Войти  |  Регистрация
Авторизация

Параметры процесса сдвижения



К параметрам процесса сдвижения, характеризующим качественно и количественно этот процесс, относят углы сдвижения, граничные углы, углы разрыва, углы полных сдвижений, углы максимальных оседаний, абсолютные и относительные сдвижения (оседания, наклон, кривизна, горизонтальные сдвижения, растяжения и сжатия), скорость и время протекания процесса, характер распределения величин сдвижений и деформаций в пределах мульды.
В результате подземной разработки на поверхности возникают деформации. Участок земной поверхности, затронутый сдвижением горных разработок, называется мульдой сдвижения. Обычно мульда сдвижения представляет тарелкообразную или корытообразную (редко чашеобразную) впадину на земной поверхности. Для практических целей представляет интерес то сечение мульды, по которому ее края наиболее удалены от границ выработки. Эти сечения, как правило, проходят через центр мульды, ориентированы по простиранию и падению пластов и называются главными сечениями мульды сдвижения.
Распределение сдвижений и деформаций земной поверхности в пределах мульды неравномерно. Часть мульды сдвижения, где возникли деформации земной поверхности, вызывающие в сооружениях повреждения, нарушающие нормальную их эксплуатацию, называется зоной опасного сдвижения. Для обозначения на поверхности зон опасных сдвижений используются углы сдвижения. Углы сдвижения являются одними из наиболее важных параметров процесса сдвижения, так как с их помощью производится построение предохранительных целиков. Углами сдвижения называются внешние относительно выработанного пространства углы, образованные на вертикальных разрезах в главных сечениях мульды по простиранию и вкрест простирания залежи (пласта) полезного ископаемого горизонтальными линиями и линиями, соединяющими границы выработанного пространства с границами критических деформаций поверхности. Главными сечениями мульды являются вертикальные сечения, проведенные по простиранию и вкрест простирания пласта в точках наибольшего оседания.
Параметры процесса сдвижения

Углы сдвижения определяются в условиях полной подработки, под которой подразумевается такое состояние дна мульды сдвижения, когда дальнейшее расширение отрабатываемой площади не вызывает увеличения сдвижений в этой части мульды.
He все деформации, возникающие при сдвижении поверхности, опасны для подрабатываемых объектов. Наибольшие деформации земной поверхности, не вызывающие повреждений и не нарушающие нормальную эксплуатацию поверхностных сооружений, называются критическими, или предельнобезопасными деформациями поверхности. Хотя для различных сооружений эти деформации будут разными, опыт показывает, что для большинства сооружений можно принять следующие значения опасных деформаций: наклон 4*10в-3, кривизна 0,2*10в-3, растяжения 2*10в-3.
Различают углы сдвижения в коренных породах и наносах. В коренных породах на разрезе вкрест простирания углы сдвижения обозначаются в висячем боку со стороны нижней границы выработанного пространства через β, со стороны верхней границы — через γ (рис. ХII.8, а). При крутом падении опасная зона определяется от нижней границы выработанного пространства в висячем боку углом сдвижения β, в лежачем — углом сдвижения β1 (рис. XII.8, б). На разрезе по простиранию углы сдвижения принимаются одинаковыми с обеих сторон выработанного пространства и обозначаются через δ (рис. XII.9).
В наносах углы сдвижения φ равны по всем трем направлениям.
Параметры процесса сдвижения

Углы сдвижений зависят от строения месторождения и физикомеханических свойствах пород, поэтому они различны для разных месторождений. Их величины для угольных бассейнов и крупнейших рудных месторождений определены в результате инструментальных наблюдений и приводятся в соответствующих правилах охраны сооружений от вредного влияния подземных горных разработок.
Граничными углами β0, γ0, δ0, β01 называются внешние относительно выработанного пространства углы, образованные при полной подработке на вертикальных разрезах по главным сечениям мульды горизонтальной линией и линиями, соединяющими границы выработанного пространства с граничными точками, т. е. точками на земной поверхности, в которых оседание не превышает средней погрешности нивелирования. Практически за границы мульды сдвижения принимаются точки с оседаниями 15 мм или горизонтальными деформациями растяжения 0,5*10в-3.
Различают граничные углы на разрезе вкрест простирания β0, γ0, β01 (рис. XII.10) и на разрезе по простиранию δ0.
Параметры процесса сдвижения

На величину граничных углов существенное влияние оказывают глубина разработки, угол падения пластов и плотность пород. Количественно эта связь в условиях Донбасса выражается следующим образом;
а) в не подработанной ранее толще:
Параметры процесса сдвижения
Параметры процесса сдвижения

минимальные значения β0 и γ0 равны 25°;
б) в подработанной ранее толще;
Параметры процесса сдвижения

минимальные значения β0 и γ0 равны 20°.
В приведенных выше выражениях ρ°— радиан (57°,3), α — угол падения пластов.
Граничные углы используются главным образом для предрасчета сдвижений и деформаций поверхности.
Центр мульды сдвижения при горизонтальном залегании располагается над серединой выработанного пространства, а при наклонном — сдвинут относительно нее на угол θ (рис. XII.11). Угол θ называется углом максимальных оседаний и определяется он углом со стороны падения пласта, образованным на вертикальном разрезе в главном сечении мульды вкрест простирания горизонтальной линией и линией, соединяющей середину выработки с точкой на поверхности, испытавшей максимальные оседания, или с серединой плоского дна мульды.
При большой величине отношений линейных размеров выработанного пространства к глубине залегания на поверхности может образоваться обширная площадь, все точки которой осядут на равную и максимальную в данных условиях величину. Дальнейшее расширение выработки не ведет к увеличению оседания поверхности, последняя рассматривается находящейся в условиях полной подработки. В противном случае подработка называется неполной.
Определение зоны полной подработки производится с помощью углов полных сдвижений, которыми называются внутренние относительно выработанного пространства угла, образованные на вертикальных разрезах по главным сечениям мульды линий пласта и линиями, соединяющими границы выработанного пространства с границами плоского дна мульды сдвижения.
Различают углы полной подработки на разрезе вкрест простирания: ψ1 — со стороны падения, ψ2 — со стороны восстания выработанного пространства и на разрезе по простиранию, ψ3 — с обеих сторон выработанного пространства (рис. XII.12).
Параметры процесса сдвижения

Для характеристики процесса сдвижения часто используется коэффициент подработанности, под которым понимается отношение длины очистной выработки к минимальной ее длине, необходимой для полной подработки земной поверхности по данному направлению. Применяются два коэффициента подработанности; по линии падения и по линии простирания пласта.
Обозначим через и фактические размеры выработки по падению и простиранию залежи, соответственно через D01 и D02 минимальные размеры, необходимые для полной подработки. Коэффициент подработанности по направлению падения пласта выразится как отношение n1 = D1/D01; по простиранию пласта n2 = D2/D02.
Важным показателем степени подработанности является отношение длины лавы D к глубине горных работ H, при котором наступает условие полной подработки. Полная подработка считается при n1 ≥ 1 и n2 ≥ 1.
В ряде случаев при сдвижении поверхности возникают трещины.
Зона мульды сдвижения, в которой наблюдаются трещины, оконтуривается углами разрывов (обрушения), которыми называются внешние относительно выработанного пространства углы, образованные на вертикальных разрезах по главным сечениям мульды сдвижения горизонтальной линией и линиями, соединяющими границы выработанного пространства с ближайшими к краям мульды трещинами на земной поверхности (рис. XII.13). Различают углы разрывов на разрезе вкрест простирания пласта β" и γ'' и по простиранию пласта δ".
Параметры процесса сдвижения

Оседание поверхности η благодаря простоте наблюдений изучено значительно полнее других параметров. Оседание поверхности является вертикальной составляющей вектора сдвижения.
Принято различать максимальное оседание при полной подработке ηо и неполной подработке ηm.
Вертикальные деформации возникают вследствие неравномерности оседаний и характеризуются наклонами, кривизной и радиусом кривизны.
На рис. XII.14 точки 1, 2, 3 — реперы на поверхности до подработки: 1', 2', 3' — то же, после подработки; η1, η2, η3 — оседания соответствующих реперов; S1-2, S2-3 — расстояния между точками до подработки.
Наклон интервала поверхности определяется по отношению к его первоначальному положению. Например, наклон отрезка 2—3 после подработки выражается углом i2-3. На практике величине наклона судят поразности оседаний крайних точек интервала, отнесенной к первоначальной его длине
Параметры процесса сдвижения

Наклон соседних интервалов мульды сдвижения в большинстве случаев неодинаков. Эта неравномерность оседаний дает второй вид вертикальных деформаций — кривизну. Значение неравномерности оседаний поверхности характеризуется разностью углов наклона двух соседних отрезков
Параметры процесса сдвижения

т. е. кривизна в мульде — отношение разности наклонов соседних интервалов к полусумме этих интервалов.
Радиусом кривизны R является величина, обратная кривизне. Горизонтальные деформации — одна из наиболее важных характеристик процесса сдвижения поверхности. Рассмотрим совместное движение двух точек поверхности: A и B (рис. XII.15). В результате сдвижения точка А переместилась в точку A1, а В — в точку B1. В случае сжатия отрезка AB соотношение между векторами AA1 и BB1 будет таково, как это показано на рис. XII.15, а, а в случае растяжения — как на рис. XII.15, б.
Параметры процесса сдвижения

Проведем через точку В линию, параллельную и равную вектору AA1. Очевидно, вектор А1В1 характеризует расстояние AB после деформаций поверхности. Относительная горизонтальная деформация будет
Параметры процесса сдвижения

Таким образом, горизонтальная деформация (растяжение—сжатие) является укорочением или удлинением длины интервала, отнесенными к первоначальной длине. Горизонтальная деформация — величина безразмерная.
Продолжительность процесса сдвижений представляет интерес главным образом при оценке возможности возведения сооружений на подрабатываемой площади. В процессе сдвижения принято различать три стадии: начальную, активную и затухающую. Под начальной стадией процесса сдвижения понимается отрезок времени, во время которого происходит возникновение процесса. В большинстве случаев начальная стадия сдвижения протекает до подхода забоя под наблюдаемую точку. Скорости оседания начальной стадии составляют от десятых долей до 1—1,5 мм/сут. Под активной стадией принято считать период, когда скорость оседания превышает 50 мм/мес при пологом оседании и 30 мм/мес при крутом залегании пласта. Процесс сдвижения считается законченным на ту дату наблюдений, после которой сумма оседаний в течение 6 мес не превышает 30 мм.
Параметры процесса сдвижения

Длительность всего процесса сдвижения в основном зависит от глубины горных работ, мощности пласта, физико-механических свойств пород. На рис. ХII.16 показана кривая оседания репера во времени для условий Томь-Усинского месторождения. Глубина горных работ 100 м, мощность вынимаемого слоя 2 м, преобладающее значение в разрезе имеют песчаники и алевролиты.
Как видно из графика, процесс сдвижения происходит быстро: активная стадия протекает всего лишь 30—35 сут, скорости оседаний в этот период достигают 35—40 мм/сут.
На рис. XII.17 показана кривая оседания репера для условий Донбасса. Глубина работ 740 м, мощность пласта 1 м. Здесь уже нет бурно протекающей активной стадии: темпы роста оседаний значительно меньше, чем в первом примере, продолжительность активной стадии 13—14 мес.
Параметры процесса сдвижения

В табл. XII.1 приводятся данные, характеризующие продолжительность процесса сдвижения для различных бассейнов страны.
Параметры процесса сдвижения

В Подмосковном бассейне общая продолжительность процесса сдвижения около 15 мес, опасный период для поверхностных сооружений — 6 мес.
Траектория движения точек и распределение величины сдвижений и деформаций в пределах мульды сдвижения имеют вполне определенные закономерности. По мере подвигания забоя точки поверхности при приближении забоя сдвигаются ему навстречу. Затем после того, как забой пройдет под точкой, поворачиваются в сторону удаляющегося забоя и, наконец, при достаточном удалении забоя точки начинают двигаться по вертикали вниз (рис. XII.18).
При решении задач, связанных с охраной поверхностных сооружений, необходимо знать распределение величин сдвижения и деформаций в пределах мульды. Обычно достаточно ограничиться распределением в мульде следующих элементов:
- наибольшего значения вертикальной и горизонтальной составляющих сдвижения;
- величины наибольших деформаций в главных сечениях мульды по простиранию и вкрест простирания пласта;
- наибольшего наклона;
- наибольшей кривизны;
- наибольшего растяжения и сжатия.
Параметры процесса сдвижения

На рис. XII.19 показаны кривые, характеризующие распределение деформаций поверхности на разрезе вкрест простирания при пологом залегании пласта (здесь кривая 1 — вертикальные сдвижения, кривая 2 — горизонтальные сдвижения, кривая 3 — горизонтальные деформации).
При горизонтальном залегании и пологом падении кривые наклонов, как правило, повторяют форму кривых горизонтальных сдвижений. Кривые кривизны повторяют кривые горизонтальных деформаций.
При горизонтальном залегании пласта кроме граничных точек A и B важными точками являются точки Е, E1 и О. Последняя является местом наибольшего оседания, наименьшего горизонтального сдвижения и наибольшего сжатия. Точки E и E1 являются точками перегиба кривой оседаний. К этим точкам приурочены наибольший наклон, наибольшее сдвижение и нулевая горизонтальная деформация. Наибольшее растяжение находится приблизительно по середине между точками перегиба и границей мульды.
При наклонном залегании (рис. XII.20) указанные соотношения изменяются. С увеличением угла наклона залежи увеличиваются асимметрия кривой 1 в сторону восстания: точка с нулевым горизонтальным сдвижением не совпадает с точкой наибольшего оседания, точки E Vi располагаются несимметрично относительно точек О и O1 (отсюда несимметричный вид кривых). С дальнейшим увеличением угла падения пласта резко увеличивается асимметрия сдвижения поверхности.
Параметры процесса сдвижения

Добавить комментарий
Ваше Имя:
Ваш E-Mail:
  • bowtiesmilelaughingblushsmileyrelaxedsmirk
    heart_eyeskissing_heartkissing_closed_eyesflushedrelievedsatisfiedgrin
    winkstuck_out_tongue_winking_eyestuck_out_tongue_closed_eyesgrinningkissingstuck_out_tonguesleeping
    worriedfrowninganguishedopen_mouthgrimacingconfusedhushed
    expressionlessunamusedsweat_smilesweatdisappointed_relievedwearypensive
    disappointedconfoundedfearfulcold_sweatperseverecrysob
    joyastonishedscreamtired_faceangryragetriumph
    sleepyyummasksunglassesdizzy_faceimpsmiling_imp
    neutral_faceno_mouthinnocent