книги / Сдвижение горных пород.-1

е) положительных наклонов со стороны висячего бока плас-

ных с помощью граничных углов, величины сдвижений и дефор­ маций равны нулю.

5. Относительная величина q0. Величина q 0 представляет со­ бой отношение максимального оседания к вынутой мощности плас­ та при его горизонтальном залегании и размерах выработанного пространства, превышающих глубину разработки.

Значения исходных параметров здесь не даются, они опре­ деляются на основании результатов инструментальных наблю­ дений.

Расчет максимальных величин сдвижений под влиянием отдельной очистной выработки в условиях, когда

где Г|д— составляющая максимального оседания, вызванная про­

где q„— относительная величина; mg— приведенная вынимаемая мощность пласта, вызывающая сдвижение пород в виде нормаль­ ного прогиба; d — угол падения пласта; п, и п2 — коэффициенты подработанности соответственно вкрест простирания и по про­ стиранию пласта.

Величина mg рассчитывается по формуле

где m — вынимаемая мощность пласта; kg — коэффициент. Коэффициенты подработанности п, и п г вычисляются по фор­

мулам:

ni

nг*

"2 = r î V

где г— коэффициент; D, и D2 — размеры выработанного про­ странства соответственно вкрест простирания и по простиранию; Hçp— глубина до середины очистной выработки.

Если nj или пг, вычисленные по (4), будут больше 1, то во

ность пласта-, вызывающая сползание пород.

ной по формуле (5). Она вычисляется при условии, если верти­ кальная высота обнажения пород лежачего бока (1л)и угол па­ дения пласта (о( ) будут более предельных.

3. Величину максимального горизонтального сдвижения со

земной поверхности со стороны висячего и лежачего боков, определенныепо (1) и (5);k^,k^,kitk^kp,kpикс — коэффициенты.

Значения коэффициентов, входящих в расчетные формулы, могут быть получены из эмпирических зависимостей, установ­ ленных на основании результатов инструментальных наблюдений [3].

Расчет величин сдвижений и деформаций земной поверхности в точках мульды

Величины сдвижений и деформаций в точках мульды сдви­ жения определяются графически следующим образом (см. ри­ сунок) .

1. Оседания земной поверхности. На разрезе вкрест прости­ рания с помощью граничных углов выделяют границы муль­ ды сдвижения (точки А и Б), затем определяют углы максималь­ ного влияния оседаний 6^ и с их помощью выделяют границы В и Г зоны, в которой возможны максимальные оседания со сто­ роны висячего бока пласта, и точку с максимальной величиной оседания со стороны лежачего бока пласта (Е). На графике от точек в и г , являющихся проекцией точек В и Г, ъ выбранном мас­ штабе откладывают величину максимального оседания со сто­ роны висячего бока пласта rj*j и получают соответственно точки в' и г\ Аналогично, откладывая в точке е величину t]”, находят точку е\ Соединяя прямыми линиями точки а, в\ г \ г 'и б, вы­ черчивают график оседаний в мульде сдвижения. Такой гра­ фик означает, что в каждой точке мульды сдвижения вели­ чина оседания не превысит величину, полученную для этой точ­ ки по графику.

2. Горизонтальные сдвижения. На условную горизонталь­ ную линию проектируются точки земной поверхности (р иг), оп­ ределенные с помощью углов максимального влияния горизон­ тальных сдвижений со стороны висячего бока пласта и от них откладываются в выбранном, масштабе величины максимальных горизонтальных сдвижений, которые вычисляются для участков

ся на графике от точки у, полученной с помощью угла максималь­ ного влияния горизонтальных сдвижений со стороны лежачего бока. Затем, соединяя граничные точки сдвижения а и б с соаг-. ветствующими точками максимального горизонтального сдвиже­ ния (г1, р' и у'), получают график распределения величин гори­ зонтальных сдвижений в точках мульды сдвижения.

.ad

3. Горизонтальные деформации. С помощью углов макси­ мального влияния растяжений со стороны висячего й лежачего ‘ боков и с помощью угла максимального влияния сжатий находят точки, проекции которых обозначены ж, з, а, к и л. От точек откладывают соответствующие значения максимальных растяже­ ний и сжатий и получают точки ж1, з) и! к,' л\ Используя углы сдвижения, получают на земной поверхности точки С и Д, от про­ екций которых на графике (с и д) откладывают величины растя­

со стороны висячего бока пласта точки а и ж1соединяют, минуя точку с\ а со стороны лежачего бока Соответственно точки и 1и б, минуя д 1.

4. Наклоны в мульде сдвижения. Аналогичным образом опре­ деляют наклоны в мульде сдвижения. В точках с и д значения наклонов принимаются равными 4-10"3. Если максимальные зна­ чения наклонов, вычисленные по (9) и (10), менее 4*10*3, эти ве­ личины в точках с и д не откладываются.

Расчет максимальных величин сдвижений и деформаций под влиянием отдельной очистной выработки, когда образуются провалы на земной поверхности

В случаях, когда происходит разрушение междуэтажных це­ ликов, перепуск обрушенных пород с вышележащих ранее отра­ ботанных горизонтов и из образующихся провалов, максималь­ ные величины сдвижений и деформаций на земной поверхности в мульде сдвижения за пределами участка провала вычисляют­ ся по тем же формулам, что и оез образования провалов, но:

а) в формуле (2) вместо коэффициента п, и п2 берут коэффи­ циенты пЦ и п2, которые определяются из выражений:

(14)

где г и D г — то же, что ив (4) ; D’ — размер по падению простран­ ства, в котором происходил перепуск обрушенных пород; Н1Ср — глубина до середины этого пространства;

б) в формулах (3) и (6) вместо вынимаемой мощности m под­ ставляется мощность т,' при вычислении которой .исходят из объ­ емов перепустившихся пород и объемов провалов, определяемых из опыта отработки данного пласта. Когда объемы провалов не­ известны, то т 1вычисляется по формуле

где Н в и Нн — глубина до верхней и нижней границы очистной выработки; h — мощность наносов. Следует отметить, что если мощность вычисленная по (15), окажется менее 0,3 т , то в расчетах она принимается равной 0,3 ш.

Величины деформаций и горизонтальных сдвижений в муль­ де сдвижения определяются по формулам (7) и (13), куда под­ ставляются значения максимальных оседаний, вычисленные с пе­ речисленными допущениями.

Сдвижения и деформации в точках мульды определяются с помощью построений, изложенных выше.

Расчет сдвижений и деформаций от влияния свиты разрабатываемых пластов

Если необходимо рассчитать величины сдвижений и дефор­ маций от нескольких очистных выработок, проводимых в одном крутопадающем пласте (cL=>dLnpsa) или в нескольких таких плас­ тах свиты, то вначале производят расчет и строят графики дефор­ маций от каждой выработки в отдельности, как описано выше, затем, путем алгебрарического сложения деформаций в одних и тех же точках земной поверхности от нескольких выработок по­ лучают суммарные графики сдвижений и деформаций в той по­ следовательности, в которой производится прохождение выра­ боток.

ЛИТЕРАТУРА

1. С а м а р и н В.П. Условия образования провалов на земной по­ верхности при разработке угольных пластов. «Безопасность труда в промышленности», 1969, №7.

2. З е м и се в В.Н., Г в и р ц м а н Б . Я . Основные положения мето­ дики расчета деформаций земной поверхности при разработке крутопа­ дающих пластов. Тр. ВНИМИ. Сб. XXXVI. Л., 1972.

3. С а м а р и н В.П. К расчету максимальных величин сдвижений и деформаций при разработке крутопадающих пластов.«Изв. ВУЗов. Гор­ ный журнал», 1969, №11.

ТРУДЫ

ВСЕСОЮЗНОГО НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОГО ИНСТИТУТА ГОРНОЙ ГЕОМЕХАНИКИ И МАРКШЕЙДЕРСКОГО ДЕЛА

(В НИМИ)

Кандидаты техн. наук И.А. Петухов, В.П. Самарин, инж. В.К. Шляхецкий

‘МАГНИТО-ГЕРКОНОВЫЙ ДАТЧИК ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕСТОПОЛОЖЕНИЯ ГЛУБИННЫХ РЕПЕРОВ, ЗАЛОЖЕННЫХ В СКВАЖИНЫ

'Вопросы подработки различных сооружений, водных объектов и горных выработок требуют проведения исследований деформа­ ций толщи горных пород. Для этой цели широко применяют глу­ бинные реперы, закладываемые в скважины. Существуют несколь­ ко типов глубинных реперов, а следовательно, и несколько спо­ собов. определения их положения.

Наиболее простым является способ, при котором реперы пред­ ставляют собой расклиненные в необсаженной скважине пробки

спроволочными связями, выведенными на земную поверхность

[1].Смещения реперов определяются по величине перемещения проволоки.

Вкачестве реперов в обсаженных скважинах часто применя­ ют источники радиоактивных излучений [2,3] или индуктивные

кольца [4]. В первом случае датчиками являются радиометр или специальная фотокамера, а во втором — автогенератор. Для отыскания точки с максимальной интенсивностью радиоактивных излучений или индукции в скважине требуется измерять величи­ ны интенсивности влияния репера на датчик во многих (порядка 14—20) точках вблизи каждого репера. По результатам измере­ ний строится график, с помощью которого определяется положе­ ние репера, что требует дополнительного времени.

Уральским филиалом ВНИМИ разработан и внедрен метод определения местоположения реперов в скважинах с помощью нового датчика [5] ; для измерения расстояния до репера доста­ точно зафиксировать только четыре точки срабатывания датчика (можно и две) без нахождения величины интенсивности влияния репера.

Датчиком является система из герметизированного магнито­

материала, расположенные на расстоянии порядка долей милли­ метра друг от друга и запаянные в стеклянный баллон диаметром 3— 4 мм и длиной 20—40 мм.

В магнитном поле достаточной напряженности пластинки геркона притягиваются друг к другу и замыкают контакт, при уменьшении напряженности магнитного поля они под действием упругих сил размыкаются, возвращаясь в. исходное положение. Это свойство геркона и используется в датчике.

Напряженность магнитного поля, достаточная для замыкания контактов (магнитодвижущая сила срабатывания), для различ­ ных,типов герконов составляет от 23—35 до. 80— 190 ав, а для размыкания (магнитодвижущая сила опускания) — 15—35 ав. Коэффициент возврата равен 0,80—0,98.

Основные типы герконов показаны на рис. 1. Характеристики герконов зависят от толщины, пластинок, Hix жесткости, величины зазора между ними, площади соприкосно­ вения, чистоты обработки и покрытия по­ верхности пластинок, параллельности, уста­ новки их относительно друг друга и т.д.

Поскольку изготовить два геркона с аб­ солютно одинаковыми геометрическими показателями и механическими и магнит­ ными свойствами трудно, характеристики

Рис. 1. Магнитоуправляемые контакты:

а — типа КЭМ;б — типа МКВ; / — стеклянный баллон; 2 —пермаллоевые гибкие

пластины

каждого из них (даже одного типа) неизбежно будут в какой-то степени отличаться. Следовательно, и свойства датчика, в котором применяются герконы, — индивидуальны.

Для изготовления датчиков пригодны (•ерконы типов КЭМ-1А и МКВ-1, выпускаемые отечественной промышленностью. Наибо­ лее чувствительны и удобны в работе те датчики, в которых ис­ пользуются герконы, характеризующиеся наименьшей магнито­ движущей силой срабатывания и минимальной разницей между величинами магнитодвижущей силы срабатывания и опускания.

Герконы просты по конструкции, надежны в работе, обладают высокой износоустойчивостью — числом срабатываний геркона. При величинах силы тока и напряжения на контактах, не превы­ шающих табличных, это число достигает 109. Оно тем больше, чем меньше сила тока. Допустимая сила тока для различных типов герконов 0,1—0,25 а при напряжении до 60—127 в. Гер­ коны надежно работают в диапазоне температур от —60° до 4- 125°С и могут использоваться в режимах как на размыкание контактов, так и на замыкание.

Магнитное поле в датчике создается постоянным магнитом. Опыт показывает, что для изготовления датчиков наиболее при­ годны магниты, которые при минимальных размерах создают маг­ нитное поле с возможно большей напряженностью. Эти качества магнита, в основном, и определяют размер датчика.

Магнитный поток, создаваемый магнитом, под влиянием внеш­ них условий, в первую очередь магнитных полей соседних ферро­

с изменением структуры материала магнита, с магнитным старе­ нием, характеризующимся кривой размагничивания [7] .* Магнит­ ное старение и размагничивание постоянных магнитов может достигать нескольких процентов в год.

Поскольку магнитные параметры постоянного магнита со вре­ менем изменяются, то, вероятно, будут меняться и параметры работы датчика. Но так как время проведения серии наблюде­ ний длится всего от одного до нескольких часов, то свойства маг­

приемников СПМ-16 и специальные литые магниты из сплава ЮНДК24.

Принцип действия датчика заключается в следующем. По­ мещая геркон-в магнитное поле постоянного магнита достаточной напряженности, добиваются замыкания его контактов. В таком состоянии система геркон-магнит реагирует на постороннюю маг­ нитоактивную массу (репер), попадающую в магнитное поле сис­ темы и ослабляющую его напряженность на участке между герконом и постоянным магнитом. В результате контакты геркона размыкаются. Это явление и используется при определении местоположения реперов, представляющих собой отрезки метал­ лических стальных труб, расклиненные в скважине.

Принципиальная схема конструкции датчика показана на рис. 2. Датчик состоит из корпуса 3, в нижней части которого имеется гнездо для постоянного магнита 6, закрываемое навин­ чивающейся крышкой 4. В верхней части расположено гнездо для настроечного-винта 2, внутри которого в специальном канале твердеющим материалом закрепляется геркон 7. Сверху на кор­ пус навинчивается крышка 1, прикрывающая настроечный винт. Верхняя и нижняя крышки имеют отверстия с резьбой для присо­ единения центрирующего устройства.

Настроечный винт позволяет плавно вводить геркон в магнит­ ное поле постоянного магнита до тех пор, пока его контакты не замкнутся. В таком состоянии датчик считается «настроенным»

иготовым к- работе. Все детали датчика, за исключением геркона

имагнита, должны быть изготовлены из немагнитоактнвного ма­ териала.