CC BY
38
УДК 622.833/.838
B.И. Сарычев, д-р техн. наук, проф., (4872) 35-20-41, Sarychevy@mail.ru (Россия, Тула, ТулГУ),
C.С. Жуков, асп. ТулГУ, (4872) 35-20-41 (Россия, Тула, ТулГУ), С.И. Шестаков, асп. ТулГУ, (4872) 35-20-41 (Россия, Тула, ТулГУ)
МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ПОДРАБОТКИ ГРАЖДАНСКОГО ЗДАНИЯ ПРИ ПОДЗЕМНОЙ РАЗРАБОТКЕ
Приведены результаты моделирования сдвижений и деформаций земной поверхности с учетом подработки гражданского здания; получены зависимости оседаний, наклонов, кривизны, горизонтальных сдвижений и деформаций при подвигании очистного забоя; определены значения эффективной мощности для безопасной подработки гражданского здания.
Ключевые слова: сдвижения и деформации земной поверхности, подработка, моделирование, эффективная мощность, закладка.
Общеизвестно, что при подземной разработке месторождений полезных ископаемых процессы деформирования массивов охватывают всю вышележащую толщу горных пород, вызывая оседания и сдвижения поверхности в границах мульды сдвижения. Площадь мульды сдвижения для конкретных условий месторождения изменяется в зависимости от граничного угла.
Оседание точек поверхности в зоне (мульде) сдвижения происходит неравномерно и увеличивается от ее границ к центру. Это приводит к тому, что здания или другие наземные сооружения и объекты, находящиеся в пределах мульды, подвержены деформациям с опасными растягивающими (сжимающими) напряжениями в конструкциях, дополнительному опрокидывающему моменту и т.д.
Возникающие при оседании земной поверхности горизонтальные перемещения вызывают сжатие и растяжение грунта, приводящие к появлению трещин в стенах и фундаментах, к разрыву трубопроводов и т.п. Величины горизонтальных и вертикальных деформаций в мульде сдвижения зависят от отношения глубины залегания пласта к его мощности. При подработке наземных сооружений и природных объектов для предотвращения проявления процесса сдвижения необходимо применение способов выемки (горных мер охраны), обеспечивающих минимальные деформации в подрабатываемых объектах.
Рассмотрим процесс сдвижения под охраняемым объектом на поверхности. При формировании исходных данных примем условия Кузнецкого угольного бассейна [1]. В качестве объекта охраны выделим здание со следующими характеристиками: стены кирпичные, толщиной 510 мм, перекрытия железобетонные, длина здания 35 м, форма в плане П-образная, наличие трещин наружных стен с раскрытием 1 мм. Под зданием на глу-
бине 200 м залегает пласт мощностью 3,5 м, угол падения пласта 10° (рис. 1).
Рис. 7. Схема подработки наземного объекта
Когда забой находится в точке 1, деформации в точке А на поверхности равны нулю, это положение границ мульды является началом влияния сдвижения пород на охраняемый объект. При подвигании забоя длина размер полумульды увеличивается, и в точке А начнутся оседания земной поверхности. Длина полумульды будет расти до возникновения плоского дна мульды:
¿Зтах =(С0П|/3 +СО1б0)Я, (1)
где 50 - граничный угол; - угол полных сдвижений; Н - глубина разработки.
В каждой точке последовательно повторяются все стадии сдвижения (рис. 2): в результате становится возможным построение кривой оседания на разрезе по простиранию по осадкам точки при соответствующем положении забоя. Оседания в точке А будут происходить до момента попадания ее в плоское дно мульды (до величины ЛтахХ когда забой подвинется на величину £3шах.
А V 2Г Зг 4Г 5'
1 вшш
11 и и
¿1 ¿д, ¿3 , и 1
Рис. 2. Последовательность формирования кривой оседания
Исходя из сформированного массива исходных данных и на основании универсальных уравнений деформаций, полученных в работе [2], для участка 1'...5' построены зависимости изменения относительных оседаний, наклонов, кривизны, горизонтальных сдвижений и горизонтальных деформаций от подвигания очистного забоя (рис. 3).
а
Подвигание забоя, (м)
я
<п
п ш о О
б
К о
03
X
Подвигание забоя, (м)
в
Подвигание забоя, (м)
сЗ X
СО
К (Я К
а
с*Г
и
Д
Подвигание забоя, (м)
Подвнганне забоя, (м)
о
со Я
£ а,
ч:
-10 -12
Рис. 5. Зависимости сдвижений и деформаций поверхности от подвигания очистного забоя
Критерием подработки гражданского здания, принятого в примере, являются предельно допустимые горизонтальные деформации (Аналогичный расчет возможно проводить по иным охраняемым объектам на поверхности, для которых приняты другие деформации в качестве предельных):
[е 1 = -Е^У- = 5,4 • 10"3 ми/и. 1 1,2 тг1
Из рис. 3, д, видно, что горизонтальные деформации превышают предельно допустимые при подвигании забоя на участках 60... 102 и 146...211 м. В такой ситуации ведение очистных работ под гражданским зданием является возможным только с дополнительными горными мерами охраны, для чего на основании разработанного алгоритма расчета параметров безопасной подработки земной поверхности и сооружений [3] определяется условная («требуемая») величина вынимаемой эффективной мощности, т.е. такой мощности, при которой отработка предохранительного целика под зданием становится безопасной, и горизонтальные деформации не превышают предельных. В относительных единицах (для вынимаемой мощности 1 м) условная мощность составит:
£т
для участка 60-102 м - тг
'доп
= 0,57 м:
Р У1
°от,тах8
для участка 146-211 м - тг усл =-—— = 0,4 м.
? У1
°от,шах8
В расчетных формулах приняты следующие обозначения: 8доп и 8от шах " предельно допустимая и расчетная максимальная относительная горизонтальная деформация соответственно; пг - коэффициент запаса. Для условий примера (с учетом мощности пласта 3,5 м) полученные результаты показывают, что подработка здания возможна только при обеспечении вынимаемой эффективной мощности не более 1,995 и 1,4 м.
С другой стороны, эффективная вынимаемая мощность определяется на основании вынимаемой мощности, параметров закладки и полноты выемки:
тэф=т(кн+ку-кнку)Кюм, (2)
где къ - коэффициент неполноты закладки; ку - коэффициент усадки закладочного массива; Кшвл. - коэффициент извлечения угля.
Из уравнения (2) видно, что регулируемыми параметрами в данной формуле являются Кизвл и ки, которые полностью характеризуют как принимаемую систему разработки, так и способ закладки выработанных пространств. При вынимаемой мощности 3,5 м необходимо, чтобы закладочный массив обеспечил компенсацию выработанного пространства для первого участка на 43 %, а для второго - на 60 %.
По рассчитанному коэффициенту извлечения и «требуемой» мощности определяются количественные параметры закладки выработанных пространств, способ управления горным давлением (полная закладка; неполная закладка и обрушение; неполная закладка, целики и частичное обрушение).
Таким образом, для безопасной подработки здания обязательным является применение горных мер охраны в качестве закладки выработанного пространства с различным коэффициентом заполнения выработанного пространства. При нет необходимости производить закладочные работы по всей длине выемочного столба.
Список литературы
1. Правила охраны сооружений и природных объектов от вредного влияния подземных горных разработок на угольных месторождениях/ Министерство угольной промышленности СССР. М.: Недра, 1981. 288 с.
2. Сарычев В.И., Жуков С.С. К вопросу создания универсальной расчетной модели сдвижений и деформаций земной поверхности при подземной разработке пологих и наклонных угольных пластов// Известия ТулГУ. Естественные науки. Вып. 3. Тула: Изд-во ТулГУ, 2009. С. 282-289.
3. Сарычев В.И., Жуков С.С. Алгоритм обоснования параметров безопасной подработки земной поверхности и инженерных сооружений// Проблемы геологии, планетологии, геоэкологии и рационального природопользования: Сб. тез. и статей Всерос. конф-ции, г. Новочеркасск, 26-28 октября 2011 г./ Юж.-Рос. гос. техн. ун-т (НПИ). Новочеркасск: ЛИК, 2011. С. 346-349.
V.I. Sarychev, S.S. Zhukov, S.I. Shestakov
MODELING PROCESS OF UNDERMINE CIVIC BUILDING BY UNDERGROUND MINING
Results of modeling deformations and shifting earth surface subject to undermine civic building were shown and dependences of convergences, slopes, curvatures, horizontal shifting and deformations by wall advance were gotten. Effective height for safeties undermine civic building values was evaluated.
Key words: modeling deformations and shifting earth surface, undermine, modeling, effective height, backfilling.
Получено 17.02.2012
УДК 622.411.3:0041(470,312)
Г.В. Стась, канд. техн. наук, доц., (4872) 35-20-41, galina stas@mail.ru (Россия, Тула, ТулГУ),
В.А. Фатуев, д-р техн. наук, проф., зав. кафедрой (Россия, Тула, ТулГУ),
И.И. Агеев, асп. ТулГУ, (4872) 35-20-41 (Россия, Тула, ТулГУ)
ПРОГНОЗ ГАЗООБМЕНА В АТМОСФЕРЕ ШАХТ ПОДМОСКОВНОГО УГОЛЬНОГО БАССЕЙНА
Приведены алгоритмы и комплекс программных средств для прогнозирования газообмена в атмосфере шахт не опасных по метану. Представлены усовершенствованные методики инвентаризации источников пылегазовых выбросов от угольных шахт Подмосковного бассейна. Данные методики отличаются тем, что учитывается поглощение кислорода угольным пластом, выделения углекислого газа и радона в шахтный воздух.
Ключевые слова: источники пылегазовых выбросов, кислород, углекислый газ, радон, шахтный воздух, алгоритм, угольный пласт.
Горное производство, являясь одним из основных видов хозяйственной деятельности человека, приводящей к изменению природы, выражает себя в неминуемом изъятии вещества и изменении физических и химических характеристик окружающей природной среды. В соответствии со стратегией развития топливно-энергетического комплекса России доля угля в общем производстве топливных ресурсов возрастает до 20 %. Сегодня в основных
