Практическое задание: Расчет ожидаемых сдвижений и деформаций земной поверхности при подработке
Расчет ожидаемых сдвижений и деформаций земной поверхности при подработке
Министерство образования и науки РФ
Федеральное агентство по образованию
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«ПЕРМСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ
ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Кафедра
разработки месторождений полезных ископаемых
Отчёт по практической работе № 1
по
теме: Расчёт ожидаемых сдвижений и деформаций земной поверхности при подработке
Выполнил: Бердникова А.В.
студентка гр. ФП-11
Проверил: Евсеев
А.В.
Теоретическая часть
Разработка пластов полезных ископаемых приводит к изменению напряженно деформированного состояния горных пород и их сдвижения в массиве на земной поверхности.
Зона сдвижения земной поверхности - участок земной поверхности, подвергшийся сдвижению под влиянием горных выработок.
Мульда сдвижения - участок земной поверхности, подвергшийся сдвижению под влиянием отдельной очистной выработки.
Оседание земной поверхности h (мм) - вертикальная составляющая векторов сдвижения точек в зоне (мульде) сдвижения.
Максимальное оседание - наибольшая вертикальная составляющая векторов сдвижения точек при закончившемся процессе сдвижения.
Углы полных сдвижений - внутренние относительно выработанного пространства углы, образованные на вертикальных разрезах по главным сечениям мульды плоскостью пласта и линиями, соединяющими границы выработки с границами плоского дна в главных сечениях мульды сдвижения.
Различают углы полныхсдвижений (рис. 1):
у нижней границы выработки - y1 (...°);
у верхней границы выработки -y2 (...°);
у границы выработки по простиранию - y3 (...°).
Угол максимального оседания q - угол со стороны падения пласта, образованный на вертикальном разрезе в главном сечении мульды вкрест простирания пласта горизонтальной линией и линией, соединяющей середину очистной выработки с точкой максимального оседания земной поверхности (см. рис. 1).
При определении границ зоны влияния подземных разработок по данным наблюдений приняты следующие значения деформаций земной поверхности при расстояниях между реперами 15-20 м:
наклоны i = 0,5×10-3, растяжение e = 0,5×10-3.
Границы зоны влияния подземных разработок определяются по граничным углам. Граничными углами называются внешние относительно выработанного пространства углы, образованные на вертикальных разрезах по главным сечениям мульды сдвижения горизонтальными линиями и линиями, последовательно проведенными в коренных породах, мезозойских отложениях и наносах, соединяющими границу очистной выработки с границей зоны влияния подземных разработок на земной поверхности.
Различают граничные углы:
а) в наносах (четвертичные и третичные горизонтально залегающие породы, не вмещающие разрабатываемые пласты) j0, которые принимаются одинаковыми во всех направлениях и учитываются при мощности наносов более 5 м;
б) в мезозойских отложениях на месторождениях палеозойского возраста - d0м; b0м; g0м;
в) в коренных породах, к которым относятся породы того же возраста, что и разрабатываемые угольные пласты - d0, b0, g0, b01; углами d0 и d0м определяются границы зоны влияния подземных разработок по простиранию пласта; углами b0; b0м; g0 и g0м - вкрест простирания пласта соответственно со стороны падения и восстания; углами b01 определяется граница зоны влияния в лежачем боку пласта при углах падения a больше предельных значений aп.
В пределах зоны влияния подземных разработок выделяют зону опасного влияния. Для определения границ зоны опасного влияния приняты следующие значения деформаций земной поверхности: наклон i = 4×10-3; кривизнаК = 0,2×10-3 1/м; растяжение e = 2×10-3 (при среднем интервале 15-20 м).
Границы зоны опасного влияния определяются углами сдвижения. Углами сдвижения называются внешние относительно выработанного пространства углы, образованные на вертикальных разрезах по главным сечениям мульды сдвижения при полной подработке горизонтальными линиями и линиями, последовательно проведенными в коренных породах, мезозойских отложениях и наносах, соединяющими границу выработки с границей зоны опасного влияния на земной поверхности.
Различают углы сдвижения:
а) в наносах - j (принимаются одинаковыми во всех направлениях при мощности наносов 5 м и более, при меньшей мощности углы сдвижения принимаются такими же, как и в подстилающих породах);
б) в мезозойских отложениях - dм, bм, gм;
в) в коренных породах - d,
b,
g,
b1.
Рис. 1. Параметры процесса сдвижения:
а - при наклонном залегании пласта; б - при
горизонтальном залегании пласта (по простиранию); в - при крутом залегании
пласта (a
≥ aпр);
1 - наносы; 2 - мезозойские отложения; 3 - коренные породы
Исходные данные
полезное ископаемое пласт
На поле действующей шахты Челябинского бассейна выбрана площадка для застройки жилыми зданиями. Под площадкой на глубине Н=140 м. залегает пласт мощностью m = 1,4 м. с углом падения α = 20̊. Размер лавы вкрест простирания Дв = 80 м. по простиранию Дп = 135 м. Мощность мезозойских отложений составляет 0м. Мощность наносов составляет h = 10 м. Скорость подвигания забоя 30 м/мес.
Определение основных параметров сдвижения для данных условий согласно «Правилам охраны сооружений и природных объектов от вредного влияния подземных горных выработок на угольных месторождениях», ВНИМИ, 1998 г.
Челябинский бассейн. При разработке одиночных пластов углы в толще каменноугольных пород принимаются равными:
. Угол d = 65°.
. Угол β при a = 20°, β = 65°-0,6a = 53°, b0 = b - 5°=48 ̊;
. Углы g при a = 20°, g = 65°. g0 = g - 5° = 60̊;
. Граничные углы в наносах j0 = 40°.
Углы максимального оседания q
и полныхсдвиженийy1 и y2
определяются по табл. Значение угла y3 = 60.
Углы q, y1 и y2, (...°)
|
a |
Без влияния смежных выработок |
Интерполяция для a=20° |
||||
|
|
q |
y1 |
y2 |
q |
y1 |
y2 |
|
0 |
90 |
60 |
60 |
|
|
|
|
10 |
84 |
57 |
63 |
78 |
54 |
67 |
|
30 |
72 |
52 |
71 |
|
|
|
Примечание. При промежуточных значениях a углы q, y1 и y2 определяются интерполяцией.
Максимальное оседание земной поверхности
определяется по формуле:
ηm = q0mcosαN1N2
где q0 - относительное максимальное оседание, определяемое для Челябинского бассейна (марка угля ОС);- вынимаемая мощность пласта, при работе с закладкой используется эффективная мощность;
a - угол падения пласта;и N2- коэффициенты, N1 - для точек главного сечения вкрест простирания пласта и N2 - для точек главного сечения по простиранию пласта
Дв/H = 135/140=0,96
Дп/H
= 80/140=0,57
Коэффициенты N1 и N2
|
D/Н |
≥ 1,1 |
1,0 |
0,8 |
0,6 |
0,5 |
0,4 |
0,3 |
0,2 |
≤ 0,1 |
|
N1 и N2 без влияния смежной выработки |
1,0 |
0,95 |
0,85 |
0,74 |
0,67 |
0,60 |
0,48 |
0,30 |
0,19 |
|
N1 и N2 с учетом смежной выработки |
1,0 |
1,0 |
0,90 |
0,79 |
0,72 |
0,62 |
0,50 |
0,32 |
0,20 |
N1 = 0,912 N2
=
0,703
Значения q0 и a0
|
Параметры |
Первичная подработка |
Повторная подработка |
|
q0 |
0,85 |
0,90 |
|
a0 |
0,35 |
0,35 |
hm = 0,85 · 1,4 ·0,9396 · 0,912 ·0,703=0,716
Оседание земной поверхности в точках главных
сечений мульды сдвижения определяется по формуле:
hxy=
hmS(z),
где S(z) - функция типовой кривой оседания, определяемая по таблице для соответствующих бассейнов (месторождений) в зависимости от коэффициентов N1 - для точек главного сечения вкрест простирания пластов и N2 - для точек главного сечения по простиранию пластов;x = x/L3 для точек, расположенных в главном сечении по простиранию пласта;
- для точек, расположенных в
главном сечении вкрест простирания пласта в полумульде по падению;
- для точек, расположенных и
главном сечении вкрест простирания пласта в полумульде по восстанию пласта;;
y1; y2 - расстояния от точки максимального оседания (начала координат) до
рассматриваемой точки, соответственно в полумульдах по простиранию, падению и
восстанию;
L1; L2; L3 - длины полумульд
|
z |
N = 1 |
N = 0,9 |
N = 0,8 |
N ≤ 0,7 |
||||||||
|
|
S(z) |
S¢(z) |
S²(z) |
S(z) |
S¢(z) |
S²(z) |
S(z) |
S¢(z) |
S²(z) |
S(z) |
S¢(z) |
S²(z) |
|
0 |
1,00 |
0,0 |
0,0 |
1,00 |
0,0 |
-6,0 |
1,00 |
0,0 |
-9,0 |
1,00 |
0,0 |
-9,0 |
|
0,1 |
0,95 |
0,9 |
-8,0 |
0,93 |
1,1 |
-8,8 |
0,91 |
1,2 |
-8,5 |
0,92 |
1,0 |
-8,5 |
|
0,2 |
0,83 |
1,6 |
-6,0 |
0,78 |
1,7 |
-4,5 |
0,76 |
1,7 |
-3,8 |
0,80 |
1,8 |
-6,0 |
|
0,3 |
0,65 |
2,1 |
-1,5 |
0,58 |
2,0 |
0,3 |
0,57 |
1,9 |
0,3 |
0,57 |
2,2 |
0,5 |
|
0,4 |
0,42 |
1,9 |
4,0 |
0,38 |
1,7 |
4,0 |
0,37 |
1,7 |
4,0 |
0,37 |
1,7 |
5,0 |
|
0,5 |
0,28 |
1,2 |
5,0 |
0,24 |
1,2 |
4,5 |
0,24 |
1,1 |
4,3 |
0,22 |
1,2 |
4,5 |
|
0,6 |
0,18 |
0,9 |
3,5 |
0,14 |
0,8 |
3,5 |
0,14 |
0,8 |
3,3 |
0,13 |
0,8 |
3,5 |
|
0,7 |
0,10 |
0,6 |
2,8 |
0,08 |
0,5 |
2,5 |
0,08 |
0,5 |
2,5 |
0,07 |
0,5 |
2,5 |
|
0,8 |
0,05 |
0,4 |
2,0 |
0,04 |
0,3 |
1,8 |
0,04 |
0,3 |
1,8 |
0,04 |
0,3 |
1,5 |
|
0,9 |
0,02 |
0,2 |
1,2 |
0,02 |
0,2 |
0,8 |
0,02 |
0,2 |
0,8 |
0,02 |
0,2 |
0,9 |
|
1,0 |
0,0 |
0,0 |
0,0 |
0,00 |
0,0 |
0,0 |
0,0 |
0,0 |
0,0 |
0,0 |
0,0 |
0,0 |
|
z |
0 |
0.1 |
0.2 |
0.3 |
0.4 |
0.5 |
0.6 |
0.7 |
0.8 |
0.9 |
1 |
|
S(z) |
1 |
0,91 |
0,76 |
0,57 |
0,37 |
0,24 |
0,14 |
0,08 |
0,04 |
0,02 |
0 |
|
hyx |
0,716 |
0,652 |
0,544 |
0,408 |
0,265 |
0,172 |
0,100 |
0,057 |
0,029 |
0,014 |
0,000 |
Наклоны - отношение разности оседания двух соседних точек мульды к расстоянию между ними (безразмерная величина 1*10-3)
Наклоны в главных сечениях мульды:
а) в полумульде по падению
;
б) в полумульде по восстанию
,
где S¢(z) - функция типовой кривой наклонов, определяемая по таблицам для соответствующих бассейнов (месторождений), в зависимости от коэффициентов N1 - для точек главного сечения вкрест простирания пласта и N2 - для точек главного сечения по простиранию пласта.; L2; L3 - длины полумульд= 147,2 м. L2 =145,23м
|
z |
0,0 |
0,1 |
0,2 |
0,3 |
0,4 |
0,5 |
0,6 |
0,7 |
0,8 |
0,9 |
1 |
|
S’(z) |
0,0 |
1,2 |
1,7 |
1,7 |
1,1 |
0,8 |
0,5 |
0,3 |
0,2 |
0,0 |
|
|
i1 |
0.00 |
5.84 |
8.27 |
9.24 |
8.27 |
5.35 |
3.89 |
2.43 |
1.46 |
0.97 |
0.00 |
|
i2 |
0.00 |
-5.92 |
-8.38 |
-9.37 |
-8.38 |
-5.42 |
-3.94 |
-2.47 |
-1.48 |
-0.99 |
0.00 |
График распределения наклонов
Кривизна в главных сечениях мульды при a ≤ 45° определяется по формулам:
а) по простиранию
;
б) в полумульде по падению
;
|
z |
0,0 |
0,1 |
0,2 |
0,3 |
0,4 |
0,5 |
0,6 |
0,7 |
0,8 |
0,9 |
1 |
|
Sʹʹ(z) |
-9 |
-8,5 |
-3,8 |
0,3 |
4 |
4,3 |
3,3 |
2,5 |
1,8 |
0,8 |
0 |
|
|
-0.297 |
-0.281 |
-0.126 |
0.010 |
0.132 |
0.142 |
0.109 |
0.083 |
0.059 |
0.026 |
0.000 |
График распределения кривизны
Горизонтальные сдвижения в точках главных сечений мульды:
а) в полумульде по падению
;
б) в полумульде по восстанию
.
ЗначениеВ определяется по формуле:
,
В = 0,832
где a0 - относительное максимальное горизонтальное сдвижение, определяемое по разделу 7 = 0,35;
a - угол падения пласта = 20;ср - средняя глубина разработки =140 м;- мощность наносов = 10;м - мощность горизонтально залегающих (a ≤ 5°) мезозойских отложений, =0 м.
Значения функции S(zх) определяются
по таблицам для соответствующих бассейнов (месторождений) в зависимости от
коэффициента N2, а значения функций
; 
; 
; 
определяются по таблицам для
соответствующих бассейнов (месторождений) в зависимости от коэффициента N1.
График распределения горизонтальный
сдвижений
Горизонтальные деформации в точках главных сечений мульды:
а) в полумульде по падению
б) в полумульде по восстанию
Значения функций S²(zх) и S¢(zх) определяются по таблицам 17-23 для соответствующих бассейнов (месторождений) в зависимости от коэффициента N2; значения функций S²(zу) и S¢(zу) определяются по таблицам 17-23 для соответствующих бассейнов (месторождений) в зависимости от коэффициента N1.