Расчет ожидаемых сдвижений и деформаций земной поверхности при подработке

Размещено на http://www.allbest.ru/

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 (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 - 1 (...);

- у верхней границы выработки -2 (...);

- у границы выработки по простиранию - 3 (...).

Угол максимального оседания - 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 = 0,510-3, растяжение = 0,510-3.

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) 0, которые принимаются одинаковыми во всех направлениях и учитываются при мощности наносов более 5 м;

б) в мезозойских отложениях на месторождениях палеозойского возраста - 0м; 0м; 0м;

в) в коренных породах, к которым относятся породы того же возраста, что и разрабатываемые угольные пласты - 0, 0, 0, 01; углами 0 и 0м определяются границы зоны влияния подземных разработок по простиранию пласта; углами 0; 0м; 0 и 0м - вкрест простирания пласта соответственно со стороны падения и восстания; углами 01 определяется граница зоны влияния в лежачем боку пласта при углах падения больше предельных значений п.

В пределах зоны влияния подземных разработок выделяют зону опасного влияния. Для определения границ зоны опасного влияния приняты следующие значения деформаций земной поверхности: наклон i = 410-3; кривизнаК = 0,210-3 1/м; растяжение = 210-3 (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 - (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 - м, м, м;

в) в коренных породах - , , , 1.

Рис. 1. Параметры процесса сдвижения:

а - при наклонном залегании пласта; б - при горизонтальном залегании пласта (по простиранию); в - при крутом залегании пласта ( ? пр); 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 б = 20?. 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:

1. Угол = 65.

2. Угол в при = 20, в = 65-0,6 = 53, 0 = - 5=48 ?;

3. Углы при = 20, = 65. 0 = - 5 = 60?;

4. Граничные углы в наносах 0 = 40.

Углы максимального оседания и полныхсдвижений1 и 2 определяются по табл. Значение угла 3 = 60.

Углы , 1 и 2, (...)

	Без влияния смежных выработок	Интерполяция для =20
		1	2		1	2
0	90	60	60
10	84	57	63	78	54	67
30	72	52	71

Примечание. При промежуточных значениях углы , 1 и 2 определяются интерполяцией.

Максимальное оседание земной поверхности определяется по формуле:

зm = q0mcosбN1N2

где q0 - относительное максимальное оседание, определяемое для Челябинского бассейна (марка угля ОС);

m - вынимаемая мощность пласта, при работе с закладкой используется эффективная мощность;

- угол падения пласта;

N1 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

m = 0,85 · 1,4 ·0,9396 · 0,912 ·0,703=0,716

Оседание земной поверхности в точках главных сечений мульды сдвижения определяется по формуле:

xy= mS(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;

zx = 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;

x; 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)	S(z)	S(z)	S(z)	S(z)	S(z)	S(z)	S(z)	S(z)	S(z)	S(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
	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.

L1; L2; L3 - длины полумульд

L1= 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	1,9	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 ? 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
S??(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 0 - относительное максимальное горизонтальное сдвижение, определяемое по разделу 7 = 0,35;

- угол падения пласта = 20;

Hср - средняя глубина разработки =140 м;

h - мощность наносов = 10;

hм - мощность горизонтально залегающих ( ? 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 S(zх) и S(zх) определяются по таблицам 17-23 для соответствующих бассейнов (месторождений) в зависимости от коэффициента N2; значения функций S(zу) и S(zу) определяются по таблицам 17-23 для соответствующих бассейнов (месторождений) в зависимости от коэффициента N1.

Промежуточные значения функций S(z), S(z) и S(z), в таблицах 17-23, определяются интерполяцией.

График распределения горизонтальных деформаций

z	N ? 0,7	Сдвижения	Деформации
	S(z)	S?(z)	S?(z)	з	о (по пад)	о (по восс)	ж(по пад) * 10 -3	ж(по восс)* 10 -3
0	1	0	-9	0.716	0.208499	-0.2084992	-7.661005435	-7.76492460
0.1	0.91	1.2	-8.5	0.651	0.340094	-0.3400942	-5.535672283	-5.61076196
0.2	0.76	1.7	-3.8	0.543	0.371469	-0.3714693	-0.826707609	-0.83792164
0.3	0.57	1.9	0.3	0.407	0.356915	-0.3569145	2.946592935	2.986562556
0.4	0.37	1.7	4	0.264	0.290155	-0.2901547	5.812830435	5.891679681
0.5	0.24	1.1	4.3	0.171	0.18787	-0.1878698	5.218336413	5.289121531
0.6	0.14	0.8	3.3	0.1368	0.12943	-0.1294298	3.942183152	3.995657646
0.7	0.08	0.5	2.5	0.078	0.07933	-0.0793299	2.836274457	2.874747642
0.8	0.04	0.3	1.8	0.039	0.04593	-0.0459299	1.957131522	1.983679405
0.9	0.02	0.2	0.8	0.0195	0.02923	-0.0292299	0.964265217	0.977345177
1	0	0	0	0	0	0	0	0

Вывод: Мульда имеет чашеобразную форму, максимальное оседание 0,716 м. Длина полумульд 147,2 м и 145,23м.

Размещено на Allbest.ru