Динамика вертикальных и горизонтальных составляющих сдвижений земной поверхности вкрест простирания лав при отработке пологих и наклонных пластов Кузбасса Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

Аннотация научной статьи по наукам о Земле и смежным экологическим наукам, автор научной работы — Быкадоров Алексей Иванович, Ларичкин Петр Михайлович, Свирко Сергей Владимирович, Ренев Алексей Агафангелович

Актуальность работы: Научные исследования последних лет в области подрабатываемых горных массивов охватывают динамические явления и закономерности формирования профиля динамической мульды сдвижений в зависимости от подвигания очистного забоя лавы. При этом закономерности сдвижения отдельных точек и взаимосвязь вертикальных оседаний и горизонтальных сдвижений в процессе формирования мульды сдвижения большинством исследователей не рассматривались. Цель работы: Целью работы является выявление характерных особенностей смещения отдельных точек подрабатываемой поверхности и установление взаимосвязей между вертикальными и горизонтальными сдвижениями точек в направлении вкрест простирания в зависимости от подвигания очистных забоев в современных условиях. Методы исследования: Закономерности процесса сдвижения отдельных точек земной поверхности , подрабатываемой горными работами, выявляются частотными инструментальными наблюдениями на профильных линиях. Дальнейший анализ производится математическими методам, в том числе и с привлечением теории случайных чисел. Результаты: При формировании динамической мульды сдвижения зависимость между горизонтальными сдвижениями и оседаниями отдельных точек в направлении вкрест простирания практически линейна. При этом коэффициент связи горизонтальных сдвижений и оседаний точки зависит от ее положения на профильной линии. Для точек краевой части мульды по падению установлена эмпирическая зависимость отношения горизонтальных сдвижений и оседаний в зависимости от положения очистного забоя.

THE DYNAMICS OFTHE VERTICAL ANDHORIZONTAL COMPONENTS OFTHE EARTH''S SURFACE DISPLACEMENTSACROSS THE LAVA STRIKE IN THE DEVELOPMENT OF THE FLAT ANDINCLINED COALBEDSINKUZBASS

The urgency of the discussed issue:A recent scientific investigations in the undermining area include dynamic phenomena and regularities of dynamicmoldformation which are depending on advance the face to the strike . The regularities of individual point’s displacements and the relationship between the vertical subsidence and horizontal displacements in the mold formation process have not been considered by most researchers. The main aim of the study: The study aims are revelation of the characteristic features of individual undermined surface point’s movements and establishment therelations between the vertical and horizontal point’s displacements in the direction across the strike, which are depending on advance the face to the strike . The methods used in the study:Patterns of individual point’s displacement of the undermined earth's surface are identified by frequency instrumental observations on the relevant lines. Further analysis is done by mathematical methods, including with the random numbers theory. The results:In the dynamic mold formation the regularity of individual point’ssubsidence troughhorizontaldisplacement across the strike is practically linear.The relation between the subsidence and horizontal displacement for undermined points depends on its position on the profile line.Empirical relations between subsidence and horizontal displacements for the points of the edge of the mold to the dip are given.

Текст научной работы на тему «Динамика вертикальных и горизонтальных составляющих сдвижений земной поверхности вкрест простирания лав при отработке пологих и наклонных пластов Кузбасса»

ДИНАМИКА ВЕРТИКАЛЬНЫХ И ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ СОСТАВЛЯЮЩИХ СДВИЖЕНИЙ ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ ВКРЕСТ ПРОСТИРАНИЯ ЛАВ ПРИ ОТРАБОТКЕ ПОЛОГИХ И НАКЛОННЫХ ПЛАСТОВ КУЗБАССА

THE DYNAMICS OFTHE VERTICAL ANDHORIZONTAL COMPONENTS OFTHE EARTH S SURFACE DISPLACEMENTSACROSS THE LAVA STRIKE IN THE DEVELOPMENT OF THE FLAT ANDINCLINED COALBEDSINKUZBASS

Быкадоров Алексей Иванович1,

канд. техн. наук, генеральный директор, e-mail: aibykadorov@mail.ru Bykadorov Aleksey I. С. Sc. (Engineering), Director General

Ларичкин Петр Михайлович1, канд. техн. наук, зав. отделом, e-mail: larichkin.petr@yandex.ru Larichkin Petr М. ', С. Sc. (Engineering), Head of the Department

Свирко Сергей Владимирович2, аспирант, e-mail: svirko@ngs.ru Svirko Sergey V.2, postgraduate student Ренев Алексей Агафангелович2, докт. техн. наук, профессор, e-mail: raa@kuzstu.ru Renev Aleksey А.2, Dr. Sc. (Engineering),Professor

'Сибирский институт геотехнических исследований, 653000, Россия, Кемеровская область, г. Прокопьевск, ул. К.Либкнехта, 4

1 Siberian Institute of Geotechnical Investigations, 4 street Karl Liebknecht, Prokopyevsk, 653000, Russian Federation

2Кузбасский государственный технический университет имени Т.Ф. Горбачева, 650000, Россия, г. Кемерово, ул. Весенняя, 28

2T.F. Gorbachev Kuzbass State Technical University, 28 street Vesennyaya, Kemerovo, 650000, Russian Federation

Цель работы: Целью работы является выявление характерных особенностей смещения отдельных точек подрабатываемой поверхности и установление взаимосвязей между вертикальными и горизонтальными сдвижениями точек в направлении вкрест простирания в зависимости от подвигания очистных забоев в современных условиях.

Методы исследования: Закономерности процесса сдвижения отдельных точек земной поверхности, подрабатываемой горными работами, выявляются частотными инструментальными наблюдениями на профильных линиях. Дальнейший анализ производится математическими методам, в том числе и с привлечением теории случайных чисел.

Результаты: При формировании динамической мульды сдвижения зависимость между горизонтальными сдвижениями и оседаниями отдельных точек в направлении вкрест простирания практически линейна. При этом коэффициент связи горизонтальных сдвижений и оседаний точки зависит от ее положения на профильной линии. Для точек краевой части мульды по падению установлена эмпирическая зависимость отношения горизонтальных сдвижений и оседаний в зависимости от положения очистного забоя.

The urgency of the discussed issue:A recent scientific investigations in the undermining area include dynamic phenomena and regularities of dynamicmoldfоrmation which are depending on advance the face to the

strike. The regularities of individual point's displacements and the relationship between the vertical subsidence and horizontal displacements in the mold formation process have not been considered by most researchers.

The main aim of the study: The study aims are revelation of the characteristic features of individual undermined surface point's movements and establishment therelations between the vertical and horizontal point's displacements in the direction across the strike, which are depending on advance the face to the strike.

The methods used in the study: Patterns of individual point's displacement of the undermined earth's surface are identified by frequency instrumental observations on the relevant lines. Further analysis is done by mathematical methods, including with the random numbers theory.

The results: In the dynamic mold formation the regularity of individual point'ssubsidence troughhorizon-taldisplacement across the strike is practically linear.The relation between the subsidence and horizontal displacement for undermined points depends on its position on the profile line.Empirical relations between subsidence and horizontal displacements for the points of the edge of the mold to the dip are given.

Ключевые слова: Земная поверхность, подработка, динамическая мульда, отношение вертикальны-хи горизонтальных сдвижений, подвигание забоя, закономерность, расчет.

Key words:Daylight surface, undermine, dynamic zone of displacement, relation between subsidence and horizontal displacements, advance the face to the strike, regularity, calculation.

Несмотря на многолетние инструментальные и теоретические исследования, физическое и математическое моделирование процессов подработки горного массива и земной поверхности многие вопросы динамики их сдвижений и деформаций остаются не до конца исследованными. Методики предрасчета и прогноза ожидаемых сдвижений и деформаций подрабатываемой земной поверхности, заложенные в нормативные документы по промышленной и экологической безопасности недропользования и в правила охраны зданий, сооружений и природных объектов от вредного влияния горных работ, основаны на усредненных типовых распределениях деформаций, отражающих закончившийся процесс сдвижений при проведении горных выработок. Динамика сдвижений и деформаций при формировании мульды сдвижения не учитывается.

Из публикаций последних 10 лет в области геомеханики подрабатываемых горных массивов можно выделить работы по динамическим процессам, сопровождающим активную стадию сдвижений подрабатываемой земной поверхности в условиях Донбасса [1, 2] и Кузбасса [3, 4]. В указанных работах рассматриваются закономерности формирования профиля динамической мульды сдвижений в зависимости от подвигания очистного забоя лавы. Закономерности сдвижений отдельных точек земной поверхности в этом профиле не рассматриваются, что является, на наш взгляд, важным вопросом динамики сдвижений, поскольку характер и величина сдвижений этих точек зависит от их положения в мульде.

Динамические процессы формирования профиля мульды сдвижения подрабатываемой земной поверхности в горно-геологических условиях Кузбасса исследованы по результатам многолетних инструментальных наблюдений, проведенных на различных шахтах региона Сибирским филиалом ВНИМИ и опубликованных в работах [3, 4].

Примеры формирования профиля мульды сдвижений и характера изменений в ней горизон-

тальных сдвижений при подвигании очистных забоев приведены на рис. 1, 2. Вкрест простирания пласта горизонтальные сдвижения земной поверхности в полумульде по падению приняты положительными, а в полумульде по восстанию - отрицательными. По простиранию пласта горизонтальные сдвижения, направленные в сторону движения очистного забоя, приняты положительными, в противоположную сторону - отрицательными. Направление движения очистного забоя со скоростью (с) показано стрелкой. Закономерности формирования профиля динамической мульды сдвижений и изменение деформаций по этому профилю исследовались A.C. Ягуновым [3]. Нами ставится задача исследования закономерностей изменения оседаний и горизонтальных сдвижений отдельных точек земной поверхности в динамической мульде и соотношений между ними в зависимости от подвигания очистного забоя лавы. При этом сохраним терминологию, принятую в [3].

В работе [5] показано, что по характеру сдвижения точек земной поверхности в плоскости профиль динамической мульды по простиранию делится на 4 зоны А, В, С и D (рис. 3), размеры которых определяются по граничным углам до, ö'o и углам Sa, дв, Sc,Öd, установленным по инструментальным наблюдениям.

В дополнение к этим исследованиям рассмотрим оседания и горизонтальные сдвижения точек земной поверхности вкрест простирания лавы на примере результатов, полученных с наблюдательной станции на шахте «Грамотеинская» (рис. 4). Поперечная профильная линия II состоит из 25 реперов. Их сдвижение в плоскости ¿;0г| на разрезе вкрест простирания лавы при прохождении очистного забоя под профильной линией приведено на рис. 5. Вертикальные и горизонтальные составляющие каждого репера выражены в относительных единицах ф/ц шах И T|i/r| max? где т|тах — максимальное оседание в сформировавшейся динамической мульде сдвижений. Оседания изменяются от 0 до 1, а горизонтальные сдвижения выражены в долях от

Анализ рис. 5 позволяет выявить характерные особенности сдвижения реперов в плоскости ^0г| на разрезе вкрест простирания лавы. Так при моно-

тонном оседании точки поверхности, расположенные в полумульде по падению, сдвигаются в сторону восстания, а в полумульде по восстанию - в сторону падения.

📎📎📎📎📎📎📎📎📎📎