Прогноз вертикальных сдвижений и деформаций земной поверхности при больших глубинах разработки
Приведені основні положення нової методики розрахунку вертикальних зрушень і деформацій земної поверхні, оцінена її точність шляхом порівняння з результатами інструментальних спостережень при розробці вугільних пластів на великих глибинах....
Gespeichert in:
| Datum: | 2009 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Український науково-дослідницький і проектно-конструкторський інститут гірничої геології, геомеханіки і маркшейдерської справи НАН України
2009
|
| Online Zugang: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/15946 |
| 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: | Прогноз вертикальных сдвижений и деформаций земной поверхности при больших глубинах разработки / М.Д. Рожко, С.Б. Кулибаба // Наукові праці УкрНДМІ НАН України. — 2009. — № 5, ч. 1. — С. 76-83. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-15946 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-159462013-02-13T03:10:46Z Прогноз вертикальных сдвижений и деформаций земной поверхности при больших глубинах разработки Рожко, М.Д. Кулибаба, С.Б. Приведені основні положення нової методики розрахунку вертикальних зрушень і деформацій земної поверхні, оцінена її точність шляхом порівняння з результатами інструментальних спостережень при розробці вугільних пластів на великих глибинах. The main points of new method for computation of vertical surface movement and deformation are described. Accuracy of the method is evaluated by comparing it with the results of instrumental observations in mining coal seams at large depths. 2009 Article Прогноз вертикальных сдвижений и деформаций земной поверхности при больших глубинах разработки / М.Д. Рожко, С.Б. Кулибаба // Наукові праці УкрНДМІ НАН України. — 2009. — № 5, ч. 1. — С. 76-83. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. 1996-885X http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/15946 622.834 ru 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 |
Russian |
| description |
Приведені основні положення нової методики розрахунку вертикальних зрушень і деформацій земної поверхні, оцінена її точність шляхом порівняння з результатами інструментальних спостережень при розробці вугільних пластів на великих глибинах. |
| format |
Article |
| author |
Рожко, М.Д. Кулибаба, С.Б. |
| spellingShingle |
Рожко, М.Д. Кулибаба, С.Б. Прогноз вертикальных сдвижений и деформаций земной поверхности при больших глубинах разработки |
| author_facet |
Рожко, М.Д. Кулибаба, С.Б. |
| author_sort |
Рожко, М.Д. |
| title |
Прогноз вертикальных сдвижений и деформаций земной поверхности при больших глубинах разработки |
| title_short |
Прогноз вертикальных сдвижений и деформаций земной поверхности при больших глубинах разработки |
| title_full |
Прогноз вертикальных сдвижений и деформаций земной поверхности при больших глубинах разработки |
| title_fullStr |
Прогноз вертикальных сдвижений и деформаций земной поверхности при больших глубинах разработки |
| title_full_unstemmed |
Прогноз вертикальных сдвижений и деформаций земной поверхности при больших глубинах разработки |
| title_sort |
прогноз вертикальных сдвижений и деформаций земной поверхности при больших глубинах разработки |
| publisher |
Український науково-дослідницький і проектно-конструкторський інститут гірничої геології, геомеханіки і маркшейдерської справи НАН України |
| publishDate |
2009 |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/15946 |
| citation_txt |
Прогноз вертикальных сдвижений и деформаций земной поверхности при больших глубинах разработки / М.Д. Рожко, С.Б. Кулибаба // Наукові праці УкрНДМІ НАН України. — 2009. — № 5, ч. 1. — С. 76-83. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT rožkomd prognozvertikalʹnyhsdviženijideformacijzemnojpoverhnostipribolʹšihglubinahrazrabotki AT kulibabasb prognozvertikalʹnyhsdviženijideformacijzemnojpoverhnostipribolʹšihglubinahrazrabotki |
| first_indexed |
2025-07-02T17:18:09Z |
| last_indexed |
2025-07-02T17:18:09Z |
| _version_ |
1836556422221922304 |
| fulltext |
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 5 (частина I), 2009
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 5 (part I), 2009
76
УДК 622.834
ПРОГНОЗ ВЕРТИКАЛЬНЫХ СДВИЖЕНИЙ И
ДЕФОРМАЦИЙ ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ ПРИ
БОЛЬШИХ ГЛУБИНАХ РАЗРАБОТКИ
Рожко М. Д., Кулибаба С. Б.
(УкрНИМИ НАНУ, г. Донецк, Украина)
Приведені основні положення нової методики розрахунку ве-
ртикальних зрушень і деформацій земної поверхні, оцінена її точ-
ність шляхом порівняння з результатами інструментальних спо-
стережень при розробці вугільних пластів на великих глибинах.
The main points of new method for computation of vertical sur-
face movement and deformation are described. Accuracy of the me-
thod is evaluated by comparing it with the results of instrumental ob-
servations in mining coal seams at large depths.
Проведение выработок в угольных пластах нарушает равно-
весие горных пород в массиве, в результате чего происходит их
деформирование, которое при определенных условиях достигает
земной поверхности. Этот процесс, называемый сдвижением гор-
ных пород, при разработке угольных пластов на больших глуби-
нах охватывает колоссальные участки породного массива. Так,
при отработке только одной 200-метровой лавой двухкилометро-
вого участка пласта, залегающего на глубине 1 км, в процесс
сдвижения вовлекается не менее 5 млрд. т породной массы, а
площадь земной поверхности, на которой проявляются те или
иные деформации, влияющие на находящиеся там объекты, пре-
вышает 2,5 км2.
Для прогноза сдвижений и деформаций земной поверхности,
вызванных очистной выработкой, необходимо решить следующие
основные задачи:
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 5 (частина I), 2009
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 5 (part I), 2009
77
1) определить локализацию и размеры мульды сдвижения
на земной поверхности;
2) определить величины максимальных сдвижений и де-
формаций и их местоположение;
3) рассчитать сдвижения и деформации земной поверхности
на участке подрабатываемой территории.
С увеличением глубины разработки угольных пластов в
Донбассе, начиная уже с глубин разработки 500-600 м, сущест-
вующие методы прогноза сдвижений и деформаций земной по-
верхности теряют точность. В частности, использование приня-
того критериального способа определения зоны влияния очист-
ной выработки на земной поверхности [1] приводит к тому, что
при больших глубинах разработки границы мульды "смещаются"
к ее центру, вызывая погрешности расчетов при решении всех
трех перечисленных выше задач.
Проведенные нами в последние годы исследования [2–5] по-
зволили разработать новую методику расчета вертикальных
сдвижений и деформаций земной поверхности, адаптированную к
современным условиям подземной разработки угольных пластов
в Донбассе. Принципиальным отличием этой методики от всех
применяемых ранее является отказ от определения положения
границ зоны влияния очистной выработки на земной поверхно-
сти. В качестве опорных параметров для определения локализа-
ции и размеров мульды сдвижения взамен граничных точек здесь
использованы точки максимальных наклонов, положение кото-
рых на земной поверхности установить значительно проще.
Методика расчета позволяет прогнозировать величину вер-
тикального сдвижения (оседания) η, а также величины и знаки
наклонов i и кривизны K земной поверхности на вертикальных
разрезах по главным сечениям мульды сдвижения. Расчет произ-
водят одновременно на двух вертикальных разрезах по главным
сечениям мульды сдвижения вкрест и по простиранию пласта
(рис. 1).
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 5 (частина I), 2009
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 5 (part I), 2009
78
Ри
с.
1
. С
хе
ма
к
р
ас
че
ту
в
ер
ти
ка
ль
ны
х
сд
ви
ж
ен
ий
и
д
еф
ор
ма
ци
й
зе
мн
ой
п
ов
ер
хн
ос
ти
Гость
Rectangle
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 5 (частина I), 2009
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 5 (part I), 2009
79
Ниже приведены основные этапы расчета по данной мето-
дике. Оседание любой точки подрабатываемого породного мас-
сива в общем случае определяют по формуле:
( ) ( )yxm WW ρρηη = , (1)
где ηm – максимальное оседание земной поверхности, м;
W(ρx) и W(ρy) – нормированные оседания соответственно в
главных сечениях мульды вкрест и по простиранию.
При повторных подработках земной поверхности относи-
тельную величину максимального q'0п оседания вычисляют по
формуле [5]:
),
D
Mexp(,
'q
'q
)(
55280
21
0
п0
−+
=
, (2)
где q0' – относительная величина максимального оседания в
соответствии с [1];
М – мощность неподработанного междупластья над пла-
стом, разрабатываемым изолированной лавой, измеренная по
нормали к напластованию, м;
D1(2) – меньший из двух размеров выработанного участка в
разрабатываемом пласте, измеряемых в главных сечениях муль-
ды сдвижения, м.
На вертикальном разрезе в главном сечении мульды вкрест
простирания определяют местоположение точки максимального
оседания на земной поверхности (точка J на рис. 1) с помощью
линейной координаты lθ [4]:
( ) ( ) ( )F,,sinhHcl ,, 010771171930
0 +−= αθ . (3)
Коэффициент c0 учитывающий условия предварительной
подработки массива, равен 0,93 для условий первичной подра-
ботки массива, либо в случае полной предварительной подработ-
ки, и 0,71 для условий, когда верхняя половина лавы находится в
подработанном ранее массиве, а также, если имеются работы
прежних лет на вышележащих горизонтах в данном пласте.
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 5 (частина I), 2009
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 5 (part I), 2009
80
Определяют местоположение точек максимальных наклонов
(точки I1, I2 и I3) с помощью базовых расстояний S0, откладывае-
мых от точки максимального оседания [3], которые представляют
собой расстояния, измеряемые на земной поверхности в главных
сечениях мульды сдвижения от точки максимального оседания до
точек максимальных наклонов (см. рис. 1). После этого осущест-
вляют расчет ожидаемых вертикальных сдвижений и деформаций
точек земной поверхности в каждом главном сечении мульды в
следующей последовательности.
Вначале вычисляют относительные линейные координаты ρ,
показывающие удаленность расчетной точки от точки макси-
мального оседания, в долях от базового расстояния S0, в полу-
мульдах сдвижения земной поверхности:
ρп, ρв – в главном сечении мульды вкрест простирания пла-
стов соответственно по падению или восстанию пласта;
ρпр – в главном сечении по простиранию пластов:
( )пр в,п0S
S
=ρ , (4)
где S – расстояние, измеряемое на земной поверхности в
данном сечении от точки максимального оседания ηm до расчет-
ной точки, м;
S0 п (в, пр) – базовое расстояние в соответствующей полумуль-
де данного сечения, м.
Затем в каждой расчетной точке земной поверхности опре-
деляют:
– нормированные оседания W(ρx) и W(ρy) соответственно в
главных сечениях мульды вкрест и по простиранию:
( ) ( )250 ρρ ,expW −= ; (5)
– ожидаемые оседания – по формуле (1);
– ожидаемые деформации наклонов:
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 5 (частина I), 2009
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 5 (part I), 2009
81
( ) ( )
( ) ( )yxy
m
y
yxx
m
x
WW
S
i
,WW
S
i
)(
ρρρ
η
ρρρ
η
⋅⋅=
⋅⋅=
210
30
;
(6)
– ожидаемые деформации кривизны:
( ) ( ) ( )
( ) ( ) ( )yxy
m
y
yxx
m
x
WW
S
K
,WW
S
K
)(
ρρρ
η
ρρρ
η
⋅⋅−=
⋅⋅−=
1
1
2
2
0
2
2
30
21
.
(7)
Для оценки точности нами было проведено сравнение рас-
считанных по данной методике ожидаемых оседаний с фактиче-
скими значениями, полученными из результатов натурных инст-
рументальных наблюдений на ряде шахт Донбасса с большой глу-
биной разработки Hср. На рис. 2 показаны графики фактических и
рассчитанных по данной методике оседаний земной поверхности
на шахтах им. Стаханова (Hср = 1070 м), им. газеты "Луганская
Правда" (Hср = 1043 м), и "Шахтерская – Глубокая" (Hср = 1190 м).
Для сравнения на этих же графиках пунктиром показаны кривые
оседаний, рассчитанные по действующей методике [1]. Из сопос-
тавления видно, что в условиях больших глубин разработки пред-
лагаемая методика дает более точные результаты прогноза, чем
действующая.
ВЫВОДЫ
1. В условиях больших глубин разработки угольных пла-
стов в Донбассе, действующие в отечественной практике методы
прогноза сдвижений и деформаций земной поверхности теряют
точность.
2. На основе результатов проведенных исследований разра-
ботана новая методика расчета вертикальных сдвижений и де-
формаций земной поверхности, адаптированная к современным
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 5 (частина I), 2009
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 5 (part I), 2009
82
условиям подземной выемки угольных пластов в Донбассе, кото-
рая обеспечивает более точные результаты прогноза.
– фактические оседания;
– ожидаемые по предлагаемой методике;
– ожидаемые по действующей методике
Рис. 2. Графики оседаний земной поверхности на шахтах
им. Стаханова (а), им. газеты "Луганская Правда"
(б) и "Шахтерская – Глубокая" (в)
Гость
Rectangle
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 5 (частина I), 2009
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 5 (part I), 2009
83
СПИСОК ССЫЛОК
1. 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.
2. Кулибаба С.Б. Определение точек максимальных наклонов в
мульде сдвижения [Текст] / С. Б. Кулибаба, М. Д. Рожко,
Б. В. Хохлов // Наукові праці Донецького національного
технічного університету. Серія гірничо-геологічна: зб. наук.
пр. – Донецьк., 2009. – № 9 (143) – С. 158-167.
3. Кулібаба С. Б. Розподіл осідань земної поверхні у мульді
зрушень [Текст] / С. Б. Кулібаба, М. Д. Рожко // Наукові праці
УкрНДМІ НАН України: зб. наук. пр. – Донецьк, 2008. – № 3. –
С. 141-152.
4. Кулібаба С. Б. Розташування точки максимальних осідань на
земній поверхні [Текст] / С. Б. Кулібаба, М. Д. Рожко // Нау-
кові праці УкрНДМІ НАН України: зб. наук. пр. – Донецьк,
2009. – № 4. – С. 94-102.
5. Кулибаба С. Б. Прогноз оседаний земной поверхности при
разработке угольных пластов на больших глубинах [Текст] /
С. Б. Кулибаба, М. Д. Рожко // Уголь Украины. – 2007. – № 12. –
С. 10-12.
|