WWW.DISUS.RU

БЕСПЛАТНАЯ НАУЧНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

 

Разработка методики определения мест и величин опасных деформаций при их дискретном распределении в зоне влияния горных работ

На правах рукописи

Гришин Александр Викторович

Разработка методики определения мест и величин опасных деформаций при их дискретном распределении в зоне влияния горных работ

Специальность 25.00.20 «Геомеханика, разрушение горных пород, рудничная аэрогазодинамика и горная теплофизика»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Москва 2007

Работа выполнена в Институте проблем комплексного освоения недр Российской академии наук

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Иофис Михаил Абрамович
Официальные оппоненты: доктор технических наук Бобин Вячеслав Александрович кандидат технических наук
Орлов Геннадий Васильевич
Ведущая организация: ОАО «НТЦ Промышленная безопасность»

Защита диссертации состоится 10 октября 2007 г. в 1030 часов на заседании диссертационного совета Д 002.074.02 при Институте проблем комплексного освоения недр РАН: 111020, Москва, Е-20, Крюковский тупик, 4.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института проблем комплексного освоения недр РАН.

Автореферат разослан «___» августа 2007 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Г.И. Богданов

Общая характеристика работы

Актуальность проблемы. На современном этапе развития горнодобывающая отрасль России претерпевает качественные изменения. Все чаще приходится сталкиваться с ведением работ по освоению месторождений полезных ископаемых на больших глубинах залегания, в сложных гидро- и горно-геологических условиях. Это связано с истощением запасов, расположенных на небольших глубинах залегания, в более простых и доступных для освоения местах.

Разработка месторождений на небольших глубинах залегания сопровождалась большими деформациями земной поверхности, вызываемыми ведением горных работ. Образующиеся общие деформации земной поверхности, нередко превышали критические значения. В этих условиях возникающие сосредоточенные деформации особенно не выделялись на общем фоне больших деформаций и поэтому, как правило, не учитывались.

Увеличение глубины ведения горных работ приводит к тому, что деформационное воздействие на земную поверхность снижается и на этом фоне сильнее выделяются сосредоточенные деформации, оказывающие основное негативное воздействие на защищаемые объекты. С увеличением глубины увеличиваются размеры мульды сдвижения, которые достигают нескольких сотен метров. В этих условиях при подработке застроенных территорий (городов, поселков, железных дорог и т.п.) становится экономически не выгодно применять меры защиты для всех объектов, попадающих в мульду сдвижений. В таких случаях меры защиты следует применять избирательно, только на тех участках зоны сдвижения, где ожидается концентрация деформаций.

Поэтому проблема определения мест концентрации деформаций и их величин в современных условиях освоения недр приобретает особую актуальность. Решение этой проблемы позволит повысить безопасность производства работ, обеспечить сохранность зданий и сооружений, попадающих в зону их влияния, снизить потери полезных ископаемых и затраты на конструктивно – строительные меры защиты.

Целью работы является разработка методики определения мест и величин опасных деформаций при их дискретном распределении в зоне влияния горных работ, обеспечивающей повышение безопасности горных работ и эксплуатации подрабатываемых объектов.

Идея работы заключается в уточнении ранее установленных и получении новых зависимостей геомеханических процессов, происходящих в массиве горных пород и на земной поверхности от влияющих факторов при дискретном характере их развития и разработке на этой основе методики определения мест и величин опасных деформаций в мульде сдвижения.

Методы исследований. При решении поставленных задач в работе применена комплексная методика исследования, включающая:

  • анализ и обобщение состояния изученности геомеханических процессов при неравномерном характере развития деформаций в различных условиях их образования, систематизация и классификация форм проявления сосредоточенных деформаций;
  • проведение лабораторных исследований развития геомеханических процессов на моделях блочной структуры;
  • систематизация многолетних натурных наблюдений за деформированием горных пород и земной поверхности при дискретном характере их развития, проведения собственных наблюдений на руднике АК «АЛРОСА» и их анализ;
  • теоретические исследования механизма концентрации деформаций в мульде сдвижения и установление зависимостей параметров и местоположения сосредоточенных деформаций от основных влияющих факторов.

Научные положения, выносимые на защиту



  1. Классификация форм проявления сосредоточенных деформаций, отражающая зависимость этих форм от условий их возникновения, позволяющая повысить надежность выполняемых расчетов и оперативность их использования в условиях дискретного характера деформирования пород.
  2. Методика определения оптимальных расстояний между реперами при дискретном характере развития геомеханических процессов, основанная на установленной зависимости величин этих расстояний от точности производства измерений современными методами и приборами, позволяющая при минимальной трудоемкости работ надежно фиксировать сосредоточенные деформации.
  3. Метод расчета деформаций, основанный на их зависимости от расстояния нейтральной оси до поверхности слоя и учитывающий, что положение нейтральной оси меняется от середины слоя (на стадии упругого деформирования) до его границы (на стадии разрушения), после чего слоистый массив приобретает блочную структуру, в которой деформационные процессы протекают дискретно.
  4. Геомеханический мониторинг, обеспечивающий своевременное обнаружение признаков, предшествующих возникновению опасных деформаций, и позволяющий оперативно применять необходимые профилактические и защитные меры.

Достоверность научных положений и выводов основана на использовании современных теоретических исследований, базирующихся на основных достижениях в области геомеханики, подтверждена лабораторными испытаниями на моделях блочной структуры, соответствием полученных результатов с данными натурных наблюдений в условиях неравномерного развития деформаций.

Научная новизна заключается в развитии представлений о механизме неравномерного деформирования массива горных пород и земной поверхности и разработке методов прогноза и контроля деформационных процессов при дискретном характере их развития, в том числе:

  • доказано, что образующиеся при подработке земной поверхности сосредоточенные деформации подразделяются на четыре класса, характеризующиеся свойственными только им особенностями. На основе систематизации этих особенностей составлена классификация, в качестве основного классификационного признака которой принята форма проявления сосредоточенных деформаций;
  • установлено, что величины измеренных сосредоточенных деформаций находятся в обратной (близкой к гиперболической) зависимости от длин интервалов между реперами, по которым производятся наблюдения в условиях дискретного характера развития деформаций, и показано, что оптимальное расстояние, позволяющее надежно фиксировать сосредоточенные деформации современными приборами и методами измерений, находится в пределах от 3 до 3,5 м;
  • теоретически установлено и экспериментально подтверждено, что характер развития деформационных процессов в породном массиве существенно зависит от стадии их развития. На первой стадии массив претерпевает упругие деформации, при которых нейтральная ось, характеризующая величину горизонтальных деформаций, расположена по середине слоя. С появлением первых трещин нейтральная ось перемещается от центра слоя к его границам. Когда трещины прорастают на всю глубину слоя, массив приобретает блочную структуру (стадия дискретных деформаций) и нейтральная ось перемещается на границы слоя.
  • созданы методические основы геомеханического мониторинга массива горных пород и земной поверхности при неравномерном развитии деформаций, заключающиеся в последовательном проведении измерений с различными интервалами между реперами и позволяющим получить наиболее достоверную информацию о деформационном состоянии объекта наблюдения при дискретном характере развития деформаций, а также повысить надежность проводимых наблюдений и снизить их трудоемкость.

Практическая ценность работы заключается в том, что разработанные основы прогноза и контроля изменения геомеханического состояния породного массива с учетом дискретного характера развития в нем деформаций, позволяют определить местоположение и параметры опасных зон, за счет чего повысить эффективность и безопасность ведения горных работ и уменьшить их негативное влияние на подрабатываемые объекты. С целью повышения эффективности учета и прогноза образования сосредоточенных деформаций при дискретном характере их развития, составлена классификация форм их проявления в зависимости от условий возникновения.





Реализация результатов работы. Основные результаты исследований закономерностей неравномерного деформирования массива пород, а также обоснование методов оценки, прогноза и контроля изменения геомеханического состояния массива при дискретном характере развития деформаций, использованы при составлении «Методических указаний по определению параметров опасных зон на горных предприятиях АК «АЛРОСА»», согласованных с Ростехнадзором и утвержденных АК «АЛРОСА».

Апробация работы. Основные научные положения и результаты исследований обсуждались на научных симпозиумах «Неделя горняка – 2005, 2006, 2007» (Москва МГГУ), на секционном заседании 2-й международной научной школы молодых ученых и специалистов «Проблемы освоения недр в XXI веке глазами молодых» (Москва ИПКОН РАН, 2005), на XV и XVI Международной научной школе им. академика С.А. Христиановича (Алушта, 2005, 2006).

Публикации Результаты исследований отражены в 7 опубликованных работах.

Структура и объем работы Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав и заключения, изложенных на 150 страницах машинописного текста, содержащих 45 рисунков, 4 таблицы, приложение, список используемой литературы из 110 наименований.

Основное содержание работы

Состояние изученности вопроса. Начальным этапом развития геомеханики являлось изучение закономерностей обрушения и оседания горных пород в выработках и на земной поверхности, на базе обобщения практического опыта ведения горных работ, а также визуальных и инструментальных наблюдений. Весомый вклад в изучение процессов сдвижения горных пород в этот период внесли такие известные исследователи как С.Г. Авершин, И.М. Бахурин, Д.А. Казаковский, И.А. Петухов, М.В. Коротков, И.А. Турчанинов, М.А. Иофис, А.Н. Медянцев и др.

С увеличением глубины горных работ, вовлечением в добычу новых месторождений полезных ископаемых все чаще стали встречаться явления, которые нельзя было объяснить с позиций существующих теорий и гипотез. Так, при подработке населенных пунктов на глубинах значительно превышающих безопасные, многие здания получали столь существенные повреждения, что не подлежали восстановлению. Но еще более поразительным было то, что ряд зданий, расположенных между разрушенными, не получил вообще никаких повреждений.

Такая картина повторялась неоднократно при подработке городов и поселков России и Украины. Разрушение зданий сопровождалось разрывами трубопроводов различного назначения. Обследование подработанных территорий и расположенных на них зданий и инженерных коммуникаций показало, что характер развития деформационных процессов происходит в этих условиях по иным, неизвестным ранее законам. Изучению деформационных процессов в сложных условиях освоения недр посвятили свои работы: В.И. Борщ-Компониец, М.А. Иофис, Н.С. Булычев, А.Г. Акимов, В.Н. Земисев, Ю.Б. Файнштейн, и др.

Основным методом изучения деформационных процессов и предотвращения аварийных ситуаций в условиях дискретного развития деформаций был и в значительной мере остается геомеханический мониторинг, научный фундамент которому заложил академик К.Н. Трубецкой. Взаимосвязь геомеханических, технологических и др. процессов изучали такие видные ученые, как Д.Р. Каплунов, И.И. Айнбиндер, В.А. Бобин, М.В. Рыльникова, В.Н. Попов, С.В. Кузнецов, А.Б. Макаров, В.Н. Гусев, И.В. Милетенко, Ю.А. Кашников, В.М. Гудков, Г.А. Катков, Г.В. Орлов, М.Е. Певзнер, В.И. Стрельцов, Ю.В. Посыльный, Л.А. Смирнов, и др. На основании проведенных исследований было установлено, что распределение деформаций в этих условиях носит явно неравномерный, дискретный характер, проявляющийся в образовании на земной поверхности сосредоточенных деформаций в виде трещин, уступов и ступеней в одних местах и разгрузке от деформаций в других, расположенных между местами их сосредоточения. Этот характер, обнаруженный вначале в Донецком бассейне, был подтвержден наблюдениями в других регионах и на других месторождениях, но со своими специфическими особенностями, установленными А.С. Ягуновым, В.П. Самариным, А.В. Загибаловым, М.А. Розенбаумом, М.Г. Мустафиным т.д.

Учитывая выше изложенное, можно сформулировать задачи диссертационной работы: составить классификацию форм проявления дискретности, объединив их в группы по наиболее характерным признакам; выбрать и обосновать оптимальное расстояние между реперами, при котором будет обеспечиваться получение необходимой информации о развитии деформационных процессов при минимальных трудовых и материальных затратах; провести лабораторные исследования на моделях с целью выявления закономерностей развития деформаций в массиве горных пород, имеющим блочную структуру; натурные наблюдения на руднике; разработать методику определения мест и величин опасных деформаций при их дискретном распределении в зоне влияния гонных работ.

Классификация геомеханических процессов при дискретном характере их развития. С целью установления особенностей образования сосредоточенных деформаций, вызванных ведением подземных горных работ, автором диссертации был выполнен анализ натурных наблюдений, проводимых различными исследователями, на месторождениях с разными горно-геологическими условиями. В результате были установлены четыре основные формы проявления сосредоточенных деформаций: уступы; ступени; трещины; провалы.

Показано, что каждая из форм проявления сосредоточенных деформаций имеет свои особенности, характерные для определенных условий разработки месторождений полезных ископаемых. Учитывая эти особенности, для правильного и своевременного учета дискретных проявлений геомеханических процессов составлена их классификация. В качестве основного классификационного признака принята форма проявления сосредоточенных деформаций. С этим признаком связанны также условия возникновения сосредоточенных деформаций и их характеристики.

Таблица – Классификация форм проявления сосредоточенных деформаций, возникающих в результате ведения горных работ

Класс Группа Характеристики Условия
возникновения
1. Уступы 1. В полумульде по падению. 1. В полумульде по восстанию. 1. В переходной зоне. Неравномерности вертикальных деформаций, основная особенность которых состоит в том, что их наклон противоположен общему наклону полумульды сдвижения. При разработке свит крутопадающих пластов, когда сдвигающие силы по контактам напластований больше удерживающих сил (сил трения и сцепления).
2. Ступени 1.Над тектоническим нарушением. 2. Над осевой поверхностью синклинальной складки. 3.Над контактом пород разной прочности. Неравномерности вертикальных деформаций, основная особенность которых состоит в том, что наклон ступеней совпадает с общим наклоном полумульды сдвижения. При подработке тектонических нарушений, в результате смещения лежачего бока относительно висячего; При подработке осевых поверхностей складок; В результате смещения пород разной прочности, в районе их контакта.
3. Трещины 3.1 Сквозные. 3.2 Фильтрующие. 3.3 Локальные. Нарушение сплошности горных пород, вызываемое неравномерностью горизонтальных деформаций. При развитии деформаций, превышающих предел прочности пород на растяжение.
4. Провалы 4.1 Над горизонтальными выработками. 4.2 Над вертикальными выработками. 4.3 Над наклонными выработками. Участок земной поверхности, подвергшийся обрушению под влиянием подземных горных работ. Когда эквивалентный пролет выработанного пространства, не поддерживаемый целиками, превышает предельный, а суммарная выемочная мощность залежей достаточно большая, и при малой глубине их залегания не происходит забутовка выработанного пространства обрушенными породами.

5. Комбинированные нарушения сплошности массива горных пород. 5.1 Уступы с трещинами. 5.2 Ступени с трещинами. 5.3 Провалы, окаймленные террасообразными трещинами. Различное сочетание перечисленных классов и групп дискретного проявления геомеханических процессов. При ведении горных работ в районах дискретного проявления геомеханических процессов.

Обоснование оптимального расстояния между реперами при исследовании дискретного характера развития деформаций. Поскольку массив горных пород разбит на отдельные микроплиты и блоки, ослаблен тектоническими нарушениями и другими аномалиями, деформации в зоне сдвижения распределяются неравномерно: в областях ослабления (на выходах тектонических нарушений, на контактах плит и блоков и т.п.) происходит концентрация деформаций, на остальных участках их уменьшение (по сравнению со средними значениями). Поэтому важной задачей является определение местоположения участков, на которых происходит концентрация деформаций, и величин этих деформаций. Задача усложняется тем, что традиционные методы геодезических и маркшейдерских наблюдений за сдвижением грунтовых реперов, расположенных на значительном расстоянии друг от друга (15,20 и более метров), не позволяют определить местоположение и параметры сосредоточенных деформаций, поскольку при этих методах происходит искусственное сглаживание фактического изменения профиля земной поверхности (рис. 1).

С другой стороны, увеличение количества реперов ведет к повышению объемов и стоимости работ, длительности наблюдений и, как следствие, снижению оперативности получаемой информации. При уменьшении расстояния между реперами происходит также увеличение относительной погрешности измерений. Для устранения указанных недостатков необходима специальная методика проведения инструментальных наблюдений и обработки их результатов с учетом особенностей развития деформационных процессов в рассматриваемых условиях.

Для определения степени сглаживания графика, где имеется уступ, установлена взаимосвязь между измеренными величинами наклонов и интервалом между реперами следующего вида:

(1)

где iизм - измеренный наклон земной поверхности на участке l, ay - высота уступа, а - поправка к расчетной величине уступа, за наклон смежных его сторон.

Из данного выражения вытекает вывод о том, что на участке земной поверхности, имеющем уступ, величины измеренных наклонов земной поверхности находятся в обратной (близкой к гиперболической) зависимости от длины интервалов, через которые производятся измерения.

По данным натурных измерений, произведенных на участках образования уступов, с различными интервалами между реперами (от 2 м и более), построены графики (рис. 2), подтверждающие указанную зависимость, между измеренным наклоном земной поверхности i и длиной интервала l. Эта зависимость получилась не строгой, т.к. процесс оседания поверхности происходит неравномерно, а также то, что при увеличении интервала между реперами в него могут попасть микроуступы. Для сравнения на рисунке приведена кривая, построенная по результатам аналитических расчетов, произведенных по выше указанной зависимости.

наблюдаемая зависимость
аналитическая зависимость

Рис. 2. Графики зависимости между наклоном земной поверхности i и длиной интервала l

По такой же схеме строится график зависимости горизонтальных деформаций от интервала между реперами.

Аналогичные зависимости имеют место и при возникновении на земной поверхности ступеней. Меняется лишь знак поправки а в уравнении (1).

Для определения значений а и ау были получены следующие зависимости:

(2)
(3)

где i1,i2 - изменение наклонов земной поверхности, полученное в результате измерений при интервалах l1,l2 между реперами соответственно.

Аналогичным путем выведена формула для определения изменения высоты ступени и наклонов смежных поверхностей.

При расчетах по этим формулам следует обращать особое внимание на знак изменения наклонов i1,i2, поскольку направление изменения наклона в районе уступа противоположно направлению изменения наклона земной поверхности между уступами.

Естественно, что при ас или ау равном нулю, концентрация деформаций отсутствует, т.е. изменение наклонов земной поверхности на участке измерений происходит равномерно.

В местах концентрации деформаций наблюдения следует проводить по более густой сети реперов.

Для установления оптимального расстояния между реперами, обеспечивающего возможность фиксирования дискретного характера деформирования и удовлетворяющего требованиям к точности наблюдений, была использована следующая зависимость:

(4)

где l – оптимальное расстояние между реперами; n - разность оседаний двух смежных реперов; dl – погрешность определения длины (dl = 0,001 м); dn – погрешность определения превышений (dn = 0,0015 м); – общая погрешность проводимых измерений, полученная экспериментальным путем и узаконенная в действующих нормативных документах ( = 0,5*10-3).

На основании данной зависимости установлено, что при дискретном характере развития деформаций расстояние между реперами, при котором сосредоточенные деформации определяются с наибольшей точностью, находится в пределах 3 – 3,5 метров.

Эти длины интервалов близки к тем длинам, по которым удалось установить дискретный характер развития деформаций пород экспериментальным путем.

Влияние дискретного характера развития деформационных процессов на параметры опасных зон. Характер развития деформаций в горном массиве при первичной и повторной подработке различен.

Результатом первичный подработки является то, что массив испытал некоторые преобразования и уже отличается от своего состояния до начала ведения горных работ.

При повторной подработке такого массива развитие деформаций в нем будет существенно отличаться от первичной подработки. Отличия будут состоять в следующем.

В результате прогиба слоя, имеющего блочную структуру, появляются растягивающие напряжения, местоположение их максимальных значений находятся на контактах блоков слоя, в то время как в самих блоках величины деформаций существенно снижаются, что является особенностью деформирования блочного массива. Еще одной особенностью развития деформаций в указанном массиве является то, что появление трещин зависит не от величины предела прочности на разрыв пород блоков, а от величины предела прочности на разрыв связующего материала, заполняющего контакты блоков. Поэтому применяемые в расчетах средние значения прочности пород ведут, нередко, к серьезным ошибкам с тяжелыми последствиями.

При дальнейшей подработке блочного массива местоположение трещин, как правило, не изменяется, а происходит лишь их увеличение в глубь подрабатываемого массива до полного его рассечения.

Принято считать, что величина Кн (расстояние от поверхности до нейтральной оси изгибающегося слоя) является постоянной величиной, равной половине мощности деформируемого слоя. Это утверждение справедливо для случаев, когда деформирование массива происходит баз потери сплошности.

Отличительной особенностью дискретного характера деформирования является то, что с прорастанием трещины в глубь массива, будет происходить отклонение нейтральной оси от середины слоя на величину равную половине мощности слоя, не подвергшегося разрывному нарушению h' (рис. 3). Это происходит из-за того, что часть слоя h' деформируется как при упругом деформировании (без нарушения целостности). При дальнейшем увеличении глубины трещины величина h' будет уменьшаться и соответственно будет сильнее отклонение нейтральной оси от середины слоя, а при проникновении трещины на всю мощность слоя, нейтральная ось будет находиться на контакте слоев, т.е. величина Кн в расчете будет равна h.

Для проверки выше изложенного вывода, был проведен эксперимент на модели из бетонных блоков. Цель эксперимента заключалась в установлении распределений деформаций в подрабатываемом блочном массиве, а также в установлении зависимости между величинами деформаций и прочностными свойствами связующего материала.

В процессе проведения эксперимента блочная модель подвергалась воздействиям, имитирующим в первом приближении, влияние, оказываемое горными работами на подрабатываемый массив. В ходе эксперимента пространство под блоками постепенно освобождалось, создавая подобие условиям проходки выработки в массиве горных пород. Для установления зависимости величины деформации от прочностных свойств связующего материала, во время эксперимента изменялся состав связующих смесей между бетонными блоками.

Эксперимент показал, что деформации, развивающиеся в блочном массиве, носят дискретный характер, сосредотачиваясь на контактах, а их значения существенно превышают величины деформаций получаемые при плавном развитии процесса.

В результате анализа значений деформаций на растяжение в кровле и почве моделируемого массива была отстроена линия нулевых деформаций. Чем ближе нейтральная линия подходит к границе слоя, тем глубже трещины проникают в слой (рис. 4).

Учитывая то, что изменение расстояния нейтральной оси от поверхности деформируемого слоя происходят в пределах от 0,5 h до h, ее местоположение в первом приближении можно определить по следующей зависимости:

(5)

где Кн – расстояние нейтральной оси от поверхности слоя; h – мощность деформируемого слоя; – фактические деформации слоя; кр – критические деформации; ( – кр) > 0 – показатель раскрытия трещины в деформируемом слое.

Механизм образования уступа заключается в том, что поверхности изгибающихся слоев деформируются неравномерно. Нижняя поверхность слоя 1 испытывает сжатия, вызывающее ее укорочение, а верхняя поверхность слоя 2 – растяжения, ведущее к ее удлинению, за счет чего на контакте этих слоев образуется наклонный уступ (рис. 5). Отсюда высоту уступа hу можно определить из выражения:

(6)

где - угол падения слоя, = Кн*i.

На основании совместного решения уравнений (5) и (6) получена следующая формула для определения высоты уступа, с учетом положения нейтральной оси в деформируемом слое:

(7)

Сравнение результатов расчета по формуле (7) с данными натурных наблюдений показано на рис. 6.

Отклонение измеренных величин от расчетных не превысило 20%, что соответствует принятой точности инженерных расчетов.

Контроль за развитием сосредоточенных деформаций, возникающих в породном массиве под влиянием горных работ. В подрабатываемом слое пробуривается горизонтальная скважина, в которой размещаются рабочие репера (рис. 7).

1 – отработанный и заложенный массив; 2 – вмещающие породы;
3 – скважина с реперами; 4 – рудный массив

Рис. 7. Схема наблюдательной станции

1 – прорезь для соединения репера с досыльником; 2 – визирная цель;
3 – усы из пружинной стали; 4 – корпус репера

Рис. 8. Рабочий репер

Реперы (рис. 8) устанавливаются в скважине с интервалом 3 м и каждый последующий репер разворачивается вокруг своей оси на 50 (рис. 9).


1 – репер; 2 – скважина; 3 – визирная цель

Рис. 9. Реперы установленные в скважине

После установки рабочих реперов в скважине производится съемка планово-высотных координат. Измерения реперов производятся при помощи электронного тахеометра.

В соответствии с изложенной методикой была заложена наблюдательная станция и проведены инструментальные наблюдения в горизонтальной скважине, пробуренной в исследуемом массиве рудника, подработанного нижележащими слоями. Поскольку по техническим причинам скважина была пробурена не на всю мощность месторождения (по горизонтали), и период наблюдений был ограничен, при анализе результатов наблюдений был использован ряд искусственных приемов, обоснованных предыдущими исследователями (Авершиным С.Г., Колбенковым С.П.).

Путем интегрирования скоростей оседания была определена его максимальная величина при закончившимся процессе сдвижения (рис. 10).

Анализ вертикальных смещений реперов показал, что максимальные оседания слоя под влиянием произведенных горных работ составило 0,4 м, что составляет примерно 65% от установленных ранее критических значений (кр=0,6 м), при которых нарушается сплошность горных пород и появляются сквозные секущие водопроводящие трещины.

Аналогичным путем определены горизонтальные деформации, накопившиеся в исследуемом слое на момент наблюдения. Растяжения, являющееся наиболее опасным видом деформаций, получились равными 3,510-3, что составляет 70 % от их критических значений (=510-3). Визуальными обследованиями состояния выработки в рассматриваемом слое обнаружено появление в боках и кровле выработки прерывистых микротрещин, что примерно соответствует полученным выше величинам деформаций (65-70 % от критических значений). Таким образом, результаты наблюдений и их обработка по изложенной методике подтвердили правомерность применения метода частотных (кратковременных) наблюдений для оценки и прогноза состояния массива горных пород в условиях, когда по объективным причинам не представляется возможность проведение длительных наблюдений.

Заключение

На основании выполненных автором исследований в диссертационной работе решена актуальная научная задача, состоящая в разработке методики определения мест и величин опасных деформаций при их дискретном распределении в зоне влияния горных работ, имеющая большое значение в повышении безопасности горных работ и эксплуатации подрабатываемых объектов. В результате выполнения данной работы уточнены методы расчета и контроля деформаций горных пород и земной поверхности, за счет учета неравномерного развития деформационных процессов, а также выявлены новые закономерности дискретного характера деформирования блочного массива пород. Основные выводы, научные и практические результаты работы заключаются в следующем:

    1. Установлено, что каждая из форм проявления сосредоточенных деформаций имеет свои особенности, характерные для определенных условий разработки месторождений полезных ископаемых. На основании этого составлена классификация сосредоточенных деформаций. В качестве основного классификационного признака принята форма их проявления.
    2. Показано, что выбор расстояния между реперами, по которым производится измерение, оказывает существенное влияние на сглаживание измеренных величин возникающих сосредоточенных деформаций. Установлено, что на участке возникновения сосредоточенных деформаций, величины измеренных наклонов земной поверхности находятся в обратной (близкой к гиперболической) зависимости от длины интервалов, через которые производятся измерения. На основании этого разработана методика определения мест возникновения сосредоточенных деформаций.
    3. Теоретически обоснованно и экспериментально подтверждено, что при плавном прогибе, без разрыва целостности слоя пород нейтральная ось находится по середине слоя. При появлении в деформируемом слое трещин, происходит ее отклонение от центра слоя к его границам. Получена зависимость между положением нейтральной оси в слое и показателем раскрытия трещин в этом слое. С учетом полученных результатов разработана методика определения величин опасных деформаций при их дискретном распределении в зоне влияния горных работ.
    4. Созданы методические основы геомеханического мониторинга массива горных пород и земной поверхности при неравномерном развитии деформаций, заключающиеся в последовательном проведении измерений с различными интервалами между реперами и позволяющие получить наиболее достоверную информацию о геомеханическом состоянии объекта наблюдения при дискретном характере развития деформаций, а также повысить надежность проводимых наблюдений и снизить их трудоемкость.
    5. Некоторые положения диссертации легли в основу разработанных «Методических указаний по определению параметров опасных зон на горных предприятиях АК «АЛРОСА», согласованных с Ростехнадзором и утвержденных АК «АЛРОСА».

Основные положения и содержание диссертационной работы отражены в следующих публикациях.

1. Иофис М.А., Гришин А.В. Природа и механизм образования сосредоточенных деформаций в мульде сдвижения // Горный информационно-аналитический бюллетень". – 2005. – № 7. – С. 82-86
2. Гришин А.В. Определение параметров сдвижения по результатам краткосрочных наблюдений // Горный информационно-аналитический бюллетень". – 2006. – № 10. – С. 144-147
3. Гришин А.В., Методика оценки состояния водоупорных слоев по данным частотных наблюдений // Маркшейдерский вестник". – 2006. – № 2. – С. 34-36
4. Иофис М.А. Гришин А.В. Геомеханический мониторинг при дискретном характере развития деформаций. // Деформирования и разрушение материалов с дефектами и динамические явления в горных породах и выработках: Матер. XV Меж. науч. школы. – Симферополь: Тавр. нац. ун-т, 2005. С.114-116.
5. Гришин А.В. К вопросу о проведении наблюдений за сдвижением толщи горных пород при разработке кимберлитовых месторождений. // Проблемы освоения недр в XXI веке – глазами молодых ученых. Матер. 2-ой Межд. науч. школы молодых ученых и специалистов. М.: ИПКОН РАН, 2005. С.42 – 44
6. Гришин А.В. Особенности изучения геомеханических процессов при комбинированной разработке крутопадающих месторождений. // Деформирования и разрушение материалов с дефектами и динамические явления в горных породах и выработках: Матер. XVI Межд. науч. школы. – Симферополь: Таврич. нац. ун-т, 2006. С.114 – 116.
7. Гришин А.В. Особенности измерения деформаций при дискретном характере их развития // Маркшейдерский вестник". – 2007. – № 2. – С. 43-45
8. Методические указания по определению параметров опасных зон на горных предприятиях АК «АЛРОСА» (в соавторстве). М.: ИПКОН РАН, 2007. – 41 с.


 





<


 
2013 www.disus.ru - «Бесплатная научная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.