Сдвижение горных пород при подработке сооружений

 

 

сОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 3

1. СОСТАВЛЕНИЕ ПРОЕКТА НАБЛЮДАТЕЛЬНОЙ СТАНЦИИ. 4

1.1.ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПРОЦЕССЕ СДВИЖЕНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД И ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ 5

1.2. ЦЕЛЬ И МЕСТО ЗАКЛАДКИ НАБЛЮДАТЕЛЬНОЙ СТАНЦИИ. 7

ГОРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ ПОДРАБОТКИ. 7

1.3. РАСЧЕТ ДЛИН ПРОФИЛЬНЫХ ЛИНИЙ НАБЛЮДАТЕЛЬНОЙ СТАН 9

ЦИИ. 9

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Целью данного  курсового проекта является оценка возможных последствий подработки сооружений и правильное назначение  мер охраны от вредного влияния подземных  горных разработок в конкретных горно-геологических  условиях.

В данном курсовом проекте спроектирована станция  для наблюдения за сдвижением земной поверхности, определена методика закладки наблюдательной станции и производства наблюдений, а также обработки  результатов этих наблюдений. Произведены  расчеты величин сдвижений и  деформаций земной поверхности методом  типовых кривых в главных точках мульды. Рассмотрены возможные последствия  подработки пятиэтажного здания и магистральной  железной дороги, назначены меры их охраны от вредного влияния подземных  горных выработок в конкретных горно-геологических  условиях.

При разработке проекта использовалась нормативная, справочная, научно-техническая литература, таблицы и графики. Расчеты выполнялись  на микрокалькуляторе фирмы “proff” и персональном компьютере “Pentium(R) Dual-Core CPU”.

Исходными данными для проектирования являются горнотехнические условия, характеристика охраняемых сооружений и их расположение относительно друг друга и относительно залегания полезного ископаемого.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. СОСТАВЛЕНИЕ ПРОЕКТА НАБЛЮДАТЕЛЬНОЙ СТАНЦИИ.

1.1.ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПРОЦЕССЕ  СДВИЖЕНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД И ЗЕМНОЙ  ПОВЕРХНОСТИ

 

Проведение  горных выработок влечет за собой  изменение естественного напряженного состояния массива горной породы, вызывает деформации и перемещения  их в сторону выработанного пространства, что и обуславливает возникновение  и развитие процесса сдвижения.

Производство  горных работ под сооружениями и  другими объектами называется подработкой. Она может вызвать повреждения или разрушение объектов. Подработка водоёмов ведёт к усилению потока воды в горные выработки и их подтопление. Во избежание вредных последствий подработки под сооружениями и природными объектами зачастую приходится оставлять предохранительные целики, что ведёт к увеличению потерь полезного ископаемого в недрах. Для снижения влияния подработки применяют специальные мероприятия:

- горнотехнические мероприятия связанные с рациональным планированием горных работ;

- конструктивные (строительные), которые делают сооружения менее восприимчивыми к деформациям земной поверхности.

Сдвижение подработанной толщи горных пород  является сложным процессом и  проявляется в совокупности различных  форм:

- плавное  опускание слоёв пород под  действием собственного веса  с прогибом слоёв;

- оседание  толщи пород вследствие сжатия  слоёв под действием опорного  давления;

- сдвиг пород  по плоскостям напластования;

- обрушение  пород непосредственной кровли  пласта.

Сочетание форм сдвижения и изменения толщи  в процессе её подработки называется  характером сдвижения горных работ.

 Характер  сдвижения горных пород зависит  от сочетания различных горно-геологических  факторов, каждый из которых в  определённых условиях может  оказать решающее влияние на  возникновение и развитие тех  или иных форм сдвижения. 

Процесс сдвижения горных пород начинается с прогиба слоёв непосредственно  над выработкой и сопровождается вывалами из кровли - начальная стадия процесса.

Промежуточная стадия - последовательное отделение нижележащих слоёв от вышележащих и прогиба их по нормали к пластованию.

Конечная  стадия - по мере подвигания забоя лавы в движение приходят всё новые участки подработанной толщи, и при определённых размерах выработанного пространства, процесс сдвижения может достигнуть земной поверхности.

По характеру  деформирования пород в подработанной  толще при закончившемся процессе сдвижения могут быть выделены по высоте три зоны, характеризующиеся  разной степенью нарушенности горных пород (рис.1).

1 – Зона  обрушения, в которой часть  подработанной толщи превращается  в несвязную массу разрыхленных  обрушенных пород; высота этой  зоны не превышает 3…5m, где m -  вынимаемая мощность пласта;

2 – Зона  трещин, в которой сохраняется  строение и слоистость пород,  но нарушается их сплошность, высота зоны составляет 30…35m;

3 – Зона  прогибов без разрывов, где сохраняется  строение, слоистость и сплошность  пород.

 

Рисунок 1- Схема деформирования подработанного массива горных пород.

 

В зависимости  от горно-геологических условий  залегания пластов и горнотехнических условий отработки, некоторые из перечисленных зон могут отсутствовать.

Горные  породы до проведения в них выработок  находятся в естественном напряжённом  состоянии всестороннего сжатия. Проведение выработки в горном массиве  сопровождается перераспределением напряжений. В результате чего в окрестностях выработки образуются зоны (рис.2.) повышенного (опорного) и пониженного давления (разгрузки).

Зоны  опорного давления и зоны разгрузки  возникают из-за зависания слоёв  горных пород над выработкой и  передачи части веса зависших слоёв  пород на неподработанный массив. Целики породы, окружающие очистную выработку, а так же толща пород над  и под целиками оказываются  в  условиях повышенного давления, вследствие которого пласт и слои горных пород  сжимаются, а при наличии слабых пород, выдавливаются в сторону  выработки.

Над серединой  выработанного пространства (за пределами  зоны обрушений) сдвижение горных пород  происходит в направлении, близком  к нормали к напластованию. Это  позволяет выделить в подработанной  толще область полных нормальных сдвижений и область изгиба пород.

В породах, примыкающих к земной поверхности, возникают области растяжений(+) и области сжатий(-).

 

Рисунок 2- Схема изменения напряженного состояния подработанного массива   горных пород: 3Р – зона разгрузки; 3ОД – зона опорного давления.

1.2. ЦЕЛЬ И МЕСТО ЗАКЛАДКИ НАБЛЮДАТЕЛЬНОЙ  СТАНЦИИ.

ГОРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ ПОДРАБОТКИ.

Для глубокого  и всестороннего изучения процесса сдвижения горных пород и земной поверхности необходимо применение комплексного метода исследования, включающего  в себя три основных направления:

- натурные  инструментальные наблюдения;

- лабораторные  исследования;

- теоретические  исследования.

Натурные  инструментальные наблюдения состоят в закладке на подрабатываемой территории специальных реперов и определении с помощью маркшейдерско-геодезических наблюдений их положения в пространстве до подработки, в процессе подработки, и после окончания процесса подработки. Данный метод является наиболее надёжным и объективным, но требует выполнения трудоемких и длительных наблюдений.

Для комплексного изучения закономерностей деформирования отдельных слоёв и всей подработанной  толщи, наблюдения проводятся так же в горных выработках и специальных  скважинах, расположенных в пределах области предполагаемых сдвижений. Сдвижение толщи изучают по сведениям  глубинных реперов с механической связью. Применяются так же радиоактивные  глубинные реперы, радиографические приборы.

К лабораторным методам исследования относят:

- моделирование  на оптически активных материалах;

- моделирование  на эквивалентных материалах;

- центробежное  моделирование.

Достоинством  метода моделирования на эквивалентных  материалах является значительно меньшая  по сравнению с натурными наблюдениями трудоемкость работ и возможность  более широкого варьирования горно-геологическими параметрами. Недостатком метода является трудность достижения подобия натуре ввиду использования преимущественно  плоских моделей и т.д. Данный метод позволяет получить в основном качественные характеристики и зависимости.

Моделирование на оптически активных материалах применяется  в основном при исследованиях  закономерностей распределения  напряжений в породах в окрестности  горных выработок.

Теоретические исследования ведутся в двух направлениях:

- фундаментальные  исследования, основанные на попытках  применения различных теорий  и положений физико-математических  наук для описания НДС подрабатываемого  массива;

- разработка  на основе данных инструментальных  наблюдений частных методик расчетов  сдвижений и деформаций земной  поверхности.

Недостатком этого направления является необходимость  проведения в больших масштабах  натурных наблюдений.

Для определения  характера, величин сдвижений и  деформаций земной поверхности, сооружений и природных объектов закладываются  специальные наблюдательные станции, на которых проводят наблюдения. Выделяют следующие виды 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 или двух пластов на одном горизонте (срок службы 1-3 года);

- кратковременная станция - закладывается при глубинах разработки не более 250 метров с целью изучения отдельных параметров сдвижения (срок службы до 5 месяцев);

- специальная  станция - закладывается с целью детального изучения отдельных вопросов, связанных со сдвижением горных пород и земной поверхности.

Закладка наблюдательной станции  и производство наблюдений осуществляется по заранее составленному проекту. Проект закладки составляется в соответствии с «Инструкцией по производству маркшейдерских работ» и «Инструкцией по наблюдениям  за сдвижением горных пород и земной поверхности при подземной разработке рудных месторождений». Особое значение имеют так же горно-геологические  условия. Согласно инструкциям проект должен содержать план наблюдательной станции в масштабе 1:1000 или 1:2000, геологические  разрезы по профильным линиям и краткую  пояснительную записку. Геологические  разрезы по профильным линиям составляются в масштабе плана. Проектируется наблюдательная станция, состоящая из трёх профильных линий: две вкрест простирания и одна по простиранию пласта. При закладке станции должны соблюдаться следующие требования:

- станция закладывается до начала  подработки выработанного пространства;

- опорные пункты  профильных  линий должны находиться за  пределами зоны влияния горных  работ;

- закладываемая сеть реперов  должна быть простой.

В данном курсовом проекте целью закладки долговременной наблюдательной станции  является изучение процесса сдвижения  с учетом следующих горно-геологических  условий:

- нормальная  мощность пласта - 1,65 м;

- угол падения  пласта – 20 град.;

- мощность  наносов – 1.7 м;

- глубина  залегания пластов под точкой  А (до почвы) – 150 м;

- размер  лавы по падению – 180 м.

1.3. РАСЧЕТ ДЛИН ПРОФИЛЬНЫХ ЛИНИЙ  НАБЛЮДАТЕЛЬНОЙ СТАН

ЦИИ.

 

Размеры наблюдательной станции определяются числом профильных линий и их длиной. Число профильных линий и расстояние между ними устанавливают в зависимости от геологических условий, рельефа и ситуации местности. Длины профильных линий определяем графически на разрезах вкрест простирания и по простиранию.

Рисунок 3 – Определение  длины профильной линии  вкрест простирания  пласта.

Длина профильной линии на разрезе  вкрест простирания пласта находится  следующим образом:

От границы предполагаемой очистной выработки (рис. 3) проводим под углами b-Db (у нижней границы очистной выработки) и g-Dg (у верхней границы) линии до контакта коренных пород с наносами, и далее под углом j - до пересечения с земной поверхностью. Точки пересечения А и В этих линий с земной поверхностью находятся на предполагаемой границе зоны сдвижения земной поверхности по профильной линии. Рабочая часть линии и будет определяться отрезком АВ. От точек А и В через 50-100метров закрепляют не менее 3х опорных реперов (2 – со стороны восстания и 1 – со стороны падения).  В нашем случае угол b находится по формуле:

 

b = 70° – 0,6a = 70° – 0,6×20°= 58°,

где a - угол падения пласта.

Значение Db выбираем из таблицы 1 в зависимости от угла падения пласта a.

 

Таблица 1 - Определение поправки Db.

Угол падения пласта a, град	0	10	20	30	40	50	60	70	80
Db, град	18	17	15	13	12	11	9	7	6