Расчет граничных углов сдвижения по новым геометрическим элементам мульды в условиях шахты Восточная ОАО «Ростовуголь» Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

ГЕОМЕТРИЯ И КВАЛИМЕТРИЯ НЕДР

^ Ю.В. Посыльный, 2000

I

П

УДК 622.1:622.83

Ю.В. Посыльный

РАСЧЕТ ГРАНИЧНЫХ УГЛОВ СДВИЖЕНИЯ ПО НОВЫМ ГЕОМЕТРИЧЕСКИМ ЭЛЕМЕНТАМ МУЛЬДЫ В УСЛОВИЯХ ШАХТЫ ВОСТОЧНАЯ ОАО РОСТОВУГОЛЬ

рабатывала угольный пласт /'2 мощностью 1,55 м с углом падения 0-1° на глубине 364 м. Длина лавы 200 м. Пласт отрабатывался системой разработки - длинные столбы по падению. Выемка угля в лаве осуществлялась комплексом КМ-87Э со среднемесячным подвиганием 100 метров. Управление кровлей - полное обрушение. Доля литологических образований со-

ри анализе кривых оседания земной поверхности встречаются случаи, когда граничный участок мульды не зафиксирован инструментальными измерениями или этот участок характеризуется нарушенными реперами. Определение ориентировочной граничной точки сдвижения возможно путем применения линии среднего наклона и коэффициента перехода к расчетной полумульде сдвижения кь [1].

Рассмотрим на примере расчет границы мульды по данным измерений на профильной линии в условиях шахты "Восточ-ная" ОАО Ростовуголь.

Шахтой заложены две профильные линии реперов в направлении движения забоя лавы № 340 и перпендикулярно к этому забою. Инструментальные наблюдения за сдвижением земной поверхности проводились маркшейдерским отделом шахты и включали в себя измерение расстояний между реперами и определение отметок реперов. Лава № 340 раз-

ставляет: угли - 0,9 %, песчаники - 27 %, известняки - 5,4 %, глинистые сланцы - 43,3 %. Мощность третичных и четвертичных отложений 70 - 100 метров. Отложения представлены слоями суглинка и песка.

В табл. 1 приводятся результаты измерений на профильной линии, перпендикулярной к направлению движения забоя лавы.

На рис. 1 показана кривая оседания, построенная по данным табл. 1.

Из табл. 1 видно, что репер № 41 получил оседание 89 мм, а репер № 60 - 134 мм. В нашем примере тот случай, когда отсутствуют измерения на граничном участке мульды. Коэффициент перехода к расчетной длине полумульды составляет 1,25. Коэффициент подработанности п = 0,38 < 0,4 или N < 0,7. Линии среднего наклона по фактической кривой оседания в полумульдах сдвижения выражаются следующими уравнениями:

а)

в полумульде

Ь

15-41

Г = -2,9596х1 - 614,4;

Таблица 1

ИЗМЕРЕННЫЕ РАССТОЯНИЯ МЕЖДУ РЕПЕРАМИ И ИХ ОСЕДАНИЯ

Полумульда Ь Полумульда Ь2

№ репера ^, мм 1 , м x, м № репера ^, мм 1 , м x, м

41 89 -199,265 15 602 0

19,978 19,986

42 106 -179,287 51 546 19,986

20,117 19,731

43 117 -159,170 52 514 39,717

19,962 19,839

44 154 -139,208 53 389 59,556

20,036 19,902

45 195 -119,172 54 308 79,458

19,883 19,803

46 306 -99,289 55 232 99,261

19,631 19,931

47 392 -79,658 56 149 119,192

19,803 19,901

48 439 -59,855 57 124 139,093

19,839 19,985

49 535 -40,016 58 144 159,078

20,021 20,072

50 580 -19,995 59 148 179,15

19,995 20,329

15 602 0 60 134 199,479

б) в полумульде ^15-60

^2 = 2,6133х2 - 558,99.

Линии среднего наклона полу-мульд пересекают земную поверхность в точках

XI = -207,60м и Х2 = 213,90м .

Длины полумульд сдвижения с учетом коэффициента перехода составят:

L1 = 1,25 • 207,6 = 259,5м ,

L2 = 1,25 • 213,9 = 267,4м .

Рассчитаем граничные углы сдвижения. Так как угольный пласт практически горизонтален и отрабатывается длинными столбами по падению пласта, то здесь имеется полная подработка по падению и неполная - по восстанию. При такой системе разработки терминология по граничным углам сдвижения отсутствует. По нашему мнению следует рассматривать граничные углы по отношению к направлению забоя лавы, т. е. различать граничный угол слева от направления

80, справа от него 5^ и по направлению движения 80 .

Из рис. видно, что:

Рис. 2. Распределения размахов варьирования ординат типовых кривых в полумульдах сдвижения: R1 при N>1, К2 при N = 0,9, R3 при N = 0,8, R4 при N < 0,7

80 = аг^

364

267,4 - 96

= 64,8°

50 = аг^-

364

= 66, 9°.

259,5 -104

Расчеты показывают, что расхождение в граничных углах составляет 2,1°.

Таким образом, линии среднего наклона и применяемые в настоящее время типовые кривые оседания позволяют решить задачу по определению границ сдвижения и граничных углов в тех случаях, когда на граничном участке мульды отсутствуют данные инструментальных измерений. Полученную границу следует считать измеренной границей, так как при выводе типовых кривых использовались граничные критерии процесса сдвижения.

Каждая кривая оседания земной поверхности характеризуется точкой максимального оседания, точкой пе-

Рис. 1. Вертикальный разрез по профильной линии реперов: 1 - фактическая кривая оседания, 2,3 - линии среднего наклона.

региба, особой точкой и граничной точкой сдвижения [1].

Наши исследования показывают, что особая точка позволяет сближать распределения оседаний в двух соседних полумульдах сдвижения, расположенных на одной профильной линии. Эта точка может быть характеристикой не только двух, но и большей совокупности кривых оседания. Она принадлежит и типовой кривой оседания, выведенной по единичным кривым, полученным с использованием граничных критериев процесса сдвижения.

Определим координаты особой точки мульды на типовых кривых оседания, рекомендуемых правилами охраны сооружений 1998 г. [2]. Для этого на границе типовой кривой в точке г = 1,0 полумульды Ь = 1,0 искусственно создадим погрешность определения граничной точки сдвижения путем смещения этой точки на 0,1 деления полумульды как в сторону максимального оседания, так и в сторону, противоположную от него. Таким образом получим две ошибочные полумульды Ь\ = 0,9 и Ь2 = 1,1. Полумульды Ь\ и Ь2 примем за единичные полумульды и в точках деления единичных полумульд вычислим ординаты Szl и Sz2.

Найдем разности R = Szl - Sz 2 и по максимальной величине Ятах установим абсциссу гт точки максимального варьирования ординат. Ординату в точке гт вычислим как среднее значение из ошибочных ординат в этой точке. Описанные выше операции выполним на всех четырех типовых кривых при коэффициентах подрабо-танности. Результаты графических

Таблица 2

ВАРЬИРОВАНИЕ ТИПОВЫХ КРИВЫХ ОСЕДАНИЙ В ПОЛУМУЛЬДАХ СДВИЖЕНИЯ

z Ординаты при N > 1 Ординаты при N = 0,9 Я2

8г1 Эй Эг1 Эг2

0 1,00 1,000 1,000 0,000 1,00 1,000 1,000 0,000

0,1 0,99 0,995 0,988 0,007 0,98 0,985 0,975 0,010

0,2 0,95 0,964 0,940 0,024 0,90 0,925 0,877 0,048

0,3 0,86 0,895 0,822 0,073 0,77 0,805 0,715 0,090

0,4 0,71 0,778 0,625 0,153 0,58 0,655 0,500 0,155

0,5 0,50 0,610 0,380 0,230 0,39 0,485 0,305 0,180

0,6 0,29 0,415 0,194 0,221 0,22 0,325 0,145 0,180

0,7 0,14 0,235 0,068 0,167 0,10 0,180 0,060 0,120

0,8 0,05 0,120 0,019 0,101 0,04 0,085 0,020 0,065

0,9 0,01 0,043 0,002 0,041 0,01 0,040 0,002 0,038

1,0 0,00 0,010 0,000 0,010 0,00 0,010 0,000 0,010

z Ординаты при ^ 0,8 Яз Ординаты при N <0,9 Я4

8г1 Эй Эг1 Эй

0 1,00 1,000 1,000 0,000 1,00 1,000 1,000 0,000

0,1 0,97 0,978 0,965 0,013 0,96 0,970 0,955 0,015

0,2 0,85 0,885 0,825 0,060 0,83 0,870 0,800 0,070

0,3 0,69 0,745 0,635 0,110 0,65 0,715 0,600 0,115

0,4 0,48 0,565 0,405 0,160 0,46 0,535 0,385 0,150

0,5 0,31 0,395 0,240 0,155 0,29 0,365 0,220 0,145

0,6 0,17 0,255 0,120 0,135 0,16 0,230 0,115 0,115

0,7 0,08 0,140 0,045 0,095 0,08 0,135 0,050 0,085

0,8 0,03 0,075 0,015 0,060 0,03 0,070 0,015 0,055

0,9 0,01 0,030 0,002 0,028 0,01 0,030 0,002 0,028

1,0 0,00 0,010 0,000 0,010 0,00 0,010 0,000 0,010

построений и вычислений сведем в табл. 2.

На рис. 2 показаны распределения разностей ординат К1 К2 Къ и К4 при коэффициентах подработанности, соответственно, 1,0; 0,9; 0,8; 0,7.

Графически установлены абсциссы и вычислены ординаты точек максимального варьирования разностей. Эти данные приводятся в табл. 3.

Приведенные в табл. 3 координаты особых точек, принадлежащих типовым кривым правил охраны, могут

быть использованы при расчете границы сдвижения в тех случаях, когда

инструментальными измерениями граничные точки сдвижения не зафиксированы.

Рассмотрим расчет границы сдвижения земной поверхности на станции в условиях шахты Восточная ОАО Ростовуголь.

Выполним сглаживание фактической кривой оседания путем применения полинома шестой степени. На рис. 3 показаны фактическая и сгла-

женная кривые оседания земной поверхности.

Графически определим местоположение точки максималь-ного оседания. Абсцисса этой точки составляет

хМм = -8м .

Кривая оседания соответствует коэффициенту подработанности N < 0,7. При этом коэффициенте координаты особой точки составляют: гт = 0,43, SZm = 0,41. Вычислим оседание, соответ ствующее ординате 0,41. "л = 0,41 • 602 = 247мм .

Вычисленное оседание отложим на ординате максимального оседания и проведем линию до кривой оседания в обеих полумульдах. Измерим абсолютные абсциссы. Получим: XI = -109м , Х2 = +93м (рис. 3).

Абсолютные абсциссы особой точки составят:

Хт1 = -109 - (-8) = -101м ,

Хт2 = 93 - (-8) = +101м .

Вычислим расчетные длины полу-

Рис. 3. Определение граничных точек сдвижения земной поверхности

Таблица 3

КООРДИНАТЫ ОСОБОЙ ТОЧКИ НА ТИПОВЫХ КРИВЫХ ПРАВИЛ ОХРАНЫ 1981 Г

Коэффициент подработанности N Координаты особой точки

zm Szm

1,0 и более 0,54 0,42

0,9 0,55 0,31

0,8 0,40 0,49

0,7 и менее 0,43 0,41

мульд сдвижения

т _ -101

Ь1 =---------

1 - 0,43

= 234,9м .

Полученные полумульды отложим от точки максимального оседания и получим расчетные граничные точки А и В (рис. 3).

Вычислим граничные углы сдвижения

364

50 = аг^--------------= 69,1° ,

5 о = arctg

234.9 - 96 364

234.9 -104

= 70,20

Сравнение граничных углов, полученных по линиям среднего наклона, с граничными углами, найденны-

ми путем применения координат особой точки полумульды, показывает, что расхождение в левых углах составляет 4,3°, а в правых - 3,3°. Существующая средняя квадратическая погрешность определения граничных углов варьирует от +5 и более градусов. Отсюда можно сделать вывод о приемлемости разработанных нами методов расчета граничных углов по новым геометрическим элементам мульды сдвижения.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Посыльный Ю.В. Геометрические параметры мульды сдвижения земной поверхности над горной выработкой. Материалы III Международной конференции "Комплексное изучение и эксплуатация месторождений

полезных ископаемых". - Новочеркасск, 1997.- С.209-216.

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

Посыльный Юрий Васильевич - доцент, кандидат технических наук, кафедра «Г еология, геодезия и маркшейдерии», Шахтинский институт (филиал) ЮжноРоссийского государственного технического университета. .

....................................................................