Вступ
1.1 Актуальність теми
Існуюча методика прогнозу зрушень і деформацій земної поверхні від впливу підземної очисної виїмки заснована на використанні геомеханічної моделі зрушення усієї товщі гірських порід над очисною виробкою прямокутної форми. Складна гіпсометрія вугільних пластів родовищ Донбасу у поєднанні зі складчастою тектонікою цих родовищ призводять до того, що більшість очисних виробок на шахтах має форму, що наближається до прямокутної, але не є такою. Але при виконанні прогнозу зрушень і деформацій земної поверхні в розрахункову модель вводиться згладжена прямокутна форма кожної очисної виробки. Це спрощує розрахункову модель і в звісній мірі впливає на точність прогнозу. До того ж існує проблема прогнозу зрушень і деформацій земної поверхні від очисних виробок, орієнтованих діагонально до простягання пластів. Все це робить створення механізму прогнозу зрушень і деформацій земної поверхні від впливу очисних виробок призвільної форми актуальною і важливою науково-технічною задачею.
1.2 Мета роботи
Мета роботи полягає в удосконаленні методики прогнозу зрушень і деформацій земної поверхні від впливу підземної очисної виїмки у виробках призвільної форми, що сприяє підвищенню достовірності й точності цього прогнозу.
1.3 Завдання досліджень
- аналіз існуючих методів прогнозу зрушень і деформацій земної поверхні від впливу підземної очисної виїмки;
- аналіз програмних засобів розрахунку зрушень і деформацій земної поверхні;
- розробка методики прогнозу зрушень і деформацій земної поверхні на основі функцій одиничного впливу
- розробка технології збирання цифрової інформації про очисні виробки призвільної форми;
- розробка програми розрахунку зрушень і деформацій земної поверхні від впливу очисної виробки призвільної форми;
- порівняльний аналіз результатів розрахунків за новою програмою з результатами розрахунків, виконаних за діючою методикою.
1.4 Ідея роботи
Ідея роботи полягає в використанні функцій одиничного впливу для інтегрованої оцінки впливу очисної виробки, що має контур призвільної форми, на зрушення земної поверхні.
1.5 Зв'язок роботи з науковими програмами
Робота виконується згідно з напрямком багаторічних наукових досліджень кафедри маркшейдерської справи, а також у зв'язку з науковими планами інституту УкрНДМІ. НАН України.
1.6 Передбачувана наукова новизна
Передбачається вести розрахунок зсовування і деформацій земної поверхні за допомогою одиничної функції розподілу осідань за площею мульди зсовування. Розроблене програмне забезпечення буде використовуватися при розробці проектів підробки будівель і споруд підземними гірничими роботами.
2. ОГЛЯДОВА ІНФОРМАЦІЯ
2.1 Огляд досліджень по темі в ДонНТУ
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.
2.2 Огляд досліджень по темі в Україні
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.
2.3 Огляд досліджень по темі світовий
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)
3.ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ
У першій частині роботи проведено огляд існуючих методів розрахунків зсуву і деформацій земної поверхні при підземних розробках вугільних родовищ.
Найбільшого поширення і розвиток у 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 зсуву і деформацій, встановлених в результаті аналізу численних експериментальних спостережень за зрушенням земної поверхні на вугільних шахтах.
Різні функції розподілу осідань у головних перерізах мульди зсовування були запропоновані С.Г. Авершина, С.П. Колбенковим, О.М. Медянцевим, Ю.В. Посильним та іншими вченими .
В основу розрахунку зсовування і деформацій у довільній точці мульди покладено принцип подібності розподілу осідань у головних перетинах та в перетинах, паралельних головним.
О.М. Медянцевим за даними інструментальних спостережень на 54 спеціальних наглядових станціях були отримані типові криві осідання для умов Донбасу.
Для розрахунку осідань в умовах Донбасу проф. О.М. Медянцев спільно з Л. П. Чопенко була отримана аналітична функція розподілу осідань наступного виду [2]:
Така функція розподілу добре апроксимує дані натурних вимірів і дозволяє визначити величину осідань в кожній точці, що лежить в головних перерізах мульди. Для розрахунку осідань за площею мульди скористаємося підходом, запропонованим у полярному методі. У цьому випадку поняття головного перерізу розглядається ширше.
Розглянемо довільну виробку неправильної форми, вписану в прямокутну виробку.
Рис.1 Вихідна виробка, вписана в прямокутну виробку
Проведемо розбиття прямокутної виробки на однакові прямокутники. Сукупність прямокутників можна представити у вигляді двовимірного масиву, кількість рядків і стовпців якого відповідно визначають довжини сторін прямокутників:
Підбираючи довжини сторін прямокутників p1 і p2, можна апроксимувати кордон вихідної виробки з будь-якою точністю.
Рис.2 Схема розбиття вихідної виробки на елементарні прямокутні виробки
Визначаються центри елементарних виробок, які не потрапили в контур вихідної виробки [3]. Елементарні лави з такими центрами (на рис.2 такі прямокутники заштриховані) у розрахунку участі не приймають. Т.ч. розрахунок ведеться для форми вихідної вироблення відмінною від прямокутної.
Каждой элементарной выработке будет соответствовать элементарная мульда сдвижения, и по построению всегда будет иметь место неполная подработка в силу малых размеров выработок вкрест простирания p1 и по простиранию p2.
Кожній елементарної виробленні буде відповідати елементарна мульди зсовування, і по побудови завжди буде мати місце неповнbq підробіток в силу малих розмірів виробок вкрест простягання p1 і по простяганню p2.
Графічна інтерпретація розрахунку осідання в мульди зсовування вихідної вироблення у вертикальному розрізі по простяганню пласта показана на рис.3
Рис.3 Підсумовування елементарних мульд (Анімований малюнок: число кадрів - 6, швидкість - 50 мс, об'єм - 95кБ )
За даною методикою розроблений алгоритм.Програма розробляється на мові Visual Basic.Після розробки програми результати необхідно перевірити на інших моделях, в яких для розрахунку використовуються типові криві.
Для цього в програмі MathCad був створений алгоритм, який використовує в розрахунку функції типових кривих. Програма враховує повну вкрест простягання та неповну підробіток по простяганню пласта, повну вкрест простягання і повну підробіток по простяганню, неповну вкрест простягання та неповну підробіток по простяганню, неповну вкрест простягання і повну підробіток по простяганню.
4. Висновок
У магістерській роботі представлена актуальна наукова та практична задача, що полягає в розробці методів розрахунку зсовування і деформацій земної поверхні за площею мульди від вироблення неправильної форми.
Розрахунок зсовування і деформацій для виробок довільної форми проводиться на основі інтегрування елементарних мульди, викликаних елементарними прямокутними виробками, на які розбивається вихідна виробка. Лінійні та кутові параметри елементарних мульди визначаються з урахуванням характеристик родовища, що розробляється і розбиття виробки. Рішення даної задачі можливе тільки на основі використання комп'ютерної технології, зважаючи на великий обсяг обчислень.
У подальшому необхідно виконати реалізацію всіх необхідних програм у середовищі Visual Basic за наведеної вище методикою.
Важливо
При написанні даного автореферату робота ще не завершена. Остаточне завершення: грудень 2010р. Повний текст роботи та матеріали по темі можуть бути отримані у автора або у керівника після зазначеної дати.
Література
- Правила подработки зданий, сооружений и природных объектов при добыче угля подземным способом.: С.И. Егоров (председатель) и др. – Изд. офиц.- Донецк: ТОВ «АЛАН», 2001. – 264 с. – (на рус. и укр. языках).
- Медянцев А.Н., Борщ-Компониец В.И Сдвижение горных пород и земной поверхности при подземных разработках – М.: Недра, 1982, 278 c.
- В.В. Ершов., А.С. Дремуха., В.М.Трость Автоматизация геолого –маркшейдерских графических работ. – М.: Недра, 1991, 347 c.
- Побединский Г.Г. Программирование геодезических задач на языке бейсик.- М.: Недра, 1991, 96 c.
- Большаков В.Д., Маркузе Ю.И., Голубев В.В. Уравнивание геодезических построений: Справочное пособие. – М.: Недра, 1989. – 413 с.
- 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.
- Авершин С.Г. Расчет сдвижений горных пород. - М.: Металлургиздат, 1950. - 60 с.
- Гавриленко Ю.Н., ПапазовН.М., Морозова Т.В. Динамика оседаний земной поверхности при большой глубине разработки и высокой скорости подвигания забоя http://gis.donntu.ru/newsiteversion/ru/staff/gavrilenko/dinamik1.pdf
- Кратч Г. Сдвижение горных пород и защита подрабатываемых сооружений./ Пер. с нем. под ред. Р.А. Муллера и И.А. Петухова. - М.: Недра, 1978. - 494 с.
- Борщ-Компониец В.И., Батугина И.М., Варлашкин В.М. Сдвижение горных пород и земной поверхности при подземных разработках. - М.: Недра, 1984. - 247 с.
- Иванов И.Ю., Шурыгин Д.Н. Расчет сдвижений и деформаций земной поверхности для горных выработок произвольной формы // Моделирование. Теория, методы и средства: материалы III Междунар. науч.-практ. конф., Новочеркасск, 11 апр. 2003. – Новочеркасск, 2003. – Ч. 1. – С. 50–53.
ДонНТУ > Портал магистров ДонНТУ || Об авторе | Библиотека | Ссылки | Отчет о поиске | | Индивидуальный раздел