Розподіл осідань земної поверхні у мульді зрушення

Проведен краткий обзор известных методов определения граничных точек и расчета мульды сдвижения земной поверхности. На основе анализа экспериментальных данных установлена зависимость распределения вертикальных сдвижений и деформаций в мульде от базового расстояния между точками максимальных оседания...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2008
Hauptverfasser:	Кулібаба, С.Б., Рожко, М.Д.
Format:	Artikel
Sprache:	Ukrainian
Veröffentlicht:	Український науково-дослідницький і проектно-конструкторський інститут гірничої геології, геомеханіки і маркшейдерської справи НАН України 2008
Online Zugang:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/15894
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Розподіл осідань земної поверхні у мульді зрушення / С.Б. Кулібаба, М.Д. Рожко // Наукові праці УкрНДМІ НАН України — 2008. — № 3. — С. 141-152. — Бібліогр.: 10 назв. — укр.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-15894
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-158942011-02-03T12:03:40Z Розподіл осідань земної поверхні у мульді зрушення Кулібаба, С.Б. Рожко, М.Д. Проведен краткий обзор известных методов определения граничных точек и расчета мульды сдвижения земной поверхности. На основе анализа экспериментальных данных установлена зависимость распределения вертикальных сдвижений и деформаций в мульде от базового расстояния между точками максимальных оседания и наклона земной поверхности. The paper provides a brief review of the well-known methods to determine boundary points and calculate subsidence trough. Based on the analysis of experimental data, dependence of vertical subsidence and deformations in the trough on the basic distance among the points of maximum ground subsidence and slope is found. 2008 Article Розподіл осідань земної поверхні у мульді зрушення / С.Б. Кулібаба, М.Д. Рожко // Наукові праці УкрНДМІ НАН України — 2008. — № 3. — С. 141-152. — Бібліогр.: 10 назв. — укр. 1996-885X http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/15894 622.831 uk Український науково-дослідницький і проектно-конструкторський інститут гірничої геології, геомеханіки і маркшейдерської справи НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Ukrainian
description	Проведен краткий обзор известных методов определения граничных точек и расчета мульды сдвижения земной поверхности. На основе анализа экспериментальных данных установлена зависимость распределения вертикальных сдвижений и деформаций в мульде от базового расстояния между точками максимальных оседания и наклона земной поверхности.
format	Article
author	Кулібаба, С.Б. Рожко, М.Д.
spellingShingle	Кулібаба, С.Б. Рожко, М.Д. Розподіл осідань земної поверхні у мульді зрушення
author_facet	Кулібаба, С.Б. Рожко, М.Д.
author_sort	Кулібаба, С.Б.
title	Розподіл осідань земної поверхні у мульді зрушення
title_short	Розподіл осідань земної поверхні у мульді зрушення
title_full	Розподіл осідань земної поверхні у мульді зрушення
title_fullStr	Розподіл осідань земної поверхні у мульді зрушення
title_full_unstemmed	Розподіл осідань земної поверхні у мульді зрушення
title_sort	розподіл осідань земної поверхні у мульді зрушення
publisher	Український науково-дослідницький і проектно-конструкторський інститут гірничої геології, геомеханіки і маркшейдерської справи НАН України
publishDate	2008
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/15894
citation_txt	Розподіл осідань земної поверхні у мульді зрушення / С.Б. Кулібаба, М.Д. Рожко // Наукові праці УкрНДМІ НАН України — 2008. — № 3. — С. 141-152. — Бібліогр.: 10 назв. — укр.
work_keys_str_mv	AT kulíbabasb rozpodílosídanʹzemnoípoverhníumulʹdízrušennâ AT rožkomd rozpodílosídanʹzemnoípoverhníumulʹdízrušennâ
first_indexed	2025-07-02T17:16:47Z
last_indexed	2025-07-02T17:16:47Z
_version_	1836556335299166208
fulltext	Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 3, 2008 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 3, 2008 УДК 622.831 РОЗПОДІЛ ОСІДАНЬ ЗЕМНОЇ ПОВЕРХНІ У МУЛЬДІ ЗРУШЕННЯ Кулібаба С.Б., Рожко М.Д. (УкрНДМІ НАНУ, м. Донецьк, Україна) Проведен краткий обзор известных методов определения граничных точек и расчета мульды сдвижения земной поверхно- сти. На основе анализа экспериментальных данных установлена зависимость распределения вертикальных сдвижений и дефор- маций в мульде от базового расстояния между точками макси- мальных оседания и наклона земной поверхности. The paper provides a brief review of the well-known methods to determine boundary points and calculate subsidence trough. Based on the analysis of experimental data, dependence of vertical subsidence and deformations in the trough on the basic distance among the points of maximum ground subsidence and slope is found. При збільшенні глибини розробки величини зрушень і де- формацій земної поверхні зменшуються, що викликає великі тру- днощі у визначенні розмірів і місця розташування мульди зру- шення. Проведені раніше дослідження [1] дозволили встановити, що перспективним є метод визначення розмірів і місця розташу- вання мульди зрушення з використання точок максимальних на- хилів, а також визначити основні фактори, що впливають на їхню локалізацію й установити вид і параметри залежності, що дозво- ляє розраховувати їхнє розташування на земній поверхні. Насту- пним завданням є виявлення закону розподілу вертикальних зру- шень і деформацій у мульді зрушення, використовуючи точки максимального осідання й максимальних нахилів земної поверхні при її підробленні, як опорні. 141 Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 3, 2008 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 3, 2008 Основною проблемою при визначенні граничних точок му- льди зрушення є вибір критерію границі ділянки земної поверхні, що зрушується. Фізичний зміст граничної точки в будь-якому ве- ртикальному перетині складається в розмежуванні ділянок земної поверхні, що зрушуються й нерухомих ділянок при підробці. Од- нак у реальних умовах неможливо точно встановити координати такої точки із наступних основних причин. По-перше, результати вимірів за допомогою будь-яких найсучасніших і точних прила- дів і інструментів завжди обтяжені систематичними й випадко- вими погрішностями. По-друге, робочі й опорні репери натурних спостережних станцій у проміжках між серіями спостережень піддаються цілому комплексу зовнішніх впливів, не пов'язаних з підробленням (механічні впливи транспорту, сезонні зміни рівня ґрунту й т.п.). Вимушений вихід зі сформованої ситуації полягає у викори- станні критеріального методу визначення границь мульди зру- шення, коли за граничні точки приймають точки земної поверхні, у яких зафіксовані певні критичні значення зрушень і деформа- цій. Однак, незважаючи на те, що такий підхід використаний у цілому ряді вітчизняних нормативно-методичних документів [2– 4], він має важливий недолік – при його застосуванні розрахунко- вий розмір мульди зрушення неминуче занижується [10], що не- гативно впливає на точність розрахунку всіх її параметрів. Все це промовляє на користь відмови від граничних точок як опорних елементів при розрахунку мульди зрушення, оскільки експериментально виявити граничну точку з нульовим зрушен- ням практично неможливо. Особливо яскраво це проявляється при розробці пластів на великих глибинах, оскільки в цих умовах величини зрушень і деформацій істотних ділянок земної поверхні мають значення, порівняні з похибками натурних інструменталь- них вимірів. В той же час використовувані у вітчизняній практиці [2–4] методи розрахунку осідань у напівмульді зрушення, як правило, засновані на застосуванні відомих функцій, зміна яких розгляда- ється усередині чітко заданого інтервалу, розташованого між то- чкою максимального осідання в розглянутому перетині й гранич- ною точкою напівмульди, в якій зрушення й деформації відсутні. 142 Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 3, 2008 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 3, 2008 Так, запропонована Авершиним С. Г. [5, 6] формула, що описує форму мульди осідань, хоч і містить у собі відстань l між точками максимальних осідання й нахилу, все-таки адаптована до границь мульди: l x,, mx e l, x 132544 132 1 ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ −=ηη , (1) де ηx – осідання точки в напівмульді, що перебуває на від- стані x від точки максимального осідання (ηm); l – відстань від точки максимального осідання до точки пе- регину кривої осідання (тобто, до точки максимального нахилу в напівмульді). Тут передбачається, що відстань від точки максимального осідання до границі напівмульди, тобто, її довжина, становить 2,13l. При цьому автором не дається методика визначення вели- чини l, а довжину напівмульди пропонується визначати як від- стань між її граничною точкою й точкою максимального осідан- ня. Іншими словами, для розрахунку розподілу зрушень і дефор- мацій у мульді зрушення, так чи інакше, необхідно знати місце розташування її границь. Основою методу типових кривих, використовуваного у віт- чизняній практиці, є функції Гауса у вигляді, запропонованому Колбенковим С. П. [7], де також треба знати місце розташування граничних точок мульди зрушення. В одному з варіантів рішення поставленого завдання, запро- понованому Іофісом М. А. [8, 9], реалізується наступна схема ма- тематичного опису мульди зрушення. Спочатку на земній повер- хні визначається місце розташування точок з максимальними кривизною, нахилом і осіданням, обчислюються відстані b між двома першими й d між двома останніми, які потім підставляють- ся у вже відомі рівняння: ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎣ ⎡ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ − +⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ + = b dxФ b dxФm x 2 ηη , (2) 143 Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 3, 2008 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 3, 2008 де d – відстань від точки з максимальним осіданням до точ- ки з максимальним нахилом у розглянутому вертикальному пере- тині; x – поточна координата даної точки в даному перетині щодо точки з максимальним осіданням; b – відстань від точки перегину до точки з максимальною кривизною земної поверхні. На відміну від попередніх схем позитивним тут є те, що ав- тори пропонують залежність для визначення положення точок максимальних нахилів (а, отже, і параметра d), отриману емпіри- чним шляхом: ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛⋅+= H D,,, 70159090 00 21 ασ m , (3) де σ1,2 – кути максимальних нахилів, що представляють со- бою зовнішні щодо виробленого простору кути в головному вер- тикальному перетині мульди, утворені горизонтальними лініями й прямими, що з'єднують розглянуту границю очисної виробки із точками максимальних нахилів на земній поверхні відповідно з боку падіння й повстання; α і D – відповідно кут падіння пласта в градусах і розмір очисної виробки в метрах, у розглянутому головному перетині мульди зрушення; Н – середня глибина розробки, м. У той же час, даний метод має наступні основні недоліки. По-перше, як нами було показано раніше [1], у сучасних умовах розробки вугільних пластів на великих глибинах точність про- гнозу за запропонованим засобом часто страждає похибками, джерелом яких в одних випадках є вплив неврахованих факторів, в інших – некоректний облік прийнятих в увагу факторів, що впливають. По-друге, для визначення параметра b, що дозволяє встановити місце розташування точки з максимальною кривиз- ною, пропонується аналітичний спосіб, при якому використову- ються розрахункові величини максимального осідання η0 і мак- симального нахилу i0 як вихідні дані. Однак прогноз цих величин сам по собі є окремим завданням геомеханіки, а відомі розрахун- 144 Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 3, 2008 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 3, 2008 кові методи несуть у собі певні похибки визначення цих величин, що в остаточному підсумку також знижує ступінь точності роз- рахунків. Розглядаючи підроблюваний масив гірських порід і, зокре- ма, його приповерхню зону, як суцільне середовище, ізотропне в горизонтальному напрямку, у якому зрушення й деформації змі- нюються безупинно, можна припустити, що граничної точки му- льди зрушення в нашому розумінні взагалі не існує, а величини зрушень і деформацій наближаються до нуля асимптотично в на- прямку від центра до крайових ділянок мульди. Дослідимо розподіл осідань земної поверхні в напівмульді зрушення. На рис. 1 показаний графік фактичних нахилів земної поверхні, одержаний за наслідками інструментальних спостере- жень на спостережній станції 148 (шахта № 10, об'єднання "Пер- вомайськуголь"). Звернемо увагу на наступні особливості графіка: − криві нахилів в кожній з двох напівмульд не є симетрич- ними відносно точок максимальних нахилів A і B (точок переги- нів кривої осідання) – ділянки кривих, що знаходяться ближче до центру мульди (точка O) є крутішими, ніж ділянки, розташовані на периферії мульди; − периферійні ділянки кривої нахилів (ділянки від точок A і B до країв профільної лінії) не перетинають в явному вигляді ну- льове значення, а лише наближаються до нього. Аналогічна картина розподілу нахилів в мульді зрушення спостерігається і на інших спостережних станціях. Відмова від граничних точок мульди зрушення як опорних елементів, необхідних для її розрахунку, вимагає адекватної за- міни. Розглянемо як альтернативний варіант використання для цієї мети точок максимального нахилу (точки A і B на рис. 1). Зо- крема, проведемо зіставлення розміру напівмульди зрушення з деякою базовою відстанню s0, за яку приймемо довжину відрізка між точками з максимальними осіданням і нахилом (відрізки AO і OB на рис. 1). Для цього використовуємо результати натурних ін- струментальних спостережень. З метою коректного зіставлення результатів, одержаних в різних умовах, приведемо досліджувані параметри до відносного вигляду. Для цього як параметр, що характеризує величину осі- 145 Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 3, 2008 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 3, 2008 дання будь-якої i-й точки ηi напівмульди, використовуємо її нор- моване осідання ηнi: m i нi η ηη = . (4) Рис. 1. Графік нахилів земної поверхні в районі спостереж- ної станції № 148 Для опису місцеположення будь-якої точки в напівмульді зрушення скористаємося відносною лінійною координатою, що показує віддаленість цієї точки від точки максимального осідання в долях від базової відстані s0: 0s si i =ρ , (5) де si – відстань від точки максимального осідання до i-й точ- ки напівмульди, м; s0 – базова відстань, м. 146 Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 3, 2008 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 3, 2008 Виходячи з геометричних співвідношень основних парамет- рів, що характеризують умови підробки, визначимо формули для обчислення базової відстані s0 у головних перетинах мульди зру- шення (рис. 2): – над верхньою границею зони повних зрушень: )(lHctgcosDs )( 21 1 0 221 += θα m , (6) – нижче верхньої границі зони повних зрушень: ( ) )()( lctgsinDHs )( 2121 1 0 221 +±⋅⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ ±= αψα , (7) де s01(2) – базові відстані s0 у напівмульді за падінням (під- йомом) пластів, м; l1(2) – лінійний параметр локалізації точки максимального нахилу в напівмульді за падінням (підйомом) пласта, м. У головному перетині мульди за простяганням пласта (або при його горизонтальному заляганні) ці формули спростяться: – над верхньою границею зони повних зрушень: 3 2 0 23 l D s += , (8) – нижче верхньої границі зони повних зрушень: 3303 lHctgs += ψ , (9) де s03 – базові відстані s0 у напівмульді за простяганням пласта, м; l3 – лінійний параметр локалізації точки максимального на- хилу в напівмульді за простяганням пласта, м. У формулах (6) – (9) величина лінійного параметра локалі- зації точки максимального нахилу l1(2,3) негативна, якщо вона від- кладається від проекції на земну поверхню границі очисної виро- бки убік центра даної виробки, і позитивна, якщо – у протилежну. 147 Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 3, 2008 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 3, 2008 Ри с. 2 . С хе ма д о ви зн ач ен ня б аз ов ої в ід ст ан і s 0: O , C , G – т оч ки м ак си ма ль ни х ос ід ан ь; A , B , E , F – т оч ки м ак си ма ль ни х на хи лі в 148 Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 3, 2008 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 3, 2008 На рис. 3 показаний розподіл нормованих осідань 251 репе- ра, що входять до складу 15 профільних ліній спостережних ста- нцій, обладнаних у різних гірничо-геологічних умовах Донбасу, залежно від відносної лінійної координати ρ (див. (5)). Регресій- ний аналіз цього розподілу показав, що оптимально його можна описати підінтегральною функцією інтеграла ймовірності Гауса (10), яка задовольняє наступним основним вимогам, що випли- вають із прийнятої нами геомеханічної моделі зрушення земної поверхні: − у точці максимального осідання ця функція повинна до- сягати локального екстремуму; − точка її перегину, де перша похідна осідання по довжині напівмульди максимальна, повинна збігатися із точкою максима- льного нахилу; − при видаленні від точки максимального нахилу до грани- чної області напівмульди зрушення вона повинна асимптотично наближатися до нуля: ( )250 ρη ,expн −= . (10) Враховуючи (4) формула для обчислення осідання i-ї точки земної поверхні ηi у даній напівмульді зрушення прийме наступ- ний вигляд: ( )250 imi ,exp ρηη −= . (11) Статистичний аналіз показав, що емпіричне кореляційне відношення, яке характеризує ступінь концентрації розподілу фактичних точок навколо апроксимуючої функції (10), стано- вить 0,72, що свідчить про досить високу тісноту зв'язку. Врахо- вуючи при цьому досить широкий спектр умов проведення екс- периментів (глибина розробки – від 90 до 1080 м; кут падіння – від 0 до 570; розмір очисної виробки – від 85 до 1100 м; потуж- ність наносів – від 0 до 30 м), можна вивести, що базову відстань s0 припустимо використати в якості універсального опорного параметра для визначення розмірів і форми мульди зрушення земної поверхні. 149 Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 3, 2008 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 3, 2008 Рис. 3. Розподіл нормованих осідань у напівмульді зрушення Послідовно диференціюючи функцію (11), враховуючи (5), одержимо формули для розрахунку нахилів і кривизни земної по- верхні в розглянутій напівмульді: ( ) ( ) ( 22 2 0 2 2 2 0 501 50 ρρηη ρρ ) ηη ,exp sds dK ;,exp sds di m m −−== −⋅−== . (12) ВИСНОВКИ В сучасних умовах підземної розробки вугільних пластів у Донбасі точність визначення місця розташування й розмірів му- льди зрушення на земній поверхні зменшується. Це пов'язане з 150 Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 3, 2008 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 3, 2008 тим, що у застосовуваних у вітчизняній практиці методах розра- хунку як вихідні дані використовуються координати граничних точок мульди зрушення, точне визначення яких зі збільшенням глибини розробки стає усе більше проблематичним. Одним з можливих шляхів рішення цієї проблеми є викори- стання точок максимальних нахилів земної поверхні в мульді зрушення. При цьому базову відстань, вимірювану між точками з максимальними осіданням і нахилом, можна використовувати як універсальний опорний параметр для визначення розмірів і фор- ми мульди зрушення земної поверхні. Встановлено, що залежність величини осідання будь-якої точки земної поверхні в напівмульді зрушення від її відносної лі- нійної координати, що визначає далекість даної точки від центра мульди зрушення в частках від базової відстані, може бути опи- сана експонентою, що є підінтегральною функцією інтеграла ймовірності Гауса. ПЕРЕЛІК ПОСИЛАНЬ 1. Кулибаба С.Б., Рожко М.Д., Хохлов Б.В. Определение точек максимальных наклонов в мульде сдвижения // Наукові праці Донецького національного технічного університету. Серія гірничо-геологічна. – Донецьк: ДонНТУ. – 2008. 2. Правила охраны сооружений и природных объектов от вред- ного влияния подземных горных разработок на угольных ме- сторождениях / Министерство угольной промышленности СССР. – М.: Недра, 1981. – 288 с. 3. Правила охраны сооружений и природных объектов от вред- ного влияния подземных горных разработок в Донецком угольном бассейне/ Минуглепром СССР.- М., 1972. – 130 с. 4. Правила підробки будівель, споруд і природних об'єктів при видобуванні вугілля підземним способом: ГСТУ 101.00159226.001-2003: Затв. Мiнпаливенерго України 28.11.2003. – Київ, 2004. – 128 с. 5. Авершин С.Г. Сдвижение горных пород при подземных раз- работках. – М.: Углетехиздат, 1947. – 275 с. 151 Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 3, 2008 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 3, 2008 6. Авершин С.Г., Кузнецов М.А. Расчет элементов сдвижения поверхности в условиях разработок пологопадающих пластов // Труды Всесоюзного научно-исследовательского маркшей- дерского института «ВНИМИ». – М.: Углетехиздат, 1948. – С. 8 - 62. 7. Сдвижение горных пород при подземной разработке уголь- ных и сланцевых месторождений / Акимов А.Г., Земисев В.Н., Кацнельсон Н.Н., Коротков М.В., Костенич В.С., Ме- дянцев А.Н., Мурашев А.Н., Петухов И.А. – М.: Недра, 1970. – 224 с. 8. Иофис М.А., Черняев В.И. Определение вертикальных сдви- жений и деформаций земной поверхности при выемке на- клонных и крутопадающих пластов // Горный журнал. – 1979. – № 6. – С. 20-22. 9. Иофис М.А., Шмелев А.И. Инженерная геомеханика при под- земных разработках. – М.: Недра, 1985. – 248 с. 10. Кулибаба С.Б. О границах мульды сдвижения // Сдвижение земной поверхности и устойчивость откосов. – Л.: ВНИМИ. – 1980. – С. 57 - 60. 152

Розподіл осідань земної поверхні у мульді зрушення

Institution

Ähnliche Einträge