Назаренко В. А., Кучин А. С., Балафин И. Е. ЗАКОНОМЕРНОСТИ ИЗМЕНЕНИЯ МАКСИМАЛЬНЫХ ОСЕДАНИЙ И НАКЛОНОВ ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ НА СТАДИИ ФОРМИРОВАНИЯ МУЛЬДЫ СДВИЖЕНИЯ

Одной из основных задач маркшейдерской службы горного предприятия является обеспечение безопасной подработки со- оружений и природных объектов. Решение этой задачи зависит от объективности прогнозирования влияния горных разработок на подрабатываемые объекты, что, в свою очередь, определяется со- ответствием принятых исходных параметров условиям разработ- ки месторождения. Значения максимальных сдвижений и дефор- маций земной поверхности являются основными характеристи- ками процесса сдвижения земной поверхности над очистными работами угольных шахт, а расстояния точек с максимальными деформациями от границы очистной выработки принимаются в качестве исходных параметров во многих методиках расчета сдвижений и деформаций поверхности [1-3]. В совокупности значения максимальных деформаций и их положение в мульде дают наглядное представление о распределении сдвижений и де- формаций земной поверхности над очистными выработками.

Анализ результатов маркшейдерских инструментальных на- блюдений за земной поверхностью над очистными горными вы- работками шахт Западного Донбасса показывает, что процесс сдвижения на стадии формирования мульды сдвижения имеет за- кономерности, проявляющиеся практически во всех наблюдае- мых случаях. Одна из этих закономерностей выражается в зави- симости положения точек, имеющих максимальные оседание и наклон на момент выполнения инструментальных наблюдений, от текущего размера очистной выработки.

Исследования выполнялись по данным натурных измерений на 8 наблюдательных станциях. Число серий инструментальных наблюдений на станциях различное и изменяется от 2 до 15. Об- щие горно-геологические условия подработки земной поверхно- сти на анализируемых наблюдательных станциях следующие: глубины залегания разрабатываемых угольных пластов в районе разрезной печи изменяются от 110 до 250 м, мощность наносов – от 50 до 80 м. Вынимаемая мощность пластов 0,65-1,10 м; ско- рость подвигания очистного забоя 30-80 м/мес.; коэффициент, характеризующий степень подработанности земной поверхности, изменяется от 1 до 0,65; управление горным давлением – полное обрушение.

Для анализа по результатам периодических наблюдений для каждой станции построены графики оседаний и наклонов земной поверхности. На графиках на каждой кривой оседания и наклонов (рис. 1) фиксируются точки, имеющие наибольшие значения осе- дания (η mt), положительного и отрицательного наклона (i mt, i -mt) и переходная точка, в которой меняется знак наклона, а сам наклон равен нулю. Положение забоя на дату наблюдения t определяется расстоянием Dt от разрезной печи. Кроме этого, на разрезе заме- ряются горизонтальные расстояния L mt, L-mt, L0t от забоя до харак- терных точек кривых оседания и наклонов.

Таким образом, для каждой из наблюдательных станций формируется база данных, состоящая из n-го числа расстояний Dt , L mt, L-mt, L0t и величин η mt, i mt, i -mt, где n – количество анализи- руемых серий инструментальных наблюдений на станции. В ито- ге общая база данных для исследуемых наблюдательных станций составила 85 серий наблюдений.

Рис. 1. Графики оседания и наклонов по профильной линии

Полученные данные по каждому из анализируемых случаев подработки земной поверхности практически невозможно сопос- тавить между собой из-за разницы горно-геологических условий и различного размера выработанного пространства Dt , соответст- вующего дате натурного наблюдения. Поэтому нами выполнено приведение линейных параметров всех графиков к единичному виду. Для этого длины интервалов между реперами профильных линий, величины подвигания очистных забоев Dt , горизонталь- ные расстояния от разрезной печи до характерных точек (L mt, L-mt, L0t) и вертикальные размеры геологических разрезов были разде- лены на величину глубины отработки угольного пласта Н, соот- ветствующую условиям каждой наблюдательной станции.

Значения максимальных оседаний земной поверхности за- висят от многих факторов: глубины отработки пласта, его мощ- ности и угла падения, размеров очистной выработки, физико- механических свойств пород подрабатываемой толщи. Для уст- ранения влияние вынимаемой мощности угольного пласта и сте- пени подработанности земной поверхности по направлению вкрест подвигания очистного забоя, которая, в свою очередь, зави- сит от длины лавы и глубины разработки, полученные в результа- те наблюдений значения η mt, были выражены в долях от макси- мального оседания на момент окончания процесса сдвижения η m.

Для приведения к единичному виду графиков наклонов сле- дует учитывать разницу в максимальных оседаниях η m земной поверхности над очистными выработками и тот факт, что линей- ные размеры сечений по профильным линиям и, соответственно, графиков разделены на величину Н, что приводит к увеличению значений наклонов на трансформированном графике пропорцио- нально глубине. Таким образом, выражение для преобразованных значений наклона имеет вид

Распределения η mt/η m от Dt /Н (рис. 4) указывает на наличие довольно тесной взаимосвязи между этими параметрами мульды сдвижения. Анализ графика на рис. 4 показывает, что на участке 0,2 < Dt /Н < 0,7 распределения имеет практически прямолиней- ную форму, и начиная со значения Dt /Н = 0,7 асимптотически приближается к предельному значению η mt/η m = 1.

Рис. 2. Сводный график распределения максимальных на- клонов и относительных оседаний/p>

Графики зависимостей L mt /Н от Dt /Н (рис. 2) и η mt/η m от Dt /Н (рис. 4) имеют общую ось абсцисс, что позволяет свести их воедино. Если спроецировать значения величин относительных максимальных оседаний с графика зависимости η mt/η m от Dt /Н на график зависимости L mt /Н от Dt /Н и на кривой L mt /Н обозначить их положение и величины, то получится график, который ото- бражает общие закономерности изменения максимальных оседа- ний в формирующейся мульде (рис. 5).

Точки отрицательных максимальных наклонов перемеща- ются вслед за забоем по прямолинейной траектории до достиже- ния выработкой размера, равного глубине разработки. До этого момента и максимальные оседания земной поверхности образуют в пространстве прямую линию, а величина η mt/η m составляет 90 % от максимума. При достижении отношения размера выработки к глубине равного 1, максимальный отрицательный наклон дости- гает максимума (i'-mt = -2) и больше не изменяется. Точка отрица- тельного максимума продолжает перемещаться в пространстве параллельно очистному забою.

После достижения наклонами максимальных значений мак- симальное оседание продолжает медленно расти до предельного значения, которого достигает при Dt /Н = 1,45.

Общий анализ графиков на приводит к выводу о том, что положительные и отрицательные максимальные наклоны земной поверхности при одном и том же положении очистного забоя одинаковы по величине и равноудалены от точки перегиба кри- вой наклонов (точки максимальных оседаний). Это свидетельст- вует о том, что положительные и отрицательные наклоны разви- ваются симметрично, а это указывает на симметрию мульды сдвижения на стадии ее формирования. s

СПИСОК ССЫЛОК

Кратч Г. Сдвижение горных пород и защита подрабатывае- мых сооружений; Пер. с нем. под ред. Р. А. Муллера и И. А. Петухова. – М.: Недра, 1978. – 494 с.
Правила подработки зданий, сооружений и природных объек- тов при добыче угля подземным способом // Отраслевой стандарт. – К.: Мінпаливенерго України, 2004. – 127 с.
Кулибаба С. Б., Рожко М. Д., Хохлов Б. В. Определение точек максимальных наклонов в мульде сдвижения // Наукові праці ДонНТУ: Серія гірничо-геологічна. –2009. – Вип. 9(143). – Донецьк: ДонНТУ. – С. 158-167.