кривые оседания во времени для точек земной поверхности становятся более крутыми, а абсолютные максимальные скорости оседаний увеличиваются (см. рис. 168);
склоны мульды сдвижения становятся более пологими и, следовательноу наклоны, кривизна и горизонтальные деформации для промежуточных стадий развития процесса сдвижения оказываются меньшими, чем при малой скорости подвигания, и для точек над движущимся (добычным) забоем эти параметры будут меньше, чем над краем мульды или над исходным забоем, а также меньше, чем конечные значения этих параметров для соответствующего положения за боя (см. рис. 158 и 165), если не принимать во внимание зону сжатия над сере диной очистной выработки.
2. При непрерывном ведении очистных работ с очень большой скоростью подвигания забоя процесс оседания в рабочие дни недели протекает замедленно, следствием чего является интенсивное вторичное оседание над только что отра ботанным участком выемочного поля и возникновение сравнительно крутого склона мульды над добычным забоем (см. рис. 169). Кроме того, при ведении горных работ в сильно подработанном породном массиве или на малых глубинах в трещиноватом массиве увеличение скорости подвигания очистных работ способ ствует развитию разрывных деформаций, вследствие чего сдвижение пород кон центрируется в средней части области влияния и образуются асимметричные мульды оседания с крутыми склонами (см. рис. 70). В этих случаях увеличение скорости подвигания очистных работ способствует усиленному деформирова нию земной поверхности на промежуточных стадиях процесса сдвижения.
3.С увеличением площади очистной выработки оседание точки земной поверхности возрастает до тех пор, пока эта площадь не достигнет площади полной подработки, после чего (при «сверхполной» подработке) оседание оста ется неизменным. В отличие от этого максимальные наклоны и горизонтальные сдвижения над контуром очистной выработки, растяжение и кривизна выпукло сти в зоне опорного давления, так же как и сжатие и кривизна вогнутости над очистной выработкой, возрастают только до достижения половины площади полной подработки относительно заданной точки земной поверхности, а затем при выемке площади полной или сверхполной подработки падают до нуля (см. рис. 86).
4.Как показывают исследования (см. рис. 163), временной коэффициент выражает изменение степени влияния участка выемочного поля, отрабатывае мого за некоторый определенный промежуток времени, например за квартал или за полугодие. Для упрощения принимается, что этот коэффициент имеет такую же величину и для других участков выемочного поля, отрабатываемых за тот же интервал (квартал или полугодие). Для заданных глубины разра ботки, способа закладки, жесткости породных слоев и степени подработанности горного массива временной коэффициент зависит от:
а) скорости подвигания очистных работ; б) выбранного единичного интервала времени;
в) положения рассматриваемой точки земной поверхности относительно выемочного поля и от
г) высоты очистной выработки (вынимаемой мощности).
Таким образом, временной коэффициент будет больше, если увеличиваются скорость подвигания горных работ и единичный интервал времени (продолжи тельность отработки единичной площади) и если точка, для которой опреде ляется временной коэффициент, лежит над центром очистной выработки, а вы нимаемая мощность невелика. Значения временного коэффициента для гори зонтальной и вертикальной составляющих сдвижения имеют сходный характер изменения, но не совпадают полностью (см. рис. 174 и 175).
5. При заданных скорости подвигания очистных работ и площади выемоч ного поля продолжительность процесса сдвижения точки земной поверхности тем больше, чем больше глубина разработки и изгибная жесткость породных слоев горного массива, а также чем больше разрыхлен закладочный или обру шенный материал и чем больше его пористость. Поэтому с увеличением глу бины разработки, изгибной жесткости пород и пористости закладки (обрушен ного материала) временной коэффициент, полученный для единичного интер вала времени и степени влияния участка выемочного поля в конце этого интер вала, должен уменьшаться. С ростом степени подработанности породного мас сива изгибная жесткость пород кровли уменьшается, интенсивность смещений -за счет скольжения породных блоков возрастает и склоны мульды становятся более крутыми, так что продолжительность процесса сдвижения в сильно подработанном массиве сокращается, что означает, что временной коэффициент возрастает.
10.4.
Исследования влияния фактора времени, проводившиеся в различных странах
Сведения об исследованиях развития процесса сдвижения во времени, прово дившихся за пределами ФРГ, основаны на данных опыта горных предприятий Великобритании, Голландии и ПНР.
В Великобритании для расчета оседаний на промежуточных стадиях процесса сдвижения пользуются диаграммами, построенными по данным наблю дений, проводившихся в большом числе угольных бассейнов страны. Из пока занной на рис. 177 кривой зависимости оседания от времени видно, что после удаления забоя от пункта наблюдения на расстояние, превышающее 0,7 # или 1Я, процесс оседания почти полностью заканчивается и остающееся оседа ние весьма мало — примерно 3% конечного значения. В момент непосредст венного прохождения забоя под точкой наблюдения ее оседание составляет 15,5% оседания при выемке площади полной подработки. Оседание, равное половине полного оседания, имеет место при удалении фронта очистных работ
от точки наблюдения на расстояние 0,23#, |
что |
при # = |
400 м составляет |
92 м. Способ закладки не оказывает заметного |
влияния |
на форму кривой |
|
оседания — при пневматической закладке |
кривая оказывается лишь незна |
||
чительно более пологой, чем при выемке с обрушением кровли и при частич ной выемке мощных пластов. Задержка развития процесса оседания может иметь место при оставлении угольных целиков шириной не менее 0,1# или околоштрековых бутовых полос, которые через несколько лет разрушаются. Продолжительность процесса оседания для точки земной поверхности, подра-
Рис. 177.
Зависимость оседания от времени (по данным глубины разработки от 300 до 600 м [276]
Рис. 178.
Номограмма, применяемая в Великобритании для определения диаметра круговой площади полной подработки 2R и продолжительности очистных работ t (или продолжительности процесса сдвижения, если не учитывать вторичное оседание после прекращения горных работ):
V — граничный |
угол; г — годовое |
подвигание забоя (в |
скобках — суточное \h— глубина разработки |
батываемой |
непрерывно |
подвигающимся |
забоем, имеющим длину более 2R r |
может быть определена по номограмме (рис. 178). Если известны продолжи тельность влияния, зависящая от глубины разработки, граничный угол и ско рость подвигания очистных работ, то масштаб горизонтальной оси на рис. 177 можно выразить не в отношениях г/Д, а в единицах времени [459].
Кроме того, проведенными в Великобритании наблюдениями было устано влено, что при некоторой определенной скорости подвигания очистных работ вторичное или остаточное оседание продолжается тем больше, чем больше глубина разработки (сравнить с рис. 172). Представляет интерес также сопо ставление динамического оседания земной поверхности v2 лнн в точке Р и кон вергенции в очистной выработке сдиН в точке Р г непосредственной кровли, лежащей под точкой Р (рис. 179). Следует учитывать то обстоятельство, что оседание точки Р г непосредственной кровли достигает своего конечного значе ния после прохождения этой точки забоем, т. е. заметно раньше, чем оседание точки Р земной поверхности, и что при меньшей глубине разработки кривая конвергенции получается более пологой, а оседание земной поверхности соот ветственно уменьшается. Крутизна кривой приращения оседаний точки зем ной поверхности увеличивается до тех пор, пока закладка на расстоянии от 0,37? до 0,47? позади забоя не достигнет достаточной несущей способности и сте пени уплотнения и, следовательно, пока не закончится процесс сдвижения
точки |
Р' непосредственной кровли [4601. |
На |
угольных шахтах Г о л л а н д и и проводились наблюдения за раз |
витием во времени процесса оседания точек земной поверхности над выемоч ными полями, отрабатываемыми с обрушением кровли и с закладкой выработан ного пространства. Результаты приведены на рис. 180. При этом толщина слоя
Рис. 179.
Изменение во времени оседаний точки Р земной поверхности и конвергенции точки Р' не посредственной кровли разрабатываемого пласта в зависимости от положения очистного забоя х и уплотнения закладки сплошная линия — глубина горных работ 600 м; штрихпунктнрная — 80 м
Рис. 180.
Зависимость оседаний от положения очпстпого забоя х при разработке угольного пласта на глубине 50 м с закладкой выработанного пространства или обрушением кровли (по дан ным наблюдений, проводившихся на шахтах Голландии):
1 — выемка с обрушением кровли; 2 — выемка с закладкой выработанного пространства
закладки составляла 2 м, а высота уплотненного до 0,95 м обрушенного мате риала в выработках, отрабатывавшихся с обрушением кровли, достигала 8 м, т. е. вынимаемая мощность была в 3—4 раза больше, чем при выемке с обруше нием кровли, следствием чего была высокая скорость конвергенции и образо вание воронкообразной мульды сдвижения. Для такой очистной выработки коэффициент оседания пород основной кровли составлял только 0,32 или 0,24 (см. рис. 7).
Более медленное развитие процесса оседания при выемке с закладкой выработанного пространства объясняется тем, что благодаря меньшей круп ности частиц закладочного материала закладка начинает поддерживать опу скающиеся породы кровли раньше, чем крупные глыбы пород обрушившейся непосредственной кровли, которые вследствие большой их пористости полу чают достаточную несущую способность только после того, как конвергенция достигнет более 50% своей полной величины. Такой ход развития процесса сдвижения, установленный для горных пород, проводившихся на малых глу бинах, подтверждается также данными наблюдений при большой глубине раз работки [61]. Таким образом, установлено, что при выемке полезного ископае мого с закладкой выработанного пространства во всех случаях уменьшаются наклоны, кривизна и горизонтальные деформации над добычным забоем на промежуточных стадиях развития процесса сдвижения и соответственно сни жаются затраты, связанные с компенсацией причиненного горными разработ ками ущерба.
О |
t |
0
'^Эин
Рис. 181.
Зависимость оседания точки земной поверхности от времени при условии, что скорость подвигания очистных работ настолько велика, что можно считать процесс отработки вы~ емочного поля мгновенным (штриховая линия — конечное оседание)
Рис. 182.
Взаимосвязь между временным коэффициентом z (сплошная кривая) и коэффициентом за медления d (штрнхпунктирная кривая)
В П о л ь ш е кривые зависимости оседания от времени также описыва ются посредством уравнений. Если исходить из предположений, что некоторое выемочное поле при бесконечно большой скорости подвигания очистных работ v = со может быть отработано за промежуток времени t = 0, то скорость осе дания над неизменной по площади очистной выработкой должна быть пропор
циональна разности между постоянной величиной |
конечного |
оседания vz КОн |
и динамическим оседанием у 2ДИ„ д л я определенного |
момента |
времени t, т. е . |
должна быть пропорциональна величине вторичного оседания |
[353]. Математи |
|
чески это выразится формулой |
|
|
|
|
(350) |
Учитывающий влияние фактора времени коэффициент с, изменяющийся от 0,3 до 2, зависит от механических свойств пород покрывающей толщи. Для принятого допущения о начале процесса оседания в момент времени t = О сразу же после мгновенной отработки выемочного поля может быть применено решение дифференциального уравнения
ДИН ---- У 2 К 0 н ( 1 |
е C t) |
(351) |
Входящая в это выражение показательная функция — так называемый фактор замедления d — с возрастанием времени t стремится к нулю, так что величина оседания точки земной поверхности над остановленным очистным забоем при уменьшающемся замедлении оседания будет с течением времени стремиться к своему конечному значению аМе (рис. 181). Скорость оседания в точке наблюдения, расположенной над остановленным забоем, также будет с течением времени уменьшаться, пока не станет равной пулю. Если сравнить