Коэффициенты запаса при расчете деформаций земной поверхности в условиях повторной подработки Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

ГОРНОЕ ДЕЛО И ГЕОЛОГИЯ

УДК 622.833/.838

КОЭФФИЦИЕНТЫ ЗАПАСА ПРИ РАСЧЕТЕ ДЕФОРМАЦИИ ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ В УСЛОВИЯХ ПОВТОРНОЙ ПОДРАБОТКИ

© 2012 г. Ю.В. Посыльный, АА. Алмазов

Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт)

South-Russian State Technical University (Novocherkassk Polytechnic Institute)

Установлено, что при повторной подработке земной поверхности в процессе формирования мульды возникают деформации, величины которых больше деформаций, полученных на конечную дату процесса сдвижения. Предлагается учитывать повышенные деформации путем введения новых коэффициентов

Ключевые слова: земная поверхность; деформации; коэффициенты запаса; единицы опасных деформаций.

In work it is established that at a repeated podrabotka of a terrestrial surface in the course of formation мульды there are the deformations which size there are more than the deformations received for final date of process of displacement. It is offered to consider the increased deformations by introduction of new factors of a stock.

Keywords: terrestrial surface; deformations; factors of a stock, unit of dangerous deformations.

Под влиянием подземных горных выработок горные породы деформируются, и на земной поверхности образуется мульда сдвижения, которая характеризуется оседаниями п, наклонами i, кривизной К, горизонтальными сдвижениями £ и относительными горизонтальными деформациями е.

Для определения степени воздействия на поверхностные объекты сдвижений и деформаций производится их расчет. Расчет сопровождается погрешностью, которая учитывается при помощи коэффициентов запаса (перегрузки).

Эти коэффициенты на протяжении нескольких десятилетий остаются практически неизменными [1 - 3]. Так, для оседаний и горизонтальных сдвижений коэффициент запаса составляет пп = щ = 1,2, для наклонов и относительных горизонтальных деформаций -ni = пЕ = 1,4, для кривизны - пк = 1,8. Приведенные коэффициенты запаса получены преимущественно в условиях первичной подработки объектов и на глубинах до 500 м. Кроме этого они справедливы для максимальных величин сдвижений и деформаций. При разработке угольных пластов на больших глубинах, когда толща пород подработана вышележащими пластами, в процессе формирования мульды сдвижения возникают деформации, которые больше деформаций на конечную дату сдвижения. В этом случае необходимо учитывать этот факт путем увеличения коэффициентов запаса на некоторую величину, т. е. коэффициенты запаса следует рассматривать в таком виде:

кл = щ + Мл, к = щ + Ак, кк = пК + Акк, к = Щ + АккЕ = пЕ + АкЕ,

где кп, к, кЕ, к, кК - соответственно коэффициенты запаса при повторной подработке, когда сдвижения и деформации в процессе формирования мульды больше сдвижений и деформаций на конечную дату сдвижения; пп, щ, пЕ, и^, пК - коэффициенты запаса при первичной подработке, рекомендуемые правилами охраны сооружений; Акп, Ак, АкЕ, Ак^, АкК - поправки к коэффициентам подработанности правил охраны сооружений.

Принято считать, что на конечную дату процесса сдвижения деформации земной поверхности принимают наибольшие значения. Эти деформации в дальнейшем используются при создании расчетных методов.

Выполним анализ наклонов и кривизны земной поверхности от влияния лавы № 408 шахты Замчалов-ская ОАО Гуковуголь в течение всего периода сдвижения земной поверхности (станция х. Молоканский) [4]. Принятая система разработки лавы № 408 - длинные столбы по простиранию с отработкой обратным ходом. Средняя глубина горных работ 756 м, мощность наносов 17 м, вынимаемая мощность 1,05 м, угол падения пласта 19°, размер очистной выработки по падению 181 м, по простиранию - 675 м. Толща горных пород не подрабатывалась. Длительность процесса сдвижения 12 месяцев.

Для установления степени повышения деформаций введем коэффициент единиц опасных деформаций ЕОД, который вычисляется по формуле

ЕОД =

Д - Д

I r-Smax г^к

ДОТ"

где Дтах - максимальное (положительное или отрицательное) значение деформации в течение всего периода формирования мульды; Дкон - величина деформации (положительная или отрицательная) на конечную дату процесса сдвижения; Доп - опасное для сооружений значение деформации.

Определим ЕОД для наклонов:

ЕОД, =J

(1)

где imax - максимальное (положительное или отрицательное) значение наклонов; /кон - величина наклона (положительная или отрицательная) на конечную дату процесса сдвижения; iоп - опасное для сооружений значение наклонов (,оп=4^10-3) [3].

Найдем количество ЕОД ,■ для интервала Rp10-Rp11 профильной линии наблюдательной станции на шахте «Замчаловская». На рис. 1 показано, что наибольший наклон в процессе формирования мульды составляет 1,6^10-3, а наклон на конечную дату сдвижения -0,38^0-3.

i х1(Г

Rpll-RplO

loa

200

iDÖ

4 DO

5 00

t, сут

Рис. 1. Наклоны интервала Rp10-Rp11 при формировании мульды сдвижения

■ х10-3 2,0 -

Количество ЕОД,- будет равно 0,30. Это указывает на то, что наклон на конечную дату меньше наклона, возникшего при формировании мульды сдвижения.

Факт снижения деформаций наблюдается и на других реперах станции. На рис. 2 видно, что наряду с совпадающими наклонами в процессе формирования мульды и на конечную дату наблюдений существуют точки с несовпадающими наклонами.

На рис. 3 видно, что репер 10 характеризуется максимальной кривизной «+0,907-10-41/м» на 413-й день процесса сдвижения, а на конечную дату - кривизной «0,046-10-41/м».

Определим степень повышения кривизны при по-

|к - К I

мощи коэффициента ЕОДК: ЕОДК = ^^-^,

Коп

где Ктах - максимальное (положительное или отрицательное) значение кривизны; Ккон - величина кривизны (положительная или отрицательная) на конечную дату процесса сдвижения; Коп - опасное для сооружений значение кривизны (Коп=2^10-41/м) [2].

На рис. 3 ЕОДК = 0,48. Это означает, что на конечную дату наблюдений кривизна меньше кривизны в процессе формирования мульды на 0,48^10-41/м = = 0,96^10-41/м.

Рис. 4 показывает, что ряд реперов на конечную дату сдвижения характеризуются величинами кривизны, которые меньше величин кривизны, возникших в процессе сдвижения горных пород.

На основании вышеизложенного можно заключить, что необходим учет увеличения деформаций в процессе формирования мульды путем введения в существующие коэффициенты запаса поправок на величины ЕОД.

Из формулы (1) выделим ,тах = ,кон + 4-10-3-ЕОД,,

'шах=п,-/ож + 4-Ш-3-ЕОД, Разделим части последнего уравнения на -ож.

отсюда 'кон 'рас niож 1,4 'ож (max

1„

В результате получим: = n +

4 •lO • ЕОДг

Так как

= k

4 -10"3 • ЕОД,

= Ah,, тогда

^ = п, + Дkг■. По аналогии получим kk = nk + Дkk .

Рис. 2. Распределение по профильной линии наибольших наклонов в течение процесса сдвижения (........0........)

и наклонов на последнюю дату наблюдений (-*-)

I —I

тах кон

3

а

ЕОДК = 0,48

t, сут

Рис. 3. Кривизна на репере № 10 при формировании мульды сдвижения

В таблице приводятся величины ЕОД по 12 профильным линиям наблюдательных станций в условиях Гуковского угольного района. Эти наблюдения выполнены Бюро специализированных маркшейдерских работ ЗАО Гуковуголь.

С учетом вычисленных в таблице величин ЕОД,- = = 0,14 и ЕОДк = 0,35 формулы для расчета коэффициентов запаса принимают следующий вид:

4 -10 ЕОД, 0,56 -10" k = n +-L = П +-

kk = nk +

2 -10 ЕОД ^

К

0,7-10"

К

К x10, м-

1,0 -

0,5 -

0,0

-0,5 -

-1,0

ь iTt к Л и fl мл >3 1 Н 1" 13 ш 1 Щ f ¥ ¡1 ii /

. .......Tg1**"'' ■ ■ . 1 ........V А\ ? О 100 200 300 \пЩ1 Щ| ■ II в 1 \°1 д 1 бЯЬ Л f 1 чл 1 Vi \ 1 i Vi Л[ \ 1| И » й ® \ 1 1 1 Е 9С0 l, М

Рис. 4. Распределение по профильной линии наибольшей кривизны в течение процесса сдвижения (........&

и кривизны на последнюю дату наблюдений (—*—)

К х10 . м

3

4

= nk +

)

Средние величины ЕОД по профильным линиям наблюдательных станций

№ станции m а H D1 d2 n ЕОД, ЕОДк

Алмазная, 105 1,61 9 920 180 1345 1,02 0,2 0,71

Алмазная, 107 1,7 9 950 180 1370 1,01 0,09 0,22

Алмазная, 111 1,99 8 1028 202 1468 1,00 0,17 0,61

Гуковская, 368(Бет) 1,4 18 685 222 911 0,93 0,376 1,446

Гуковская, 453 1,95 17 503 190 1047 1,46 0,04 0,04

Гуковская, 455 2 15 557 203 1105 1,39 0,12 0,19

Гуковская, 457 1,99 16 617 220 513 0,58 0,06 0,07

Замчаловская, 408 1,05 19 756 181 675 0,63 0,08 0,15

Ростовская 0202 1,34 14 426 191 1172 1,93 0,17 0,13

Гуковская 4515 1,98 19 906 223 846 0,65 0,12 0,2

Алмазная, 109 1,86 8 998 203 1420 1,00 0,08 0,28

Гуковская, 368 1,4 18 685 222 911 0,93 0,16 0,12

Среднее значение 0,14 0,35

Таким образом, при прогнозе наклонов и кривизны необходимо вводить в расчетные наклоны и кривизну поправки Дк, и Дкк, так как в процессе формирования мульды сдвижения возникают величины наклонов и кривизны, превышающие величины на конечную дату процесса сдвижения.

По результатам проведения Всероссийской молодежной конференции «Актуальные проблемы геологии, планетологии и геоэкологии» (16 мая 2012 г.) ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России на 2009-2013 годы».

Результаты работы получены при поддержке Минобрнауки РФ в рамках государственного задания на проведение НИОКР, шифр заявки № 5. 1354.2011.

Поступила в редакцию

Литература

1. Правила охраны сооружений и природных объектов от вредного влияния подземных горных выработок в Донецком угольном бассейне. М., 1972. 133 с.

2. Правила охраны сооружений и природных объектов от вредного влияния подземных горных разработок на угольных месторождениях / Министерство угольной промышленности СССР. М., 1981. 288 с.

3. Правила охраны сооружений и природных объектов от вредного влияния подземных горных разработок на угольных месторождениях. СПб., 1998. 291 с.

4. Отчет по наблюдениям за сдвижением земной поверхности на наблюдательной станции х. «Молоканский» от влияния горных работ лавы 408 пл. к2 шх. «Замчаловская».

21 мая 2012 г.

Посыльный Юрий Васильевич - д-р техн. наук, профессор, кафедра «Маркшейдерское дело и геодезия», Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт). Тел. 8-918-521-82-54. E-mail: posylniijuw@ mail.ru

Алмазов Александр Андреевич - аспирант, кафедра «Маркшейдерское дело и геодезия», Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт). Тел. 8-918-590-31-36. E-mail: aleksandralmazov@mail.ru

Posylnyj Yuriy Vasilyevich - Doctor of Technical Sciences, professor, department «Marksheydersky Business and Geodesy», South-Russia State Technical University (Novocherkassk Polytechnic Institute). Ph. 8-918-521-82-54. E-mail: posylniijuw@ mail.ru

Almasov Alexander Andreevich - post-graduate student, department «Marksheydersky Business and Geodesy», South-Russia State Technical University (Novocherkassk Polytechnic Institute). Ph. 8-918-590-31-36. E-mail: aleksandralmazov@mail.ru