Основний зміст роботи
Міністерство освіти і науки України
Національний гірничий університет
КУЧИН Олександр Сергійович
УДК 622.834
УДОСКОНАЛЕННЯ МЕТОДИКИ ПРОГНОЗУВАННЯ ДЕФОРМАЦІЙ ОСНОВ СПОРУД, ЩО ПІДРОБЛЮЮТЬСЯ
Спеціальність 05.15.01 – Маркшейдерія”
Автореферат на здобуття наукового ступеня
кандидата технічних наук
Дніпропетровськ – 2004
Дисертацією є рукопис.
Робота виконана на кафедрі маркшейдерії Національного гірничого університету Міністерства освіти і науки України (м. Дніпропетровськ).
Науковий керівник:
Кандидат технічних наук, доцент, докторант кафедри маркшейдерії Національного гірничого університету Міністерства освіти і науки України (м. Дніпропетровськ). | НАЗАРЕНКО
ВАЛЕНТИН
ОЛЕКСІЙОВИЧ
Офіційні опоненти:
Доктор технічних наук, професор, професор кафедри маркшейдерії Донецького Національного технічного університету Міністерства освіти і науки України. | КРЕНІДА
ЮРІЙ
ФЕДОРОВИЧ
Кандидат технічних наук, доцент, доцент кафедри маркшейдерії Донбаського гірничо-металургійного інституту Міністерства освіти і науки України (м. Алчевськ). | МІРОШНИЧЕНКО
ВАЛЕРІЙ
ТИМОФІЙОВИЧ
Провідна установа: | Криворізький технічний університет, кафедра маркшейдерії, Міністерства освіти і науки України
Захист відбудеться „ 29 ” червня 2004 р. о 11 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 08.080.04 у Національному гірничому університеті Міністерства освіти і науки України (49027, м.Дніпропетровськ, пр. К. Маркса, 19).
З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Національного гірничого університету Міністерства освіти і науки України (49027, м.Дніпропетровськ, пр. К. Маркса, 19).
Автореферат розісланий „ 27 ” травня 2004 р.
Вчений секретар спеціалізованої вченої ради,
кандидат технічних наук, доцент Солодянкін О.В.
ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ
Актуальність роботи. Запаси кам'яного вугілля в Західному Донбасі складають 2,5 млрд. тон, з яких 412 млн. зосереджено під забудованими територіями і природними об'єктами, що мають важливе народногосподарське значення. Виїмка цих запасів може привести до порушення житлових і виробничих будівель на підроблюваних територіях, зміни режиму роботи промислових підприємств. Захист підроблюваних наземних споруд від шкідливого впливу гірничих розробок забезпечується на підставі прогнозування зрушень і деформацій земної поверхні, а надійність мір охорони визначається точністю прогнозування.
Параметри, які використовуються при прогнозуванні зрушень і деформацій земної поверхні при відробці вугільних пластів Західного Донбасу, встановлені за результатами досліджень, що проводилися в ранній період освоєння родовища (1963-1970 р.). При цьому умови підробки земної поверхні, охоплені маркшейдерськими спостереженнями, обмежувалися малою глибиною ведення гірничих робіт і повною підробкою земної поверхні. Дослідження, виконані в нових умовах, показують, що існуюча методика розрахунку зрушень і деформацій земної поверхні для умов Західного Донбасу не дає об'єктивної оцінки впливу підземних розробок.
У межах мульди зрушення земна поверхня деформується неоднаково. Тому об'єкт, потрапляючи в ту чи іншу частину мульди, визнає різні деформації. У цілому деформації підроблюваних будівель пропорційні деформаціям земної поверхні, а їх ушкодження залежать від геометричних розмірів і характеру розподілу деформацій у межах контуру споруди. Точність прогнозування зрушень і деформацій земної поверхні над очисною виробкою безпосередньо впливає на визначення очікуваних ушкоджень цивільних і виробничих об’єктів. Відсутність надійної методики прогнозу зрушень і деформацій у нових умовах ведення гірничих робіт не дозволяє розробляти ефективні і раціональні міри для захисту подроблюваних об'єктів.
Таким чином, уточнення параметрів зрушення земної поверхні над очисною виробкою, удосконалення методики прогнозування деформацій основ підроблюваних будівель і споруд з метою забезпечення їх захисту від шкідливого впливу гірничих розробок є актуальною науково-практичною задачею.
Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. В основу роботи лягли результати багаторічних досліджень зрушення земної поверхні на шахтах Західного Донбасу, що виконувалися співробітниками кафедри маркшейдерії НГУ (ДГИ), відповідно до програм науково-дослідних робіт з господарчо-договірних тем №№ 121, 294, 645 (№ Д.Р. 68062854), 688, 724-1/010301 (№ Д.Р. 760.61860), 874, 050109. Результати роботи використані у держбюджетній темі Ш-471 (№ Д.Р. 0101U005685) у 2002 – 2004 р.р.
Метою роботи є удосконалення методики прогнозування деформацій основ підроблюваних споруд на основі встановлених закономірностей зміни горизонтальних деформацій в полумульдах по контуру очисної виробки.
Ідея роботи полягає у використанні закономірностей зміни горизонтальних зрушень і деформацій у головних перетинах мульди зрушення при відробці лав пологих вугільних пластів для удосконалення методики визначення деформацій основ підроблюваних будівель і споруд.
Для досягнення мети роботи необхідно вирішити наступні задачі:
- дослідити результати маркшейдерських спостережень за зрушенням земної поверхні на шахтах Західного Донбасу для встановлення закономірностей зміни параметрів зрушення в різних умовах підробки земної поверхні;
- встановити закономірності розподілу горизонтальних зрушень і деформацій у напівмульдах над розрізною піччю, над виїмковими штреками і з боку зупинки очисного вибою;
- встановити залежність деформацій основ підроблюваних споруд від їх розмірів і розташування в зоні впливу очисної виробки;
- уточнити методику розрахунку очікуваних зрушень і деформацій земної поверхні для сучасних умов розробки в Західному Донбасі;
- уточнити методику визначення показника сумарних деформацій підроблюваних цивільних будівель.
Об'єкт досліджень – процес зрушення земної поверхні в зонах впливу очисних гірничих виробок шахт Західного Донбасу.
Предмет досліджень – параметри закінченого процесу зрушення земної поверхні в Західному Донбасі.
Методи досліджень. Реалізація поставлених задач здійснюється на підставі застосування комплексу методів досліджень. В області експериментальних досліджень використовувався метод натурних інструментальних спостережень за зрушенням земної поверхні. В аналітичних дослідженнях застосовувалися методи теорії імовірності і математичної статистики, геометричного моделювання, аналіз і узагальнення результатів маркшейдерських спостережень за зрушенням земної поверхні.
Основні наукові положення.
1. Кутові параметри процесу зрушення в Західному Донбасі залежать від глибини гірничих робіт і напрямку відробки очисної виробки. Залежність граничних кутів і кутів повних зрушень від глибини підробки має логарифмічний характер.
2. Співвідношення горизонтальних і вертикальних зрушень у мульді при закінченому процесі зрушення не однакове, що виражається величиною відносного максимального горизонтального зрушення а0, яке у напівмульді над розрізною піччю дорівнює 0.56, над виїмковими штреками – 0.4, з боку зупинки гірничих робіт – 0.3.
3. Вплив очисної гірничої виробки на підроблювану споруду характеризується коефіцієнтами умов роботи деформацій земної поверхні, що залежать від співвідношення розмірів мульди і будівлі, а також від її положення в межах границь зони впливу.
Наукова новизна отриманих результатів:
- вперше встановлена залежність граничних кутових параметрів зрушення земної поверхні в Західному Донбасі від глибини розробки вугільного пласта.
- встановлені нові значення величин відносного максимального горизонтального зрушення для Західного Донбасу роздільно для напівмульд над розрізною піччю, виїмковими штреками і з боку зупинки очисного вибою.
- вперше встановлено, що умови роботи деформацій земної поверхні за довжиною підроблюваної будівлі характеризуються коефіцієнтами осереднення, величини яких залежать від розташування будівлі в мульді і співвідношення її розмірів і довжини напівмульди.
Наукове значення отриманих результатів роботи полягає у встановленні залежностей параметрів зрушення від напрямку відробки лави та глибини розробки.
Практичне значення отриманих результатів.
1. Отримані нові значення параметрів зрушення земної поверхні для умов Західного Донбасу, що дозволяють підвищити точність прогнозування величин зрушень і деформацій у головних перетинах мульди при закінченому процесі зрушення.
2. Установлено розподіл горизонтальних зрушень і деформацій у головних перетинах мульди зрушення в напівмульдах: з боку відходу лави від розрізної печі, над виїмковими штреками і з боку зупинки очисного вибою.
3. Розроблений спосіб визначення показника сумарних деформацій, що враховує співвідношення розмірів мульди і підроблюваної споруди, а також її положення в мульді зрушення. Це дозволяє уточнити методику прогнозування ушкоджень будівель і приймати більш обґрунтовані заходи для їх захисту від шкідливого впливу гірничих розробок.
Реалізація результатів роботи.
1. Практичні результати досліджень реалізовані в “Временных рекомендациях по определению расчетных показателей деформаций земной поверхности для подрабатываемых гражданских зданий”, розроблених разом з УкрНДМІ і затверджених Міністерством палива й енергетики України, 2001 р.
2. На основі результатів досліджень розроблена система автоматизованого розрахунку зрушень і деформацій земної поверхні, що використовуються в проектних роботах інституту ДАО Дніпродіпрошахт.
3. Результати досліджень використані при проектуванні мір охорони об'єктів, що знаходяться в зоні впливу шахти "Дніпровська" холдингової компанії "Павлоградвугілля".
Особистий внесок здобувача. Автором самостійно сформульовані мета, ідея, задачі, обрані методи досліджень; розроблена методика проведення досліджень горизонтальних зрушень у головних перетинах мульди; установлені закономірності зміни параметрів закінченого процесу зрушення й отримані залежності для визначення граничних кутових параметрів зрушення в Західному Донбасі.
Апробація результатів роботи. Наукові результати роботи доповідалися й обговорювалися на міжнародній науково-технічній конференції “Форум гірників” (м. Дніпропетровськ, НГУ, 2002, 2003 р.), міжнародній науково-технічній конференції “Геоінформатика, геодезія, маркшейдерія” (м. Донецьк, ДонНТУ,2003 г), 7-му міжнародному симпозіумі "Освоєння родовищ мінеральних ресурсів і підземне будівництво в складних гідрогеологічних умовах" (м. Бєлгород, ВІОГЕМ, 2003 р.), міжнародній конференції "Тиждень гірника" (м. Москва, Росія, 2002, 2003 р.), науково-технічної конференції "Геотехнічні проблеми розробки родовищ" (м.Дніпропетровськ, ІГТМ, 2003 р.).
Публікації. Основні результати роботи представлені в 17 публікаціях, з них 12 публікацій – у фахових виданнях, 4 – у збірниках наукових конференцій, 1 – у тимчасових технічних рекомендаціях, затверджених Міністерством палива й енергетики України.
Структура й обсяг роботи. Дисертаційна робота складається з вступу, п'яти розділів, загальних висновків, списку використаних джерел з 160 найменувань на 19 сторінках і трех додатків на 23 сторінках. Основний текст дисертації викладений на 128 сторінках, що містить 42 малюнка і 22 таблиці. Загальний обсяг дисертації – 180 сторінок.
Автор висловлює подяку науковому керівнику к.т.н. Назаренко В.О. за постійну підтримку і поради при підготовці дисертації, д.т.н. Петруку Є.Г. і колективу кафедри за надану можливість використання експериментальної бази спостережень за зрушенням земної поверхні в Західному Донбасі
ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ
У вступі обґрунтована актуальність обраного напрямку досліджень, сформульовані мета та задачі досліджень, викладені наукові положення, що виносяться на захист, наукове та практичне значення роботи, а також дані про впровадження, апробації і публікації результатів досліджень.
У першому розділі "Вивченість питань про вплив підробки на будівлі і споруди" виконані дослідження публікацій, пов'язаних з оцінкою впливу підземних розробок на підроблювані будівлі і споруди на вугільних родовищах. Проаналізовані закономірності розподілу зрушень і деформацій у мульді зрушення, способи прогнозування деформацій земної поверхні й основ підроблюваних споруд. Аналіз робіт Муллера Р.А., Колбенкова С.П., Авершина С.Г., Варлашкина В.М., Акимова О.Г., Земісєва В.Н., Петрука Є.Г. Ларченко В.Г., Кратча Г., Кнотте С., Назаренко В.О., Гаврюка Г.Ф., Креніди Ю.Ф. Мірошниченко В.Т. та ін. показав, що прогнозування ушкоджень підроблюваних споруд і встановлення умов безпечної виїмки запасів під ними здійснюється на основі розрахункового показника сумарних деформацій, що встановлюється на основі очікуваних деформацій земної поверхні:
, (1)
де LЗ довжина будівлі; m, mk коефіцієнти умов роботи, які усереднюють відповідно горизонтальні деформації і кривизну за довжиною будівлі; , R розрахункові величини горизонтальної деформації і радіуса кривизни; НЗ висота будівлі; ДLk, ДLе – складові показника сумарних деформацій за рахунок впливу кривизни і горизонтальних деформацій.
Відповідно до формули (1) погрішність визначення ДL залежить від точності розрахунку очікуваних деформацій земної поверхні й обліку ступеня їх зміни в межах споруди, що характеризується коефіцієнтами умов роботи m і mk. Ці коефіцієнти вибираються в залежності від довжини об'єкта.
Аналіз результатів експериментальних спостережень за спорудами при їх підробці показує, що застосування постійних коефіцієнтів умов роботи, що осереднюють деформації земної поверхні в межах фундаменту споруди, недостатньо обґрунтовано. Застосування існуючих коефіцієнтів умов роботи справедливо для невеликих глибин ведення гірничих робіт.
Діючою методикою прогнозування ушкоджень підроблюваних споруд не враховується положення підроблюваного об'єкта в мульді, що визначає характер, величини, тривалість і ступінь осереднення деформацій земної поверхні. Таким чином, питання прогнозування ушкоджень підроблюваних споруд на основі показника сумарних деформацій вимагає подальшого вивчення.
Точність визначення ушкоджень споруд залежить від точності розрахунку очікуваних деформацій земної поверхні під ними. Отже, методика прогнозування ушкоджень споруджень повинна розглядатися спільно з розрахунковою методикою визначення очікуваних деформацій земної поверхні.
Умови підробки, які постійно змінюються, повинні супроводжуватися періодичним відстеженням параметрів її впливу на земній поверхні. Це дозволить установити закономірності параметрів процесу зрушення від гірничо-геологічних факторів. Дослідження Ларченка В.Г., Петрука Е.Г., Акимов О.Г. та ін. показують, що закономірності розподілу зрушень і деформацій у мульді вивчені не досить повно. На основі експериментальних даних ними установлений факт залежності кутових параметрів зрушення і величин горизонтальних зрушень земної поверхні від напрямку відробки очисної виробки. Встановлення характеру цієї залежності і її кількісних показників дозволить здійснювати більш точне прогнозування очікуваних зрушень і деформацій земної поверхні і забезпечить можливість оцінки впливу гірничих розробок на підроблювані об'єкти і вибір найбільш ефективних мір їх охорони.
В другому розділі “Залежність деформацій споруд від їх розмірів і умов підробки поверхні” розглянуті питання осереднення деформацій земної поверхні в межах контуру підроблюваної споруди в залежності від його розмірів і положення в межах напівмульди.
Порівняльний аналіз фактичних ушкоджень споруд за результатами експериментальних досліджень і ушкоджень, установлених на підставі розрахункового показника сумарних деформацій, показав, що похибка прогнозування за існуючою методикою складає близько 50%. При цьому розрахункові ушкодження в більшості випадків виявилися заниженими.
У роботі розглянута залежність осереднення деформацій земної поверхні в межах контуру споруди при зміні його розмірів і положення в межах напівмульди. Коефіцієнти, що характеризують осереднення (коефіцієнти умов роботи) можуть бути отримані як частка від розподілу істинної складової показника сумарних деформацій DLи до її величини, обчисленої по деформаціях у центральній точці споруди DLс. Найбільш близькі до істинних значення складових показника сумарних деформацій L і Lk можна одержати, проінтегрував відповідно функції горизонтальних деформацій і кривизни в межах контуру будівлі:
; , | (2)
де а0 – відносне максимальне зрушення; зm – максимальне осідання, zц – координата центру будівлі (z=x/L, L – довжина напівмульди, м); LЗ, НЗ – довжина і висота будівлі, м; F – функція, що описує розподіл горизонтальних деформацій і кривизни земної поверхні в межах напівмульди.
У роботі досліджена зміна коефіцієнтів осереднення k = DLи/ DLс при різному співвідношенні довжини будівлі до довжини напівмульди LЗ/L і розташуванні центру споруди в мульді. Результати досліджень показали, що осереднення деформацій у межах контуру підрболюваної споруди в різних гірничо-геологічних умовах і різному розташування споруди відносно очисної виробки відбувається по-різному. На рис. 1 показані графіки відхилень значень DL,K, обчислених по деформаціям у центральній точці будівлі й інтегральним способом для трьох співвідношень LЗ /L = 0,1; 0,2; 0,3 при різному положенні центра споруди в напівмульді.
Рис. 1. Процентні відхилення значень DL,K, обчислених за значеннями деформацій у центральній точці будівлі й інтегральним способом
Установлено, що коефіцієнти умов роботи не постійні в різних гірничо-геологічних умовах підробки земної поверхні. Їх зміну необхідно враховувати при визначенні впливу деформацій земної поверхні на підроблювану споруду в межах його контуру.
У третьому розділі "Уточнення параметрів розрахунку зрушень і деформацій земної поверхні в Західному Донбасі" досліджені параметри закінченого процесу зрушення з урахуванням впливу напрямку відробки очисної виробки. Ці дослідження виконані на основі матеріалів натурних спостережень за зрушенням земної поверхні, виконаних співробітниками кафедри маркшейдерії ДГІ на спостережливих станціях, закладених над очисними роботами шахт Західного Донбасу. Умови підробки земної поверхні на станціях характеризуються наступними показниками: кути падіння пластів –2-5°; потужність покриваючих порід (наносів) – 50-200 м; співвідношення потужності наносів і глибини розробки – 0,26-0,62; глибина розробки 100-550 м; виїмкова потужність пластів – 0,6-1,2 м;
Метою досліджень є уточнення параметрів процесу зрушення, що закінчився, для прогнозування зрушень і деформацій земної поверхні в умовах Західного Донбасу. При встановленні цих параметрів виділені: зона відходу - з боку відходу лави від розрізної печі; зона підходу - з боку підходу лави до лінії зупинки очисного вибою; зона проходу - з боку підготовчих виробок.
У ході аналізу експериментальних даних натурних спостережень установлена залежність граничних кутів і кутів повних зрушень від глибини підробки в кожній зоні. Графічно ці залежності представлені на рис. 2 і 3.
Рис. 2. Залежності граничних кутів від глибини Н в зонах відходу, проходу і підходу лави
Зміна значень граничних кутів із глибиною ведення гірничих робіт пояснюється тим, що вона оказує зворотній вплив на величини розтягань земної поверхні. Таким чином, збільшення глибини приводить до зменшення максимальних розтягань і, відповідно, до масштабування кривої горизонтальних деформацій.
На основі обробки фактичного матеріалу по спостережних станціях виконані дослідження для встановлення величин відносних максимальних вертикальних і горизонтальних зрушень. Їх результати представлені в табл. 1.
Рис. 3. Залежності кутів повних зрушень від глибини Н в зонах відходу, проходу і підходу лави
Таблиця 1
Значення відносних максимальних зрушень і деформацій у зонах відходу, проходу і зупинки лави
Показник | Відхід | Прохід | Підхід
Середнє відносне максимальне осідання q0 | 0,88
(0,81-0,93) | 0,88
(0,83-0,92) | 0,88
(0,86-0,89)
Середнє відносне максимальне зрушення а0 | 0,56
(0,52-0,59) | 0,39
(0,37-0,42) | 0,29
(0,27-0,3)
Середньоквадратична похибка визначення q0 | 0,04 | 0,04 | 0,05
Середньоквадратична похибка визначення а0 | 0,03 | 0,03 | 0,04
З табл. 1 випливає, що відносне максимальне осідання при закінченому процесі зрушення по контуру очисної виробки залишається постійним, чого не можна сказати про відносну величину максимального горизонтального зрушення, що різна в зонах відходу, проходу і підходу лави. На підставі цього можна зробити висновок про те, що в мульді зрушення в різних напівмульдах не спостерігається сталість співвідношення вертикальних і горизонтальних складових зрушення.
У результаті аналізу і дослідження натурних інструментальних спостережень за зрушенням земної поверхні в Західному Донбасі отримані типові криві горизонтальних зрушень і деформацій (рис. 4).
a
б
Рис. 4. Типові криві:
а – горизонтальних деформацій;
б – горизонтальних зрушень.
Встановлений характер розподілу горизонтальних зрушень та деформацій істотно відрізняється від кривих, використовуваних при прогнозуванні зрушень і деформацій за методикою "Правил охорони...".
Підтвердженням вірогідності отриманих типових кривих розподілу є їх якісна відповідність результатам досліджень Петрука Є.Г. і Ларченка В.Г, отриманих при вивченні розвитку процесу зрушення під час руху очисного вибою в головному перетині мульди по напрямку відробки лави.
Порівняльна оцінка точності розрахунку горизонтальних зрушень і деформацій з урахуванням уточнених параметрів і за методикою "Правил охорони..." показує, що проведені дослідження істотно підвищують точність прогнозування горизонтальних зрушень і деформацій в умовах Західного Донбасу. Результати визначення похибок прогнозування представлені в табл.2.
Таблиця 2
Розподіл середніх похибок
Зона | Середня похибка розподілу гор. деформацій,% | Середня похибка розподілу гор. зрушень, %
По методиці Правил | По запропонованій методиці | По методиці Правил | По запропонованій методиці
Відхід | 61,4 | 20,9 | 42,1 | 8,6
Прохід | 30,2 | 22,8 | 12,2 | 9,8
Підхід | 70,5 | 23,5 | 69,5 | 15,1
Оцінка точності показує, що застосування отриманих у роботі параметрів при розрахунку очікуваних зрушень і деформацій у зонах відходу і підходу дозволяє підвищити точність визначення горизонтальних зрушень і деформацій у 3 рази, і, відповідно, поліпшити надійність прогнозування ушкоджень підроблюваних споруд.
У четвертому розділі “Удосконалення методики прогнозування деформацій основ підроблюваних будівель” розроблена методика урахування мінливості деформацій земної поверхні під спорудою для різних варіантів його розташування в мульді і гірничо-геологічних умов підробки.
Інтегральний спосіб обчислення складових показника сумарних деформацій L і Lk (2,3) не може застосовуватися в інженерних розрахунках через неможливість установлення функції розподілу деформацій у потрібному напрямку. Можна відмовитися від інтегрування за умови, що кількість точок за довжиною будівлі, у яких визначаються деформації земної поверхні, буде по можливості великим.
У роботі запропонований спосіб обчислення показника сумарних деформацій по деформаціях у трьох точках на осі споруди, як це показано на рис. 5. При цьому L і Lk обчислюються за формулами:
, | (3)
, | (4)
В результаті порівняльної оцінки розрахункових складових показника сумарних деформацій, обчислених трьома способами: інтегральним, по деформаціях у центральній точці споруди і по трьох точках для співвідношення довжини будівлі до довжини напівмульди від 0.1 до 0.3 встановлено, що для кривої в умовах повної підробки результат обчислення L і Lk у трьох точках споруди відрізняється від інтегрально обчислених значень не більше ніж на 1%. З цього випливає, що в умовах сучасних глибин розробки обчислення показника сумарних деформацій за деформаціями у трьох точках будівлі дозволяє відмовитися від застосування коефіцієнтів умов роботи.
Рис. 5. Схема до визначення деформацій по трьох точках
Особливої уваги заслуговує варіант розташування споруди в мульді зрушення, коли при закінченому процесі зрушення на нього впливають деформації різного знака. Для таких умов виконана адаптація запропонованого способу обчислення показника сумарних деформацій у трьох точках за довжиною будівлі.
У випадку дії на споруду деформацій різного знака виникають складності з визначенням точки зміни знака деформацій (точка з нульовими деформаціями) на осі будівлі. Крім цього, відомо, що позитивні і негативні деформації впливають на підроблювані об'єкти по-різному: стиснення у 2-3 рази менш пагубно впливає на фундаменто-підвальну частину, ніж розтягання. Таким чином, для аналізу ушкоджень споруди варто розглядати ту його частину, що характеризується більш великим показником сумарних деформацій (рис. 6). При цьому, у випадку впливу стиснення земної поверхні варто вводити коефіцієнт 0.7 (за результатами досліджень Муллера Р.А і Варлашкина В.М).
Запропоновано при дії різнозначних деформацій на споруду обчислювати показник сумарних деформацій за формулами:
ѕ для умов рис. 6а
ѕ для умов рис. 6б |
(5)
а б
Рис. 6. Схема до визначення деформацій у зоні зміни знака деформацій:
а – точка нульових деформацій у зоні блоку з позитивними деформаціями;
б – точка нульових деформацій у зоні блоку з негативними деформаціями.
Точність пропонованого способу обчислення показника сумарних деформацій буде змінюватися в залежності від взаємного розташування центральної точки споруди і точки зміни знаку деформацій. Найменша точність (порядку 75% при співвідношенні LЗ/L = 0.3) буде спостерігатися при сполученні цих точок. Погрішність, що спостерігається при цьому, є наслідком невідповідності показника сумарних деформацій, обчисленого для середнього блоку споруди, і його фактичного значення. У таких випадках, коли деформації в центральній точці дорівнюють нулю чи близькі до цього значення, кількість точок необхідно збільшити до п'яти. Дослідження показують, що в цьому випадку погрішність невідповідності розрахункових ДL за двома способами не перевищує 5%.
При співвідношенні LЗ/L > 0.1 і діагональному розташуванні осей будівлі щодо головних перетинів мульди для підвищення точності розрахунок показника сумарних деформацій варто робити по кожній несучій стіні окремо відповідно до її напрямку. За остаточний результат для будівлі пропонується приймати більше зі значень показників сумарних деформацій, обчислених по кожній зі стін.
Положення споруди в мульді зрушення визначає ступінь і характер впливу на нього деформацій земної поверхні. Таким чином, у мульді зрушення можна виділити зони за ступенем впливу в них деформацій на споруду й особливостям обліку цього впливу.
У ході узагальнення і дослідження було виділено п'ять зон на підставі наступних факторів: тривалість дії деформацій, величини деформацій земної поверхні, характер дії деформацій на споруду (розтягання, стиснення, вплив деформацій різного знаку).
У п'ятому розділі “Прогнозування деформацій основ підроблюваних будівель” викладена методика визначення горизонтальних зрушень і деформацій земної поверхні, а також визначення показника сумарних деформацій підроблюваних споруд з урахуванням нових залежностей, отриманих у ході досліджень.
ВИСНОВКИ
У дисертаційній роботі вирішена актуальна науково-технічна задача прогнозування деформацій основ підроблюваних споруд для умов закінченого процесу зрушення при розробці пологих вугільних пластів у Західному Донбасі на основі встановленої залежності параметрів процесу зрушення від глибини підробки і напрямку відробки лави, що дозволяє уточнити застосовувану в даний час методику розрахунку очікуваних зрушень і деформацій, визначення ушкоджень підроблюваних будівель і умов безпечної виїмки запасів вугілля під ними і тим самим підвищити надійність охорони об'єктів.
У ході виконання роботи отримані наступні наукові і практичні висновки і результати:
1. Виконано кількісну оцінку величин граничних кутів і кутів повних зрушень у зонах відходу, проходу і підходу. Отримана залежність граничних кутових параметрів зрушення від глибини ведення гірничих робіт, що дозволяє встановлювати достовірний контур зони впливу очисної виробки.
2. Установлено залежність величини максимального відносного горизонтального зрушення від напрямку відробки очисної виробки. Отримані кількісні характеристики цієї залежності.
3. Для напівмульд з боку розрізної печі (зона відходу), з боку підготовчих виробок (зона проходу) і з боку зупинки очисного вибою (зона підходу) установлені типові криві розподілу горизонтальних зрушень і деформацій для умов Західного Донбасу.
4. Запропоновано методику і параметри процесу зрушення, що дозволяють обчислювати очікувані величини горизонтальних зрушень і деформацій з максимальними похибками відповідно 16% і 30%. У результаті уточнення методики і параметрів зрушення похибки визначення зазначених величин знижені в 3 рази.
5. Досліджено залежності умов роботи деформацій земної поверхні в межах контуру споруди в залежності від його геометричних характеристик і гірничо-геологічних умов підробки. Установлено, що застосування існуючих коефіцієнтів умов роботи для осереднення деформацій не дозволяє враховувати гірничо-геологічні умови підробки об'єкта, обмежуючись тільки його розмірами.
6. Запропоновано спосіб визначення показника сумарних деформацій основи підроблюваних споруд без застосування постійних коефіцієнтів умов роботи.
7. Запропоновано класифікацію зон впливу деформацій у мульді на підроблювані споруди, способи розрахунку деформування їх основ у кожній із зон на підставі власних теоретичних досліджень і узагальнення досліджень інших авторів. Це дозволить більш ефективно враховувати вплив деформацій земної поверхні для забезпечення схоронності підроблюваних споруд.
СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗДОБУВАЧА У ФАХОВИХ ВИДАННЯХ ПО ТЕМІ ДИСЕРТАЦІЇ
1. Кучин А.С., Назаренко В.А. Об ожидаемых повреждениях подрабатываемых зданий // Сборник научных трудов НГА Украины. -Днепропетровск: РИК НГА Украины, 2000.– №10. – С.160-165.
2. Кучин А.С. К определению деформаций кривизны земной поверхности для оценки повреждения гражданских зданий / Сборник научных трудов НГА Украины.– Днепропетровск: РИК НГА Украины, 2001. – Т.1, №11.–С.39-43.
3. Кучин А.С., Назаренко В.А. К методике расчета ожидаемых сдвижений и деформаций земной поверхности при наклонном залегании угольных пластов // Науковий вісник НГА України. – 2001.– №5.–С.8-10.
4. Кучин А.С., Назаренко В.А. Определение расчетных показателей деформаций оснований подрабатываемых гражданских зданий // Сборник научных трудов НГА Украины.–Днепропетровск: РИК НГА Украины, 2002.– Т.2, №12. – С.169-174.
5. Кучин А.С. О влиянии знакопеременных деформаций земной поверхности на подрабатываемые здания / Сборник научных трудов НГА Украины.– Днепропетровск: РИК НГА Украины, 2002.– №13. – С.141-147.
6. Гаврюк Г.Ф., Кучин А.С., Назаренко В.А. Параметры расчета максимальных оседаний земной поверхности в Западном Донбассе // Науковий вісник НГА України. – 2003.– № 2. – С11-13.
7. Кучин А.С., Назаренко В.А. Определение ожидаемых сдвижений и деформаций земной поверхности при отработке пластов вкрест простирания // Науковий вісник НГА України. – 2002. – №1– С25-30.
8. Кучин А.С., Назаренко В.А., Петрук Е.Г. О влиянии свойств подрабатываемого массива на сдвижение земной поверхности в Западном Донбассе // Сборник научных трудов НГА Украины. – Днепропетровск: РИК НГА Украины, 2002.– №15. – С. 45-49.
9. Кучин О.С. Вплив напрямку руху очисного вибою на процес зрушення у Західному Донбасі // Вісник ЖДТУ. – 2003. – №3. – С. 196-200.
10. Кучин А.С., Назаренко В.А. О максимальных значениях горизонтальных сдвижений земной поверхности в Западном Донбассе // Науковий вісник НГА України.– 2003.– № 4.– С. 13-17.
11. Кучин А.С., Пиньковский Г.С. Анализ угловых параметров процесса сдвижения в зоне от хода лавы от разрезной печи // Науковий вісник НГА України. – 2003. – №7–С.33-36.
12. Кучин А.С. О точности прогнозирования горизонтальных сдвижений и деформаций // Межведомственный сборник научных трудов. – Днепропетровск: ИГТМ. – 2003. – Вып. 47.– С.262-266.
13. Кучин А.С. О прогнозировании ожидаемых сдвижений и деформаций при отработке угольных пластов длинными столбами вкрест простирания // Горный информационно-аналитический бюллетень. – Москва. – 2003. – №4. – С.107-109.
14. Кучин А.С. Анализ параметров процесса сдвижения в зонах отхода и остановки очистного забоя на шахтах Западного Донбасса // Горный информационно-аналитический бюллетень. – Москва. – 2003. – №2. – С.105-107.
15. Кучин А.С. Зависимость параметров процесса сдвижения земной поверхности от направления движения очистного забоя // Труды междунар. науч.-техн. конф. “Освоение месторождений минеральных ресурсов и подземное строительство в сложных гидрогеологических условиях”.– Белгород: ВИОГЕМ. – 2003. –С.256-260.
16. Кучин А.С., Пиньковский Г.С. Влияние направления отработки очистной выработки на характер распределения деформаций земной поверхности // Труды междунар. науч.-техн. конф. “Геоинформатика, геодезия, маркшейдерия”. –Донецк: ДНТУ – 2003. – С.90-96.
17. Временные рекомендации по определению расчетных показателей деформаций земной поверхности для подрабатываемых гражданских зданий / Анциферов А.В., Назаренко В.А., Гаврюк Г.Ф., Кучин А.С., Озеров И.Ф., Петрук Е.Г. – Днепропетровск: НГА Украины, 2001. – 18 с.
АНОТАЦІЯ
Кучин О.С. Вдосконалення методики прогнозування деформацій основ споруд, що підроблюються. – Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.15.01 – „Маркшейдерія”. Національний гірничий університет, Дніпропетровськ Міністерство освіти і науки України, 2004.
У дисертаційній роботі вирішена науково-технічна задача прогнозування деформацій основ підроблюваних споруд, а також горизонтальних зрушень і деформацій земної поверхні для умов розробки пологих вугільних пластів у Західному Донбасі і закінченому процесі зрушення. Результати досліджень дозволяють уточнити застосовану в даний час методику визначення ушкоджень підроблюваних будівель і умов безпечної виїмки запасів вугілля під ними.
Запропоновані удосконалені параметри процесу зрушення земної поверхні в умовах Західного Донбасу та удосконалена методика визначення показника сумарних деформацій підроблюваних споруд.
Ключові слова: підроблювана споруда, зрушення і деформації земної поверхні, параметри процесу зрушення, коефіцієнти умов роботи, напівмульда, очисна виробка, зона впливу очисних робіт.
АНОТАЦИЯ
Кучин А.С. Совершенствование методики прогнозирования деформаций оснований подрабатываемых сооружений. – Рукопись.
Диссертация на соискание научной степени кандидата технических наук по специальности 05.15.01 – “Маркшейдерия”. Национальный горный университет, Днепропетровск, 2004.
В диссертационной работе решена научно-техническая задача прогнозирования деформаций оснований подрабатываемых сооружений, а также горизонтальных сдвижений и деформаций земной поверхности для условий разработки пологих угольных пластов в Западном Донбассе и закончившемся процессе сдвижения, результаты которой позволяют уточнить применяемую в настоящее время методику определения повреждений подрабатываемых зданий и условий безопасной выемки угля под ними.
На основе анализа результатов экспериментальных натурных наблюдений выполнена количественная оценка угловых параметров процесса сдвижения, максимальных величин горизонтальной и вертикальной составляющих сдвижения с учетом влияния на них направления отработки очистной выработки. Получена зависимость граничных углов и углов полных сдвижений от глубины ведения горных работ, которая представлена в работе графически и аналитически.
Для полумульд со стороны разрезной печи, со стороны подготовительных выработок и со стороны остановки очистного забоя для условий залегания угольных пластов в Западном Донбассе и закончившегося процесса сдвижения установлены типовые кривые распределения горизонтальных сдвижений и деформаций.
На основе полученных параметров процесса сдвижения предложена методика, позволяющая рассчитывать ожидаемые величины горизонтальных сдвижений и деформаций с максимальными погрешностями соответственно 16% и 30%. В результате уточнения методики и параметров сдвижения погрешности определения ожидаемых горизонтальных сдвижений и деформаций снижены в 3 раза.
Исследованы зависимости условий работы деформаций земной поверхности в пределах контура сооружения в зависимости от его геометрических характеристик и горно-геологических условий подработки. Установлено, что применение существующих коэффициентов условий работы для осреднения деформаций не позволяет учитывать горно-геологические условия подработки объекта, ограничиваясь только его размерами. Предложен способ определения показателя суммарных деформаций основания подрабатываемых сооружений без применения постоянных коэффициентов условий работы, который адаптирован для различных вариантов расположения сооружения в мульде.
Предложена классификация зон влияния деформаций в мульде на подрабатываемые сооружения и способы расчета деформирования их оснований в каждой из зон на основании собственных теоретических исследований и обобщения исследований других авторов. Это позволит более эффективно учитывать влияние деформаций земной поверхности для обеспечения сохранности подрабатываемых сооружений.
Полученные в работе научные и практические результаты позволят более рационально назначать меры охраны для подрабатываемых сооружений и устанавливать условия безопасной выемки запасов под ними.
Ключевые слова: подрабатываемое сооружение, сдвижения и деформации земной поверхности, параметры процесса сдвижения, коэффициенты условий работы, полумульда, очистная выработка, зона влияния очистных работ.
THE SUMMARY
Kuchin A.S. Perfecting of a technique of forecasting of strains of the foundation of buildings which are earned additionally. – Manuscript.
The dissertation on obtaining a scientific degree of the candidate of engineering science in a speciality 05.15.01 – “Mine surveying”. National mining university, Dnipropetrovsk, 2004.
In dissertation is solved the scientific and technical task of forecasting of strains of buildings which are earned additionally, horizontal transitions and strains of a surface for conditions of mining of flat coal seams in the Western Donbass at the completed process of transition. Outcomes of researches enable to specify a technique of definition of damages of buildings at mining flat coal seams.
New parameters of process of transition of a surface in conditions of the Western Donbass and a technique of definition of an index of summarized strains of buildings which are earned additionally are offered.
Key words: building, transitions and strains of a surface, parameters of process of transition, factors of operating conditions, coal face, zone of influence.
КУЧИН Олександр Сергійович
Удосконалення методики прогнозування деформацій основ споруд, що підроблюються
(Автореферат)
Підписано до друку 27.05.04 Формат 30?42/4.
Папір Captain. Ризографія. Умовн. друк. арк. 0,9.
Обліково-видавн. арк. 0,9. Тираж 120 прим. Зам. №
РВК НГУ
49027, м. Дніпропетровськ, пр. К. Маркса, 19.
