Определение параметров зоны деформаций растяжений в мульде сдвижения
Визначено параметри зони деформацій розтягнень в зсувному масиві гірських порід, у 
 котрому можливе скупчення метану: кути, які обмежують зони зі сторони повстання та падіння вугільного пласта та їх протяжність на поверхні. The parameters of tensile deformation zone in massif, where methane...
Saved in:
| Published in: | Геотехническая механика |
|---|---|
| Date: | 2011 |
| Main Authors: | , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України
2011
|
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/33604 |
| 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: | Определение параметров зоны деформаций растяжений в мульде сдвижения / М.С. Четверик, М.А. Синенко // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2011. — Вип. 95. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860073317025710080 |
|---|---|
| author | Четверик, М.С. Синенко, М.А. |
| author_facet | Четверик, М.С. Синенко, М.А. |
| citation_txt | Определение параметров зоны деформаций растяжений в мульде сдвижения / М.С. Четверик, М.А. Синенко // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2011. — Вип. 95. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Геотехническая механика |
| description | Визначено параметри зони деформацій розтягнень в зсувному масиві гірських порід, у 
котрому можливе скупчення метану: кути, які обмежують зони зі сторони повстання та падіння вугільного пласта та їх протяжність на поверхні.
The parameters of tensile deformation zone in massif, where methane might be accumulated, 
have been detected. There are angles restraining zones on downward and upward side of coal 
seams and their length on earth surface.
|
| first_indexed | 2025-12-07T17:11:53Z |
| format | Article |
| fulltext |
УДК 622.83:622.063.4
М.С. Четверик д. т. н., проф.,
М.А. Синенко инж.
(ИГТМ)
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ЗОНЫ ДЕФОРМАЦИЙ
РАСТЯЖЕНИЙ В МУЛЬДЕ СДВИЖЕНИЯ
Визначено параметри зони деформацій розтягнень в зсувному масиві гірських порід, у
котрому можливе скупчення метану: кути, які обмежують зони зі сторони повстання та па-
діння вугільного пласта та їх протяжність на поверхні.
DETERMINATION OF PARAMETERS IN TENSILE DEFORMATION
ZONE IN DYNAMIC MOVEMENT TROUGH
The parameters of tensile deformation zone in massif, where methane might be accumulated,
have been detected. There are angles restraining zones on downward and upward side of coal
seams and their length on earth surface.
В результате подземной выемки угля в сдвигающемся массиве горных по-
род образуются зоны деформаций растяжений и сжатий. На земной поверхно-
сти в динамической мульде сдвижения они достаточно хорошо изучены.
Особый интерес представляют образовавшиеся зоны деформаций растяжений
в подработанном массиве горных пород, поскольку они окружены зонами де-
формаций сжатия и могут накапливать газ или подземные воды.
В подработанном массиве горных пород зоны растяжений могут быть
двух видов: в виде зоны расслоений, расположенной на определенной высоте
от забоя, и на границах динамической мульды.
Высота зоны расслоений определяется исходя из следующего.
При выемке угля одновременно происходят два процесса: перемещается
очистной забой под блоком пород, который должен обрушиться, и перемеща-
ется в массиве зона деформаций растяжений по плоскости сдвижения, кото-
рая образовалась при обрушении предыдущего блока. Когда блок (шаг обру-
шения) будет подработан и он обрушится, то появится новая зона деформа-
ций растяжений. При ее перемещении в массиве предыдущая будет заменять-
ся зоной деформаций сжатия.
При этом возможны два случая, которые подтверждены инструменталь-
ными наблюдениями за сдвижением земной поверхности.
Первый, характерен для неглубоких шахт. Если время, в течение которого
подрабатываются два блока достаточное для того, чтобы зона деформаций
растяжений успела развиться по всей глубине разработки до поверхности, то
в этом случае зона растяжений располагается некоторый период времени над
выработанным пространством. Она является проводником воды и газа в очи-
стной забой. При остановке забоя останавливается и процесс сдвижения зем-
ной поверхности.
Второй, характерен для глубоких шахт. Если время подработки двух бло-
ков невелико (это происходит также при большой скорости перемещения
очистного забоя), то деформации растяжений успевают развиться только до
определенной высоты, на которой они, сменяясь сжатиями, образуют зону
расслоений. Выше этой зоны происходит оседание пород без разрушения их
сплошности. При остановке очистного забоя процесс сдвижения массива
горных пород и земной поверхности продолжается некоторый период време-
ни.
Высота (от почвы пласта), до которой может развиться зона деформаций
растяжений, не переходя в зону сжатий, определяется
ìV
V
L
H ÄÐ ,sin
2
3
, (1)
где ÐH - высота, на которой располагается зона расслоений (зона растяже-
ний), м; L - шаг обрушения основной кровли, м;
ÄV - скорость развития де-
формаций растяжений в массиве, м/сут.; ÇV - скорость перемещения очистно-
го забоя, м/сут.; ω - угол естественного сдвижения горных пород, град.
Как следует из приведенного выражения, высота зоны расслоений зависит
от двух главных параметров: скорости перемещения забоя и скорости разви-
тия деформаций растяжений в массиве. Для пород различного литологическо-
го состава эта скорость деформаций (скорость сдвижения) была определена
С.Б. Кулибабой, а также приведена в работах [4, 5]. На высоту расположения
зоны расслоений влияет также мощность разрабатываемого пласта. Она учи-
тывается опосредовано через скорость развития деформаций в массиве и угол
естественного сдвижения. Отсюда следует (см. формулу 1), что чем выше
скорость перемещения забоя, тем на меньшей высоте располагается зона рас-
слоений и тем меньше горное давление на выемочный механизированный
комплекс. Однако, при этом нужно учитывать, что при больших скоростях
перемещения очистного забоя может изменяться шаг обрушения основной
кровли. Для пород высокой степени литификации, в которых скорость разви-
тия деформаций растяжений в массиве выше 15 м/сут., эти положения требу-
ют уточнения.
Рассмотрим зоны деформаций растяжений по краям динамической муль-
ды.
Граница между выработанным пространством и нетронутым горным мас-
сивом разделяется углом сдвижения горных пород, направленным в сторону
неподработанного массива. Полумульда сдвижения над участком, где вынут
уголь, имеет зоны растяжения и сжатия, которые разделяются точкой переги-
ба. В зависимости от глубины выемки угля, типа горных пород, мощности
пласта, угла его падения, параметры полумульды будут иметь разные значе-
ния. Инструментальные наблюдения за изменениями деформаций растяжений
от поверхности до глубины выемки угля отсутствуют. Но, учитывая то, что с
увеличением глубины разработки деформации растяжения на поверхности
уменьшаются, то максимальные деформации растяжения будут находиться в
массиве горных пород непосредственно на участке выемки угля. Следует при
этом также учесть, что газосодержащие породы Донбасса обладают низкой
проницаемостью и газ выделяется в основном при их разрушении, то есть в
зонах деформаций растяжений.
Цель - определить параметры зоны деформаций растяжений со стороны
восстания и падения пласта в мульде сдвижения. Максимальные деформации
определяются углом, который образуется между горизонтальной линией и
линией соединяющей границу выемки пласта и максимальные деформации
растяжений.
Рассмотрим мульду сдвижения в главном ее сечении для пологих и на-
клонных пластов.
Зоны деформаций растяжений со стороны восстания и падения пласта оп-
ределятся исходя из следующих положений. Согласно исследованиям [3]
наибольшие напряжения и, соответственно, разрушения, происходят вкрест
напластования пород. Согласно исследованиям [4], центр тяжести сдвигаю-
щегося массива находится на пересечении прямых максимальных оседаний и
максимальных напряжений, направленных перпендикулярно плоскости пла-
ста. Исходя из этого можно предположить, что зона деформаций растяжений
как со стороны восстания, так и со стороны падения пласта ограничена с од-
ной стороны углами сдвижения, а с другой стороны - прямыми, перпендику-
лярными к плоскости пласта. Предполагаем, что эти прямые пересекают
мульду сдвижения в точке перегиба (ξр=ξс) (рис. 1).
Рис. 1 – Мульда сдвижения при работе одиночной лавы
Главные параметры зоны деформаций растяжений такие: угол между ли-
нией сдвижения и линией точки перегиба BABO , ÏNKO , а также расстояние
от точки перегиба до границы сдвижения ÂÀÎ , ÏNO .
Определим углы, ограничивающие зоны максимальных деформаций рас-
тяжений.
Угол зоны максимальных деформаций растяжений со стороны восстания
определим следующим образом (рис 2).
а) б)
Рис. 2 – Схема к определению углов, ограничивающих зоны деформаций растяжений
со стороны восстания (а) и со стороны падения (б) пласта
90ÎÂ ; BABC 180 ; 90BCOB ;
)90()180( BOBB ABCABO ;
Тогда:
2
)(270
)90(
2
)90()180(
22
1
ÂB
B
B
B
B BCO
BCOABC
BCO
ABO
X
2
)(270
1
BX (2)
Угол зоны максимальных деформаций растяжений со стороны падения.
90KDOÏ ; ÏNKD ; ÏÏÏ KDOKNO ;
Тогда:
Ï
Ï NKDKDO
X
2
2 ;
2
90
2
ÏX (3)
Определение протяженности зоны деформаций растяжений в мульде
сдвижения со стороны восстания и падения пласта.
а) б)
Рис. 3 – Схема к определению длины зоны растяжений в мульде сдвижения со стороны
восстания (а) и со стороны падения (б) пласта
Протяженность зоны деформаций растяжений на поверхности определяет-
ся исходя из следующего. Учитывая, что максимальные оседания имеют су-
щественно небольшую величину по отношению к глубине разработки (1/500,
1/1000), предполагаем, что линия ÂÀÎ в мульде сдвижения приблизительно
равна ÀÂ . Тогда:
tg
H
lB
; HtglB ; B
B ctg
H
l
; BB Hctgl
)( BBB ctgtgHHctgHtgl , (4)
где lв - протяженность зоны деформаций растяжений в мульде сдвижения со
стороны восстания пласта, м.
Определим протяженность зоны деформаций растяжений в мульде сдви-
жения со стороны падения.
ÏHctgÏ ; tg
H
Ï
; HtgÏ
)( tgctgHÍtgÍctgÏÏl ÏÏÏ , (5)
где lп - протяженность зоны деформаций растяжений в мульде сдвижения со
стороны падения пласта, м.
а)
б)
Рис. 4 – Зависимости углов, ограничивающих зону деформаций растяжений со сторо-
ны восстания 1 и падения 2 пласта (а) и зависимости длин зоны деформаций растяжений в
мульде со стороны восстания и падения от угла падения пласта
при разной глубине разработки (б)
Углы, ограничивающие зону максимальных деформаций растяжений со
стороны восстания пласта больше углов со стороны падения на 10 - 15 %
(рис. 4а). С увеличением угла падения пласта углы, ограничивающие зону
максимальных деформаций растяжений, уменьшаются. Следовательно, дол-
жен уменьшаться и угол наклона дегазационных скважин.
Что касается протяженности зон деформаций растяжений со стороны вос-
стания и падения пласта, то они уменьшаются различно (рис. 4б). Протяжен-
ность зоны деформаций растяжений со стороны восстания увеличивается с
увеличением угла падения пласта, а протяженность зоны деформаций растя-
жений со стороны падения пласта - уменьшается.
Это подтверждается инструментальными наблюдениями, проведенными
для различных углов наклона пласта.
Выводы:
1. Углы, определяющие зону максимальных деформаций растяжений в
мульде сдвижения, с увеличением угла падения пласта уменьшаются
как со стороны восстания, так и со стороны падения пласта. Причем, со
стороны восстания пласта угол на 10 - 15 % больше, чем со стороны
падения.
2. Протяженность зоны деформаций растяжений с увеличением угла па-
дения пласта со стороны восстания увеличивается, а со стороны паде-
ния - уменьшается.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Єфремов І.О. Фізико-технічні основи комплексної дегазації і використання метану вугільних шахт:
Автореф. дис. д-ра техн. наук. – Дніпропетровськ, 2011. – 36 с.
2. Клец А.П. Экспериментальные исследования способа опережающей дегазации пород кровли высо-
конагруженных лав / А.П. Клец, Б.В. Бокий, И.А. Ефремов // Материалы V Международной научно-
практической конференции «Метан угольных месторождений Украины» // Геотехническая механика: Меж-
вед. сб. науч. тр. / ИГТМ НАН Украины. – Днепропетровск, 2008. – Вып. 80. – С. 72 – 77.
3. Кирничанский Г.Т. Элементы теории деформирования и разрушения горных пород [Текст] – Киев:
Наукова думка, 1989. – 184 с.
4. Четверик М.С. Теория сдвижения массива горных пород и управления деформационными процесами
при подземной выемке угля [Текст] / Четверик М.С., Андрощук Е.В. // Институт геотехнической механики
им. Н.С. Полякова НАНУ. Днепропетровск, 2004. - 150 с.
5. Четверик М.С. Горное давление и сдвижение массива горных пород при выемке угля [Текст] / Четве-
рик М.С., Синенко М.А., Четверик И.В. // Матеріали міжнар. конф. «Форум гірників - 2010». - Дніпропет-
ровськ: РВК НГУ, 2010. - С. 239 - 248.
6. Е.И. Питаленко. Геомеханические процессы отработки крутых пластов: новые исследования и реше-
ния [Текст] / Е.И. Питаленко, С.Б. Кулибаба, Ю.Н. Гавриленко [и др.] - Донецк: ДУНВГО, 2007. - 384 с.
7. Правила охраны сооружений и природных объектов от вредного влияния подземных горных разра-
боток на угольных месторождениях. - М.: Недра, 1981. - 288 с.
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-33604 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T17:11:53Z |
| publishDate | 2011 |
| publisher | Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Четверик, М.С. Синенко, М.А. 2012-05-28T18:14:05Z 2012-05-28T18:14:05Z 2011 Определение параметров зоны деформаций растяжений в мульде сдвижения / М.С. Четверик, М.А. Синенко // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2011. — Вип. 95. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/33604 622.83:622.063.4 Визначено параметри зони деформацій розтягнень в зсувному масиві гірських порід, у 
 котрому можливе скупчення метану: кути, які обмежують зони зі сторони повстання та падіння вугільного пласта та їх протяжність на поверхні. The parameters of tensile deformation zone in massif, where methane might be accumulated, 
 have been detected. There are angles restraining zones on downward and upward side of coal 
 seams and their length on earth surface. ru Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України Геотехническая механика Определение параметров зоны деформаций растяжений в мульде сдвижения Determination of parameters in tensile deformation zone in dynamic movement trough Article published earlier |
| spellingShingle | Определение параметров зоны деформаций растяжений в мульде сдвижения Четверик, М.С. Синенко, М.А. |
| title | Определение параметров зоны деформаций растяжений в мульде сдвижения |
| title_alt | Determination of parameters in tensile deformation zone in dynamic movement trough |
| title_full | Определение параметров зоны деформаций растяжений в мульде сдвижения |
| title_fullStr | Определение параметров зоны деформаций растяжений в мульде сдвижения |
| title_full_unstemmed | Определение параметров зоны деформаций растяжений в мульде сдвижения |
| title_short | Определение параметров зоны деформаций растяжений в мульде сдвижения |
| title_sort | определение параметров зоны деформаций растяжений в мульде сдвижения |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/33604 |
| work_keys_str_mv | AT četverikms opredelenieparametrovzonydeformaciirastâženiivmulʹdesdviženiâ AT sinenkoma opredelenieparametrovzonydeformaciirastâženiivmulʹdesdviženiâ AT četverikms determinationofparametersintensiledeformationzoneindynamicmovementtrough AT sinenkoma determinationofparametersintensiledeformationzoneindynamicmovementtrough |