г.також розглядав зрушення земної поверхні на об'ємній моделі.

Новизна в межах України

На території України даним питанням займаються: кафедри маркшейдерської справи Донецького Національного Технічного Університету і Дніпропетровського Національного Гірського Університету, науково-дослідний інститут УКРНІМІ і Донбасівський гірничо-металургійний інститут. Вивченням характеру розвитку процесу зрушення при підробці земної поверхні в Донбасі займалися такі дослідники, як В.І. Коваленко, В.М. Земісев, Ю.Б. Файнштейн, Ю.М. Гавріленко Назаренко Ст А., А.Н. Мурашов і Піталенко Е. І.,Ларченко,та ін.

Основним нормативним документом для розрахунку очікуваних осідань і деформацій земної поверхні на сьогоднішній день є «Правила охорони споруд і природних об'єктів від шкідливого впливу підземних гірських розробок на вугільних родовищах».

У УКРНІМІ розробляється новий документ для забезпечення безпечного ведення гірських робіт під об'єктами, розташованими на земній поверхні.

У всіх вказаних дослідженнях мульда зрушення також розглядається як детермінована.

Світова новизна

В зарубіжній практиці узагальнення закономірностей розподілу погрішностей осідань і деформацій земної поверхні майже не зустрічається. Найчастіше оцінка погрішностей має вузько орієнтовану практичну спрямованість і полягає в порівнянні розрахункових показників зрушення і фактично виміряних для конкретних експериментальних ділянок без узагальнення. При розробці вугільних родовищ Німеччини застосовується методологія, яка, по суті аналогічна вживаною в «Правилах охорони споруд і природних об'єктів від шкідливого впливу підземних гірських розробок на вугільних родовищах». Це означає, що німецькі фахівці розглядають параметри мульди зрушень як детерміновані і не враховують можливий діапазон їх випадкового розкиду.

На шахтах Великобританії використовують емпіричну методику розрахунку очікуваних показників зрушень, яка отримана на підставі статистичної обробки великої бази даних натурних спостережень. Не дивлячись на це, кінцеві результати розрахунків представляються також детермінованими, а їх стохастична природа не враховується.На шахтах США і Австралії часто застосовують декілька конкуруючих методик, які засновані на тій або іншій моделі деформованого середовища (методи кінцевих, граничних або дискретних елементів, методи кінцевих різниць, емпіричні методи). При цьому, зустрічаються публікації в яких оцінюється розкид фактичних показників зрушень і деформацій від очікуваних, розрахованих на детермінованій основі. Проте, закономірності цього розкиду не узагальнюються.

Основний вміст роботи

Перша частина роботи присвячена визначенню параметрів деформацій по стохастичних мульдах осідання. Для цього вибираємо об'єкт досліджень і обгрунтовуємо вихідні дані на яких проводяться дослідження. Як об'єкт, використовується масив гірських порід підроблений одиночною лавою при горизонтальному заляганні порід. Це пов'язано з тим, що дослідження показників випадкового розкиду величин осідань деформацій земної поверхні здійснюється вперше . Вихідними параметрами для розрахунку зрушень і деформацій земної поверхні є:

- величина максимального горизонтального зрушення;

- величина максимального осідання;

- граничні кути;

- кут максимального осідання (при неповній підробці);

- кути повних зрушень (при повній підробці);

При неповній підробці довжини полумульд L1, L2, L3 визначаються по граничних кутах і куту максимального осідання,а при повній підробці по кутах повних зрушень. Розподіли зрушень і деформацій земної поверхні в головних перетинах мульди над одиночним виробленим простором.

Для вирішення даного завдання були прийняті середні гірничо-геологічні та гірничо-технічні умови. Для Донбасу ці показники характеризуються потужністю вугільного пласта того, що становить близько 1,7 м, породами середньої обрушаемості, класу А1, А2. Породи представлені переміжними шарами алевролітов і піщаників середньої міцності. Залягання порід пологе. Міцність порід в межах 40-70 Мпа. Породи помірно обводнюють. Спосіб управління крівлею здійснюється шляхом її повного обвалення. Вугільний пласт відпрацьовується по стовповій системі розробки, швидкість посування лави 100-150 м/міс.

На анімації 1- показан приклад впливу деформацій на земну поверхню в результаті ведення гірських робіт по видобутку кориснихкопалин.

Анімація 1-Розподіл деформацій в масиві гірських порід

(Анімований малюнок, число кадрів - 6, час демонстрації - 15 секунд, обсяг - 104 кб, кількість повторень - 4)

Методика виконання стохастичної обробки результатів

На цьому малюнку показаний набір можливих двадцяти двох реалізацій мульди зрушень при випадковому відхилені всіх показників механічних властивостей вміщаючих порід. За цими даними були отримані відхилення деформації земної поверхні від середньо статистичного ( детермінованого) рівня. Випадкові відхилення осідань досліджувалися при варіації коефіцієнта Пуассона, модуля пружності, кута внутрішнього тертя і зчеплення.Отримані результати використовувалися як вихідні дані для подальшої обробки, яка виконувалася як науково-дослідна робота.

На підставі цього, отримані нахили при випадковій варіації показників всіх прочностних властивостей гірських порід : модуля пружності, коефіцієнта Пуассона, кута внутрішнього тертя, зчеплення.

Мал.2- Розподіл стохастичних відхилень нахилів уздовж мульди при випадковій варіації модуля пружності

Виявилось, що в будь-якому перетині мульди розподіл відхилення нахилів і деформацій не суперечать нормальному закону (Мал. 3).

Мал.3- Розподіл випадкових відхилень величин нахилів від детермінованого значення на відстані 95м від центру мульди зрушень

На підставі обробки даних аналізу отримані огинаючи величини розкиду нахилів і деформацій при варіації модуля, коефіцієнта Пуассона, зчеплення, кута внутрішнього тертя. Виявилось, що розкид показників деформацій земної поверхні у декілька разів більше при варіації прочностних показників порід в порівнянні з варіацією деформаційних.

На малюнку 4 приведена підсумкова огинаюча розкиду нахилів і деформацій при варіації всіх механічних показників гірських порід.

Мал.4- Огинаюча випадкових відхилень нахилів і деформацій від детермінованого рівня в напівмульді зрушень (пунктир 1СКО,суцільна 2СКО)

Видно, що в центрі мульди розкид має максимальне значення і зменшується до її периферії. Та, що огинає має колокообразную форму і описується зворотною експоніциальной залежністю. Слід звернути увагу на те, що навіть на кордонах мульди зрушень розкид величин нахилу має істотне значення (25%) від максимального значення. З фізичної точки зору це закономірно і означає, що навіть кордон мульди зрушень в плані спрогнозувати достовірно неможливо.

Отриманий розподіл рекомендується використовувати при обчисленні розрахункових величин нахилів і деформацій земної поверхні.Важливо підкреслити, що в цьому випадку замість детермінованого розподілу у вигляді кривої лінії уздовж мульди зрушення ми отримаємо смугу можливих значень нахилів і деформацій. Це означає, що в будь-якому перетині мульди, можлива величина нахилів і деформацій буде неоднозначна. Більш того, на окремих ділянках мульди може бути неоднозначним і знак нахилів і деформацій.З цього витікає, що прогноз деформацій земної поверхні необхідно здійснювати за принципом можливих сценаріїв. Наприклад, необхідно дати оцінку деформацій по верхній огинаючей, нижній і по детермінованому рівню. Після цього знаходять найбільш сприятливі і найменш сприятливі варіанти деформацій і оцінюють вірогідність їх реалізацій. Таким чином, відомі методики прогнозу величин деформацій земної поверхні необхідно істотно скоректувати.

Висновок

Розподіл випадкових відхилень нахилів і деформацій земної поверхні в будь-якому перетині мульди не суперечать нормальному закону.

Амплітуда розкиду параметрів деформації зменшується від центру мульди до її кордонів.

Встановлена колокообразная форма огинаючей випадкового розкиду параметрів деформації земної поверхні. Огинаюча описується зворотньою експоніціальной залежністю, де Х безрозмірна координата мульди зрушень (у центрі мульди Х = о, на кордоні 1).

На підставі виконаних досліджень вводиться поправка в детерміновані значення деформацій за стохастичного фізико-механічних властивостей коренного масиву гірських порід і наносів.

Література

1. Маркшейдерское дело: Учебник для вузов/ Д.Н. Оглоблин, Г.И. Герасименко, А.Г. Акимов и др. – 3-е изд. перераб. и доп.-М.: Недра 1981 г. 704с.
2. Музафаров Ф.И. Исследование общих закономерностей процесса сдвижения толщи горных пород и земной поверхности методом объемных моделей для условий разработки пологих пластов Донбасса: Дисс…канд. Техн. Наук:05,15,02,/ДПИ. – Донецк.: 1965 г. – 32 с.
3. Зоря Н.М., Музафаров Ф.И. Схема механизма сдвижения толщи пород при выемке пологих пластов угля одиночной лавой // Уголь Украины. – 1966 г. – № 12. – С. 9-12.
4. Гавриленко Ю.Н. Исследование факторов, влияющих на деформации земной поверхности, при подработке разрывных нарушений пологими пластами/Горно-металургические проблемы Донбасса/ Под общ. Ред. А.А. Минаева. – Донецк, 1995 г. – 102 с.
5. Гавриленко Ю.Н., Петрушин А.Г. Мульда сдвижения при подработке продольных и поперечных разрывных тектонических нарушений пологими угольными пластами/ПРОБЛЕМИ ГІРСЬКОГО ТИСКУ. Випуск 7/ Під заг. Ред. О.А. Мінаєва. – Донецьк.: ДонНТУ, 2002 г. – 239 с.
6. Новикова Л.В., Заславская Л.И., Яворский А.В. Определение деформаций земной поверхности подрабатываемого массива методом граничных элементов/ ПРОБЛЕМИ ГІРСЬКОГО ТИСКУ. Випуск 14/ Під заг. Ред. О.А. Мінаєва. – Донецьк.: ДонНТУ, 2006 г. – 301 с.
7. Назаренко В.А. Влияние скорости подвигания очистного забоя на сдвижение земной поверхности / Науковий вісник НГА України. - №13, 2002 г. - С. 16-20.
8. Кулибаба С.Б. Анализ распределения оседаний земной поверхности в краевой части мульды сдвижения/ ПРОБЛЕМИ ГІРСЬКОГО ТИСКУ. Випуск 10/ Під заг. Ред. О.А. Мінаєва. – Донецьк.: ДонНТУ, 2003 г. – 227 с.
9. Васютина В.В., Питаленко Е.И., Стариков А.П. Параметры проявлений горного давления в квершлагах при надработке щитовыми агрегатми /Випуск 14/ Під заг. Ред. О.А. Мінаєва. – Донецьк.: ДонНТУ, 2006 г. – 301 с.
10. Ларченко В.Г. Закономерности горизонтальных сдвижений и деформаций земной поверхности над движущимся очистным забоем // Разработка месторождений полезных ископаемых. – К.: Техника. – 1986 г. – №79.
11. Правила охраны сооружений и природных объектов от вредного влияния подземных горных разработок на угольных месторождениях. – М.: Недра, 1981 г. – 288 с.
12. Акимов А.Г., Земисев В.Н., Кацнельсон Н.Н. и др. Сдвижение горных пород при подземной разработке угольных и сланцевых месторождений. – М.: Недра, 1970 г. – 224 c.
13. Кратч Г. Сдвижение горных пород и защита подрабатываемых сооружений; Пер. с нем. под ред. Р.А. Муллера и И.А. Петухова. – М.: Недра, 1978 г. – 496 с.
14. Чепенко Л.П. Отчет диссертации по теме «Разработать и внедрить методы расчета деформаций и сдвижений горных пород при разработке угольных пластов на больших глубинах и при нарушенном залегании с целью обеспечения охраны подрабатываемых сооружений и водных объектов и уменьшения потерь в недрах». - Украинский филиал Всесоюзного научно-исследовательского института горной геомеханики и маркшейдерского дела (ВНИМИ), 1977 г. – 113 с.
15. Бугара М.И. и Коломиец В.А. Влияние неоднородностей распределения физико-механических свойств массива на стохастичность оседания земной поверхности ПРОБЛЕМИ ГІРСЬКОГО ТИСКУ. Випуск 6/ Під заг. Ред. О.А. Мінаєва. – Донецьк.: ДонНТУ, 2001 г. – 178 с.
16. Коломиец В.А., Назимко В.В., Сажнев В.П. Разработка метода оценки разброса параметров сдвижений земной поверхности ПРОБЛЕМИ ГІРСЬКОГО ТИСКУ. Випуск 13/ Під заг. Ред. О.А. Мінаєва. – Донецьк.: ДонНТУ, 2005 г.
17. Вентцель Е.С.Теория вероятностей М., 1969 г., 576 стр.

18. Бугаева Н.А. Установление закономерностей и показателей разброса механических (прочностных и деформационных) свойств массива горных пород в зонах влияния нарушений

    http://masters.donntu.ru/2008/ggeo/bugayova/diss/index.htm
19. Бугаёва Н.А., Назимко В.В. ОСОБЕННОСТИ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ СТОХАСТИЧЕСКИХ ОТКЛОНЕНИЙ ОСЕДАНИЙ ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ ПРИ ЕЁ ПОДРАБОТКЕ ОДИНОЧНОЙ ЛАВОЙ ПРОБЛЕМИ ГІРСЬКОГО ТИСКУ. Випуск 16 / Під заг. ред. О.А. Мінаєва. – Донецьк.: ДонНТУ, 2008 г. – 260 с.

Головна

UKR | RUS | FRA | ДонНТУ | Портал магістрів ДонНТУ