CC BY
2
9. Hamed Ghoddusi, Germán G.Creamer, Nima Rafizadeh Machine learning in energy economics and finance: A review // Energy Rconomics. 2019. Vol. 81. p. 709-727.
10. Khasheva Z.M., Golik V.I. The ways of recovery in the economy of the depressed mining enterprises of the Russian Caucasus // International Business Management. 2015. Vol. 9. No. 6. R. 1210-1216.
11. Klyuev R.V., Gavrina O.A., Mikhalchenko S.N. Analysis of specific electricity consumption of the concentrating plant // Izvestiya Tula State University. Earth sciences. 2020. Issue 1. pp. 433-447.
12. Analysis of the state of insulation of electrical equipment of mining and metallurgical plants / R.V. Klyuev, I.I. Bosikov, O.A. Gavrina, K.S. Krysanov // Izvestiya Tula State University. Earth sciences. 2020. Issue. 2. pp. 201-215.
13. Tailings utilization and zinc extraction based on mechanical activation. / V.I. Golik [and others] // Materials. 2023. 16. 726. https://doi.org/10.3390/ma16020726 .
14. Plieva M. T., Gavrina O. A., Kabisov A. A. Analysis of technological damage at 110 kV substations in JSC IDGC of the North Caucasus- «Sevkavkazenergo» // Int. Multi-Conf. on Industrial Engineering and Modern Technologies (FarEastCon) (Vladivostok). 2019. Inspec Accession Number 19229305 DOI: 10.1109/FarEastCon.2019.8934076.
15. Research of rheological characteristics of the mixture as a way to create a new backfill material with specified characteristics / Ch. Kongar-Syuryun, A. Aleksakhin, A. Khayrutdinov, Y. Tyulyaeva // Materials Today: Proceedings. 2021. V. 38. P. 2052-2054. DOI: 10.1016/J.matpr.2020.10.139.
13. Vasiliev P.V., Stas G.V., Smirnova E.V. Assessment of injury risk in mining // Izvestiya Tula State University. Earth sciences. 2016. Issue. 2. pp. 45-58.
УДК 622.834
ОБ УСТОЙЧИВОСТИ ОПОРНЫХ РЕПЕРОВ НАБЛЮДАТЕЛЬНЫХ СТАНЦИЙ ПРИ ПОДРАБОТКЕ ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ
С. Б. Кулибаба, М. Д. Рожко
На основе результатов натурных наблюдений показано негативное влияние отсутствия устойчивости опорных реперов наблюдательных станций на точность инструментального определения оседаний земной поверхности в процессе сдвижения. Установлено, что под влиянием различных неконтролируемых факторов вертикальные смещения опорных реперов могут достигать 25... 60 % от максимального оседания в мульде сдвижения.
Ключевые слова: сдвижение земной поверхности, натурные наблюдения, устойчивость опорных реперов, влияющие факторы, снижение точности, оценка погрешности.
Поддержание на высоком уровне безопасности производства на горнодобывающих предприятиях является одним из ключевых условий их деятельности [1]. На протяжении всего периода разработки месторождений полезных ископаемых неизменно актуальной остается проблема обес-
печения безопасной подработки зданий, сооружений и природных объектов при подземной отработке угольных пластов [2 - 4].
Разработка и применение эффективных мер защиты подрабатываемых объектов от негативного воздействия горных работ базируется на результатах прогноза величин и локализации деформаций земной поверхности в области ее сдвижения. При изменении геологических и горнотехнических условий подземной разработки угольных пластов существующие методы такого прогноза теряют точность и требуют постоянной корректировки, осуществляемой на основе регулярных исследований [5 -8].
Натурные инструментальные наблюдения за сдвижением горных пород являются главным источником новых данных о параметрах этого процесса: во-первых, с их помощью определяют степень соответствия прогнозных величин фактическому положению вещей, а во-вторых, они ложатся в основу совершенствования старых и разработки новых расчетных методов [9, 10]. Точность результатов этих наблюдений напрямую определяет достоверность исследуемых параметров процесса сдвижения, и зависит, в первую очередь, от устойчивости реперов наблюдательной станции, которая обеспечивается исключением влияния на их пространственное положение всех возможных побочных факторов. Так, "Инструкцией по наблюдениям..." [11] определена конструкция реперов наблюдательных станций и регламентированы способы их закладки в грунт, обеспечивающие их надежную сохранность в течение всего срока службы наблюдательной станции, защиту от влияния промерзания и от внешних повреждений, прочную связь с грунтом, и др. Для опорных реперов особенно важным дополнительным требованием является обеспечение их расположения за зоной влияния очистных работ.
Однако, на практике встречаются ситуации, когда все же не удается полностью исключить влияние нежелательных факторов на устойчивость опорных реперов. В некоторых случаях это происходит по причине несоблюдения упомянутых требований, в других - вследствие воздействия иных факторов, не предусмотренных нормативно-методическими документами.
Рассмотрим два примера нарушения устойчивости опорных реперов наблюдательных стаций, с которыми мы столкнулись при анализе результатов исследования параметров процесса сдвижения земной поверхности.
В первом примере наблюдательная станция была оборудована на поле шахты им. С. М. Кирова АО "СУЭК-Кузбасс" в зоне влияния лавы 2462 пласта Болдыревский. На вертикальном разрезе вкрест простирания пластов (рис. 1, а) показаны графики оседаний ц участка земной поверхности за период с 13.02.2020 г. по 25.07.2020 г. (Ь - расстояние от опорного репера): 1 - полученные по данным натурных инструментальных наблюдений и 2 - ожидаемые, рассчитанные по методике [12] (р0 и у0 - гранич-
ные углы мульды сдвижения соответственно по восстанию и по падению пласта, 0 - угол максимальных оседаний). Из рис. 1 следует, что опорные реперы Я1, Яц и Яш были расположены в зоне первичной подработки земной поверхности с границей в точке А, и, очевидно, не являлись неподвижными в указанный период вследствие влияния старых горных работ лавы 2460, расположенных со стороны восстания пласта.
а
Рис. 1. Графики оседаний земной поверхности на шахте им. С. М. Кирова АО "СУЭК-Кузбасс"
Для оценки степени влияния старых горных работ на устойчивость опорных реперов рассмотрим результаты инструментальных наблюдений на другой профильной линии, заложенной в зоне влияния лавы 2460 этой же шахты, отработанной в 2018 г. (рис. 1, б). В отличие от предыдущего
случая здесь опорные реперы Я1 Яц и Яш располагались на не подработанном ранее участке. Из графиков измеренных (кривая 1) и ожидаемых (кривая 2) оседаний следует, что прогнозные величины меньше фактических, и у границы верхней полумульды сдвижения эта разница Ац составляет 250 мм. Причиной такого несоответствия является несовершенство методики расчета сдвижения земной поверхности, о котором мы неоднократно упоминали [13]. Исследования показывают, что в рассматриваемых условиях расхождение между максимальными ожидаемыми и фактическими оседаниями может превышать 25 %.
Подчеркнем, что при закладке опорных реперов в первом случае было нарушено условие по их локации при наличии со стороны восстания старых горных выработок, которая, согласно [11], должна находиться правее точки Б (см. рис. 1, а), т. е. за выходом на земную поверхность прямой, проведенной на вертикальном разрезе вкрест простирания из нижней границы выемочного участка, ранее отработанного лавой 2460, под углом полных сдвижений ^ к плоскости пласта. Опыт анализа многочисленных натурных наблюдений за сдвижением земной поверхности, проводимых на подрабатываемых территориях, показывает, что такая ошибка встречается на практике довольно часто.
Поскольку процесс сдвижения, фиксируемый на двух сопоставляемых наблюдательных станциях, протекал в практически идентичных геологических и горнотехнических условиях, можно предположить, что измеренные оседания реперов (включая опорные) над лавой 2462 также превысили прогнозные приблизительно на такую же величину Ац, что и над лавой 2460. Увеличив значения измеренных оседаний над лавой 2462 на эту величину, получим график 3 приведенных оседаний (см. рис. 1, а), который соответствовал бы фактическим оседаниям при условии, что опорные реперы находились вне зоны влияния старых очистных работ.
Анализируя взаимное расположение графиков прогнозных (2) и приведенных (3) оседаний (площадь между ними для наглядности заштрихована), можно видеть, что оно имеет сходство на обеих наблюдательных станциях. Это подтверждает правильность нашей оценки о степени влияния старых горных работ на устойчивость опорных реперов. Погрешность определения сдвижений и деформаций на всем наблюдаемом участке подрабатываемой территории, возникающая по указанной причине, может существенно повлиять на выбор и корректировку мер охраны подрабатываемых объектов.
Во втором примере, который более полно был описан нами ранее [14], на устойчивость части реперов наблюдательной станции повлиял т. н. биотехнический фактор Наблюдательная станция была оборудована на земной поверхности в зоне влияния 5-й западной лавы пласта И61 шахты им. А. А. Скочинского (г. Донецк). На рис. 2 показаны графики оседаний ц
реперов профильной линии на разные даты наблюдений за период с мая 2007 г. по май 2012 г.
Рис. 2. Графики оседаний реперов Яр 1-20 профильной линии
Анализ графиков показывает, что по характеру распределения их можно условно разделить на две области: правую (реперы Яр5-Яр20) и левую (реперы Яр1-Яр4). В правой части оседания происходили достаточно плавно, отражая этапы формирования мульды сдвижения земной поверхности при подработке, а в левой, на первый взгляд, - хаотично и дискретно.
Рассмотрим характер развития оседаний реперов профильной линии во времени (рис. 3).
О —I О —I о ^
С\ СО чо г-^ 00 (М-
гч о о о гч ^
2: о о о
о о — —
20 40 60 80 100 120
Дата
Яр 2 Яр 3
Кр 4
Ир 1
4 ^Яр 17
мм Кр 18
Рис. 3. Графики развития оседаний реперов профильной линии
во времени
Из графиков следует, что в отличие от правой области (Яр17, Яр 18, пунктирные линии на графике), где наблюдается постепенное нарастание оседаний во времени, характер оседания реперов Яр1-Яр4 из левой области (сплошные линии) носит пилообразный характер, причем верхние пи-
ки соответствуют весенним сериям инструментальных наблюдений (апрель-май), а нижние - осенним (сентябрь-октябрь).
Отметим, что две рассматриваемые группы грунтовых реперов были заложены в разных условиях, а именно: Яр5-Яр20 - на территории поля, а Яр1-Яр4 - в лесопосадке. Проанализировав имеющиеся данные, нами был сделан вывод о том, что наиболее вероятной причиной неравномерного оседаний реперов Яр1-Яр4 явился биотехнический фактор - косвенное влияние корневой системы деревьев и кустарников, которую в летний период можно уподобить помпе, выкачивающей в процессе транспирации из почвы значительное количество влаги [15]. Учитывая, что глубина распространения корневой системы растений на рассматриваемом участке превышают глубину закладки реперов, этот слой грунта претерпевает уплотнение и усадку, и как следствие - дополнительное оседание данного участка профильной линии за летние периоды. Из графиков (см. рис. 3) следует, что значения таких дополнительных оседаний достигают 40... 50 % от максимальных фиксируемых величин. Перед весенними сериями наблюдений почва разбухает вследствие насыщения талой водой и дождями, и высотные отметки на этом участке восстанавливают свои первоначальные значения.
Следует подчеркнуть, что все 20 реперов описанной наблюдательной станции являлись рабочими. Опорные реперы, с которых передавалась высотная отметка на профильную линию, были надежно закреплены в зданиях подъемного комплекса Западного воздухоподающего ствола № 1 шахты, что и позволило установить количественные характеристики описанных сезонных перепадов. В случае расположения опорных реперов на участке Яр1-Яр4 точность проводимых измерений сдвижений и деформаций земной поверхности была бы существенно снижена.
Таким образом, с целью повышения точности инструментальных наблюдений при оборудовании наблюдательных станций за сдвижением земной поверхности следует весьма ответственно относиться к месту расположения опорных реперов. Анализ натурных инструментальных наблюдений показывает, что под влиянием таких процессов, как активизация сдвижения над старыми горными работами или дополнительная усадка грунта вследствие транспирации влаги из почвы через корневую систему растительности, изменение высотных отметок на таких участках могут достигать 25.50 % максимального оседания в мульде сдвижения. Для обеспечения устойчивости опорных реперов при закладке следует избегать тех территорий, где возможны их неконтролируемые перемещения под влиянием как геомеханических, так и негеомеханических факторов.
Список литературы
1. Подход к оценке уровня безопасности производства на горнодо-
бывающем предприятии / О. И. Черских, В. С. Минаков, Е. А. Муштонина, М.Н. Полещук // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. 2022. № 4. С. 156-164.
2. Гришин А. В. К вопросу геомеханического обоснования возможности подработки природных объектов при строительстве горных предприятий // Метро и тоннели. 2023. № 1. С. 46.
3. Ельчанинов Е. А., Мазина И. Э. Моделирование негативного влияния подземных горных разработок на сооружения и природные объекты поверхности земли // Исследования по геоинформатике: труды Геофизического центра РАН. 2017. Т. 5. № 2. С. 13. DOI 10.2205/CODATA2017.
4. Пяткин П. А., Скибин Е. Г. Учет влияния деформаций от подработки территории на напряженно-деформированное состояние конструкции зданий // Construction and Geotechnics. 2021. Т. 12. № 3. С. 53-62. DOI 10.15593/2224-9826/2021.3.06.
5. Шевченко М. Д., Мельник В. В. Исследование геомеханического состояния породного массива в подземных условиях // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. 2023. Вып. 1. С. 471-479.
6. Кулибаба С. Б., Есина Е. Н. Устранение неоднозначности в определении горизонта полной подработки над очистной выработкой // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. 2022. № 2. С. 339-347. DOI 10.46689/2218-5194-2022-2-1-339-347.
7. Кучин А.С. Сдвижение массива горных пород в условиях западного Донбасса // Горный вестник. 2012. Т. 1. № 95-1 (1). С. 194-198.
8. Kratzsch H. Bergschadenkunde // Bochum: Deutscher MarkscheiderVereine. V., 1997. 844 s.
9. Викторов С. Д., Иофис М. А., Гончаров С. А. Сдвижение и разрушение горных пород. М.: Наука, 2005. 277 с.
10. Механика сдвижения и разрушения горных пород / С. Д. Викторов, С. А. Гончаров, М. А. Иофис, В. М. Закалинский. М.: РАН. 2019. 360 с.
11. Инструкция по наблюдениям за сдвижением горных пород, земной поверхности и подрабатываемыми сооружениями на угольных и сланцевых месторождениях. М.: Недра, 1989. 96 с.
12. Правила охраны сооружений и природных объектов от вредного влияния подземных горных разработок на угольных месторождениях. Санкт-Петербург: ВНИМИ, 1998. 291 с.
13. Кулибаба С. Б., Федоров Е. В. О необходимости переработки правил охраны сооружений и природных объектов от вредного влияния горных разработок // Безопасность труда в промышленности. 2021. № 7. С. 13-18. DOI 10.24000/0409-2961-2021-7-13-18.
14. Кулибаба С. Б., Рожко М. Д. Факторы, влияющие на устойчивость грунтовых реперов наблюдательных станций // Науковi пращ УкрН-ДМ1 НАН Украши. 2012. № 11. С. 58-64.
15. Медведев С. С. Физиология растений: учебник. Санкт-Петербург, БХВ-Петербург. 2013. 496 с.
Кулибаба Сергей Борисович, д-р техн. наук, проф., вед. науч. сотр., kulihaha saipkonran. ru , Россия, Москва, Институт проблем комплексного освоения недр им. Н. В. Мельникова РАН,
Рожко Марина Дмитриевна, канд. техн. наук, ст. научн. сотр., mdr6464amail. ru, Россия, Донецк, Республиканский академический научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт горной геологии, геомеханики, геофизики и маркшейдерского дела Министерства науки и высшего образования России
ON THE STABILITY OF THE MAIN BENCHMARKS OF OBSERVATION STATIONS DURING THE UNDER-MINING OF THE EARTH'S SURFACE
S. B. Kulihaha, M. D. Rozhko
Based on the results of field observations, the negative impact of the lack of stability of the main benchmarks of observation stations on the accuracy of the instrumental determination of the earth's surface subsidence in the process of movement is shown. It has been established that under the influence of various uncontrolled factors, the vertical displacements of the main benchmarks can reach 25... 60 % of the maximum subsidence in the displacement trough.
Key words: the earth's surface movement, field observations, stability of the main benchmarks, influencing factors, degradation of accuracy, error estimation.
Kulibaba Sergey Borisovich, doctor of technical sciences, professor, leading researcher, kulibaba sa ipkonran.ru, Russia, Moscow, Institute of Comprehensive Exploitation of Mineral Resources Russian Academy of Sciences,
Rozhko Marina Dmitrievna, candidate of technical sciences, senior researcher, mdr6464@mail.ru, Russia, Donetsk, Republican Academic Research and Design Institute of Mining Geology, Geomechanics, Geophysics and Mine Surveying Ministry of Science and Higher Education of the Russian Federation
Reference
1. An approach to assessing the level of production safety at a mining enterprise / O. I. Cherskikh, V. S. Minakov, E. A. Mushtonina, M. N. Poleshchuk // Proceedings of Tula State University. Earth sciences. 2022. No. 4. pp. 156-164.
2. Grishin A.V. On the issue of geomechanical substantiation of the possibility of working on natural objects during the construction of mining enterprises // Metro and tunnels. 2023. No. 1. p. 46.
3. Yelchaninov E. A., Mazina I. E. Modeling of the negative impact of underground mining on structures and natural objects of the Earth's surface // Research on geoinformatics: Proceedings of the Geophysical Center of the Russian Academy of Sciences. 2017. Vol. 5. No. 2. p. 13. DOI 10.2205/CODATA2017.
4. Pyatkin P. A., Skibin E. G. Accounting for the impact deformations from the work of the territory on the stress-strain state of the structure of buildings // Construction and Ge-otechnics. 2021. Vol. 12. No. 3. pp. 53-62. DOI 10.15593/2224-9826/2021.3.06.
5. Shevchenko M. D., Melnik V. V. Investigation of the geomechanical state of a rock mass in underground conditions // Izvestiya Tula State University. Earth sciences. 2023. Issue 1. pp. 471-479.
6. Kulibaba S. B., Esina E. N. Elimination of ambiguity in determining the horizon of full-time work on treatment production // Izvestiya Tula State University. Earth sciences. 2022. No. 2. pp. 339-347. DOI 10.46689/2218-5194-2022-2-1-339-347.
7. Kuchin A.S. Displacement of rock mass in conditions of the western Donbass // Gorny Vestnik. 2012. Vol. 1. No. 95-1 (1). pp. 194-198.
8. Kratzsch H. Bergschadenkunde // Bochum: Deutscher Markscheider-Vereine. V., 1997. 844 s.
9. Viktorov S. D., Iofis M. A., Goncharov S. A. Displacement and destruction of rocks. Moscow: Nauka, 2005. 277 p.
10. Mechanics of the movement and destruction of rocks / S. D. Viktorov, S. A. Goncharov, M. A. Iofis, V. M. Zakalinsky. M.: RAS. 2019. 360c.
11. Instructions for observations of the movement of rocks, the Earth's surface and moonlighting structures in coal and shale deposits. M.: Nedra, 1989. 96 p .
12. Rules for the protection of structures and natural objects from the harmful effects of underground mining on coal deposits. Saint Petersburg: VNIMI, 1998. 291 p.
13. Kulibaba S. B., Fedorov E. V. On the need to revise the rules for the protection of structures and natural objects from the harmful effects of mining // Occupational safety in industry. 2021. No. 7. pp. 13-18. DOI 10.24000/0409-2961-2021-7-13-18.
14. Kulibaba S. B., Rozhko M. D. Factors affecting the stability of ground reference points of observation stations // Naukovi prati UkrNDMI NAS of Ukraine. 2012. No. 11. pp. 58-64.
15. Medvedev S. S. Plant physiology: textbook. Saint Petersburg: BHV-Petersburg. 2013.496 p.
УДК 622-1/-9, 622.023
ВЛИЯНИЕ АРМИРУЮЩИХ МАТЕРИАЛОВ ГОРНОРЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА НА ВЗРЫВОБЕЗОПАСНОСТЬ ИХ ПРИМЕНЕНИЯ
Ю.Н. Линник, А.Б. Жабин, В.Ю. Линник, З.Р. Раджабов
Во многих случаях причиной взрывов опасных концентраций пылеметано-воздушных смесей на угольных шахтах является фрикционное контактирование резцов с разрушаемым горным массивом. В этой связи многие ученые проводят исследования взрывоопасности применения резцов на шахтах, однако в основном они направлены не на установление причин воспламенения метана, а на совершенствование систем подавления вспышек метана. Вероятность воспламенения метана наряду с другими факторами зависят от материала армирования горнорежущего инструмента, что является одним из дискуссионных вопросов российских и зарубежных исследователей. В этой связи были выполнены исследования, влияния различных армирующих резцы ма-
