CC BY
140
32
С. В. Свирко, А. А.. Ренев
УДК 622.1:622.834
ОСОБЕННОСТИ СМЕЩЕНИЯ ТОЧЕК ПОДРАБАТЫВАЕМОЙ ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ ВЫСОКОСКОРОСТНЫМИ ОЧИСТНЫМИ ЗАБОЯМИ ПРИ ОТРАБОТКЕ ПОЛОГО-НАКЛОННЫХ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ КУЗБАССА
Свирко Сергей Владимирович,
аспирант
Ренев Алексей Агафангелович,
доктор технических наук, профессор
Кузбасский государственный технический университет имени Т.Ф. Горбачева, 650000, Россия, г. Кемерово, ул. Весенняя, 28
Аннотация. Проведен анализ исследований о влиянии скорости подвигания очистного забоя на процесс формирования мульды сдвижения, одним из основных параметров которой является максимальное оседание. С данным параметром связаны все виды сдвижений и деформаций в мульде.
Выявлены закономерности роста величины максимальных оседаний и характер смещения точки максимальных оседаний относительно монтажной камеры в развивающейся микромульде. Для их оценки предложены функциональные зависимости на основе тригонометрических функций.
Рассмотрены особенности смещения точек земной поверхности в плоскости вертикальных оседаний и горизонтальных сдвижений при формировании мульды от влияния подработки высокоскоростными очистными забоями шахт Кузбасса. По характерным признакам сдвижений отдельных точек земной поверхности выделены четыре зоны сдвижений формирующейся мульды и определены их размеры.
Сформированы обобщенные методические положения по определению функциональных зависимостей между оседаниями и горизонтальными сдвижениями в выделенных зонах.
Ключевые слова: земная поверхность, скоростной очистной забой, подработка, динамическая микромульда, вертикальные и горизонтальные сдвижения и деформации, закономерность, функция распределения, расчет.
Исторически изучение процессов сдвижения горных пород под влиянием подземных разработок начиналось с определения углов сдвижения. С их помощью определялись предполагаемые границы влияния горных работ на земную поверхность и устанавливалась зона ответственности горного предприятия. Значения углов сдвижения устанавливались по факту, после подработки земной поверхности, затем полученные величины экстраполировались на другие участки месторождения. Внутри границ зоны влияния параметры сдвижения в основном определялись по типовым кривым, полученным по многочисленным наблюдениям за сдвижением земной поверхности в определенном угольном бассейне или его части.
В основном нормативном документе «Правилах охраны...» [1] указаны детерминированные значения углов сдвижения, граничных углов, углов полных сдвижений и максимальных оседаний, а также функции типовых кривых, которые получены как средние по обобщениям наблюдений 60 - 70-х годов прошлого века, когда скорости подвигания очистных забоев не превышали 150 м/мес (5м/сут) при размерах выемки вкрест простирания до 80-120 м.
В настоящее время средняя скорость подвига-ния высокомеханизированных очистных забоев достигает 15 м/сут и более. Выросли и размеры выработок вкрест простирания. В рамках позна-
ния геомеханических процессов, протекающих в новых условиях, на шахтах Кузбасса были заложены наблюдательные станции с проведением на них серий частотных наблюдений. Закладка наблюдательных станций грунтовых реперов производилась типовым традиционным способом [2] - в главных сечениях мульды сдвижения. План наблюдательной станции по лаве 2452 шахты им. Кирова при отработке пласта Болдыревский-24 комплексом Джой 4LS-20 со скоростями подвига-ния очистного забоя до 12м/сутки приведен на рис.1. Вынимаемая мощность разрабатываемого пласта Болдыревский-24 - 2,35м при угле падения 6° и средней глубине 314м. Размер лавы 2542 вкрест простирания - D1=250 м.
Обобщение полученных экспериментальных данных с целью решения задач прогноза сдвижений и деформаций земной поверхности и массива горных пород в процессе движения очистных забоев с повышенными скоростями было начато А.С. Ягуновым в монографии «Динамика деформаций.» [10]. В продолжение познания геомеханических процессов, протекающих в подземной угледобывающей геотехнической системе, на базе выполненных наблюдений авторами исследованы особенности смещения точек подрабатываемой земной поверхности высокоскоростными очистными забоями при отработке полого-наклонных угольных пластов Кузбасса. При рассмотрении
Вестник Кузбасского государственного технического университета. 2015. № 5 33
а
Масштаб 1^
2fl 0 20 40 I
Рис. 1. План наблюдательной станции на шахте им. Кирова, лава 2452.
элементов мульды сдвижений сохранена терминология А.С. Ягунова, введенная им в работе [10].
В целом, влияние изменения скорости подви-гания очистного забоя на геомеханические процессы, протекающие в массиве при больших скоростях обнажения массива, оценивается неоднозначно. Ряд исследователей указывают, что увеличение скорости подвигания очистных работ во многих случаях уменьшает деформации земной поверхности. Другие придерживаются иного взгляда на эффект скорости подвигания очистного забоя. Авторы работ [3-8] и другие на основании своих исследований считают, что скорость подви-гания очистного забоя не оказывает существенного влияния на величины деформаций земной поверхности, а увеличивает или уменьшает продолжительность и интенсивность процесса сдвижения. Указанные работы основаны на прикладном подходе к изучению параметров мульды сдвижений при влиянии небольших, по сравнению с сегодняшними, скоростями движения очистных забоев.
Г. Кратч в своих исследованиях показывает [9], что форма динамической мульды оседания зависит от скорости ведения очистных работ. Профиль мульды получается тем более пологим, чем быстрее ведутся горные работы. Как объясняет автор, это происходит потому, что в зависимости от скорости подвигания забоя данное положение профиля мульды достигается раньше или, наоборот, позднее, так что при большой скорости подвигания проявление влияния очистных работ будет менее длительным, прогиб породных слоев небольшим и уплотнение обрушенных пород также незначительным. То есть при увеличении ско-
рости очистных работ происходит выполаживание склонов мульды и, как следствие - уменьшение величины наклонов и кривизны земной поверхности.
К таким же выводам приходит А.С. Ягунов при исследованиях динамики деформаций в подрабатываемом горном массиве [10], проводимых на шахтах Кузбасса в течение многих лет. За это время накоплены достаточные по статистическим нормам инструментальные наблюдения, позволяющие производить репрезентативные оценки динамических явлений в подрабатываемой земной поверхности.
На основании анализа результатов моделирования и натурных наблюдений за сдвижением подработанных горных пород и земной поверхности над движущимся очистным забоем на различных угольных и сланцевых месторождениях (Ленинградское месторождение горючих сланцев, Кизеловский, Донецкий, Рейнско-Вестфальский угольные бассейны) авторами [11-13] сделаны обобщающие выводы о том, что сдвижения и деформации земной поверхности в динамической мульде зависят от многих факторов, но общий закон сдвижения точек поверхности не зависит от горно-геологических условий и свойств горных пород. Это положение подтверждается нашими исследованиями и для условий Кузбасса.
О том, что область формирования мульды отличается от остальных участков зоны влияния очистной выработки, свидетельствуют исследования [14, 10], выполненные Е.Г. Петруком на шахтах Западного Донбасса и А.С. Ягуновым на шахтах Кузбасса.
Наблюдениями -29 (первая профильная ли-
34
С. В. Свирко, А. А.. Ренев
700 800 900
Длина профильной линии, м
Рис. 3. Процесс развития горизонтальных сдвижений по простиранию пласта при отходе очистного забоя от монтажной камеры на шахте им. Кирова (Лава 2452).
ния наблюдательной станции на шахте им.Кирова, ваются, оседания точек земной поверхности воз-
лава 2452), приведенными на рис.2. и рис.3, представлен процесс развития оседаний и горизонтальных сдвижений.
Сдвижения земной поверхности проявляются не сразу после начала отработки лавы, а после отхода очистного забоя в среднем на расстояние D2X = 0,3 НСР от разрезной печи, где Dx- расстояние от линии очистного забоя до разрезной печи, м; Нср - средняя глубина разработки угольного пласта, м. При этом средний размер исследованных авторами выработок вкрест простирания пласта составил D = 232 м.
Далее по мере подвигания очистного забоя со скоростью (с) размеры мульды в плане увеличи-
растают и достигают своего максимума при отходе очистного забоя от монтажной камеры на расстояние D2 = 1,6НСР, при дальнейшем движении
забоя D2 > 1,6НСР полумульда со стороны монтажной камеры практически не изменяется, а полумульда со стороны демонтажной камеры движется вместе с очистным забоем, образуя «плоское дно» [15, 16]. Характер развития оседаний при движении очистного забоя до положения D2 = 1,6Нср является монотонным (рис. 2).
На рис. 4 представлен процесс формирования динамической микромульды, при котором точка с максимальными текущими значениями оседаний П перемещается по наклонной траектории в сто-
0
-200
-400
-600
-800
-1000
-1200
-1400
' / ///////////
% 1 9/ и/ хъ/ь/м/ 15/21/ 23/ 25/ 2/2У 29/
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
Длина профильной линии, м
Рис. 2. Процесс развития оседаний по простиранию пласта при отходе очистного забоя от монтажной камеры на шахте им. Кирова (Лава 2452).
Вестник Кузбасского государственного технического университета. 2015. № 5 35
Рис. 4. Формирование динамической микромульды.
рону движения очистного забоя до положения Птах, которое достигается при отходе очистного забоя от разрезной печи на расстояние
D2X = l,6Hcp (завершен процесс формирования
динамической микромульды).
По результатам выполненных исследований установлено, что конечные максимальные оседания птахпо профильным линиям на наблюдательных станциях отличаются не более чем на 20% от максимальных оседаний, рассчитанных по методике «Правил охраны...» [1], а изменение величины максимального оседаниянтах; единичного наблюдения в процессе подвигания очистного забоя до конечных значений (1) и само движение точкимаксимального оседания в формирующейся микромульде (2) хорошо описываются с помощью тригонометрических функций:
= Vu
- 0,43 • arcctg\ 4,739 D^X - 2,8 | +1,089 Hnv
Л
max i
D2 X
HCP
e
[0,3;1,6]
(1)
lxi = HCP
0,107 • arcctg\ - 5,528D2X + 3,544 | + 0,129 Hrp
D2 X HCP
e[0,3;1,6]
(2)
где Птах— величина текущего максимума оседаний в формирующейся динамической микромульде при отходе очистного забоя от монтажной камеры на расстояние, выраженное относительной величиной D2x/Hcp;
Птах - максимальное оседание земной поверхности от ведения горных работ в конкретной лаве, зависящее от вынимаемой мощности и угла падения пласта, глубины разработки, коэффициентов подработанности по простиранию и вкрест простирания и определяемое по «Правилам охраны ...» [1]:
Vmax = 40 • m • COS«-N1 • N2 (3)
где qo - относительное максимальное оседание, для условий Кузбасса определяемое как
п = 0,7 + 0,25 •Hn ;
0 H
Нп - мощность повторно подрабатываемых пород по линии в, соединяющей точку максимального оседания земной поверхности с серединой очистной выработки, от которой производит-
ся расчет деформаций, м;
Н - мощность всей толщи по указанной линии в, для условий Кузбасса определяемая по формуле [1]:
H =
HCP
sin(90° - 0,5а)
, м;
m - вынимаемая мощность пласта, м; а - угол падения пласта, град.;
Ni, N2 - коэффициенты подработанности. lxi - расстояние от монтажной камеры до текущего положения Птах в зависимости от положения очистного забоя D2x/Hcp.
При монотонном росте оседаний характер горизонтальных сдвижений отдельных точек земной поверхности более сложен и зависит от их положения относительно монтажной камеры (рис. 3).Примеры развития горизонтальных сдвижений отдельных точек поверхности во времени показаны в [15]. Формирование мульды сдвижения как совместное развитие горизонтальных сдвижений и оседаний отдельных точек мульды в вертикальной плоскости, совпадающей с направлением подвигания забоя, в зависимости от его положения относительно монтажной камеры рассматривается ниже на примере наблюдательной станции на шахте им. Кирова (рис. 1).
Как известно, сдвижение точек земной поверхности при подработке их горными работами происходит по сложным криволинейным траекториям. Для качественных оценок движения отдельной точки С.Г. Авершиным [17] была предложена обобщенная траектория, которую описывает подрабатываемая точка земной поверхности в плоскости вертикальных и горизонтальных сдвижений. В предложенной траектории автором выделяется четыре характерных участка (рис.5). Участок I образуется при приближении очистного забоя к наблюдаемой точке, II - в результате его прохождения под точкой, III - при удалении забоя, IV -после прекращения влияния под действием уплотнения пород.
На участке IV помимо ярко выраженного процесса остаточного оседания также наблюдается горизонтальное сдвижение в направлении подви-гания забоя, при этом конечное положение точки по С.Г. Авершину относительно начального смещено в горизонтальном направлении в сторону демонтажной камеры. Однако, как будет показано ниже, участок траектории III в некоторых точках
36
С. В. Свирко, А. А.. Ренев
мульды сдвижения носит вырождающийся характер, в результате чего конечное положение точки земной поверхности смещено относительно начального в горизонтальном направлении в сторону обратную подвиганию забоя.
Рис. 5. Обобщенная траектория движения точки земной поверхности при подвигании очистного забоя, предложенная С.Г. Авершиным.
В процессе формирования мульды точки земной поверхности, расположенные со стороны монтажной камеры от которых забой удалялся, опишут III и IV части полной траектории, а точки, расположенные со стороны демонтажной камеры к которым забой приближался, но не прошел под ними, опишут I часть траектории. Точки центральной части мульды сдвижения описывают полную траекторию.
На рис. 6 вертикальные и горизонтальные составляющие вектора сдвижений точек земной поверхности представлены в координатной плоскости рх0^х, где положительные значения ^х характеризуют горизонтальное перемещение точки в направлении подвигания забоя, а отрицательные -в направлении обратном подвиганию. Вертикальная составляющая сдвижений (оседания %) принята со знаком минус. Особенности сдвижений отдельных точек земной поверхности определяют четырехарактерные зоны сдвижений формирующейся мульды сдвижений: A, B, C и D.
В зоне сдвижений A точки земной поверхности при формировании мульды «оседают» и одновременно сдвигаются в горизонтальном направлении в сторону движения очистного забоя (рис. 6а,б,в). Оседания каждой точки достигают своих максимальных динамических величин при положении очистного забоя D2x = \,6НСР, а максимальные горизонтальные сдвижения достигаются несколько ранее. Конечный этап смещения рассматриваемых точек характеризуется их движением только по вертикали. Таким образом, точки земной поверхности, расположенные в зоне A,
при подработке высокоскоростными забоями описывают III и IV части траектории, предложенной С.Г. Авершиным .
Зона сдвижений B характеризуется монотонным оседанием точек земной поверхности и их 2-х этапным возвратно-поступательным движением в горизонтальном направлении (рис. 6г, д). По горизонтали точки сначала сдвигаются в сторону монтажной камеры до определенных величин (этап 1), после чегонаблюдается процесс их сдвижения в противоположном направлении (этап 2). При этом с удалением точки поверхности от монтажной камеры величина ее горизонтального сдвижения в сторону обратную направлению подвигания забоя (на этапе 1) увеличивается, а в сторону, совпадающую с направлением подвигания (на этапе 2) -уменьшается. Например, горизонтальное сдвижение R26 (рис. 6 г) в направлении, обратном подвиганию, достигает 177мм, а в направлении подвигания - 94мм, при этом горизонтальное сдвижение R23 в указанных направлениях составляет 14мм и 228мм соответственно. В конце зоны B конечные горизонтальные сдвижения точек незначительны по величине по сравнению с промежуточными значениями, а общее смещение точек относительно их начального положения происходит в сторону подвигания забоя. Таким образом, точки земной поверхности расположенные в зонеВ при подработке высокоскоростными забоями описывают I и III части обобщенной траектории С.Г. Авершина. IV часть траектории -оседание под действием уплотнения подработанных пород -была зафиксирована при последних измерениях, проведенных на наблюдательной станции после 8ми месячного перерыва.
Зона сдвижений C также характеризуется 2-этапным возвратно-поступательным движением точек земной поверхности в горизонтальном направлении с монотонным характером смещений в вертикальном направлении (рис. 6 е). Из рис. 6 е и 6 г видно, что, несмотря на некоторое количественное отличие величин оседаний и горизонтальных сдвижений точек земной поверхности взонах B и C, характер их движения в плоскости рх0^х один и тот же с единственным отличием -конечное горизонтальное смещение точек относительно их начального положения происходит в сторону обратную направлению подвигания забоя. Таким образом, точки земной поверхности расположенные в зоне C при подработке высокоскоростными забоями описывают те же части обобщенной траектории, что и точки предыдущей зоны, но при этом III часть траектории носит вырождающийся характер.
При дальнейшем удалении наблюдаемых точек поверхности от монтажной камеры III часть траектории вырождается в нулевую. Инструментальных наблюдений в краевой части мульды со стороны демонтажной камеры по наблюдательной станции на шахте им.Кирова (лава 2452) не про-
Вестник Кузбасского государственного технического университета. 2015. № 5 37
водилось, однако характер сдвижения точек в этой части мульды (зона сдвижения D) может быть смоделирован мысленной остановкой забоя и визуальным представлением сдвижения отдельной точки в плоскости пх0^х. Очевидно, что при этом точки земной поверхности подрабатываемой высокоскоростными забоями шахт Кузбасса опишут I часть обобщенной траектории С.Г. Авершина с ее вырождением в краевой части мульды (рис. 6, 7).
Наличие участка II, характеризующегося процессом «чистого» оседания и образующегося по С.Г. Авершину [17] в момент прохождения забоя под наблюдаемой точкой, в траекториях движений точек всех выделенных зон в процессе проводимых наблюдений за высокоскоростными забоями шахт Кузбасса не установлено.
Участки траектории I и III, образуемые, соответственно, при приближении очистного забоя к наблюдаемой точке и при его удалении, имеют
П , мм а)
п , мм 'х
б)
п ,мм д)
х
г)
п , мм
х
е)
Рис. 6. Особенности смещения точек земной поверхности в плоскости вертикальных оседаний и горизонтальных сдвижений цх0^х при формировании мульды сдвижений.
п , мм
х
38
С. В. Свирко, А. А.. Ренев
выраженный параболический вид, через аппроксимацию которого может быть установлена функциональная взаимосвязь вертикальных (оседаний) и горизонтальных сдвижений, а также скорректирована величина относительного горизонтального сдвижения ao для условий отработки пологих и наклонных пластов Кузбасса высокомеханизированными забоями.
Размеры зон сдвижения A, B, C и D в сформированной микромульде по направлению движения очистного забоя можно определить по граничным углам So, S'o, и углам ёл,3в,3аи Sn (рис. 8) по формулам:
lA = HCP \CtgS0 + CtgSA ) lB = HCP ■ (Ctg8B - CtgSA ) (
lC = HCP ■ (Ctg8C - CtgSD ) 4)
lD = HCP ■ (Ctg8D + Ctg8' A )
По исследованиям А.С. Ягунова [10] динамический граничный угол равен £ ' = 770, который со
стороны монтажной камеры при подвигании очистного забоя выполаживается до 50 = 700, то
есть до величины, указанной в «Правилах охраны ...» [1]. Нашими исследованиями установлено, что средние значения эмпирических углов SA, SB, Sc и Sd необходимых для расчета размеров зон сдвижения равны: SA = 730, 8В = 4 30, £ = 600 и SD = 830
Рис. 7. Взаимосвязь вертикальных и горизонтальных сдвижений в краевой частисформирован-ной динамической микромульды (зона D) при остановке забоя в положении D2X = 1,6HCP •
Рис. 8. Зоны сдвижения в сформированной микромульде при положении очистного забоя D2X = 1,6Hcp •
Вестник Кузбасского государственного технического университета. 2015. № 5 39
Лх ! Лшах
Рис. 9. Взаимосвязь вертикальных и горизонтальных сдвижений точек подрабатываемой земной поверхности (Зона C), приведенная к единой статистической совокупности.
.С учетом этого и формул (4) размеры зон сдвижения составляют:
1А = 0,67 • нСР; 1В = 0,77 • нср; 1С = 0,45 • нСР;
lD = 0,35 • HCP (5)
Зона сдвижений A в динамической микромульде располагается в полумульде позади забоя, зоны сдвижения C и D - в полумульде впереди забоя, зона сдвижения B - в обеих полумульдах.
Длины полумульд «позади забоя» и «впереди забоя» могут быть определены через средние динамические углы полных сдвижений, которые по нашим оценкам равны: со стороны монтажной камеры ' = 600, со стороны демонтажной камеры ^ ' = 430.
1ПЗ = HCP \ctSS0 + ctgW3u')
1ВЗ = HCP • (ctgS0 '+ct§ У3 Д') (6)
Подставляя значения углов, получаем:
1ПЗ = 0,94 • HCP; 1ВЗ = 1,30 • HCP (7)
то есть полумульды позади забоя и впереди забоя отличаются по длине, первая из них существенно круче, и, следовательно, функции распределения величин сдвижений и, соответственно, деформаций по абсолютной величине в них различны.
При дальнейшем развитии мульды сдвижения D2x > 1,6HCP зона C увеличивается в размерах, а
зона D движется вместе с подвиганием очистного забоя вплоть до образования полной мульды сдвижений L3. Точки земной поверхности, расположенные всформировавшейся полумульде впере-
ди забоя, и точки, затрагиваемые ее движением, будут иметь одинаковую закономерность сдвижений, которая отображена на рис. 9. На всех других наблюдательных станциях характер взаимосвязи вертикальных и горизонтальных сдвижений точек поверхности аналогичен рассмотренным, и после приведения оседаний рх и горизонтальных сдвижений ^х к безразмерным величинам делением их на величину Дшах, определенную в каждой наблюдательной станции данные наблюдений могут быть рассмотрены как единая статистическая совокупность.
Проведенные исследования позволяют сделать следующие основные выводы:
- при формировании мульды сдвижений с высокими скоростями подвигания очистного за-бояполумульды по простиранию являются несимметричными: они отличаются по длине и крутизне, а, следовательно, функции распределения сдвижений и деформаций в них различны. Длины полумульд «позади забоя» и «впереди забоя» по нашим исследованиям составляют:
1ПЗ = 0,94 • HCP и 1ВЗ = 1,30 • HCP .
- повышение скорости подвигания очистного забоя не влияет на конечную величину максимального оседания земной поверхности, которая определяется вынимаемой мощностью и углом падения пласта, глубиной разработки, коэффициентами подработанности по простиранию и вкрест простирания, размерами очистной горной выработки и может определяться по методике «Правил охраны ...» [1]. Закономерность роста величины
40
С. В. Свирко, А. А.. Ренев
максимальных оседаний до конечных величин в формирующейся микромульде и кривая движения точек максимальных оседаний хорошо аппроксимируются тригонометрическими функциями (1, 2);
- в сформированной динамической микромульде при D2x = \,6НСР по простиранию пласта
выделяются четыре зоны с разным характером сдвижений отдельных точек земной поверхности. Размеры выделенных зон, обозначенных буквами латинского алфавита A, B, C и D,определяются эмпирическими углами: Sa, Sb, Sc, Sd и граничными углами: So, S'o и вычисляются по формулам (4) С учетом найденных значений углов размеры зон сдвижения составляют: l = 0,67 • НСР;
1В = 0,77 • нср ; 1С = 0,45 • нср ; iD = 0,35 • нср ;
- при подвигании забоя D2x > 1,6НСР и образовании «плоского дна» зона C увеличивается в размерах, а зона D движется вместе с подвиганием очистного забоя вплоть до образования полной мульды сдвижений. Точки земной поверхности, расположенные в сформировавшейся полумульде впереди забоя, и точки, затрагиваемые ее движением, будут иметь одинаковую закономерность развития горизонтальных и вертикальных сдвижений (рис. 9);
- рассмотрение результатов инструментальных наблюдений в относительных величинах позволяет объединить их в единую статистическую совокупность, и в дальнейшем определить соотношения между оседаниями и горизонтальными сдвижениями в установленных зонах и обосновать их количественный прогноз.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Правила охраны сооружений и природных объектов от вредного влияния подземных горных разработок на угольных месторождениях. - СПб, ВНИМИ, 1998, - 290 с.
2. Авершин С.Г. Сдвижение горных пород при подземных разработках. - М.: Углетехиздат, 1947. - 245 с.
3. Муллер Р.А. Определение мульды сдвижения и скорости деформаций земной поверхности при движущемся забое // Сдвижение горных пород. - Л.: Изд. ВНИМИ, 1975. - Сб. 96. - С. 13-27.
4. Медянцев А.Н., Черняев В.И. Сдвижение и деформации горных пород в подрабатываемой толще // Уголь Украины. - 1961. - № 11. - С. 25-27.
5. Иофис М.А., Фастов Г.А. Характер развития деформаций в полумульде над движущимся забоем // Горное давление, сдвижение горных пород и методика маркшейдерских работ / ВНИМИ. - 1965. - Сб. 55. - С. 143149.
6. Земисев В.Н. Современные проблемы сдвижения горных пород. // Уголь. - 1999.- № 10.- С. 23.
7. Костенич В.С., Зелепукин А.М. Результаты наблюдений за сдвижением и деформацией поверхности при большой скорости подвигания забоя и прерывной рабочей неделе // Сдвижения и деформации массива при разработке месторождений с учетом структуры и механических свойств горных пород / ВНИМИ. - 1966. - Сб. 58. - С. 137-146.
8. Петрук Е.Г. Исследование деформаций земной поверхности в мульде сдвижения по времени // Изв. вузов.горный журнал. - 1969. - № 1. - С. 40-43.
9. Кратч Г. Сдвижение горных пород и защита подрабатываемых сооружений; Пер. с нем. под ред. Р.А. Муллера и И.А. Петухова. - М.: Недра, 1978. - 494 с.
10. Ягунов А.С. Динамика деформаций в подрабатываемом горном массиве / Минэнерго РФ, НИИ горн.геомех. и маркшейд. дела - Межотраслевой научный центр ВНИМИ, Сибирский филиал. - Кемерово: Кузбас-свузиздат, 2010. - 239 с.
11. Шклярский М.Ф. Исследование кривых скоростей опускания кровли // Сборник статей по вопросам исследования горного давления и сдвижения горных пород / ВНИМИ. - Л.: Изд. ВНИМИ, 1961. - Сб. 40. - С. 136-150
12. Муллер Р.А. Параметры теоретического метода расчета деформаций земной поверхности// Сборник статей по вопросам исследования горного давления и сдвижения горных пород/ ВНИМИ.- 1964.- Сб. 52.- С. 24-40.
13. Назаренко В.А., Йощенко Н.В. Закономерности развития максимальных оседаний и наклонов поверхности в мульде сдвижения. - Д.: Нацюнальнийпрничийушверситет, 2011. - 91с.
14. Петрук Е.Г. Управление деформационными процессами в динамической мульде сдвижения при подземной разработке пологих угольных пластов / Автореф. докт. дисс. - Днепропетровск: ВПОП "Дшпро", 1994. - 34 с.
15. Быкадоров А.И., Ларичкин П.М., Свирко С.В. Скорость изменения горизонтальных сдвижений подрабатываемой земной поверхности высокомеханизированными забоями шахт Кузбасса. // Вестник Кузбасского государственного технического университета, - 2014, № 6. - С. 28-33.
16. Свирко С.В., Ренев А.А. Закономерности развития оседаний земной поверхности вкрест простирания лав при отработке пологих и наклонных пластов Кузбасса с высокими скоростями подвигания забоев. // Вестник Кузбасского государственного технического университета, - 2014, № 6. - С. 23-27.
17. Авершин С.Г. Обработка и использование результатов наблюдений за сдвижением поверхности. - М.: Гос. научн.-техн. изд. нефтяной и горно-топл. лит., 1941. - 39 с.
Поступило в редакцию 18.06 2015
Вестник Кузбасского государственного технического университета. 2015. № 5 41
UDC 622.1:622.834
THE FEATURES OF POINT MOVEMENTS OF AN UNDERMINING DAYLIGHT SURFACE BY HIGH-SPEED BREAKAGE FACES WHEN MINING INCLINED AND GENTLY DIPPING COAL SEAMS IN KUZBASS
Svirko Sergey V.,
graduate student, email: [email protected] Renew Alexey A.,
D.Sc. (Engineering), Professor, email: [email protected]
Kuzbass State Technical University, 28 street Vesennyaya, Kemerovo, 650000, Russian Federation
Аннотация. Проведен анализ исследований о влиянии скорости подвигания очистного забоя на процесс формирования мульды сдвижения, одним из основных параметров которой является максимальное оседание. С данным параметром связаны все виды сдвижений и деформаций в мульде.
Выявлены закономерности роста величины максимальных оседаний и характер смещения точки максимальных оседаний относительно монтажной камеры в развивающейся микромульде. Для их оценки предложены функциональные зависимости на основе тригонометрических функций.
Рассмотрены особенности смещения точек земной поверхности в плоскости вертикальных оседаний и горизонтальных сдвижений при формировании мульды от влияния подработки высокоскоростными очистными забоями шахт Кузбасса. По характерным признакам сдвижений отдельных точек земной поверхности выделены четыре зоны сдвижений формирующейся мульды и определены их размеры.
Сформированы обобщенные методические положения по определению функциональных зависимостей между оседаниями и горизонтальными сдвижениями в выделенных зонах.
Abstract. The analysis of researches about face run influences on the process of mold formation is carried out. One of main mold parameters is the maximum subsidence. All kinds of displacements and deformations depend on this option.
The regularities of maximum subsidence value and the displacements of the point of maximum subsidence relative to the mounting chamber in a developing displacement zone are revealed. To evaluate these parameters the functional dependencies based on trigonometric functions are proposed.
The features ofpoint movements on the earth’s surface in the plane of vertical and horizontal displacements during the molding formation by processing high-speed stoping faces in Kuzbass is considered. Four zones of displacements are allocated by characteristic features of movement of daylight surface’s points and their sizes are determined.
To determinate of functional dependences between vertical and horizontal displacements in the allocated zones the generalized methodical data are given.
Ключевые слова: земная поверхность, скоростной очистной забой, подработка, динамическая микромульда, вертикальные и горизонтальные сдвижения и деформации, закономерность, функция распределения, расчет.
Keywords: Daylight surface, high-speed breakage (stoping) face, undermine, dynamic zone of displacement, subsidence and horizontal displacements and deformations, regularity, distribution function, calculation.
REFERENCЕS
1. Pravila ohrany sooruzhenij i prirodnyh ob#ektov ot vrednogo vlijanija podzemnyh gornyh razrabotok na ugol'nyh mestorozhdenijah. - SPb, VNIMI, 1998, - 290 s.
2. Avershin S.G. Sdvizhenie gornyh porod pri podzemnyh razrabotkah. - M.: Ugletehizdat, 1947. - 245 s.
3. Muller R.A. Opredelenie mul'dy sdvizhenija i skorosti deformacij zemnoj poverhnosti pri dvizhushhemsja zaboe // Sdvizhenie gornyh porod. - L.: Izd. VNIMI, 1975. - Sb. 96. - S. 13-27.
4. Medjancev A.N., Chernjaev V.I. Sdvizhenie i deformacii gornyh porod v podrabatyvaemoj tolshhe // Ugol' Ukrainy. - 1961. - № 11. - S. 25-27.
5. Iofis M.A., Fastov G.A. Harakter razvitija deformacij v polumul'de nad dvizhushhimsja zaboem // Gornoe davlenie, sdvizhenie gornyh porod i metodika markshejderskih rabot / VNIMI. - 1965. - Sb. 55. - S. 143-149.
6. Zemisev V.N. Sovremennye problemy sdvizhenija gornyh porod. // Ugol'. - 1999.- № 10.- S. 23.
7. Kostenich V.S., Zelepukin A.M. Rezul'taty nabljudenij za sdvizheniem i deformaciej poverhnosti pri bol'shoj skorosti podviganija zaboja i preryvnoj rabochej nedele // Sdvizhenija i deformacii massiva pri razrabotke mestorozh-denij s uchetom struktury i mehanicheskih svojstv gor-nyh porod / VNIMI. - 1966. - Sb. 58. - S. 137-146.
42
С. В. Свирко, А. А.. Ренев
8. Petruk E.G. Issledovanie deformacij zemnoj poverhnosti v mul'de sdvizhenija po vremeni // Izv. vuzov.gomyj zhurnal. - 1969. - № 1. - S. 40-43.
9. Kratch G. Sdvizhenie gornyh porod i zashhita podrabatyvaemyh sooruzhenij; Per. s nem. pod red. R.A. Mullera i I.A. Petuhova. - M.: Nedra, 1978. - 494 s.
10. Jagunov A.S. Dinamika deformacij v podrabatyvaemom gornom massive / Minjenergo RF, NII gorn.geomeh. i markshejd. dela - Mezhotraslevoj nauchnyj centr VNIMI, Sibirskij filial. - Kemerovo: Kuzbassvuzizdat, 2010. - 239 s.
11. Shkljarskij M.F. Issledovanie krivyh skorostej opuskanija krovli // Sbornik statej po voprosam issledovanija gornogo davlenija i sdvizhenija gornyh porod / VNIMI. - L.: Izd. VNIMI, 1961. - Sb. 40. - S. 136-150
12. Muller R.A. Parametry teoreticheskogo metoda rascheta deformacij zemnoj poverhnosti// Sbornik statej po vo-prosam issledovanija gornogo davlenija i sdvizhenija gornyh porod/ VNIMI.- 1964.- Sb. 52.- S. 24-40.
13. Nazarenko V.A., Joshhenko N.V. Zakonomernosti razvitija maksimal'nyh osedanij i naklo-nov poverhnosti v mul'de sdvizhenija. - D.: Nacional'nijgirnichijuniversitet, 2011. - 91s.
14. Petruk E.G. Upravlenie deformacionnymi processami v dinamicheskoj mul'de sdvizhenija pri podzemnoj razrabot-ke pologih ugol'nyh plastov / Avtoref. dokt. diss. - Dnepropetrovsk: VPOP "Dnipro", 1994. - 34 s.
15. Bykadorov A.I., Larichkin P.M., Svirko S.V. Skorost' izmenenija gorizontal'nyh sdvizhenij podrabatyvaemoj zemnoj poverhnosti vysokomehanizirovannymi zabojami shaht Kuzbassa. // Vestnik Kuzbasskogo gosudarstvennogo tehnich-eskogo universiteta, - 2014, № 6. - S. 28-33.
16. Svirko S.V., Renev A.A. Zakonomernosti razvitija osedanij zemnoj poverhnosti vkrest pro-stiranija lav pri otrabot-ke pologih i naklonnyh plastov Kuzbassa s vysokimi skorostjami podviganija zaboev. // Vestnik Kuzbasskogo gosudarstven-nogo tehnicheskogo universiteta, - 2014, № 6. - S. 23-27.
17. Avershin S.G. Obrabotka i ispol'zovanie rezul'tatov nabljudenij za sdvizheniem poverh-nosti. - M.: Gos. nauchn.-tehn. izd. neftjanoj i gorno-topl. lit., 1941. - 39 s.
Received 18.06 2015
