книги / Сдвижение горных пород и земной поверхности под влиянием подземной разработки
..pdfüi. 11-
Рис. 1.12. Система координат для натуральной (а) и безразмерной (б) кривых оседаний
величины оседаний точек и получим натуральную кривую осе даний точек.
Кривая оседаний точек полумульды может быть выражена функцией вида =/(*), которая зависит, в основном, от выни маемой мощности, угла падения и глубины залегания угольного пласта, а также от размеров выработанного пространства. Из-за различия горно-геологических условий построенные натураль ные кривые оседаний трудно сопоставимы между собой. Поэто му вместо натуральных кривых строят безразмерные кривые осе даний, которые получаются, если по оси X откладывать отноше ние x/L, а по оси Y —отношение ЦхА \т . Для безразмерной типо вой (усредненной) кривой можно записать
где у\х — оседание в точке с абсциссой X; г|ш —максимальное оседание; L —длина полумульды; z — x/L.
Таким образом, если известны величина ц/п и безразмерная функция -S’te*), можно определить величину оседаний г|л.в любой точке с абсциссой X. Функция распределения оседаний по длине полумульды может быть задана в виде степенной, тригоно метрической функции, функции Гаусса или в других аналитиче ских выражениях. Однако наиболее удобным для практического использования оказалось табличное задание функции.
Второй сомножитель в формуле (1.34) — максимальное осе дание мульды сдвижения rjm, на величину которого оказывает влияние угол падения и мощность вынимаемого пласта, а также коэффициенты подработанности земной поверхности, опреде ляется по формуле
4 m=q0-m-cosa-Nr N 2, |
(1.35) |
где q — отношение величины максимального оседания (г^) земной поверхности к вынимаемой (считая по нормали) или эффективной (т) мощности пласта при полной подработке, горизонтальном залегании пласта и закончивш емся процессе сдвижения: а —won пяпения пласта;
N\ = f i и N2 =f i , где п1и «2 —коэффициенты подрабо
танности земной поверхности.
Наклоны (/х) в любых точках главных сечений мульды опре деляются уравнением:
(1.36)
а кривизна (Кх):
Kx = ^ - S \ z x) ^ |
- F ’(zx). |
(1.37) |
I f |
I f |
|
Горизонтальные сдвижения точек в главных сечениях муль ды определяются из уравнения:
^ = 0 ,5 a0i\m-F(zx), |
(1.38) |
где а 0 —отношение максимального горизонтального сдвиже ния к максимальному оседанию.
Горизонтальные деформации (сжатие и растяжение) в глав ных сечениях мульды определяются из уравнения:
е*=0,5a0^ " F '(z x). |
(1.39) |
Значения функций S(zx),F(zx),F'(zx) приводятся для раз личных месторождений и бассейнов в «Правилах охраны......
При совместной отработке нескольких очистных выработок большое влияние на характер и величины развития деформаций оказывает активизация процесса сдвижения, под которой пони мается увеличение скорости, изменение характера распределе ния и величин сдвижений и деформаций земной поверхности и толщи пород при разработке пласта смежными выработками или при повторных подработках по сравнению со сдвижениями и деформациями от одиночной выработки при первичной подработке.
Сущность активизации, возникающей при отработке смеж ных лав в одном пласте, состоит в следующем. При выемке оди ночной лавы в толще горных пород образуются пустоты, или точ нее, полости расслоений и зависаний, которые могут распола гаться как над серединой лавы, так и над ее границами. Погаше ние указанных полостей происходит в случаях, когда они слива ются со смежными полостями, образовавшимися при выемке соседних лав. При этом размеры зависшей плиты превышают пределы устойчивости и плита разрушается. Погашение поло стей может происходить также и в тех случаях, когда полости попадут в зону опорного давления от выемки соседних лав.
Разность между измеренной мульдой оседания, образовав шейся при совместном влиянии нескольких выработок, и муль дой, полученной путем алгебраического суммирования отдель ных мульд, вызванных влиянием каждой из этих выработок, принято называть мульдой активизации.
Максимальное оседание в мульде активизации (г)д) опреде ляется в зависимости от отношения размеров межлавных цели ков ( £ ) к глубине горных работ (Н) по следующей формуле:
Лв=Пт(0»52-0,7-|:) (1.40)
Центр мульды активизации определяется углом максималь ных оседаний, проведенным из середины межлавного целика, а
границы - углами полных сдвижений, проведенными от границ межлавного целика. Следовательно, при расчете деформаций от совместного влияния нескольких выработок, проведенных в одном пласте, необходимо к мульде оседания, полученной путем простого суммирования отдельных мульд, добавлять соответ ствующие мульды активизации.
При разработке свит пластов большое влияние на активиза цию оказывает изменение структуры и физико-механических (особенно деформационных) свойств пород. Так породы, расш и рившиеся при первичной подработке толщи в результате их упругого восстановления, при повторных подработках в объеме практически не увеличиваются, что ведет к относительному росту оседаний над всей толщей пород, ранее нарушенной гор ными разработками. При большом числе совместно влияющих выработок мульды активизации, образующиеся над границами отдельных лав, как правило, сливаются, за счет чего происходит равномерное относительное увеличение оседания на всей подра батываемой площади. Это увеличение тем больше, чем прочнее породы, т.е. чем меньше оседание при первичной подработке. В этих условиях учет активизации можно упростить, т.е. заменить расчет мульды активизации расчетом приращения оседания (Дт]т ) за счет активизации:
|
ATb,=(l-ffnHm *C0Sa> |
(1.41) |
где q = |
‘,Чт(п) максимальное оседание при первичной |
|
подработке толщи.
При разработке свит крутых пластов на земной поверхности образуются уступы, которые оказывают существенное влияние на состояние подрабатываемых объектов. Для учета этого влия ния необходимо знать закономерности образования уступов и их размеры. В настоящее время установлено следующее:
—уступы на земной поверхности могут образовываться при любых реальных глубинах (до 1000-1200 м) разработки угольных пластов;
—уступы образуются преимущественно в полумульде по падению пластов. При этом они бывают двух видов: обращенные в сторону выхода пласта —прямые уступы и обращенные в про тивоположную сторону - обратные уступы. Образование пря мых уступов на крутом падении происходит, когда слои хрупких пород зависают или сдвигаются на меньшую величину, чем слои слабых пород, и сопровождается появлением трещин с раскры тием до 0,5 м. Обратные уступы образуются под влиянием сдви гающих усилий, возникающих при изгибе слоев, при этом сдвиг пород происходит по ослабленным поверхностям, к которым относятся контакты слоев разной прочности, прослойки слабого сажистого угля, слабых глинистых (углеглинистых) сланцев, называемых «мыльниками»;
—повторная подработка земной поверхности вызывает развитие трещин и уступов в тех местах, где они появились при первых подработках;
—концентрация деформаций в местах образования трещин уменьшает горизонтальные деформации на участках между тре щинами;
—расстояние между уступами колеблется от 20 до 40 м; —направление линий уступов совпадает о простиранием
пластов;
— сглаженные графики сдвижений и деформаций для усло вий разработки крутых пластов, соответствуют типовым кри вым, принятым для условий плавного развития деформаций, т.е. зональность в распределении деформаций сохраняется и в усло виях образования на земной поверхности уступов и трещин;
—зависимость высоты обратного уступа (h ) от основных влияющих факторов выражается формулой:
|
Лу =10-^-/г -^ш2( а - а с), |
(1.42) |
|
где £ |
— расстояние между уступами, м; i —величина сглажен |
||
ного наклона в рассматриваемой точке Z , рассчитанного по |
|||
методу типовых кривых; а |
— угол падения пласта, градусы; |
||
а с — |
значение угла, при |
котором начинается |
образование |
обратных уступов, определяемое опытным путем. П ри отсут ствии экспериментальных замеров приближенное значение этого угла определяют в зависимости от коэф ф ициента кре пости пород по табл. 1.2.
Высота наибольшего уступа (Атах) при разработке свиты пластов крутого падения вычисляется из выражения:
J U =10-Л (1,6-^)*-А Г-Л ^(о-вс), |
(, 43) |
р Ц 0 |
V • / |
где р = 57°; т0 и Н0 — мощность и глубина пласта, оказываю щего наибольшее влияние на деформации земной поверхно сти, м;
N — коэффициент совместного влияния свиты пластов, зависящий от степени наложения однозначных деформаций, определяется по формуле:
|
|
N = l + \ , ^ + \ 2^ + |
.....+ Х „ ^ , |
П 4 4 ) |
|||||
|
|
|
Ч |
|
Ч |
|
к„ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 1. 2 |
|
Определение значения угла ас по коэффициенту крепости пород |
|
||||||||
f _ Vсж |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
100 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
а с, град. |
30 |
32 |
34 |
36 |
38 |
40 |
42 |
44 |
45 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 1.3. |
|
Значения коэффициентов |
|
|
|
|
|
|
|
||
а , градус |
м/щ |
|
|
|
X |
|
|
|
|
|
0 |
0,2 |
|
0,4 |
0,6 |
0,8 |
г |
1 |
|
20 |
|
1,0 |
0,7 |
|
0,4 |
0,1 |
0,1 |
0,1 |
|
40 |
|
1,0 |
0,8 |
|
0,5 |
0,2 |
0,1 |
0,1 |
|
60 |
|
1,0 |
0,9 |
|
0,7 |
0,4 |
0,2 |
0,1 |
|
70 |
|
1,0 |
0,9 |
|
0,7 |
0,4 |
0,2 |
0,1 |
|
80 |
|
1,0 |
0,8 |
|
0,5 |
0,2 |
0,1 |
0,1 |
|
90 |
|
1,0 |
0,7 |
|
0,4 |
0,1 |
0,1 |
0,1 |
|
Н0 |
#1 |
к2 |
Н2 |
Нп |
в которой кт= — ; кJ = — |
= — |
кп =— |
||
т0 |
т1 |
|
т2 |
тп |
мощности и глуоины разраооток пластов, оказывающих влияние на рассматриваемый участок земной поверхности.
Значения коэффициентов X для различных углов падения пластов а и соотношений M/HQ(М —расстояние по нормали от пласта, имеющего наименьшую кратность, до рассматриваемого пласта) приведены в табл. 1.3.
Контрольные вопросы
1.Цели закладки типовой и специальной наблюдательных станций.
2.Назовите конструктивные особенности типовой наблю дательной станции.
3.Из чего состоят наблюдения на типовой станции?
4.Конструкция специальной наблюдательной наблюдатель ной станции при подработке здания.
5.Конструкция специальной наблюдательной станции при подработке железной дороги.
6.По каким показателям подразделяются расчётные методы на теоретические, эмпирические и полуэмпирические?
7.Что является основой расчётного метода типовых кривых?
1.10.Безопасная подработка охраняемых объектов
взонах влияния горных работ.
1.10.1. Безопасная и предельная глубины разработки.
Условия безопасной выемки угля в зонах влияния на здания и сооружения и выбор мер их охраны определяются на основа нии расчетных деформаций (показателей деформаций) земной поверхности и их сравнения с допустимыми и предельными деформациями (показателями деформаций) для конкретных объектов и скоростями деформаций для железных дорог.
Расчетные деформации определяются по методу типовых кривых, а показатели деформаций по соответствующим форму
лам. Допустимыми деформациями (показателями деформаций) земной поверхности (основания сооружений) считаются дефор мации, которые могут вызвать такие повреждения в сооруже ниях, при которых для дальнейшей их эксплуатации по прямому назначению достаточно проведения текущих ремонтных и нала дочных работ.
Предельными деформациями (показателями деформаций) земной поверхности (основания сооружений) считаются такие, превышение которых вызывает аварийное состояние сооруже ний с угрозой опасности для жизни людей. Значения допусти мых и предельных деформаций (показателей деформаций) для различных объектов приведены в «Правилах охраны».
Условия безопасного ведения горных работ в зонах влияния на охраняемые объекты определяются допустимыми значениями деформаций (показателей деформаций), а при перспективном пла нировании горныхработ - безопасной глубиной разработки пластов.
Безопасной глубиной разработки называется такая, ниже которой горные работы не вызывают в сооружениях деформаций более допустимых. Безопасная глубина откладывается от объек та по вертикали.
Ниже горизонта безопасной глубины горные работы могут про водиться без применения специальных мер охраны сооружений.
В тех случаях, когда расчетные деформации превышают допустимые значения для объектов, необходимость ремонтных и наладочных работ и другие специальные меры защиты объектов определяются проектом с технико-экономическим обосновани ем подработки и согласовываются в установленном порядке. Безопасная глубина # 6 при разработке одиночных пластов без учета влияния подвижек пород по контактам напластований определяется по формуле:
И |
~1г JÜ— |
(1-45) |
6 |
Д [Дд]’ |
где т - вынимаемая мощность пласта; Под вы нимаемой м ощ ностью пласта понимают суммарную мощ ность пачек угля и
