ДонНТУ   Портал магістрів

Ковнір Роман Олександрович

Інтитут гірництва та геології

Кафедра маркшейдерської справи

Спеціальність Маркшейдерська справа

Дослідження динаміки зрушень земної поверхні в зоні впливу очистних робіт

Науковий керівник: д. т. н., проф. Грищенков Микола Миколайович

Резюме Біографія Реферат

Зміст

• Вступ
• 1. Актуальність теми
• 2. Мета і завдання дослідження
• 3. Огляд досліджень та розробок
• 4. Основний зміст роботи
• Висновки
• Список джерел

Вступ

Використання кам’яного вугілля людством бере початок у далекому минулому, і триває досі. Видобуток кам’яного вугілля впливає на куди більшу кількість сфер людської діяльності ніж може здатися на перший погляд. Крім тих благ які приносить використання вуглеців не варто відкидати і негативні сторони, пов’язані з їх відпрацюванням. Однією з таких проблем є розширення території яка входить в зону впливу очисних робіт (запаси залягають під великими територіями, значна частина яких знаходиться під населеними пунктами і промисловими спорудами), а отже і збільшення кількості підроблюваних об’єктів. Однак чинна методика передбачає розрахунок зрушень і деформацій на кінцевий результат процесу зсування. Результати розрахунків не дають уявлення про розвиток деформацій поверхні в часі і не враховують відмінності розвитку деформацій на окремих ділянках зони впливу очисних робіт. Цей факт став причиною інтересу багатьох дослідників до динаміки процесу зрушення.

Забезпечення безпечної підробітку будівель, споруд і природних об’єктів – одне з пріоритетних завдань маркшейдерії.

1. Актуальність теми

На сьогоднішній день існує і широко використовується методика прогнозу зрушень і деформацій земної поверхні, яка представлена в Правила підробітку будівель, споруд і природних об’єктів при видобуванні вугілля підземним способом [1]. Дана методика дозволяє обчислити зсування і деформації в будь-якій точці мульди зрушення на підставі значень функцій, які були виведені Степаном Гавриловичем Авершиним, за результатами багаторічних вимірювань профільних лініях на спостережних станціях. Також в діючих правилах описані методики визначення тривалості процесу зрушення земної поверхні, а також розрахункову добову швидкість осідання, за значеннями якої тривалість і активну стадію процесу зрушення визначають від однієї гірничої виробки залежно від середньої глибини розробки і швидкості посування вибою.

Однак при підробці промислових об’єктів, наприклад таких як магістральні газопроводи, велике значення при виборі заходів їх охорони має не тільки значення величини деформацій, а й проміжок часу від початку ведення гірничих робіт (що впливають на підроблюваних об’єкт) до того моменту коли їх значення рівні допустимим значенням.

Дана робота спрямована на визначення залежностей між величинами деформацій земної поверхні у часі, після активації процесів зсування, в певній точці розташованої в межах мульди зрушення.

2. Мета і завдання дослідження

Метою роботи є отримання функціональних залежностей за результатами інструментальних спостережень з профільних лініях, їх систематизація, а також подання їх у формі зручній для використання при розрахунках проектів підробітки, де має значення прояв допустимих значень за величиною і часу щодо початку ведення гірничих робіт, в програмних середовищах.

Завдання дослідження:

1. Розробка програмного забезпечення для автоматичної побудови графіків залежності зміни значень деформацій за час протікання процесу зрушення (від початкової стадії зсування до кінця стадії загасання).
2. Аналіз отриманих графіків функціональних залежностей (фільтрація на предмет механічного пошкодження репера, що призводить до відхилення від типової кривої залежності).
3. Отримання значень безпосередньо самих функцій Δ = f (t).
4. Отримання значень функцій Δ = f (t, Z), функції динаміки зрушення щодо точки початку координат ХУ.
5. Статистичне усереднення і апроксимація функцій Δ = f (t, Z).

Об’єкт дослідження: деформації земної поверхні виникають при ведення очисних робот.

Предмет дослідження: встановлення функціональних залежностей між значеннями величин деформацій, що знаходяться в різних частинах мульди в залежності від часу.

3. Огляд досліджень та розробок

Вивчати динаміку процесу зрушення порід, а не фіксувати лише кінцеві прояви цього процесу запропонував С. Г. Авершин. Він же розробив методику таких досліджень [5].

Петрук Євген Григорович, у своїй роботі Управління деформаційними процесами в динамічній мульді зсування при підземній розробці пологих вугільних пластів [6], описує встановлені закономірності розвитку деформацій земної поверхні у часі та просторі під впливом рушійної очисного вибою. Прогнозування деформацій земної поверхні здійснюється на основі досліджень деформаційних процесів у динамічній мульді зсування. Ці процеси реалізуються в часі під впливом рушійної очисного забою в межах технічних меж виїмкової дільниці. Розвиток деформацій у часі відбувається в три етапи: наростання деформацій від нуля до максимального значення, зменшення їх від максимуму до стабільної величини, або до нуля, подальша зміна знака в залежності від розташування підроблюваної ділянки (зони) щодо меж гірничих робіт.

Виявленню закономірності покладені в основу комплексного методичного підходу при розробці розрахункових схем і визначенні параметрів деформаційних процесів і способів управління ними.

Вперше розроблено модель розрахунку параметрів деформаційних процесів взаємодії системи рухомий очисний вибій – динамічна мульда з використанням просторово-часової системи координат, при цьому встановлено, що компенсація деформацій різних знаків на земній поверхні у прогнозованому плоскому дні при розробці світи пластів може бути проведена частково як по величина, так і за часом їх впливу.

Назаренко В. А., Стельмащук Є. В. виклали свої дослідження в роботі: Аналіз хроноізолінейних моделей процесу зрушення земної поверхні в умовах Західного Донбасу [7].

За результатами натурних інструментальних спостережень розроблена просторово-часова модель формування земної поверхні в мульди зрушення для умов вугільних шахт Західного Донбасу. Запропоновано новий тип ізоліній, які характеризують час і місце виникнення у мульди осідань і нахилів певної величини.

Хроноізолінейние моделі осідання та нахилів земної поверхні характеризують розвиток мульди зрушення на маловивченою стадії формування. Ізолінії моделей дозволяють визначати величини осідань і нахилів поверхні і профіль мульди на будь-який довільний момент часу, що характеризується подвиганием очисного вибою від початку відпрацювання лави.

У монографії В. А. Назаренко і Н. В. Йощенко Закономірності розвитку максимальних осідань і нахилів поверхні в мульді зсування [8] узагальнені результати досліджень зрушення земної поверхні на вугільному родовищі Західного Донбасу. Наведені закономірності формування максимальних осідань і поклонів земної поверхні над очисною виробкою пологого вугільного пласта. Викладено основи методики прогнозування максимальних осідань і поклонів, а також часових параметрів зрушення поверхні.

В результаті отримані відомості про переміщення окремих підроблюваних точок поверхні і загальні характеристики розвитку процесу зрушення в перетинах мульди за напрямком руху забою. Ці знання лягли в основу розроблених схем зрушення гірських порід і земної поверхні, а також численних способів і методик прогнозування впливу очисних робіт на земну поверхню. Однак, відомі схеми і методики розрахунку величин зрушень і деформацій поверхні, як правило, застосовні до умов закінчився процесу зрушення. Динамічні зрушення і деформації за відомими методиками можуть бути розраховані тільки в тій області мульди зрушення, в якій процес зрушення є сталим і стабільним.

Непрямі дослідження в даному питанні були проведені Національним мінерально-сировинної університетом м. Санкт-Петербурга і опубліковані С. А. Толстунов і В. М. Онтіка в статті Вплив швидкості посування очисного вибою на екологічні наслідки гірничих робіт. У своїй праці вченими було встановлено залежність швидкості осідання земної поверхні від швидкості посування очисного забою [2].

В Україні деякі залежності в даному питанні були вивчені інститутом геотехнічної механіки НАН України (М. С. Четверик, М. А. Синенко) [3].

Комплексні і цілісні дослідження в галузі виявлення динамічних залежностей значень деформацій земної поверхні в залежності від місця розташування в межах мульди зрушення, на сьогоднішній день також проводяться в НАН УкрНДМІ під керівництвом д. т. н. Грищенкова Н. Н.

4. Основний зміст роботи

За результатами багаторічних вимірювань за наглядовою станціям, зібраних в архівах Українського державного науково-дослідного і проектно-конструкторського інституту гірничої геології, геомеханіки та маркшейдерської справи, відібрані дані по інструментальним вимірам на профільних лініях. Критерієм відбору даних служило якомога більшу кількість проведення інструментальних спостережень, даний критерій обумовлений отриманням більш повних і надійних залежностей динаміки зрушень. Всі значення інструментальних спостережень наведені в таблицях Microsoft, в яких представлені значення по осідань та горизонтальних зрушень по реперам розташованих на розглянутій профільної лінії безпосередньо на кожну дату проведення інструментальних спостережень.

За допомогою вбудованого в таблиці Microsoft Excel мови програмування VBA була написана програма для відбору потрібних даних (створення масиву безпосередньо за значеннями деформацій на дати вимірів) і побудови за ними графіків. На даному етапі програма являє собою бета-версію і передбачає змін у бік уніфікації та повної автоматизації відбору даних. Отримані графіки являють собою функціональну залежність величини деформації за часом, але вимагає диференціації за місцем розташування в межах мульди.

Резюме Біографія