Обоснование темы и названия, актуальность работы
Задачи исследования. Идея работы
Список используемых источников
Деформации земной поверхности от воздействия подземной очистной выемке способны вызвать значительные повреждения зданий, сооружений, инженерных коммуникаций, попавших в зону влияния горных работ. В этой связи отработки запасов угля под объектами поверхности, требующие защиты от влияния горных работ, производят по специальным проектам подделки этих объектов. Проекты содержат прогноз оседаний и деформаций земной поверхности, вызванных подземными горными работами, оценку степени их влияния на объекты и рекомендации по мерам защиты объектов. Существующая методика расчета деформаций земной поверхности предусматривает использование в расчете постоянного значения средней глубины разработки. Это означает, что расчет деформаций выполняется для некоторой горизонтальной плоскости, которая расположена от центра очистной выработки на расстоянии, равном средней глубине разработки. Так как реальная земная поверхность отличается от плоскости расчета деформаций, возникают погрешности определения деформаций. При этом максимальные погрешности наблюдаются для поверхности с крупными формами рельефа, т.е. для мезорельефа. Мезорельефа характерно для большинства территорий Центрального района Донбасса и Восточного Донбасса, где отношение амплитуды колебаний высот мезорельефа в средней глубине разработки достигает 10 — 15% в пределах горных отводов шахт. Это существенно влияет на точность прогноза как осадок и горизонтальных сдвигов земной поверхности, так и ее наклонностей, кривизны, горизонтальных деформаций. Поэтому исследование влияния мезорельефа на прогноз сдвигов и деформаций земной поверхности от подземных очистных работ является актуальной и важной научно-технической задачей. Связь работы с научными программами, планами, выполнение работы по заявке учреждения или производственной организации.
Работа выполняется в соответствии с направлением многолетних научных исследований кафедры маркшейдерского дела, а также в связи с научными планами института УкрНИМИ. НАН Украины.
Цель работы состоит в совершенствовании методики прогноза сдвигов и деформаций земной поверхности от воздействия подземной очистной выемки с учетом мезорельефа.
— Анализ существующих методов прогноза сдвигов и деформаций земной поверхности от влияния подземной очистной выемки;
— Анализ программных средств расчета сдвигов и деформаций земной поверхности;
— Анализ методов создания цифровых моделей местности;
— Разработка методики исследования влияния мезорельефа на точность прогноза сдвигов и деформаций земной поверхности;
— Разработка комплекса цифровых моделей местности, охватывающей основной диапазон граничных условий расчета деформаций;
— Разработка компьютерной технологии формирования цифровой модели местности по данным планов поверхности;
— Разработка программного обеспечения интерполирование значений высот расчетных точек по цифровой модели местности и построения графиков деформаций земной поверхности и погрешностей этих деформаций от воздействия мезорельефа;
— Сравнительный анализ результатов расчетов деформаций земной поверхности с учетом мезорельефа с результатами расчетов, выполненных по действующей методике.
Идея работы заключается в использовании цифровой модели местности и динамической глубины разработки для учета влияния мезорельефа на точность прогноза сдвигов и деформаций земной поверхности.
Объектом исследования является методика прогноза сдвигов и деформаций земной поверхности от воздействия подземной очистной выемки. Предметом исследования является влияние мезорельефа на параметры сдвигов и деформаций земной поверхности (осадки, наклоны, кривизна, горизонтальные сдвиги и деформации) в точках мульды сдвижения.
Возможные результаты, которые ожидаются при выполнении работы, их новизна и значение. Будет усовершенствована методика прогноза сдвигов и деформаций земной поверхности от воздействия подземной очистной выемки с учетом мезорельефа, повышенная достоверность и точность этого прогноза.
Разработанное программное обеспечение будет использоваться при разработке проектов подработки зданий и сооружений подземными горными работами
В первой главе работы был проведен анализ существующих методов расчетов сдвижений и деформаций земной поверхности при подземных разработках угольных месторождений.
В итоге было определено, что самым распространенным методом для условий Донбасса является метод типовых кривых [2], который выполняется по нормативной методике [1]. Достоинством этой методики является то, что расчеты выполняются с использованием типовых функций распределения сдвижений и деформаций, установленных в результате анализа многочисленных экспериментальных наблюдений за сдвижением земной поверхности на угольных шахтах.
На основании анализа результатов наблюдений могут быть сделаны следующие выводы:
1. Графики деформаций земной поверхности при больших глубинах разработки имеют более неравномерный характер, чем при средних глубинах.
При средних глубинах неравномерность наблюдается в основном на графиках кривизны, при больших же глубинах она распространяется на графики наклонов и горизонтальных деформаций. Однако с количественной стороны неравномерность в распределении деформаций при больших глубинах разработки существенного значения не имеет, так как по абсолютной величине деформации весьма малы и можно ограничиться определением только максимальных их величин.
2. При расчете сдвижений и деформаций земной поверхности от горных выработок на больших глубинах (H>600 м) следует различать два возможных случая:
а) положение горных выработок в пластах в пространстве и времени известно или задано календарными планами отработки пластов;
б) календарные планы отработки пластов отсутствуют и нет данных о размерах выработок.
В работе планируется построение большого количества графиков и цифровых моделей местности, предусматривающие различное количество решений по поводу сдвижений и деформаций земной поверхности, для автоматизации процесса по данной методике планируется разработка алгоритма и программы для расчетов сдвижений и деформаций земной поверхности, а также построения данных условий. Программа разрабатывается на языке Visual Basic. После разработки программы результаты необходимо проверить на других моделях, в которых для расчета используются типовые кривые и сделать анализ по каждому отдельному случаю.
В работе необходимо также определить как влияет неравномерность мезорельефа на расчет сдвижений и деформаций земной поверхности и сравнить результаты существующей методики расчета и полученной не с учетом средней глубины, а с учетом мезорельефа.
Для учета влияния мезорельефа разработан алгоритм расчета деформаций земной поверхности, основанный на двух новых факторах. Во-первых, это использование цифровой модели рельефа (ЦМР) для описания ее рельефа. Обязательным условием формирования ЦМР для подрабатываемой территории является наличие высотных отметок точек ЦМР.
Во-вторых, в расчет деформаций вводится понятие динамической глубины разработки. Для каждой расчетной точки эта глубина принимается равной
где Zi — отметка i-й расчетной точки; Zc — отметка центра лавы (на почве пласта); H — глубина разработки в центре лавы; H1 — превышение i-й точки над плоскостью расчета, отстоящей от центра лавы на высоту H.
Величина H1 определяется из следующего выражения
В дальнейшем определение всех расчетных параметров и величин деформаций производится на основе динамической глубины разработки Hd для каждой i-й расчетной точки вместо средней глубины разработки H.
В данный момент магистерская работа находится в стадии разработки. После декабря 2011г. полный текст работы можно получить у автора или научного руководителя.