Исследование зависимости граничных углов от мощности наносов и глубины разработки
Виконано дослідження граничних кутів для умов шахт Західного Донбасу. Показано, що нормативні кутові параметри, які використовуються для прогнозу впливу гірничих розробок на земну поверхню, відрізняються від фактичних значень кутів, що визначені за даними натурних маркшейдерських спостережень на спо...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Наукові праці УкрНДМІ НАН України |
|---|---|
| Дата: | 2011 |
| Автори: | , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Український науково-дослідницький і проектно-конструкторський інститут гірничої геології, геомеханіки і маркшейдерської справи НАН України
2011
|
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/99691 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Исследование зависимости граничных углов от мощности наносов и глубины разработки / В.А. Назаренко, И.Е. Балафин // Наукові праці УкрНДМІ НАН України. — 2011. — № 9, ч. 1. — С. 180-189. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860006928410738688 |
|---|---|
| author | Назаренко, В.А. Балафин, И.Е. |
| author_facet | Назаренко, В.А. Балафин, И.Е. |
| citation_txt | Исследование зависимости граничных углов от мощности наносов и глубины разработки / В.А. Назаренко, И.Е. Балафин // Наукові праці УкрНДМІ НАН України. — 2011. — № 9, ч. 1. — С. 180-189. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Наукові праці УкрНДМІ НАН України |
| description | Виконано дослідження граничних кутів для умов шахт Західного Донбасу. Показано, що нормативні кутові параметри, які використовуються для прогнозу впливу гірничих розробок на земну поверхню, відрізняються від фактичних значень кутів, що визначені за даними натурних маркшейдерських спостережень на спостережних станціях. Встановлено залежності граничних кутів від глибини розробки і показано, що граничні кути мають унітарний характер.
Boundary angles for conditions of mines in Western Donets Coal basin are analyzed. It is shown that standard angular parameters, which are employed to predict the impact of mine workings on the ground surface, differ from the actual angular values determined by data of field mine surveying at observation stations. Dependence of boundary angles on mining depth is determined and it is shown that boundary angles have unitary nature.
|
| first_indexed | 2025-12-07T16:39:10Z |
| format | Article |
| fulltext |
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 9 (частина I), 2011
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 9 (part I), 2011
180
УДК 622.1:622.834
ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАВИСИМОСТИ ГРАНИЧНЫХ УГЛОВ
ОТ МОЩНОСТИ НАНОСОВ И ГЛУБИНЫ РАЗРАБОТКИ
Назаренко В. А., Балафин И. Е.
(ГВУЗ "Национальный горный университет",
г. Днепропетровск, Украина)
Виконано дослідження граничних кутів для умов шахт Захі-
дного Донбасу. Показано, що нормативні кутові параметри, які
використовуються для прогнозу впливу гірничих розробок на зем-
ну поверхню, відрізняються від фактичних значень кутів, що ви-
значені за даними натурних маркшейдерських спостережень на
спостережних станціях. Встановлено залежності граничних
кутів від глибини розробки і показано, що граничні кути мають
унітарний характер.
Boundary angles for conditions of mines in Western Donets Coal
basin are analyzed. It is shown that standard angular parameters,
which are employed to predict the impact of mine workings on the
ground surface, differ from the actual angular values determined by
data of field mine surveying at observation stations. Dependence of
boundary angles on mining depth is determined and it is shown that
boundary angles have unitary nature.
При разработке угольных пластов подземным способом
происходят необратимые изменения в массиве горных пород и на
земной поверхности. Вследствие этого на каждом горном пред-
приятии возникают задачи, связанные с охраной различных объ-
ектов от вредного влияния подземных очистных работ. Успешное
решение этих вопросов в значительной мере зависит от надежно-
сти исходных угловых параметров, применяемых при инженер-
ных расчетах.
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 9 (частина I), 2011
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 9 (part I), 2011
181
Величины граничных углов и углов полных сдвижений
определяют размеры полумульды, а, следовательно, величины и
распределение расчетных деформаций в мульде. По углам сдви-
жения, определяющим границу зоны опасных деформаций, стро-
ятся предохранительные целики под сооружениями на земной
поверхности. Названные угловые параметры широко использу-
ются в качестве исходных во многих методиках, применяемых
для оценки геомеханического состояния горных пород и горных
выработок на угольных месторождениях.
Угловым параметрам сдвижения земной поверхности над
очистными выработками посвящены работы многих ученых. Их
исследования выполнялись в различных горно-геологических
условиях и с использованием разных методов и способов [1-5]. В
результате на сегодняшний день не сложилось общепринятого
мнения о величинах граничных углов и методике их определения.
В связи с этим в основу наших исследований положены норма-
тивные требования [6] об определении граничных углов по кри-
тическим значениям наклона i = 0,5⋅10-3 и растяжения поверхно-
сти ε = 0,5⋅10-3.
Месторождение угля в Западном Донбассе имеет отличи-
тельную особенность, заключающуюся в наличии мощных (50-
250 м) обводненных наносов, залегающих над угленосной тол-
щей пород карбона. Принято считать, что физико-механические
свойства этих пород значительно отличаются. В связи с эти угло-
вые параметры в подрабатываемой толще горных пород разделя-
ются на углы в наносах и карбоне. Эти углы не зависят от глуби-
ны ведения горных работ и имеют фиксированные значения. Для
условий Западного Донбасса граничные углы в наносах и корен-
ных породах соответственно равны: φ0 = 45°, δ0 = 65° [7].
На шахтах Западного Донбасса кафедрой маркшейдерии
Национального горного университета выполнен большой объем
натурных маркшейдерских наблюдений за сдвижением земной
поверхности. По результатам инструментальных измерений на
профильных линиях наблюдательных станций, заложенных над
очистными выработками, с использованием указанных выше
критериев определены границы зон влияния горных работ на по-
верхности. В соответствии со схемой, изображенной на рис. 1, на
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 9 (частина I), 2011
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 9 (part I), 2011
182
каждой профильной линии графически определены значения гра-
ничных углов ω0i и ω0ε. Информация по профильным линиям и
значения граничных углов, необходимые для дальнейших иссле-
дований, приведены в таблицах 1-3.
Рис. 1. Схема граничных углов на разрезе по профильной
линии
Таблица 1
Исходные данные для анализа угловых параметров
над выемочными штреками
Наименование
параметра Значение параметра
Наблюдательная станция 12 10 5 11 7 6 4 14 9 29 29 24 25
Профильная линия 3 2 5 2 1 1 1 2 2 1 1 2 1
Глубина горных работ Н на
гр. очистной выработки, м 105 154 167 173 192 227 230 230 240 250 290 320 400
Мощность наносов h, м 50 71 100 76 85 85 85 85 85 80 80 130 170
Отношение h/Н 0,48 0,46 0,60 0,44 0,44 0,37 0,37 0,37 0,35 0,32 0,28 0,41 0,43
Отношение h/(Н-h) 0,90 0,85 1,49 0,78 0,79 0,59 0,58 0,58 0,54 0,47 0,38 0,68 0,74
Экспериментально установленные граничные углы
ω0i по критерию i = 0,5⋅10-3 54 55 53 57 62 64 64 63 67 69 68 72 74
ω0ε по критерию ε = 0,5⋅10-3 51 52 52 53 56 57 55 58 58 59 61 60 62
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 9 (частина I), 2011
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 9 (part I), 2011
183
Таблица 2
Исходные данные для анализа угловых параметров
над разрезной печью
Наименование
параметра Значение параметра
Наблюдательная станция 12 13 10 11 8 27 14 4 4 9 24 22 23
Профильная линия 1 1 1 1 1 1 3 2 2 1 1 1 1
Глубина горных работ Н на
гр. очистной выработки, м 115 125 160 161 200 202 220 230 230 260 290 475 540
Мощность наносов h, м 50 50 65 70 75 90 85 85 85 85 100 170 180
Отношение h/Н 0,43 0,40 0,41 0,43 0,38 0,45 0,34 0,37 0,37 0,33 0,34 0,36 0,33
Отношение h/(Н-h) 0,77 0,67 0,68 0,77 0,6 0,8 0,63 0,59 0,59 0,49 0,53 0,56 0,5
Экспериментально установленные граничные углы
ω0i по критерию i = 0,5⋅10-3 49 51 52 55 58 60 60 61 62 61 63 67 69
ω0ε по критерию ε = 0,5⋅10-3 45 49 50 52 52 53 54 54 52 53 59 64 63
Таблица 3
Исходные данные для анализа угловых параметров
над линией остановки очистного забоя
Наименование параметра Значение параметра
Наблюдательная станция 3 5 9 16 14
Профильная линия 9 1 1 1 1
Глубина горных работ Н на
границе очистной выработки, м 103 167 170 180 205
Мощность наносов h, м 64 100 80 112 85
Отношение h/Н 0,62 0,60 0,47 0,62 0,41
Отношение h/(Н-h) 1,641 1,493 0,889 1,647 0,708
Экспериментально установленные граничные углы
ω0i – по критерию i = 0,5⋅10-3 50 57 60 64 68
ω0ε – по критерию ε = 0,5⋅10-3 48 55 60 63 67
На первом этапе исследования граничных углов мы выпол-
нили анализ зависимости граничных углов от мощности наносов
и приняли, что граничные углы принимают фиксированные раз-
дельные значения в породах наносов и коренных породах и пред-
положили, что граничный угол в наносах φ0 известен и равен 45º,
как это нормируется Правилами подработки [7]. По значениям
глубины разработки и мощности наносов для условий каждой
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 9 (частина I), 2011
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 9 (part I), 2011
184
наблюдательной станции графически на разрезах были определе-
ны углы δ0i, δ0ε, соответствующие углам ω0i и ω0ε,
В результате установлено, что величины граничных углов в
карбоне не являются постоянными и изменяются в широких пре-
делах. Значения углов δ0i принимают значения в диапазоне 58-
83°; δ0ε – 55-85°. Следует отметить, что практически во всех слу-
чаях граничные углы, определяемые по критерию наклона боль-
ше углов, соответствующих критерию горизонтальных деформа-
ций, В среднем их разность составляет 6°,
Таким образом, положение Правил [7] о постоянстве гра-
ничных углов не подтверждается,
Учитывая полученные результаты, выполнены исследования
общих, экспериментально установленных граничных углов для
ответа на вопрос о зависимости положения границы зоны влия-
ния от мощности пород наносов. Для подрабатываемой толщи,
состоящей из наносов и карбона, общий для всей толщи гранич-
ный угол ω0
р в соответствии со схемой, приведенной на рис. 1,
рассчитывается по формуле
( ) 000000 δδϕδϕω ctgctgctg
H
hctg
H
hHctg
H
hctg p +−=
−
+= , (1)
где h –мощность наносов;
H – глубина разработки на границе очистной выработки;
ω0
р – расчетный общий граничный угол,
Очевидно, что с увеличением мощности наносов должно
происходить выполаживание общего граничного угла,
На рис. 2 показано распределение ω0 от h/(H-h), построенное
по данным таблиц 1-3, Здесь же показано теоретическое распре-
деление углов ω0
р, рассчитанных по формуле (1).
Анализ графиков рис. 2 указывает на отсутствие явной зави-
симости между величинами углов ω0 и соотношением h/(H-h),
Полученный результат дает основание предположить, что общие
граничные углы ω0ε в большей степени зависят от глубины, чем
от мощности наносов, т.е. являются функцией от глубины разра-
ботки.
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 9 (частина I), 2011
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 9 (part I), 2011
185
y = 54.306x-0.0679
R2 = 0.0678
y = 53.815x-0.0902
R2 = 0.9919
40
45
50
55
60
65
70
0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8
ωε0
фактические данные
рссчитанные
данные
теоретическое распределение
и уравнение регрессии
экспериментальное распределение
и уравнение регрессии
h/(H-h)
Рис. 2. Распределение установленных экспериментально уг-
лов ω0ε и рассчитанных углов ω0
р в зависимости от
соотношения h/(H-h)
Нами выполнен анализ зависимости общих граничных углов
ω0, определенных по критериям наклонов и горизонтальных де-
формаций от глубины разработки, Графики распределений этих
углов и их зависимостей от Н представлены на рис. 3.
Полученные зависимости характеризуется следующими ко-
эффициентами корреляции: по критерию наклонов – 0,88; по кри-
терию горизонтальных деформаций – 0,72; средние – 0,79, Мак-
симальное отклонение значений углов от линии аппроксимации
составило – 7°,
Таким образом, можно с высокой степенью достоверности
утверждать, что общие для всей подрабатываемой толщи гранич-
ные углы сдвижения земной поверхности в условиях Западного
Донбасса практически не зависят от мощности наносов, а основ-
ным геологическим фактором, влияющим на величины углов, яв-
ляется глубина разработки угольных пластов,
Анализируемые угловые параметры были систематизирова-
ны в зависимости от расположения профильных линий реперов
относительно границ очистной выработки: над выемочными
штреками, над разрезной печью, над линией остановки очистного
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 9 (частина I), 2011
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 9 (part I), 2011
186
забоя. В соответствии с этой классификацией построен график
зависимости общих граничных углов ω0i в названных зонах от
глубины Н (рис. 4).
y = 14.307Ln(x) - 15.513
R2 = 0.7209
y = 11.609Ln(x) - 3.7104
R2 = 0.6294
y = 9.6389Ln(x) + 4.204
R2 = 0.5235
45
50
55
60
65
70
75
100 150 200 250 300 350 400 450 500 550
Н, м
ω0, град
по критерию деформаций
по критерию наклонов
средние значения углов
Логарифмический (по критерию деформаций)
Логарифмический (средние значения углов)
Логарифмический (по критерию наклонов)
Рис. 3. Зависимость общих граничных углов ω0, определен-
ных по критериям наклонов, горизонтальных дефор-
маций и средних углов от глубины Н
Из приведенного графика видно, что в общей совокупности
углов ω0i выделяются три отдельные зоны, соответствующие
названным выше направлениям. Нами выполнен анализ углов в
каждой из этих зон, Установлено, что зависимости общих гра-
ничных углов от глубины подработки имеют следующий вид
– над выемочными штреками:
ω0i = 18,50Ln(Н) – 36,3;
ω0ε = 9,9Ln(Н) + 3,22;
– над разрезной печью:
ω0i = 12,72Ln(Н) – 9,68;
ω0ε = 11,29Ln(Н) – 7,19;
– над линией остановки очистных работ:
ω0i = 24,53Ln(Н) – 64,8;
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 9 (частина I), 2011
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 9 (part I), 2011
187
ω0ε = 26,22Ln(Н) – 74,6,
Оценка точности угловых параметров показала, что углы
ωр
0, рассчитанные по нормативному документу [7], имеют сред-
неквадратическую ошибку ±5,4°. При использовании норматив-
ных граничных углов в наносах и карбоне ошибка положения
границы зоны влияния составила около 110 м или 20-25 % от
глубины, Среднеквадратическая погрешность определения гра-
ниц зоны влияния составляет ±42 м.
Рис. 4. Зависимость общих граничных углов ω0i над штре-
ками, разрезной печью и линией остановки очистно-
го забоя от глубины Н
При расчетах с использованием установленных нами зави-
симостей получена среднеквадратическая погрешность общих
углов до ±2°, а среднеквадратическое отклонение расчетных гра-
ниц от фактических составило ±8 м.
Выводы
1. Применение фиксированных, дифференциально-унифи-
цированных значений угловых параметров сдвижения горных
пород и земной поверхности для определения границ мульды и
расчетов ожидаемых сдвижений и деформаций приводит в усло-
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 9 (частина I), 2011
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 9 (part I), 2011
188
виях Западного Донбасса приводит к значительным ошибкам
прогноза влияния очистной выработки на земную поверхность и
подрабатываемые объекты.
2. Позиционирование на земной поверхности критических
деформаций, определяющих границы влиянии очистной выра-
ботки пологого угольного пласта, не зависит от наличия наносов
в подрабатываемой толще и определяется граничными углами,
значения которых связаны логарифмической зависимостью с
глубиной разработки.
3. Унитарный характер угловых параметров позволяет отка-
заться от дифференциально-унифицированного подхода к опре-
делению границ мульды сдвижения, заключающегося в примене-
нии фиксированных, раздельных для пород наносов и коренных
пород углов, упрощает методику определения длин полумульд и
повышает точность расчетов ожидаемых сдвижений и деформа-
ций земной поверхности. Это позволит более обоснованно про-
гнозировать влияние очистных работ, осуществлять дифферен-
цированный подход к выбору и назначению мер охраны подраба-
тываемых объектов. В отдельных случаях будет достигнута более
эффективная отработка запасов угля вследствие сокращения по-
терь в предохранительных целиках,
СПИСОК ССЫЛОК
1. Онищенко А.В. Расчет углов сдвижения в разных слоях гор-
ных пород по результатам наблюдений за сдвижением земной
поверхности / Онищенко А.В. // Изв. вузов. Горный журнал. –
1968. – № 1. – С. 35 – 38.
2. Акимов А.Г. Определение размеров краевой части мульды
сдвижения / Акимов А.Г. // Сдвижение горных пород / ВНИ-
МИ – 1975. – Сб. 96. – С. 28 – 36.
3. Кулибаба С.Б. О границах мульды сдвижения // Сдвижение
земной поверхности и устойчивость откосов. – Л.: ВНИМИ. –
1980. – С. 57 – 60.
4. Назаренко В.А. Графо-аналитический метод определения уг-
ловых параметров мульды сдвижения / Назаренко В.А.,
Мякенький В.И. // Разработка месторождений полезных иско-
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 9 (частина I), 2011
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 9 (part I), 2011
189
паемых / Сб. тр. – Киев: Техника. 1994. – вып. 91. – С. 23 – 26.
5. Кучин А.С., Пиньковский Г.С. Анализ угловых параметров
процесса сдвижений в зоне отхода лавы от разрезной печи /
Кучин А.С.. Пиньковский Г.С. // Науковий вісник НГА
України. – № 7. – 2003. – С. 33 – 36.
6. Инструкция по наблюдениям за сдвижением земной поверх-
ности и подрабатываемыми сооружениями на угольных и
сланцевых месторождениях: Мин-во угольн. пром-ти СССР.–
М.: Недра. 1989. – 96 с.
7. Правила подработки зданий, сооружений и природных объек-
тов при добыче угля подземным способом / Отраслевой стан-
дарт. – К.: Мінпаливенерго України. 2004. – 127 с.
8. Балафин И.Е. Анализ угловых параметров сдвижения земной
поверхности на шахтах Западного Донбасса / И.Е. Балафин //
Науковий вісник НГУ. – 2010. – № 5. – С. 18 – 20.
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-99691 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1996-885X |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T16:39:10Z |
| publishDate | 2011 |
| publisher | Український науково-дослідницький і проектно-конструкторський інститут гірничої геології, геомеханіки і маркшейдерської справи НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Назаренко, В.А. Балафин, И.Е. 2016-05-02T10:24:41Z 2016-05-02T10:24:41Z 2011 Исследование зависимости граничных углов от мощности наносов и глубины разработки / В.А. Назаренко, И.Е. Балафин // Наукові праці УкрНДМІ НАН України. — 2011. — № 9, ч. 1. — С. 180-189. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. 1996-885X https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/99691 622.1:622.834 Виконано дослідження граничних кутів для умов шахт Західного Донбасу. Показано, що нормативні кутові параметри, які використовуються для прогнозу впливу гірничих розробок на земну поверхню, відрізняються від фактичних значень кутів, що визначені за даними натурних маркшейдерських спостережень на спостережних станціях. Встановлено залежності граничних кутів від глибини розробки і показано, що граничні кути мають унітарний характер. Boundary angles for conditions of mines in Western Donets Coal basin are analyzed. It is shown that standard angular parameters, which are employed to predict the impact of mine workings on the ground surface, differ from the actual angular values determined by data of field mine surveying at observation stations. Dependence of boundary angles on mining depth is determined and it is shown that boundary angles have unitary nature. ru Український науково-дослідницький і проектно-конструкторський інститут гірничої геології, геомеханіки і маркшейдерської справи НАН України Наукові праці УкрНДМІ НАН України Исследование зависимости граничных углов от мощности наносов и глубины разработки Article published earlier |
| spellingShingle | Исследование зависимости граничных углов от мощности наносов и глубины разработки Назаренко, В.А. Балафин, И.Е. |
| title | Исследование зависимости граничных углов от мощности наносов и глубины разработки |
| title_full | Исследование зависимости граничных углов от мощности наносов и глубины разработки |
| title_fullStr | Исследование зависимости граничных углов от мощности наносов и глубины разработки |
| title_full_unstemmed | Исследование зависимости граничных углов от мощности наносов и глубины разработки |
| title_short | Исследование зависимости граничных углов от мощности наносов и глубины разработки |
| title_sort | исследование зависимости граничных углов от мощности наносов и глубины разработки |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/99691 |
| work_keys_str_mv | AT nazarenkova issledovaniezavisimostigraničnyhuglovotmoŝnostinanosoviglubinyrazrabotki AT balafinie issledovaniezavisimostigraničnyhuglovotmoŝnostinanosoviglubinyrazrabotki |