Сдвижение горных работ

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Исходные данные

1. Составление проекта наблюдательной станции

1.1 Типы наблюдаемых станций и требования к их закладке

1.2 Расчет длин профильных линий наблюдательной станции

1.3 Закладка наблюдательной станции

1.4 Методика производства наблюдений и обработка их результатов

2. Расчет сдвижений и деформаций земной поверхности

2.1Исходные параметры для расчета сдвижений и деформаций земной поверхности

2.2 Расчет сдвижений и деформаций земной поверхности в главных сечениях мульды

3. Построение предохранительных целиков

3.1 Построение предохранительного целика под здание

3.2 Построение предохранительного целика под железную дорогу

Вывод

Список используемой литературы

Исходные данные:

Бассейн	Карагандинский
Пласт К18	«Новый»
Нормальная мощность пласта, м	3,1
Угол падения пласта	31°
Азимут простирания	210°
Плотность угля, т/м3	1,43
Мощность наносов, м	40
Глубина залегания пласта, под т.А (до почвы), м	240
Размеры здания с центром в т.А, здание пятиэтажное, мхм	80х50
Угол простирания длинной стороны здания,	330°
Расстояние до магистральной ж/д от т.А на юго-запад (т.В), м	170
Ж\д до т.В проходит параллельно длинной стороне здания, ширина насыпи, м	25
От т.В на расстоянии 180 м начало кривой поворота: под углом радиус кривизны, м	30° 480
Размеры лавы по падению, м	160
Срок службы, месяцев	14
Скорость продвигания очистного забоя, м/мес	45

1. Составление проекта наблюдательной станции

Закладка наблюдательной станции и производство наблюдений производится по заранее составленному проекту.

Проект состоит из плана наблюдательной станции в масштабе 1:2000, геологических разрезов по профильным линиям и краткой пояснительной записки.

На плане наблюдательной станции должны быть показаны:

Рельеф земной поверхности;

Фактическое положение горных выработок;

Проектное положение горных выработок;

Поверхностные сооружения и предохранительные целики под охраняемыми объектами.

1.1 Типы наблюдаемых станций и требования к их закладке

Для определения характера и величин сдвижений и деформаций земной поверхности, сооружений и природных объектов закладываются наблюдательные станции, на которых проводятся систематические инструментальные наблюдения.

Наблюдательные станции закладываются на земной поверхности, в сооружениях и горных выработках в виде профильных линий, расположенных по простиранию и вкрест простирания пластов.

Различают следующие типы наблюдательных станций:

Долговременная станция - для определения основных параметров сдвижения при выемке одного или свиты пластов на нескольких горизонтах. Срок службы - не менее 3-5 лет.

Рядовая станция - для определения параметров сдвижения при выемке одного-двух пластов на одном горизонте. Срок службы - 1-3 года.

Кратковременная станция - закладывается при глубинах разработки не более 250 м с целью получения отдельных параметров процесса сдвижения (величин максимальных сдвижений и деформаций, скоростей сдвижений, углов сдвижения и др.). Срок службы - до 5 месяцев.

Специальная станция - закладывается с целью детального изучения отдельных вопросов, связанных со сдвижением горных пород и земной поверхности и защитой подрабатываемых сооружений.

Основные требования к закладке наблюдательных станций:

станция должна быть заложена до начала подработки выбранных участков с учетом развития горных работ;

закладываемая сеть реперов должна быть простой;

опорные пункты профильных линий должны располагаться вне зоны влияния горных работ;

реперы станции должны закладываться надежно, с учетом срока службы станции.

1.2 Расчет длин профильных линий наблюдательной станции

Для определения типа станции необходимо знать срок службы станции (Т):

где - время полных сдвижений, мес.

Тр - срок службы = 5+8=13 мес.

В нашем случае наблюдательная станция является рядовой, у которой срок службы 1-3 года. Рядовая станция служит для определения параметров сдвижения при выемке 1-2 пластов на одном горизонте.

Число профильных линий и расстояние между ними устанавливаем в зависимости от геологических условий, рельефа и ситуации местности. Как правило, число линий должно быть не менее трех; двух вкрест простирания и одной - по простиранию пластов. Крайние реперы с обоих концов профильных линий вкрест простирания должны находиться вне зоны сдвижения, по линии простирания вне этой зоны может находиться один из концов. По заданной глубине Н=160 м определяем расстояние между реперами, которое равно 15м.(табл.6.3) [1].

Длины профильных линий определяем графически на разрезах вкрест простирания и по простиранию пластов в масштабе 1:2000.

Построение разрезов осуществляется следующим образом:

Проводим горизонтальную линию - поверхность земли, от неё откладываем глубину разработки Н=160 м. От полученной точки откладываем угол падения пласта б=29° и проводим линию пласта. Далее показываем мощность пласта m=2,9 м. Теперь вправо и влево откладываем размер лавы Д=190 м. От границ предполагаемой очистной выработки по падению проводим под углами в-Д в, где в - угол сдвижения. Величина в принимается согласно «Правилам охраны…» по Карагандинскому бассейну. Значение Д в определяется по таблице 1.1 [1] в зависимости от угла падения пласта б. [2]

Таблица 1.1

б	0°	10°	20°	30°	40°	50°	60°	70°	80°
в	18°	17°	15°	13°	12°	11°	9°	7°	6°

Отсюда, в=70°-0,6б = 52°36'00"

Т.к б = 29°, то Д в=13,2° => в-Д в=39,4°. Проводим линию под этим углом до границы наносов. Далее из полученной точки до земной поверхности откладываем угол ц - угол сдвижения в наносах.

Теперь в сторону восстания пласта от почвы пласта откладываем угол

г-Дг=50°, г - угол сдвижения в толще каменноугольных пород. Далее от полученной точки до линии поверхности земли проводим линию под углом ц=45° [2].

После от точки почвы пласта откладываем в сторону падения угол и - угол максимального оседания, который определяется в зависимости от угла падения пласта.

Величина угла и для различных бассейнов определяется по эмпирическим формулам. На основании натуральных наблюдений для Карагандинского бассейна его величина может быть определена по таблице 1.2 в зависимости от угла падения пласта [1].

Таблица 1.2

б

0°

5°

10°

15°

20°

25°

30°

35°

40°

45°

50°

55°

60°

и

90°

89°

88°

86°

84°

82°

79°

75°

68°

60°

60°

52°

44°

Т.к. б=29°, и=80°. Проводим линию под углом и до земной поверхности, получаем точку О1. В ходе проведённых работ получаем точки В и С. От точки В на расстоянии 50м закладываем первый опорный репер, от точки С второй и третий, так же через 50м. Затем, от кровли пласта откладываем линию до границы наносов под углом д-Дд, где д - угол сдвижения в каменноугольных породах, д=70°, Дд=20°=> д-Дд=50°. Далее от полученной точки до линии поверхности земли проводим линию под углом ц=45°.

От точки К в сторону очистной выработки откладываем расстояния 1,75Нср = 280,00м - точка Д , 0,85Нср = 136,00м - точка О2. От точки О2 на расстоянии 50м точка О3.

Далее строим совмещённый план горных работ.

закладка наблюдаемый земной деформация

1.3 Закладка наблюдательной станции

На каждой профильной линии закладываются опорные и рабочие реперы. В дальнейшем измерения на наблюдательной станции производятся от опорных реперов.

Одновременно с закладкой наблюдательной станции закладывают исходные реперы, от которых определяется положение опорных реперов по высоте (до начала подработки профильной линии) и контролируется их неподвижность (в период подработки).

Исходные реперы закладываются (в количестве не менее трех) в местах, где обеспечивается их полная неподвижность на срок существования наблюдательной станции. Исходными реперами могут служить пункты маркшейдерско-геодезической сети, расположенные на неподработанной территории.

Разбивка наблюдательной станции производится инструментально. Места закладки реперов на профильных линиях отмечаются колышками; отклонение колышков от створа допускается не более 5 см.

Конструкция реперов и способы их закладки должны обеспечить:

- удобство производства наблюдений;

- прочную связь реперов с грунтом и неподверженность влиянию сезонного промерзания и оттаивания грунта;

- надёжную сохранность на весь период наблюдений;

- простоту конструкции и дешевизну изготовления.

1.4 Методика производства наблюдений и обработка их результатов

Нивелирование реперов всех наблюдательных станций (кроме специальных) производится замкнутыми ходами в одном направлении (когда с обоих концов профильной линии имеются опорные реперы), либо висячими ходами а прямом и обратном направлениях. Нивелирование выполняется методом из середины: максимальное расстояние до рейки - 50м, неравенство плеч - не более 2-3м.

Отсчеты на промежуточных и связующих точках берутся по средней нити по двум сторонам рейки. Расхождение в превышениях на станции, полученных по черной и красной сторонам рейки (либо при 2 ГИ) не должно быть более 3мм. Допустимая невязка хода - 15 , м.

Определение вертикальных сдвижений стенных и грунтовых реперов при исследовании взаимосвязи деформаций земной поверхности и подрабатываемых сооружений производится нивелированием IIIкласса (fh доп = 10, мм).

Расстояния между реперами измеряются обычно стальными компарированными рулетками на весу с постоянным натяжением (10 кг) и с измерением температуры на каждом интервале с точностью до 1.

Вынос центров скрытых реперов производится с помощью шнуровых отвесов ОЖ-3.

Измерение длин интервалов профильной линии производится в двух направлениях - прямом и обратном. Расхождение в длинах одного и того же интервала не должно превышать 2мм.

Начальное наблюдение состоит из двух серий, промежуток времени между которыми не должен превышать 5 суток.

2. Методы расчета сдвижений и деформаций земной поверхности

2.1 Исходные параметры для расчета сдвижений и деформаций земной поверхности

К параметрам процесса сдвижения земной поверхности, используемым при расчётах ожидаемых сдвижений и деформации земной поверхности относятся:

1) граничные углы в0, г0, д0;

2) угол максимального оседания и;

3) углы полных сдвижений ш1, ш2, ш3;

4) относительные величины сдвижений и .

Все эти данные берутся из «Правил охраны…» для Карагандинского бассейна [2].

2.2 Расчет сдвижений и деформаций земной поверхности в главных сечениях мульды

Определение величины максимального оседания.

Наиболее важное значение при расчётах имеет определение величины максимального оседания, так как по ней рассчитывают величины сдвижений и деформаций в мульде.

Согласно "Правилам охраны..." величина максимального оседания для всех угольных месторождений определяется по формуле:

,

где - относительная величина максимального оседания;

- вынимаемая мощность пласта (при закладке выработанного пространства - эффективная мощность);

- угол падения пласта;

N1, N2- коэффициенты, учитывающие степень подработанности толщи.

Для типовых условий Карагандинского бассейна: для неподработанной ранее толщи - ; для подработанной толщи - . Коэфиценты N1 и N2 определяются в зависимости от отношения размера выработки соответственно вкрест простирания (Д1) и по простиранию (Д2) пласта к средней глубины разработки (Н) по таблице 2.1.

Таблица 2.1 Коэффициенты и

	1,4	1,2	1,0	0,90	0,80	0,70	0,60	0,50	0,40	0,30
N1, N2	1,0	0,96	0,90	0,86	0,81	0,75	0,66	0,51	0,30	0,15

N1=0,96; N2=1.

Порядок расчёта ожидаемых величин сдвижений и деформаций земной поверхности по методу типовых кривых

Расчёты по методу типовых кривых ведутся по главным сечениям мульды на конечную стадию процесса сдвижения.

Исходные данные при расчётах снимают с плана горных работ и выбирают из "Правил охраны...".

Для удобства вычислений исходные данные заносятся в таблицу 2.2

Таблица 2.2

Пласт

Лава

m, м

H, м

Д1, м

б, град.

Д2, м

N1

N2

Угловые параметры

во

го

до

Ш1

Ш2

Ш3

и

К18

1

2,9

160

190

29°

675

0,96

1

48,4°

60°

60°

43,2°

68,8°

55°

79,6°

Находим величины вспомогательных показателей, необходимых для расчета, и сводим в таблице 2.3.

Таблица 2.3

Пласт, лава		Размеры полумульды	, 1*10-3	, 1*10-3
			по падению	по восстанию	по простиранию	по падению	по восстанию	по простиранию
		L1	L2	L3
К18	1,83	247,30	120,90	204,10	7,40	15,10	8,96	0,03	0,125	0,043

На основе величины максимального оседания и размеров полумульд производится расчёт сдвижений и деформаций земной поверхности в точках, кратных 0,1L. Расчёт ведётся отдельно для каждой полумульды.

Вычисления ведутся по следующим формулам.

Оседания земной поверхности в точках главных сечений мульды сдвижения определяются из выражения:

где - функция типовой кривой оседания, принимаемая в зависимости от коэффициентов и ;

- для точек, расположенных в главном сечении по простиранию пласта;

- для точек в полумульде по падению пласта;

- для точек в полумульде по восстанию пласта;

- расстояния от точки максимального оседания до рассматриваемой точки соответственно в полумульдах по простиранию, падению и восстанию. Наклоны в главных сечениях мульды определяются:

в полумульде по простиранию ;

в полумульде по падению ;

в полумульде по восстанию .

Кривизна в главных сечениях мульды определяются:

в полумульде по простиранию ;

в полумульде по падению ;

в полумульде по восстанию .

Значение типовых коэффициентов и определяются в зависимости от коэффициентов и при . При неполной подработке () кривизна в точке максимального оседания определяется по средней длине полумульды .

Горизонтальные сдвижения точек в главных сечениях мульды определяются:

в полумульде по простиранию ;

в полумульде по падению ;

в полумульде по восстанию .

Горизонтальные деформации в главных сечениях мульды определяются

в полумульде по простиранию ;

в полумульде по падению ;

в полумульде по восстанию .

Значения типовых коэффициентов и определяются в зависимости от коэффициента при , а и - зависимости от коэффициента и коэффициента , определяемого по формуле:

,

где - относительная величина максимального горизонтального сдвижения (для карагандинского бассейна );

- угол падения пласта;

- мощность наносов;

- мощность горизонтально залегающих () мезозойских отложе-ний;

- средняя глубина разработки.

При неполной подработке () горизонтальные деформации в точке максимального оседания определяются по средней длине полумульды :

Для удобства вычислений типовые коэффициенты для каждой расчётной выработки вносят в таблицу 2.4.

Таблица 2.4

Пласт, лава
		По линии вкрест простирания при	По простиранию при и
		по падению	по восстанию
0	0	0	0	0	0	0	3,27872	-1,88125	-1,88125	0	0
0,1	0,01	0,1725	0,20686	1,8275	2,4215	-0,3125	2,91909	-3,36875	-4,42686	0,19	2,1
0,2	0,05	0,49875	0,64834	4,4875	6,07563	-0,76125	2,28619	-5,5375	-8,01427	0,56	5,1
0,3	0,14	1,05562	1,45726	6,55562	9,98866	-1,37938	1,31840	-6,425	-10,9332	1,2	7,3
0,4	0,29	1,70187	2,55667	5,7	11,3120	-1,92938	-0,22359	-3,99375	-10,3388	1,89	5,7
0,5	0,5	2,0775	3,56624	1,26875	8,05161	-2,0775	-0,59155	1,26875	-5,55787	2,2	0
0,6	0,71	1,92937	4,07796	-3,99375	2,35130	-1,70188	-0,8455	5,7	0,08794	1,89	-5,7
0,7	0,86	1,37937	4,07715	-6,425	-1,90097	-1,05563	-0,64961	6,55625	3,08008	1,2	-7,3
0,8	0,95	0,76125	3,80711	-5,5375	-3,01698	-0,49875	-0,34916	4,4875	2,87139	0,56	-5,1
0,9	0,99	0,3125	3,54251	-3,36875	-2,35439	-0,1725	-0,13971	1,8375	1,25347	0,19	-2,1
1,0	1	0	3,27872	-1,88125	-1,88125	0	0	0	0	0	0

По полученным данным в выработанном масштабе последовательно (снизу вверх) строятся графики оседаний, наклонов, кривизны, горизонтальных сдвижений и относительных горизонтальных деформаций.

Все графики сдвижений и деформаций помещаются над вертикальным разрезом, на котором указывается стратиграфическая колонка, границы мульды, точки максимального оседания, расчётные точки полумульды, кратные 0.1L.

Масштабы графиков выбираются в зависимости от величины сдвижений и деформаций. Положительные величины сдвижений и деформаций (кроме оседаний) откладываются вверх, а оседания и отрицательные величины вниз от исходной горизонтальной линией графика.

3. Построение предохранительных целиков

3.1 Построение предохранительного целика под здание

Способ вертикальных разрезов

Сущность способа заключается в построении вертикальных разрезов по простиранию и вкрест простирания пласта (при построение целика под отдельное здание или сооружения).

При построении предохранительного целика под здание его границы на вертикальном разрезе определяются пересечением почвы пласта линиями, проведенными в наносах hн = 45 м через границы охраняемо площади под углами сдвижения ц = 45°, а затем в коренных породах под соответствующими углами сдвижения г = 70° и в = 52,36°.

С разреза вкрест простирания на разрез по простиранию проектируем верхнюю и нижнюю границы целика. Затем через границы охраняемой площади под соответствующими углами сдвижения ц = 45° и д = 70° проводят линии в наносах, продолжаем их в коренных породах. Между точками пресечения этих линий с проекцией верхней границы целика получают границу целика со стороны восстания пласта. Для получения нижней границы целика линии, проходящие под углом д = 70° в коренных породах, проводят до горизонта, расположенного от контакта коренных пород с вышележащими породами на расстоянии Нг по вертикали, и продолжают под углом 90° к горизонту до пересечения с проекцией нижней границы целика.

Значение Нг определяют по формуле

Нг - расстояние по вертикали от контакта коренных пород с вышележащими отложениями до проекции нижней границы целика. Нг=167,4м.

где Аг - коэффициент, определяемый из выражения

После чего путем проекции с вертикальных разрезов по простиранию и вкрест простирания пласта получаем вид сверху, с полностью построенным целиком трапецеидальной формы.

3.2 Построение предохранительного целика под железную дорогу

При построение целика под железную дорогу охраняемая площадь имеет форму полосы. Направление оси железной дороги характеризуется переменной величиной угла , представляющего собой острый угол между линией простирания пласта и соответствующей границы бермы.

На плане с нанесенными объектом и изогипсами пласта отложив берму строят контур охраняемой площадки. В характерных местах перпендикулярно к направлению объекта намечает направления I-I, П-П….. V-V, по которым строят вертикальные разрезы, и графически определяет величины углов .

Для точек пересечения перпендикуляров с границами охраняемого объекта измеряем углы 1=80?, 2=79?, 3=64?, 4=47?, 5=47?

Значение углов падения пласта на этих разрезах определяют по формуле

.

На разрезах показывают границы насыпи и охраняемой площади, линии контактов насосов, коренных пород, положение пласта. Границы предохранительного целика определяется линиями пересечения плоскостей, проведенных под углами сдвижения (=45- в насосах, и - в коренных породах) через границы охраняемой площади, с почвой пласта.

Углы сдвижения и в плоскости этих разрезов определяются по формулам:

;

; ; ;

где, и - углы сдвижения для данных горно-геологических условий.

Проекции точек пересечения граничных линий с плоскостью пласта с вертикальных разрезов переносят на план и, соединяя их, получают боковые границы предохранительного целика.

Вывод

В связи с высокой ценностью здания находящегося на территории шахтного поля, выбираем меру охраны - оставление предохранительного целика.

Список используемой литературы

1. «Сдвижение горных пород и земной поверхности под влиянием горных выработок» Поклад Г.Г. Караганда 1984 г

2. «Правила охраны сооружения и природных объектов от вредного влияния подземных горных разработок на угольных месторождениях» М: Недра 1981 г.

Размещено на Allbest.ru

...