Расчет ожидаемых сдвижений и деформаций земной поверхности при подработке
Министерство
образования и науки РФ
Федеральное
агентство по образованию
Государственное
образовательное учреждение высшего профессионального образования
«ПЕРМСКИЙ
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ
ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ
УНИВЕРСИТЕТ»
Кафедра
разработки месторождений полезных ископаемых
Отчёт
по практической работе № 1
по
теме: Расчёт ожидаемых сдвижений и деформаций земной поверхности при подработке
Выполнил:
Бердникова А.В.
студентка гр. ФП-11
Проверил: Евсеев
А.В.
Теоретическая часть
Разработка пластов полезных ископаемых приводит
к изменению напряженно деформированного состояния горных пород и их сдвижения в
массиве на земной поверхности.
Зона сдвижения земной поверхности - участок
земной поверхности, подвергшийся сдвижению под влиянием горных выработок.
Мульда сдвижения - участок земной поверхности,
подвергшийся сдвижению под влиянием отдельной очистной выработки.
Оседание земной поверхности h
(мм) - вертикальная составляющая векторов сдвижения точек в зоне (мульде)
сдвижения.
Максимальное оседание - наибольшая вертикальная
составляющая векторов сдвижения точек при закончившемся процессе сдвижения.
Углы полных сдвижений - внутренние относительно
выработанного пространства углы, образованные на вертикальных разрезах по
главным сечениям мульды плоскостью пласта и линиями, соединяющими границы
выработки с границами плоского дна в главных сечениях мульды сдвижения.
Различают углы полныхсдвижений (рис. 1):
у нижней границы выработки - y1
(...°);
у верхней границы выработки -y2
(...°);
у границы выработки по простиранию - y3
(...°).
Угол максимального оседания q
- угол со стороны падения пласта, образованный на вертикальном разрезе в
главном сечении мульды вкрест простирания пласта горизонтальной линией и
линией, соединяющей середину очистной выработки с точкой максимального оседания
земной поверхности (см. рис. 1).
При определении границ зоны влияния подземных
разработок по данным наблюдений приняты следующие значения деформаций земной
поверхности при расстояниях между реперами 15-20 м:
наклоны i = 0,5×10-3,
растяжение e = 0,5×10-3.
Границы зоны влияния подземных разработок
определяются по граничным углам. Граничными углами называются внешние
относительно выработанного пространства углы, образованные на вертикальных
разрезах по главным сечениям мульды сдвижения горизонтальными линиями и
линиями, последовательно проведенными в коренных породах, мезозойских
отложениях и наносах, соединяющими границу очистной выработки с границей зоны
влияния подземных разработок на земной поверхности.
Различают граничные углы:
а) в наносах (четвертичные и третичные
горизонтально залегающие породы, не вмещающие разрабатываемые пласты) j0,
которые принимаются одинаковыми во всех направлениях и учитываются при мощности
наносов более 5 м;
б) в мезозойских отложениях на месторождениях палеозойского
возраста - d0м; b0м; g0м;
в) в коренных породах, к которым относятся
породы того же возраста, что и разрабатываемые угольные пласты - d0,
b0,
g0,
b01;
углами d0
и d0м
определяются границы зоны влияния подземных разработок по простиранию пласта;
углами b0;
b0м;
g0
и g0м
- вкрест простирания пласта соответственно со стороны падения и восстания;
углами b01
определяется граница зоны влияния в лежачем боку пласта при углах падения a
больше предельных значений aп.
В пределах зоны влияния подземных разработок
выделяют зону опасного влияния. Для определения границ зоны опасного влияния
приняты следующие значения деформаций земной поверхности: наклон i = 4×10-3;
кривизнаК = 0,2×10-3 1/м; растяжение e
= 2×10-3
(при среднем интервале 15-20 м).
Границы зоны опасного влияния определяются
углами сдвижения. Углами сдвижения называются внешние относительно
выработанного пространства углы, образованные на вертикальных разрезах по
главным сечениям мульды сдвижения при полной подработке горизонтальными линиями
и линиями, последовательно проведенными в коренных породах, мезозойских
отложениях и наносах, соединяющими границу выработки с границей зоны опасного
влияния на земной поверхности.
Различают углы сдвижения:
а) в наносах - j
(принимаются одинаковыми во всех направлениях при мощности наносов 5 м и более,
при меньшей мощности углы сдвижения принимаются такими же, как и в подстилающих
породах);
б) в мезозойских отложениях - dм,
bм,
gм;
в) в коренных породах - d,
b,
g,
b1.
Рис. 1. Параметры процесса сдвижения:
а - при наклонном залегании пласта; б - при
горизонтальном залегании пласта (по простиранию); в - при крутом залегании
пласта (a
≥ aпр);
1 - наносы; 2 - мезозойские отложения; 3 - коренные породы
Исходные данные
полезное
ископаемое пласт
На поле действующей шахты Челябинского бассейна
выбрана площадка для застройки жилыми зданиями. Под площадкой на глубине Н=140
м. залегает пласт мощностью m
= 1,4 м. с углом падения α = 20̊.
Размер лавы вкрест простирания Дв = 80 м. по простиранию Дп = 135 м. Мощность
мезозойских отложений составляет 0м. Мощность наносов составляет h
= 10 м. Скорость подвигания забоя 30 м/мес.
Определение основных параметров сдвижения для
данных условий согласно «Правилам охраны сооружений и природных объектов от
вредного влияния подземных горных выработок на угольных месторождениях», ВНИМИ,
1998 г.
Челябинский бассейн. При разработке одиночных
пластов углы в толще каменноугольных пород принимаются равными:
. Угол d = 65°.
. Угол β при
a
= 20°,
β = 65°-0,6a = 53°,
b0
= b
- 5°=48
̊;
. Углы g при a
= 20°,
g
= 65°.
g0
= g
- 5°
= 60̊;
. Граничные углы в наносах j0
= 40°.
Углы максимального оседания q
и полныхсдвиженийy1 и y2
определяются по табл. Значение угла y3 = 60.
Углы q, y1
и y2,
(...°)
|
a
|
Без
влияния смежных выработок
|
Интерполяция
для a=20°
|
|
q
|
y1
|
y2
|
q
|
y1
|
y2
|
|
0
|
90
|
60
|
60
|
|
|
|
|
10
|
84
|
57
|
63
|
78
|
54
|
67
|
|
30
|
72
|
52
|
71
|
|
|
|
Примечание. При промежуточных значениях a
углы q,
y1
и y2
определяются интерполяцией.
Максимальное оседание земной поверхности
определяется по формуле:
ηm = q0mcosαN1N2
где q0 - относительное максимальное оседание,
определяемое для Челябинского бассейна (марка угля ОС);- вынимаемая мощность
пласта, при работе с закладкой используется эффективная мощность;
a - угол падения пласта;и N2- коэффициенты, N1 -
для точек главного сечения вкрест простирания пласта и N2 - для точек главного
сечения по простиранию пласта
Дв/H
= 135/140=0,96
Дп/H
= 80/140=0,57
Коэффициенты N1 и N2
|
D/Н
|
≥
1,1
|
1,0
|
0,8
|
0,6
|
0,5
|
0,4
|
0,3
|
0,2
|
≤
0,1
|
|
N1
и N2 без влияния смежной выработки
|
1,0
|
0,95
|
0,85
|
0,74
|
0,67
|
0,60
|
0,48
|
0,30
|
0,19
|
|
N1
и N2 с учетом смежной выработки
|
1,0
|
1,0
|
0,90
|
0,79
|
0,72
|
0,62
|
0,50
|
0,32
|
0,20
|
N1 = 0,912 N2
=
0,703
Значения q0 и a0
|
Параметры
|
Первичная
подработка
|
Повторная
подработка
|
|
q0
|
0,85
|
0,90
|
|
a0
|
0,35
|
0,35
|
hm
= 0,85 · 1,4 ·0,9396 · 0,912 ·0,703=0,716
Оседание земной поверхности в точках главных
сечений мульды сдвижения определяется по формуле:
hxy=
hmS(z),
где S(z) - функция типовой кривой оседания,
определяемая по таблице для соответствующих бассейнов (месторождений) в
зависимости от коэффициентов N1 - для точек главного сечения вкрест простирания
пластов и N2 - для точек главного сечения по простиранию пластов;x
= x/L3 для точек, расположенных в главном сечении по простиранию пласта;
- для точек, расположенных в
главном сечении вкрест простирания пласта в полумульде по падению;
- для точек, расположенных и
главном сечении вкрест простирания пласта в полумульде по восстанию пласта;;
y1; y2 - расстояния от точки максимального оседания (начала координат) до
рассматриваемой точки, соответственно в полумульдах по простиранию, падению и
восстанию;
L1; L2; L3 - длины полумульд
|
z
|
N
= 1
|
N
= 0,9
|
N
= 0,8
|
N
≤
0,7
|
|
S(z)
|
S¢(z)
|
S²(z)
|
S(z)
|
S¢(z)
|
S²(z)
|
S(z)
|
S¢(z)
|
S²(z)
|
S(z)
|
S¢(z)
|
S²(z)
|
|
0
|
1,00
|
0,0
|
0,0
|
1,00
|
0,0
|
-6,0
|
1,00
|
0,0
|
-9,0
|
1,00
|
0,0
|
-9,0
|
|
0,1
|
0,95
|
0,9
|
-8,0
|
0,93
|
1,1
|
-8,8
|
0,91
|
1,2
|
-8,5
|
0,92
|
1,0
|
-8,5
|
|
0,2
|
0,83
|
1,6
|
-6,0
|
0,78
|
1,7
|
-4,5
|
0,76
|
1,7
|
-3,8
|
0,80
|
1,8
|
-6,0
|
|
0,3
|
0,65
|
2,1
|
-1,5
|
0,58
|
2,0
|
0,3
|
0,57
|
1,9
|
0,3
|
0,57
|
2,2
|
0,5
|
|
0,4
|
0,42
|
1,9
|
4,0
|
0,38
|
1,7
|
4,0
|
0,37
|
1,7
|
4,0
|
0,37
|
1,7
|
5,0
|
|
0,5
|
0,28
|
1,2
|
5,0
|
0,24
|
1,2
|
4,5
|
0,24
|
1,1
|
4,3
|
0,22
|
1,2
|
4,5
|
|
0,6
|
0,18
|
0,9
|
3,5
|
0,14
|
0,8
|
3,5
|
0,14
|
0,8
|
3,3
|
0,13
|
0,8
|
3,5
|
|
0,7
|
0,10
|
0,6
|
2,8
|
0,08
|
0,5
|
2,5
|
0,08
|
0,5
|
2,5
|
0,07
|
0,5
|
2,5
|
|
0,8
|
0,05
|
0,4
|
2,0
|
0,04
|
0,3
|
1,8
|
0,04
|
0,3
|
1,8
|
0,04
|
0,3
|
1,5
|
|
0,9
|
0,02
|
0,2
|
1,2
|
0,02
|
0,2
|
0,8
|
0,02
|
0,2
|
0,8
|
0,02
|
0,2
|
0,9
|
|
1,0
|
0,0
|
0,0
|
0,0
|
0,00
|
0,0
|
0,0
|
0,0
|
0,0
|
0,0
|
0,0
|
0,0
|
0,0
|
|
z
|
0
|
0.1
|
0.2
|
0.3
|
0.4
|
0.5
|
0.6
|
0.7
|
0.8
|
0.9
|
1
|
|
S(z)
|
1
|
0,91
|
0,76
|
0,57
|
0,37
|
0,24
|
0,14
|
0,08
|
0,04
|
0,02
|
0
|
|
hyx
|
0,716
|
0,652
|
0,544
|
0,408
|
0,265
|
0,172
|
0,100
|
0,057
|
0,029
|
0,014
|
0,000
|
Наклоны - отношение разности оседания двух
соседних точек мульды к расстоянию между ними (безразмерная величина 1*10-3)
Наклоны в главных сечениях мульды:
а) в полумульде по падению
;
б) в полумульде по восстанию
,
где S¢(z) - функция типовой кривой
наклонов, определяемая по таблицам для соответствующих бассейнов
(месторождений), в зависимости от коэффициентов N1 - для точек главного сечения
вкрест простирания пласта и N2 - для точек главного сечения по простиранию
пласта.; L2; L3 - длины полумульд= 147,2 м. L2 =145,23м
|
z
|
0,0
|
0,1
|
0,2
|
0,3
|
0,4
|
0,5
|
0,6
|
0,7
|
0,8
|
0,9
|
1
|
|
S’(z)
|
0,0
|
1,2
|
1,7
|
1,7
|
1,1
|
0,8
|
0,5
|
0,3
|
0,2
|
0,0
|
|
i1
|
0.00
|
5.84
|
8.27
|
9.24
|
8.27
|
5.35
|
3.89
|
2.43
|
1.46
|
0.97
|
0.00
|
|
i2
|
0.00
|
-5.92
|
-8.38
|
-9.37
|
-8.38
|
-5.42
|
-3.94
|
-2.47
|
-1.48
|
-0.99
|
0.00
|
График распределения наклонов
Кривизна в главных сечениях мульды при a
≤ 45° определяется по формулам:
а) по простиранию
;
б) в полумульде по падению
;
|
z
|
0,0
|
0,1
|
0,2
|
0,3
|
0,4
|
0,5
|
0,6
|
0,7
|
0,8
|
0,9
|
1
|
|
Sʹʹ(z)
|
-9
|
-8,5
|
-3,8
|
0,3
|
4
|
4,3
|
3,3
|
2,5
|
1,8
|
0,8
|
0
|
|
-0.297
|
-0.281
|
-0.126
|
0.010
|
0.132
|
0.142
|
0.109
|
0.083
|
0.059
|
0.026
|
0.000
|
График распределения кривизны
Горизонтальные сдвижения в точках главных
сечений мульды:
а) в полумульде по падению
;
б) в полумульде по восстанию
.
ЗначениеВ определяется по формуле:
,
В = 0,832
где a0 - относительное
максимальное горизонтальное сдвижение, определяемое по разделу 7 = 0,35;
a - угол падения пласта =
20;ср - средняя глубина разработки =140 м;- мощность наносов = 10;м - мощность
горизонтально залегающих (a ≤ 5°) мезозойских отложений, =0
м.
Значения функции S(zх) определяются
по таблицам для соответствующих бассейнов (месторождений) в зависимости от
коэффициента N2, а значения функций
; 
; 
; 
определяются по таблицам для
соответствующих бассейнов (месторождений) в зависимости от коэффициента N1.
График распределения горизонтальный
сдвижений
Горизонтальные деформации в точках главных
сечений мульды:
а) в полумульде по падению
б) в полумульде по восстанию
Значения функций S²(zх) и S¢(zх)
определяются по таблицам 17-23 для соответствующих бассейнов (месторождений) в
зависимости от коэффициента N2; значения функций S²(zу) и S¢(zу)
определяются по таблицам 17-23 для соответствующих бассейнов (месторождений) в
зависимости от коэффициента N1.
Промежуточные значения функций S(z),
S¢(z) и S²(z), в
таблицах 17-23, определяются интерполяцией.
График распределения горизонтальных
деформаций
|
z
|
N
≤ 0,7
|
Сдвижения
|
Деформации
|
|
|
S(z)
|
S(z)
|
S(z)
|
η
|
ξ
(по
пад)
|
ξ
(по
восс)
|
ζ(по пад) *
10 -3
|
ζ(по восс)*
10 -3
|
|
0
|
1
|
0
|
-9
|
0.716
|
0.208499
|
-0.2084992
|
-7.661005435
|
-7.76492460
|
|
0.1
|
0.91
|
1.2
|
-8.5
|
0.651
|
0.340094
|
-0.3400942
|
-5.535672283
|
-5.61076196
|
|
0.2
|
0.76
|
1.7
|
-3.8
|
0.543
|
0.371469
|
-0.3714693
|
-0.826707609
|
-0.83792164
|
|
0.3
|
0.57
|
1.9
|
0.3
|
0.407
|
0.356915
|
-0.3569145
|
2.946592935
|
2.986562556
|
|
0.4
|
0.37
|
1.7
|
4
|
0.264
|
0.290155
|
-0.2901547
|
5.812830435
|
5.891679681
|
|
0.5
|
0.24
|
1.1
|
4.3
|
0.171
|
0.18787
|
-0.1878698
|
5.218336413
|
5.289121531
|
|
0.6
|
0.14
|
0.8
|
3.3
|
0.1368
|
0.12943
|
-0.1294298
|
3.942183152
|
3.995657646
|
|
0.7
|
0.08
|
0.5
|
2.5
|
0.078
|
0.07933
|
-0.0793299
|
2.836274457
|
2.874747642
|
|
0.8
|
0.04
|
0.3
|
1.8
|
0.039
|
0.04593
|
-0.0459299
|
1.957131522
|
1.983679405
|
|
0.9
|
0.02
|
0.2
|
0.8
|
0.0195
|
0.02923
|
-0.0292299
|
0.964265217
|
0.977345177
|
|
1
|
0
|
0
|
0
|
0
|
0
|
0
|
0
|
0
|
Вывод: Мульда имеет чашеобразную форму,
максимальное оседание 0,716 м. Длина полумульд 147,2 м и 145,23м.