Материал: Сдвижение горных пород и защита подрабатываемых сооружений

100

у

растающая к середине очистной выработки крутизна кривых зависимости оседания от времени на поперечном профиле (рис. 161) — здесь учтено, что для каждой точки имеет место различное конечное оседание. Следовательно, скорость оседания точки земной поверхности зависит не только от скорости подвигания очистных работ, но и от положения этой точки относительно очи­ стного забоя. Рассматриваемая точка в каждую единицу времени получает новый «импульс влияния», величина которого зависит от размеров очистной выработки, скорости подвигания забоя и положения данной точки относительно фронта горных работ, следствием чего является соответствующее изменение скорости оседания — его ускорение или замедление. Постепенное возрастание, а затем, наоборот, убывание этих «импульсов» выражается в ходе кривых зависимости оседания от времени.

Типовая кривая зависимости оседания от времени может быть выведена аналитически из к р и в о й о с е д а н и й в о в р е м е н и z (t), если исхо­ дить из предположения о ее применимости к любой части очистной выработки и к любой скорости подвигания очистных работ [318], что, как показывают последние наблюдения, справедливо только для условий первой подработки. При этом методе бесконечно малые составляющие dvz влияния выемки узких полос dx пласта на точку Р при помощи временного коэффициента z с учетом различной для каждой полосы продолжительности влияния t трансформи­ руются в величины dvzp>nn для промежуточных моментов времени, которые затем суммируются по всей площади очистной выработки, чтобы получить искомое значение оседания у2 дим т о ч к и Р для промежуточного момента вре­ мени. Так, например, отрабатываемая полоса dx, расположенная на расстоя­ нии х, при положении забоя i создает в точке Р некоторое оседание

площади полной подработки полосами на основе изменения наклонов иг и временного коэф­ фициента z (а) и схема, показывающая взаимосвязь оседания в точке Р, вызванного выемкой полосы 3—«?', с наклоном типовой кривой оседания в этом месте (б)

dvz, если элемент площади очистной выработки в виде полосы лежит на рас­ стоянии (i — х) позади забоя (рис. 162, а) и, в соответствии с этим, при годо­ вом подвигании очистных работ I (в метрах) за промежуток времени

-создает в точке Р промежуточное оседание

Поэтому кривая врехменного коэффициента на рис. 162 должна строиться влево от положения забоя i, чтобы по этой кривой z (t) можно было определить степень влияния для каждого предшествовавшего элемента очистной выра­ ботки. При этом оседание точки Р для промежуточного момента времени при •отработке всей площади составит

г= 0

Вэтом уравнении дифференциальное влияние duz выемки узких полос

на оседание точки Р заменено наклоном типовой кривой оседания vi (х) ^ = dvjdx в точке х вынимаемой полосы. Как известно, окончательное оседа­ ние uz точки Р земной поверхности при отработке площади полной подработки полосами от 1 до 5 возрастает в соответствии с типовой кривой оседания от О при положении забоя 1 до Vyh = аМ при положении забоя 5 (рис. 162, б).

О 1 Z 3 h- t,годы

Рис. 164.

Типовые кривые оседания при раз­ личной скорости подвпгашгя очист­ ных работ ("318]

Рис. 163.

Развитие во времени оседания точки земной поверхности при различной скорости подипганпя очистных работ [318]

Это, между прочим, используется также при расчете оседаний при помощи таблиц функции К г (см. подраздел 8.3.4). Приращение оседания dvz в точке Р , вызываемое бесконечно малым подвиганием очистного забоя на величину dx от положения 3 до положения 3', соответствует наклону vz (х) типовой кривой оседания над точкой х = 3, так что выемка узкой полосы dx в точке 3 сопровождается увеличением степени влияния dvz = v'z (х3). Произведение наклонов vz (х) на соответствующие значения временного коэффициента z (х) даст, в конце концов, некоторую кривую, огибающую заштрихованную на ри­ сунке площадь А , которая представляет собой искомое оседание точек г;гдин для промежуточного момента времени.

На рис. 163 показано такое графическое решение задачи для некоторой точки земной поверхности для различных годовых скоростей подвигания очист­ ных работ. По наклонам полученных типовых кривых зависимости оседания от времени можно видеть, что скорость оседания точки приблизительно пропорци­ ональна скорости подвигания очистных работ. Поэтому и значения временного коэффициента, полученные по данным наблюдений за оседанием земной поверхно­ сти над непрерывно отрабатываемой очистной выработкой, зависят от скорости подвигания очистных работ и от выбора величины участков очистной выработ­

жущимся добычным забоем, показанная на рис. 158, может быть получена при помощи описанного способа графически, путем набора большого числа точек профиля. На рис. 164 показано такое построение для одного положения очистного забоя и для различных скоростей его подвигания — от 0 до 27? в год, а на рис. 165 — для нескольких различных положений забоя, от х = 0,57? до х = 27?. Из рис. 164 можно видеть, что профиль мульды получается тем более пологим, чем быстрее ведутся горные работы, потому что в зависимости от скорости подвигания забоя данное его положение достигается раньше или, наоборот, позднее, так что, например, при большой скорости подвигания про-

Рис. 165.

Профили мульды сдвижения, построенные над очистной выработкой, непрерывно отраба­ тываемой до площади полной подработки:

I — земная поверхность; II — вторичное оседание; 1, 2, 3, 4 — кривые для моментов времени, соответ­ ствующих подвиганию очистного забоя на расстояние, равное соответственно 0,5 Л, 1 Л, 1,5 Л и 2Л; 5 — кри­ вая для конечной стадии процесса сдвижения

явление влияния очистных работ будет менее длительным, прогиб породных слоев небольшим и уплотнение закладки также незначительным.

Из рис. 165 можно видеть, что при неизменной скорости подвигания очист­ ных работ точка с наибольшим оседанием во всех промежуточных стадиях развития мульды сдвижения смещена относительно середины мульды влево, т. е. к исходному забою. При этом наклоны и кривизна ни в одной из промежу­ точных стадий не достигают таких величин, как в конечной стадии для соответ­ ствующего положения забоя, что весьма существенно для прогноза максималь­ ных наклонов, кривизны и горизонтальных деформаций. Кроме того, особо важное значение для ведения горных работ с наименьшим ущербом для подра­ батываемых сооружений имеет то обстоятельство, что форма правого (перед­ него) склона мульды остается неизменной и этот склон перемещается, подобно волне, следуя за движением очистного забоя, пока размер очистной выработки не достигнет такой величины, при которой в середине выемочного поля конвер­ генция примет наибольшее значение, приблизительно равное аМ. В примере, показанном на рис. 165, это произойдет при длине выемочного поля, равной 1,5Л (положение забоя 5).

В этой связи следует, однако, указать на особенности развития процесса сдвижения, рассмотренные в разделе 10.1, из-за которых указанные законо­ мерности, т. е. выполаживание следующего за забоем склона мульды при увели­ чении скорости подвигания очистных работ (см. рис. 164) и малые величины наклонов и кривизны для промежуточных форм мульды оседания (см. рис. 165) не должны распространяться ни на случай подработки трещиноватого пород­ ного массива при ведении горных работ на малых глубинах при наличии пре­ допределенных структурой массива поверхностей скольжения и незначитель­ ном вторичном оседании, ни на случай, когда при весьма большой скорости развития очистных работ оседание земной поверхности происходит не непре­ рывно, а периодически, с недельными интервалами. Все же для породного мас­ сива с преобладанием деформаций изгиба и с верхним слоем, сложенным сла­ быми породами, сохраняют силу выводы, сделанные на основе уравнения (334).

Рис. 166.

Схема к определению оседания для промежу­ точных стадий процесса сдвижения по расчетной

ния для временного ко­ эффициента, равного 0,4 при скорости подвигания забоя 1,35м/сут. (Кри­ вая замедления оседания строится по кривой из­ меренных оседаний в раз­ личные моменты времени путем переноса величин

Р и q):

е— коэффициент влияния

Впоследнее время к уже ранее исследованным закономерностям изменений скорости оседания добавилось новое понятие — замедление (запаздывание) оседания [50]. Это запаздывание dt для момента времени t представляет собой разность между величиной оседания точки на наблюдательной линии, вычис­ ленной для того или иного положения забоя при z = 1 (vz = аМе-1), которая должна была бы быть, если бы процесс оседания развивался без задержки (рис. 166), и динамическим значением оседания у2ДИ„, измеренным в соответ­ ствующей точке земной поверхности по достижении очистным забоем указан­

Для показанного на рис. 166 примера (Я =■ 525 м, скорость подвигания очистных работ 1,35 м/сут) максимум замедления оседания составляет около 38% того конечного значения VZKOHI которое устанавливается после отработки всей полосы площади полной подработки. Этот максимум достигается при положении забоя, для которого оседание, вычисленное при z = 1, составляет 75% конечного оседания. При выходе контуров очистной выработки за пределы круга площади полной подработки для данной точки земной поверхности фактическая величина оседания этой точки на 27,5% меньше вычисленного коне­ чного значения; для рассмотренного примера, взятого из практики горных работ в северной части Рурской области ФРГ, статическое вторичное оседание после прекращения очистных работ продолжается еще в течение двух с половиной лет. Динамическое остаточное оседание позади движущегося добычного забоя с учетом конечного состояния влияния горных работ етах длится примерно полтора года. В сильно подработанном породном массиве, а также при ведении горных работ на малых глубинах процесс незначительного вторичного оседания (5—10%) может закончиться уже через несколько месяцев.

Ход изменения во времени горизонтальных деформаций растяжения и сжа­ тия может быть установлен по форме профилей мульды сдвижения для