Особенности мульды сдвижения и зон деформаций в ней при отработке наклонных угольных пластов

На основі аналізу існуючої методики уточнений алгоритм розрахунку деформацій земної поверхні. Запропонована нова геометрія побудови мульді зрушення, яка враховує кут падіння пласта при визначенні розміру напівмульди по простяганню. Запропонована нова класифікація зон деформування земної поверхні в м...

Full description

Saved in:

Bibliographic Details
Date:	2010
Main Authors:	Грищенков, Н.Н., Шнеер, В.Р., Блинникова, Е.В.
Format:	Article
Language:	Russian
Published:	Український науково-дослідницький і проектно-конструкторський інститут гірничої геології, геомеханіки і маркшейдерської справи НАН України 2010
Series:	Наукові праці УкрНДМІ НАН України
Online Access:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/99604
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:	Особенности мульды сдвижения и зон деформаций в ней при отработке наклонных угольных пластов / Н.Н. Грищенков, В.Р. Шнеер, Е.В. Блинникова // Наукові праці УкрНДМІ НАН України. — 2010. — № 6. — С. 323-335. — Бібліогр.: 3 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-99604
record_format	dspace
spelling	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-996042025-02-23T17:34:17Z Особенности мульды сдвижения и зон деформаций в ней при отработке наклонных угольных пластов Грищенков, Н.Н. Шнеер, В.Р. Блинникова, Е.В. На основі аналізу існуючої методики уточнений алгоритм розрахунку деформацій земної поверхні. Запропонована нова геометрія побудови мульді зрушення, яка враховує кут падіння пласта при визначенні розміру напівмульди по простяганню. Запропонована нова класифікація зон деформування земної поверхні в мульді зрушення. On the base of ruling technique there is specified algorithm for calculation of earth surface deformation. There is proposed the new geometry for construction of subsidence through. This geometry takes into account the angle of seam dip for determination of size of half subsidence through on strike. There is proposed the new classification for straining zones of earth surface in subsidence through. 2010 Article Особенности мульды сдвижения и зон деформаций в ней при отработке наклонных угольных пластов / Н.Н. Грищенков, В.Р. Шнеер, Е.В. Блинникова // Наукові праці УкрНДМІ НАН України. — 2010. — № 6. — С. 323-335. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. 1996-885X https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/99604 622.834(043) ru Наукові праці УкрНДМІ НАН України application/pdf Український науково-дослідницький і проектно-конструкторський інститут гірничої геології, геомеханіки і маркшейдерської справи НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
description	На основі аналізу існуючої методики уточнений алгоритм розрахунку деформацій земної поверхні. Запропонована нова геометрія побудови мульді зрушення, яка враховує кут падіння пласта при визначенні розміру напівмульди по простяганню. Запропонована нова класифікація зон деформування земної поверхні в мульді зрушення.
format	Article
author	Грищенков, Н.Н. Шнеер, В.Р. Блинникова, Е.В.
spellingShingle	Грищенков, Н.Н. Шнеер, В.Р. Блинникова, Е.В. Особенности мульды сдвижения и зон деформаций в ней при отработке наклонных угольных пластов Наукові праці УкрНДМІ НАН України
author_facet	Грищенков, Н.Н. Шнеер, В.Р. Блинникова, Е.В.
author_sort	Грищенков, Н.Н.
title	Особенности мульды сдвижения и зон деформаций в ней при отработке наклонных угольных пластов
title_short	Особенности мульды сдвижения и зон деформаций в ней при отработке наклонных угольных пластов
title_full	Особенности мульды сдвижения и зон деформаций в ней при отработке наклонных угольных пластов
title_fullStr	Особенности мульды сдвижения и зон деформаций в ней при отработке наклонных угольных пластов
title_full_unstemmed	Особенности мульды сдвижения и зон деформаций в ней при отработке наклонных угольных пластов
title_sort	особенности мульды сдвижения и зон деформаций в ней при отработке наклонных угольных пластов
publisher	Український науково-дослідницький і проектно-конструкторський інститут гірничої геології, геомеханіки і маркшейдерської справи НАН України
publishDate	2010
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/99604
citation_txt	Особенности мульды сдвижения и зон деформаций в ней при отработке наклонных угольных пластов / Н.Н. Грищенков, В.Р. Шнеер, Е.В. Блинникова // Наукові праці УкрНДМІ НАН України. — 2010. — № 6. — С. 323-335. — Бібліогр.: 3 назв. — рос.
series	Наукові праці УкрНДМІ НАН України
work_keys_str_mv	AT griŝenkovnn osobennostimulʹdysdviženiâizondeformacijvnejpriotrabotkenaklonnyhugolʹnyhplastov AT šneervr osobennostimulʹdysdviženiâizondeformacijvnejpriotrabotkenaklonnyhugolʹnyhplastov AT blinnikovaev osobennostimulʹdysdviženiâizondeformacijvnejpriotrabotkenaklonnyhugolʹnyhplastov
first_indexed	2025-11-24T06:03:07Z
last_indexed	2025-11-24T06:03:07Z
_version_	1849650511910797312
fulltext	Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 6, 2010 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 6, 2010 323 УДК 622.834(043) ОСОБЕННОСТИ МУЛЬДЫ СДВИЖЕНИЯ И ЗОН ДЕФОРМАЦИЙ В НЕЙ ПРИ ОТРАБОТКЕ НАКЛОННЫХ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ Грищенков Н. Н. (ГВУЗ "ДонНТУ", Украина) Шнеер В. Р., Блинникова Е. В. (УкрНИМИ НАН Украины) На основі аналізу існуючої методики уточнений алгоритм розрахунку деформацій земної поверхні. Запропонована нова гео- метрія побудови мульді зрушення, яка враховує кут падіння пла- ста при визначенні розміру напівмульди по простяганню. Запро- понована нова класифікація зон деформування земної поверхні в мульді зрушення. On the base of ruling technique there is specified algorithm for calculation of earth surface deformation. There is proposed the new geometry for construction of subsidence through. This geometry takes into account the angle of seam dip for determination of size of half subsidence through on strike. There is proposed the new classification for straining zones of earth surface in subsidence through. Подземная разработка угольных месторождений приводит к сдвижениям и деформациям земной поверхности и соответствен- но – к повреждениям зданий, сооружений, объектов инфраструк- туры, которые попадают в зону подработки. Поэтому выемка за- пасов угля под такими объектами осуществляется на основе про- ектов их подработки горными работами. Основным элементом этих проектов является прогноз оседаний и деформаций земной поверхности, вызванных влиянием горных работ, и оценка степе- ни их воздействия на охраняемые объекты. Результаты такой Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 6, 2010 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 6, 2010 324 оценки служат основой для принятия горных и конструктивных мер защиты объектов либо оставления под ними предохрани- тельных целиков. Существующая методика прогноза сдвижений и деформа- ций земной поверхности, основанная на методе типовых единич- ных кривых оседаний, действует в нашей стране и за рубежом уже около тридцати лет и является достаточно эффективным ин- струментом прогноза. Она вошла в ряд нормативных документов, являющихся отраслевыми стандартами [1, 2, 3] и регламенти- рующих подработку объектов на земной поверхности. Указанная методика постоянно развивается и совершенствуется в ведущих научных центрах горной науки, в частности в институте УкрНИМИ НАН Украины, ДонНТУ, НГУ и др. В данной работе рассмотрен один из аспектов совершенст- вования методики прогноза сдвижений и деформаций, связанный с геометрией построения мульды сдвижения и зон деформаций в ней при отработке наклонных пластов. В настоящее время принятая методика рекомендует опреде- лять размер полумульды по простиранию при неполной и полной подработке соответственно по формулам: ( ) 0м0м0м 2 3 ctgδctgδctg 2 ϕ⋅+⋅+⋅−−+= hhhhH D L , (1) ( ) 30м0м0м3 ψctgctgδctgδctg ⋅+⋅+⋅+⋅−−= HhhhhHL ϕ , (2) где H – средняя глубина разработки, м; D2 – длина очистной выработки по простиранию, м; h – мощность наносов, м; hм – мощность мезозойских отложений, м; δ0, δ0м, ϕ0 – граничные углы по простиранию соответственно в коренных породах, мезозойских отложениях и наносах, градус; ψ3 – угол полных сдвижений по простиранию, градус. При мощности наносов и мезозойских отложений менее 10 м значениями h и hм методика рекомендует пренебречь, т.е. принять их равными нулю. В приведенных формулах фигурирует средняя глубина раз- работки H, отнесенная к центру очистной выработки. Отсюда Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 6, 2010 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 6, 2010 325 следует, что ордината точки в мульде сдвижения никак не влияет на размер полумульды по простиранию L3, который останется одинаковым для всех точек. Конфигурация мульды сдвижения в этом случае представляет прямоугольник с закругленными края- ми. Совершенно очевидно, что данные формулы являются спра- ведливыми только для горизонтального залегания пласта, когда глубина разработки одинакова для всех точек очистной выработ- ки. Однако, при наклонном залегании пласта глубина разработки в каждой точке, т.е. вертикальное расстояние от точки до пласта, зависит от ординаты этой точки в системе координат очистной выработки (лавы). В этой системе начало координат совпадает с центром лавы, оси Х и Y лежат в горизонтальной плоскости, при этом ось Х совпадает с линией простирания, а ось Y направлена в сторону восстания. Значение глубины разработки Hi в i-й точке вычисляется из формулы: Hi = yi ⋅ tg α, (3) где yi – ордината i-й точки; α – угол падения пласта. Использование в выражениях (1)-(2) величины Hi вместо значения H существенно уточняет геометрию построения мульды сдвижения при наклонном залегании пласта. Глубина от поверх- ности до любой точки, расположенной выше центра лавы по вос- станию, будет меньше средней глубины разработки, а соответст- венно и размер полумульды по простиранию будет меньше, вы- численного по формулам (1) – (2). Соответственно, глубина от поверхности до любой точки, расположенной ниже центра лавы по падению, будет больше средней глубины разработки, а соот- ветственно и размер полумульды по простиранию будет больше, вычисленного по формулам (1) – (2). Отсюда следует, что при на- клонном залегании пласта мульда сдвижения будет иметь форму трапеции с расширенным основанием со стороны падения пласта и с зауженным основанием – со стороны восстания. Рассмотрим динамику изменения размеров полумульд по падению, восстанию и простиранию с увеличением угла падения Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 6, 2010 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 6, 2010 326 пласта на конкретном примере: длина лавы вкрест простирания D1 = 300 м; длина лавы по простиранию D2 = 1200 м; средняя глубина разработки H = 600 м. Результаты расчетов размеров по- лумульд приведены в табл. 1 и 2. Таблица 1 Размеры полумульд при различных углах падения пласта Размеры полумульд, м Угол падения, градусов 0 10 20 30 40 50 60 по падению L1 372 398 442 512 626 821 1198 по восстанию L2 372 444 516 592 676 780 916 Из табл. 1 видно, что с увеличением угла падения пласта происходит увеличение размера полумульды по падению L1 и по восстанию L2. Однако динамика роста размеров этих полумульд несколько различная, что хорошо видно из рис. 1. 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 0 10 20 30 40 50 60 Угол падения, градусов Ра зм ер ы п ол ум ул ьд , м L1 L2 Рис. 1. Динамика изменения размеров полумульд по паде- нию и восстанию при увеличении угла падения пла- ста Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 6, 2010 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 6, 2010 327 Таблица 2 Размер полумульды по простиранию при различных углах падения пласта Размер полумульды, м Угол падения, градусов 0 10 20 30 40 50 60 в центре лавы L3 642 642 642 642 642 642 642 у верха лавы L3в 642 614 587 562 539 520 504 у низа лавы L3н 642 670 696 722 744 764 780 На рис. 2 приведена динамика изменения размеров полу- мульды по простиранию с увеличением угла падения пласта. 400 450 500 550 600 650 700 750 800 0 10 20 30 40 50 60 Угол падения, градусов Ра зм ер п ол ум ул ьд ы , м L3 L3 - верх L3 - низ Рис. 2. Динамика изменения размеров полумульды по про- стиранию при увеличении угла падения пласта Результаты расчетов показывают, что расхождения размеров полумульды по простиранию, вычисленные для разной глубины разработки, обусловленной углом падения пласта, могут дости- гать значительных величин. В приведенном примере эти расхож- Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 6, 2010 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 6, 2010 328 дения достигают почти 280 м и отличаются от размера полумуль- ды, вычисленного по принятому в «Правилах подработки...» [3] алгоритму, более чем на 20 %. Согласно принятой методике размер полумульды по про- стиранию используется при вычислении наклонов, кривизны и горизонтальных деформаций. Поэтому расчет размера полумуль- ды L3 по формулам (1)-(2) следует вести для каждой конкретной i-й расчетной точки, заменив величину средней глубины разра- ботки H в центре лавы на величину глубины разработки Hi, вы- числяемую по формуле (3). При практическом построении мульды сдвижения на планах поверхности ее края рекомендуется закруглять эллиптическими кривыми. Проведенные исследования показали, что размеры по- луосей эллипсов следует брать равными соответственно н 35,0 L и 15,0 L – для нижних углов трапеции (со стороны ее широкого ос- нования) и в 35,0 L и 25,0 L – для верхних углов трапеции (со сторо- ны ее узкого основания), где L1 и L2 – размеры полумульд соот- ветственно по падению и по восстанию, а в 3L и н 3L – размеры по- лумульды по простиранию соответственно со стороны восстания и со стороны падения. Дальнейший анализ алгоритма расчета сдвижений и дефор- маций, основанного на использовании типовых единичных кри- вых оседаний, показывает, что в мульде сдвижения имеются уча- стки (зоны) с различным характером деформирования земной по- верхности. Каждая из этих зон относится к одному из трех ос- новных типов: I тип – зона, в которой наблюдается сдвижение земной по- верхности, как в направлении простирания пластов, так и вкрест их простирания; II тип – зона, в которой наблюдается сдвижение земной по- верхности только в одном направлении (по простиранию пластов либо вкрест их простирания); III тип – зона, в которой отсутствуют деформации (плоское дно мульды сдвижения). Зоны I типа присутствуют в мульде сдвижения во всех слу- чаях подработки (как полной, так и неполной). Это угловые уча- Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 6, 2010 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 6, 2010 329 стки мульды сдвижения, охватывающие площади от ее краев до точек максимального оседания. Зоны II и III типа появляются только в случаях полной под- работки. При этом зоны II типа образуются, когда полная подра- ботка имеет место только в каком-то одном направлении (по про- стиранию пластов либо вкрест их простирания), а зона III типа образуется только при полной подработке, как по простиранию, так и вкрест простирания пластов. Анализ топологии расположения очистных выработок и ре- зультатов практических расчетов деформаций позволил опреде- лить шесть наиболее вероятных вариантов расположения зон де- формаций различных типов. На рис. 3 показана форма мульды сдвижения при полной подработке, как по простиранию, так и вкрест простирания пласта. I I II II IIII II III Рис. 3. Зоны деформаций в мульде сдвижения при полной подработке по простиранию и вкрест простирания В зонах II типа, расположенных выше и ниже плоского дна будут наблюдаться деформации только в направлении вкрест простирания пластов, т.е. только по оси Y. А в зонах II типа, рас- положенных леве и правее плоского дна будут наблюдаться де- формации только в направлении простирания пластов, т.е. толь- Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 6, 2010 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 6, 2010 330 ко по оси X. Плоское дно мульды сдвижения будет иметь трапе- цеидальную форму, что также обусловлено расчетом длины по- лумульды L3 с учетом глубины разработки в каждой расчетной точке. На рис. 4 показана форма мульды сдвижения при полной подработке по простиранию пласта и при неполной подработке вкрест простирания. I I I I II II Рис. 4. Зоны деформаций в мульде сдвижения при полной подработке по простиранию и неполной подработке вкрест простирания В этом случае в мульде отсутствует плоское дно. Вместо не- го имеет место линия точек максимального оседания, ориентиро- ванная по простиранию. В зонах II типа, расположенных выше и ниже линии точек максимального оседания будут наблюдаться деформации только в направлении вкрест простирания пластов, т.е. только по оси Y. Зоны II типа, в которых бы наблюдались де- формации только в направлении простирания пластов, в этом случае отсутствуют. На рис. 5 показана форма мульды сдвижения при неполной подработке по простиранию пласта и при полной подработке вкрест простирания. В этом случае в мульде также отсутствует плоское дно. Вместо него имеет место линия точек максимального оседания, ориентированная вкрест простирания. В зонах II типа, располо- Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 6, 2010 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 6, 2010 331 женных левее и правее линии точек максимального оседания бу- дут наблюдаться деформации только в направлении простирания пластов, т.е. только по оси X. Зоны II типа, в которых бы наблю- дались деформации только в направлении вкрест простирания пластов, в этом случае отсутствуют. II II I I I I Рис. 5. Зоны деформаций в мульде сдвижения при неполной подработке по простиранию и полной подработке вкрест простирания На рис. 6 показана форма мульды сдвижения при неполной подработке, как по простиранию, так и вкрест простирания пла- ста. В этом случае мульда сдвижения имеет только одну точку максимального оседания, а зоны II типа отсутствуют. На рис. 7 показана форма мульды сдвижения при неполной подработке вкрест простирания пласта, при полной подработке по простиранию со стороны восстания и при неполной подработ- ке по простиранию со стороны падения. Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 6, 2010 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 6, 2010 332 I I II Рис. 6. Зоны деформаций в мульде сдвижения при неполной подработке по простиранию и вкрест простирания I I I I II Рис. 7. Зоны деформаций в мульде сдвижения при неполной подработке вкрест простирания; при полной подра- ботке по простиранию со стороны восстания и при неполной подработке по простиранию со стороны падения В этом случае плоское дно в мульде сдвижения отсутствует. Вместо него имеет место линия точек максимального оседания, ориентированная по простиранию. Имеется только одна зона II типа, расположенная выше линии точек максимального оседания, в которой будут наблюдаться деформации только в направлении Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 6, 2010 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 6, 2010 333 вкрест простирания пластов, т.е. только по оси Y. Зоны II типа, в которых бы наблюдались деформации только в направлении по простиранию пластов, т.е. только по оси X, в этом случае отсут- ствуют. На рис. 8 показана форма мульды сдвижения при полной подработке вкрест простирания пласта, при полной подработке по простиранию со стороны восстания и при неполной подработ- ке по простиранию со стороны падения. I I I I II II III Рис. 8. Зоны деформаций в мульде сдвижения при полной подработке вкрест простирания; при полной подра- ботке по простиранию со стороны восстания и при неполной подработке по простиранию со стороны падения В этом случае будут иметь место две зоны II типа, распола- гающиеся выше и ниже плоского дна мульды, в которых будут наблюдаться деформации только в направлении вкрест простира- ния пластов, т.е. только по оси Y. Плоское дно также будет иметь трапецеидальную форму, стремящуюся к треугольной с ростом длины очистной выработки вкрест простирания. Подробное рассмотрение расположения зон деформаций в мульде сдвижения необходимо из практических соображений Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 6, 2010 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 6, 2010 334 расчета таких деформаций как наклоны, скручивание, горизон- тальные сдвижения, горизонтальные деформации, скашивание. В формулы вычисления всех этих деформаций входят функции S′(z) типовых кривых, а знаки значений функций S′(z) определяются в принятой методике относительно расположения расчетной точки в той или иной зоне деформаций. Увеличение числа возможных конфигураций зон деформаций в мульде сдвижения вследствие различных вариантов полной/неполной подработки по простира- нию и вкрест простирания существенно уточняет геометриче- скую модель мульды сдвижения и основанную на ней математи- ческую модель прогноза деформаций земной поверхности, но со- ответственно требует и изменения алгоритма определения функ- ций S′(z) при вычислении указанных деформаций. ВЫВОДЫ 1. В существующей методике прогноза сдвижений и дефор- маций земной поверхности от влияния подземных горных разра- боток при определении размера полумульды по простиранию не учитывается влияние угла падения пласта. 2. Расчет размера полумульды L3 по формулам (1)-(2) следу- ет вести для каждой конкретной i-й расчетной точки, заменив ве- личину средней глубины разработки H в центре лавы на величи- ну глубины разработки Hi, вычисляемую по формуле (3). 3. При практическом построении мульды сдвижения на пла- нах поверхности ее края рекомендуется закруглять эллиптиче- скими кривыми с размерами полуосей эллипсов, равными соот- ветственно н 35,0 L и 15,0 L – для нижних углов трапеции (со сторо- ны ее широкого основания) и в 35,0 L и 25,0 L – для верхних углов трапеции (со стороны ее узкого основания). 4. Предложена новая классификация зон деформирования земной поверхности, включающая три типа основных зон. Опре- делены шесть возможных вариантов расположения этих зон при различных комбинациях полной/неполной подработки по про- стиранию и вкрест простирания. 5. Приведенные конфигурации расположения зон деформа- ций в мульде сдвижения необходимо учитывать при определении Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 6, 2010 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 6, 2010 335 знаков функций S′(z) типовых кривых согласно п. А.2.6.3 «Пра- вил подработки…» [3]. СПИСОК ССЫЛОК 1. Правила охраны сооружений и природных объектов от вред- ного влияния подземных горных разработок на угольных ме- сторождениях: Утв. Минуглепром СССР 29.12.79. – М.: Не- дра, 1981. – 288 с. 2. Правила охраны сооружений и природных объектов от вред- ного влияния подземных горных разработок на угольных ме- сторождениях: Утв. Госгортехнадзором РФ 16.06.98. – СПб., 1998. – 290 с. 3. ГСТУ 101.00159226.001-2003. Правила підробки будівель, споруд і природних об’єктів при видобуванні вугілля підзем- ним способом: Введ. 01.01.2004. – Київ, 2004. – 128 с.

Особенности мульды сдвижения и зон деформаций в ней при отработке наклонных угольных пластов

Institution

Similar Items