Розташування точки максимальних осідань на земній поверхні
Проанализирован применяемый в отечественной практике метод определения местоположения на земной поверхности точки максимального оседания при подработке, выявлены его недостатки. На основе анализа экспериментальных данных установлена зависимость величины, определяющей это местоположение, от комплекса...
Saved in:
| Date: | 2009 |
|---|---|
| Main Authors: | , |
| Format: | Article |
| Language: | Ukrainian |
| Published: |
Український науково-дослідницький і проектно-конструкторський інститут гірничої геології, геомеханіки і маркшейдерської справи НАН України
2009
|
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/15931 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Розташування точки максимальних осідань на земній поверхні / С.Б. Кулібаба, М.Д. Рожко // Наукові праці УкрНДМІ НАН України — 2009. — № 4. — С. 94-102. — Бібліогр.: 13 назв. — укр. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860242221982285824 |
|---|---|
| author | Кулібаба, С.Б. Рожко, М.Д. |
| author_facet | Кулібаба, С.Б. Рожко, М.Д. |
| citation_txt | Розташування точки максимальних осідань на земній поверхні / С.Б. Кулібаба, М.Д. Рожко // Наукові праці УкрНДМІ НАН України — 2009. — № 4. — С. 94-102. — Бібліогр.: 13 назв. — укр. |
| collection | DSpace DC |
| description | Проанализирован применяемый в отечественной практике метод определения местоположения на земной поверхности точки максимального оседания при подработке, выявлены его недостатки. На основе анализа экспериментальных данных установлена зависимость величины, определяющей это местоположение, от комплекса влияющих факторов.
Method used in Ukraine to determine maximum surface subsidence point during undermining is analyzed and its limitations are shown. Based on the analysis of experimental data, dependence of the value that defines this position on the set of the influencing factors is determined.
|
| first_indexed | 2025-12-07T18:31:24Z |
| format | Article |
| fulltext |
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 4, 2009
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 4, 2009
94
УДК 622.834
РОЗТАШУВАННЯ ТОЧКИ МАКСИМАЛЬНИХ ОСІДАНЬ
НА ЗЕМНІЙ ПОВЕРХНІ
Кулібаба С. Б., Рожко М. Д.
(УкрНДМІ НАНУ, м. Донецьк, Україна)
Проанализирован применяемый в отечественной практике
метод определения местоположения на земной поверхности
точки максимального оседания при подработке, выявлены его
недостатки. На основе анализа экспериментальных данных ус-
тановлена зависимость величины, определяющей это местопо-
ложение, от комплекса влияющих факторов.
Method used in Ukraine to determine maximum surface subsi-
dence point during undermining is analyzed and its limitations are
shown. Based on the analysis of experimental data, dependence of the
value that defines this position on the set of the influencing factors is
determined.
Найважливішим параметром, що визначає локалізацію му-
льди зрушення на земній поверхні при неповній її підробці, є то-
чка максимальних осідань. Оскільки ця точка є опорною для ви-
значення практично всіх характеристик підробки, від точності
прогнозування її розташування, зрештою, залежить обґрунтова-
ність і надійність проектованих заходів захисту об'єктів земної
поверхні, що підробляються.
Традиційно у вітчизняній практиці місцеположення точки
максимальних осідань на земній поверхні визначають за допомо-
гою кута максимального осідання θ, під яким з середини очисної
виробки в головному перетині мульди вхрест простягання прово-
дять пряму до перетину із земною поверхнею. Використовувана в
діючому нормативному документі [1] методика визначення точки
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 4, 2009
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 4, 2009
95
максимальних осідань пропонує спрощений спосіб розрахунку, в
якому єдиним фактором, що впливає на величину кута θ, є кут
падіння пласта α:
αθ k−= o90 , (1)
де k = 0,8.
Проте, як показують дослідження, на величину кута макси-
мального осідання θ впливає ряд інших, факторів, які тут не вра-
ховані.
Відомо, що при негоризонтальному заляганні вугільного
пласта, що розробляється, лінія максимальних осідань масиву гір-
ських порід в головному перетині мульди вхрест простягання має
криволінійну форму і розташована в межах зони, обмеженої вер-
тикаллю OX і нормаллю до нашарування OX' (рис. 1), які прохо-
дять через середину очисної виробки [2-6]. Це пояснюється тим,
що при поширенні процесу зрушення вгору від очисної виробки
до земної поверхні при похилому заляганні породних пластів
опорні ділянки зі сторін падіння і підйому пласта неоднаково від-
суваються від меж очисної виробки вглиб масиву. Безпосередньо
над очисною виробкою напрям зрушення товщі визначається
прогином порід по нормалі до нашарування, а в міру наближення
до земної поверхні починають переважати вертикальні зрушення,
визначувані силою тяжіння. Внаслідок цього збільшується асиме-
трія мульд зрушення в кожному з підроблюваних породних плас-
тів із переміщенням точки максимального осідання від нормалі в
бік підйому пластів [7]. Таким чином, на розташування точки ма-
ксимального осідання, крім кута падіння пласта, також впливає
глибина розробки.
У роботах [3, 4, 5, 8] наголошується, що значення кута мак-
симальних осідань θ при похилому заляганні пластів збільшуєть-
ся зі зменшенням міцності гірських порід, що підробляються, – в
міцних породах цей кут близький до нормалі до напластування, а
в слабких – до вертикалі. Фісенко Г.Л. [4] пояснює це тим, що за
інших рівних умов із збільшенням міцності порід зменшується
вплив деформацій зсуву на загальний характер процесу зрушення
масиву гірських порід. Цей фактор, так само, як і фактор глиби-
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 4, 2009
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 4, 2009
96
ни, впливає на величину кута θ спільно з фактором кута падіння
α – його вплив збільшується при зростанні α.
Рис. 1. Схема підробки земної поверхні похилим пластом
У методиках розрахунку зрушень і деформацій земної пове-
рхні, що регламентуються різними галузевими нормативними до-
кументами, включаючи і нині чинний [1], облік міцнісних влас-
тивостей породного масиву, що підробляється, здійснювався до-
статньо укрупнено. Зокрема, в Донбасі виділялися три групи
умов, в яких параметри процесу зрушення відрізнялися один від
одного – кам'яновугільні, антрацитові райони і Західний Донбас.
Для детальнішої диференціації цих властивостей використовуємо
надалі показник міцності підроблюваного масиву, що є середньо-
зваженою за потужністю пластів міцністю порід за шкалою проф.
Протод'яконова, як величину, що чисельно характеризує міцнісні
властивості товщі гірських порід [9].
Trofymov Viktor
Rectangle
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 4, 2009
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 4, 2009
97
Ще одним важливим фактором, що впливає на місцеполо-
ження точки максимального осідання, є умови попередньої під-
робки земної поверхні. У сучасних умовах підземної розробки
вугільних пластів в Донбасі практично відсутні території, які ра-
ніше не випробовували впливу очисних виробок, тому необхід-
ність обліку цього фактора з кожним роком стає все більш актуа-
льною. У основі впливу цього фактора на величину кута θ лежить
явище активізації зрушення раніше підробленого породного ма-
сиву під впливом нової очисної виробки, тому процес зрушення
при веденні очисних робіт в цих умовах якісно відрізняється від
умов первинної підробки масиву. Так, при низхідному порядку
відпрацьовування горизонтів і пластів, найпоширенішому на ша-
хтах Донбасу, проведення очисної виробки часто відбувається по
сусідству із старим виробленим простором, який розташований з
боку підйому пласта. При цьому відбувається активізація зру-
шення раніше підробленої ділянки масиву, і в результаті підсу-
мовування осідань від нової і старої виробок точка максимально-
го осідання дещо зміщується у бік підйому пласта. Цей же ефект
спостерігається і в тих випадках, коли попередня підробка здійс-
нювалася очисними виробками в інших пластах.
В результаті аналізу цілого ряду експериментів, що прово-
дилися в ВНДМІ [10], були встановлені значення коефіцієнта k у
формулі (1) для різних умов попередньої підробки. У вітчизняних
нормативних документах [1, 11, 12] ці умови були розділені на
три групи (табл. 1). Аналізуючи дану таблицю, можна відзначити,
що умови груп II і III "... якщо є роботи колишніх років на вище
розміщених (нижче розміщених) горизонтах в даному пласті" не
формалізовані.
Для коректування положень табл. 1 і адаптування їх до су-
часних умов нами були внесені такі уточнення та зміни. По-
перше, був використаний критерій впливу сусідньої лави, відпра-
цьованої раніше в даному пласті, на параметри максимального
осідання земної поверхні від даної лави. Ця лава кваліфікувалась
ізольованою, якщо розмір цілику між нею і сусідньою лавою за-
безпечував відсутність впливу сусідньої лави, визначений грани-
чними кутами, на точку максимального осідання земної поверхні
від даної лави. По-друге, нами була виключена з умов попере-
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 4, 2009
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 4, 2009
98
дньої підробки масиву група умов III як неактуальна в сучасних
умовах розробки вугільних пластів в Донбасі, де найбільш поши-
рений низхідний порядок відпрацьовування горизонтів і пластів.
Таблиця 1
Значення коефіцієнта k
Група
умов Умови попередньої підробки масиву k
I Відсутність попередньої підробки або повна попе-
редня підробка
0,8
II Верхня половина лави і проведена від її верхньої
межі лінія під кутом γ0 знаходяться в підробленому
раніше масиві, а також, якщо є роботи колишніх
років на вище розміщених горизонтах в даному
пласті
0,5
III Вся лава і проведена від її нижньої межі лінія під
кутом β0 знаходяться в підробленому раніше маси-
ві, а також, якщо є роботи колишніх років на нижче
розміщених горизонтах в даному пласті за відсут-
ності робіт на вище розміщених горизонтах
1,0
Раніше нами були встановлені параметри залежності, що
враховує вплив на величину кута θ наведених вище впливаючих
факторів – кута падіння, глибини розробки, міцнісних властивос-
тей масиву, що підробляється, і умов його попередньої підробки
[13]. Проте тоді не був врахований ще один впливаючий фактор,
притаманний лише земній поверхні – потужність наносів.
На вертикальному розрізі вхрест простягання пласта (див.
рис. 1) показана схема підробки очисною виробкою AB масиву
гірських порід з наносами потужністю h. Відомо, що наноси
практично не впливають на вертикальні зрушення і деформації
земної поверхні, тому, як це впливає зі схеми, експериментально
визначуваний на земній поверхні в точці D кут максимальних осі-
дань θ1 не відповідає фактичному куту θ, утвореному прямою
OC, що з'єднує середину лави з точкою максимального осідання
на межі корінних порід з наносами. В той же час, згідно методиці
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 4, 2009
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 4, 2009
99
[1], в розрахунках зрушення земної поверхні використовується
саме цей кут (θ1).
Таким чином, визначився склад основних факторів, що
впливають на місцеположення точки максимального осідання на
земній поверхні. Це – кут падіння пластів, середня глибина роз-
робки, міцнісні властивості порід масиву, що підробляється, умо-
ви попередньої підробки масиву гірських порід і потужність на-
носів. Для зручності подальшого аналізу перейдемо від прийня-
того кутового способу визначення місцеположення точки макси-
мальних осідань за допомогою кута θ до лінійного – за допомо-
гою лінійної координати точки максимального осідання lθ, під
яким розумітимемо горизонтальну відстань, вимірювану від вер-
тикальної проекції центру лави O до точки максимальних осідань
(див. рис. 1).
Для встановлення якісних і кількісних характеристик взає-
мозв'язку місцеположення точки максимального осідання з цими
впливаючими факторами нами були використані результати екс-
периментів, одержані в УкрНДМІ в різні періоди. До аналізу були
залучені результати інструментальних спостережень за зрушен-
ням земної поверхні по 56 профільних лініях реперів 47 натурних
спостережних станцій. Їхній аналіз підтвердив прийняту нами
модель розподілу точок максимальних осідань над очисною ви-
робкою залежно від глибини розробки і кута падіння пласта, якої,
зокрема, властиві наступні ознаки:
− безпосередньо над очисною виробкою зрушення пород-
ного масиву відбувається по нормалі до напластування;
− у міру наближення до земної поверхні починають пере-
важати вертикальні зрушення, внаслідок чого лінія максимальних
осідань на вертикальному розрізі вхрест простягання пластів стає
крутішою.
Для опису сукупності використаних фактичних даних нами
була вибрана наступна функція, об'єднуюча всі розглянуті вище
впливаючі фактори, яка враховує характер встановлених взаємо-
зв'язків:
21 430
cc ))(sinFcc()hH(cl αθ +−= , (2)
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 4, 2009
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 4, 2009
100
де c0 - c4 – емпіричні коефіцієнти;
H – середня глибина розробки, м;
h – потужність наносів, м;
α – кут падіння пласта, градус;
F – показник міцності породного масиву, що підробляєть-
ся, – середньозважена за потужністю пластів міцність порід за
шкалою проф. Протод'яконова.
Апроксимація фактичних даних методом найменших квад-
ратів дозволила встановити оптимальні для даної вибірки значен-
ня коефіцієнтів в рівнянні регресії (2): c1 = 0,93; c2 = 1,17; c3 =
1,77; c4 = 0,01. Коефіцієнт c0 = 0,93 для умов первинної підробки
масиву, або у разі повної попередньої підробки (група умов I,
табл. 1). Для умов, коли верхня половина лави знаходиться в під-
робленому раніше масиві, а також, якщо є роботи колишніх років
на вище розташованих горизонтах в даному пласті (група умов II,
табл. 1) c0 = 0,71.
Середньоквадратична похибка прогнозу за формулою (2)
склала 13,4 м, що в 1,9 разу менше помилки, одержуваної при ви-
користовуваній нині методиці розрахунку (25,2 м).
ВИСНОВКИ
1. Експериментально встановлено, що основними фактора-
ми, які спільно впливають на місцеположення точки максималь-
ного осідання на земній поверхні, є кут падіння пластів, середня
глибина розробки, потужність наносів, міцнісні властивості під-
роблюваного масиву гірських порід та умови його попередньої
підробки.
2. Доведено, що як параметр, який характеризує фактор
впливу фізико-механічних властивостей гірських порід масиву на
локалізацію точки максимального осідання, можна використову-
вати показник міцності масиву – середньозважене по породній
товщі значення коефіцієнта міцності за шкалою проф. Протод'я-
конова. Застосування цього параметра підвищує точність здійс-
нюваного прогнозу в порівнянні з використовуваним в діючих
нормативно-методичних документах способом укрупненого ра-
йонування Донбасу.
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 4, 2009
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 4, 2009
101
3. Як параметр, визначаючий локалізацію точки максималь-
ного осідання на земній поверхні в головних перетинах мульди
зрушення, запропонована лінійна координата точки максималь-
ного осідання, що являє собою горизонтальну відстань між цією
точкою і вертикальною проекцією центру лави. Встановлений
характер зміни цієї величини залежно від наведених вище впли-
ваючих факторів.
4. Визначені вигляд і параметри залежності, об'єднуючої всі
розглянуті вище впливаючі фактори, яка враховує характер вста-
новлених взаємозв'язків.
ПЕРЕЛІК ПОСИЛАНЬ
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. Авершин С.Г. Некоторые свойства процесса сдвижения гор-
ных пород и вопросы расчета сдвижений // Сб. тр. по вопро-
сам исследования горного давления и сдвижения горных по-
род. – Л.: ВНИМИ. – 1961. – Вып. 43. – С. 3-21.
3. Кратч Г. Сдвижение горных пород и защита подрабатывае-
мых сооружений. – М.: Недра, 1978. – 494 с.
4. Фисенко Г.Л. Предельное состояние горных пород вокруг
выработок. М.: Недра, 1976. – 272 с.
5. Сдвижение и разрушение горных пород / Викторов С.Д., Ио-
фис М.А., Гончаров С.А. – М.: Наука, 2005. – 277 с.
6. Стукальский В.П. Исследование процесса сдвижения толщи
горных пород и земной поверхности при разработке наклон-
ных и крутопадающих пластов угля а условиях Донбасса: ав-
тореф. дисс. ... канд. техн. наук: 05.15.01. – Донецк, 1970. – 28 с.
7. Кулибаба С.Б. Распределение максимальных оседаний в под-
рабатываемом породном массиве // Уголь Украины. – 2000. –
№ 12. – С. 42 - 44.
8. Геолого-маркшейдерское обеспечение безопасного освоения
и сохранения недр / Иофис М.А., Кулешов В.М., Помельни-
кова В.В. – М.: ИПКОН РАН, 2008. –308 с.
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 4, 2009
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 4, 2009
102
9. Гертнер И.А. Физико-механические свойства горных пород
Донбасса применительно к вопросам сдвижения горных по-
род и земной поверхности // Горное давление, сдвижение
горных пород и методика маркшейдерских работ. – Л.:
ВНИМИ. – 1970. – Вып. 77. – С. 229-239.
10. Медянцев А.Н., Мазурова А.И. Определение исходных пара-
метров процесса сдвижения земной поверхности в Донбассе //
Сб. тр. по вопросам исследования горного давления и сдви-
жения горных пород. – Л.: ВНИМИ. – 1961. – Вып. 42. – С.
140-153.
11. Правила охраны сооружений и природных объектов от вред-
ного влияния подземных горных разработок в Донецком
угольном бассейне/ Минуглепром СССР.- М., 1972. – 130 с.
12. Правила охраны сооружений и природных объектов от вред-
ного влияния подземных горных разработок на угольных ме-
сторождениях / Министерство угольной промышленности
СССР. – М.: Недра, 1981. – 288 с.
13. Геомеханічні процеси відпрацювання крутих вугільних плас-
тів: нові дослідження та рішення / Піталенко Є.І., Куліба-
ба С.Б., Гавриленко Ю.М., Тіркель М.Г., Півень Ю.А., Рож-
ко М.Д. та ін. – Донецьк: ДУНВГО, 2007. – 384 с.
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-15931 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1996-885X |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2025-12-07T18:31:24Z |
| publishDate | 2009 |
| publisher | Український науково-дослідницький і проектно-конструкторський інститут гірничої геології, геомеханіки і маркшейдерської справи НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Кулібаба, С.Б. Рожко, М.Д. 2011-02-03T13:39:28Z 2011-02-03T13:39:28Z 2009 Розташування точки максимальних осідань на земній поверхні / С.Б. Кулібаба, М.Д. Рожко // Наукові праці УкрНДМІ НАН України — 2009. — № 4. — С. 94-102. — Бібліогр.: 13 назв. — укр. 1996-885X https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/15931 622.834 Проанализирован применяемый в отечественной практике метод определения местоположения на земной поверхности точки максимального оседания при подработке, выявлены его недостатки. На основе анализа экспериментальных данных установлена зависимость величины, определяющей это местоположение, от комплекса влияющих факторов. Method used in Ukraine to determine maximum surface subsidence point during undermining is analyzed and its limitations are shown. Based on the analysis of experimental data, dependence of the value that defines this position on the set of the influencing factors is determined. uk Український науково-дослідницький і проектно-конструкторський інститут гірничої геології, геомеханіки і маркшейдерської справи НАН України Розташування точки максимальних осідань на земній поверхні Article published earlier |
| spellingShingle | Розташування точки максимальних осідань на земній поверхні Кулібаба, С.Б. Рожко, М.Д. |
| title | Розташування точки максимальних осідань на земній поверхні |
| title_full | Розташування точки максимальних осідань на земній поверхні |
| title_fullStr | Розташування точки максимальних осідань на земній поверхні |
| title_full_unstemmed | Розташування точки максимальних осідань на земній поверхні |
| title_short | Розташування точки максимальних осідань на земній поверхні |
| title_sort | розташування точки максимальних осідань на земній поверхні |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/15931 |
| work_keys_str_mv | AT kulíbabasb roztašuvannâtočkimaksimalʹnihosídanʹnazemníipoverhní AT rožkomd roztašuvannâtočkimaksimalʹnihosídanʹnazemníipoverhní |