Влияние крепости горных пород на параметры процесса сдвижения земной поверхности в условиях Восточного Донбасса

Тетерин, Елисей Андреевич

Автореферат диссертации по теме "Влияние крепости горных пород на параметры процесса сдвижения земной поверхности в условиях Восточного Донбасса"

003484864

На правах рукописи

Тетерин Елисей Андреевич

Влияние крепости горных пород на параметры процесса сдвижения земной поверхности в условиях Восточного Донбасса

25.00.16 - «Горнопромышленная и нефтегазопромысловая геология, геофизика, маркшейдерское дело и геометрия недр»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

г. Новочеркасск - 2009 г.

003464864

Работа выполнена в Шахтинском институте (филиале) Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт)» на кафедре «Разработка пластовых месторождений».

Научный руководитель доктор технических наук, профессор

Посыльный Юрий Васильевич

Официальные оппоненты доктор технических наук, профессор

Макаров Александр Борисович

кандидат технических наук Ефимов Александр Михайлович

Ведущая организация ОАО «Донской уголь»

Защита состоится 28 апреля 2009 г. в Ю00 часов на заседании диссертационного совета Д.212.304.07 в Южно-Российском государственном техническом университете (Новочеркасском политехническом институте) по адресу: 346428, г. Новочеркасск, ул. Просвещения, 132, ЮРГТУ(НПИ), аудитория 107, тел.\факс(863-52) 2-84-63, e-mail: ngtu@novoch.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ЮРГТУ(НПИ) г. Новочеркасск, ул. Просвещения, 132 или на сайте университета: www.npi-tu.ru

Автореферат разослан «/У» 2009 г.

Ученый секретарь л

диссертационного совета —

докт. техн. наук, проф. /^тЛ^Колесниченко Евгений Александрович

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. При подземной разработке угольных месторождений рассчитываются сдвижения и деформации в главных сечениях мульды сдвижения земной поверхности. Расчет основывается на методе типовых кривых: безразмерных функциях распределения оседаний, наклонов, кривизны, горизонтальных сдвижений и относительных горизонтальных деформаций. Все расчетные формулы этого метода включают максимальное оседание, от погрешности определения которого зависит погрешность величин деформаций, используемых при выборе мер охраны подрабатываемых объектов. В связи с этим разработка методики расчета максимального оседания земной поверхности с учетом крепости горных пород, обеспечивающей повышение точности определения величин ожидаемых сдвижений и деформаций, является актуальной научной и практической задачей. Результаты сравнения максимальных оседаний земной поверхности, полученных путем инструментальных измерений, с ожидаемыми оседаниями, рассчитанными по рекомендациям правил охраны сооружений, указывают на их расхождения. Величины погрешностей расчета достигают ±40% и более, что выше принятой погрешности ±20%. Причины этих расхождений в настоящее время еще достаточно не изучены, поэтому исследования факторов, влияющих на точность расчета максимального оседания, являются актуальными. В математическом выражении максимального оседания правил охраны учитываются все геометрические показатели пласта и горной выработки, влияющие на величину максимального оседания, и не учитывается крепость горных пород подрабатываемой толщи. В работе проведены исследования влияния крепости горных пород на параметры процесса сдвижения: оседания, наклоны, кривизну, горизонтальные сдвижения и деформации.

Целью работы является разработка методики расчета максимального оседания земной поверхности в зависимости от геометрических показателей пласта, горной выработки и крепости горных пород, обеспечивающей повышение точности параметров процесса сдвижения.

Идея работы заключается в использовании установленной зависимости максимального оседания земной поверхности от геометрических показателей пласта, горной выработки и крепости горных пород.

Методы исследования: анализ геологической и маркшейдерской информации о процессе сдвижения земной поверхности, сравнение расчетных и измеренных оседаний поверхности земли, методы математической статистики и теории ошибок измерений.

Научные положения, выносимые на защиту:

1. Метод оценки прочности горного массива в точке максимального оседания земной поверхности, заключающийся в установлении показателя крепости пород с учетом мощностей прослоев толщи, построении графи-

ков изолиний этого показателя по площади мульды сдвижения и определении по графикам показателя крепости пород в точке максимального оседания.

2. Закономерность влияния крепости горных пород на максимальное оседание в зависимости от подработанности горного массива, заключающаяся в том, что при первичной подработке земной поверхности увеличение крепости пород вызывает увеличение максимального оседания, а при повторной подработке максимальное оседание уменьшается.

3. Методика расчета максимального оседания в зависимости от геометрических показателей пласта, горной выработки и крепости горных пород, позволяющая повысить точность определения параметров процесса сдвижения.

Достоверность научных положений обоснована данными геологоразведочного бурения по 80 скважинам Восточного Донбасса, использованием данных многолетних инструментальных измерений сдвижений земной поверхности в Шахтинском и Гуковском угольных районах, применением математических методов обработки информации и сравнением данных измерений максимальных оседаний с расчетами.

Научная новизна заключается в развитии представлений о процессе сдвижения земной поверхности в вертикальной плоскости и разработке метода прогноза ожидаемых максимальных оседаний, в том числе:

- созданы методические основы оценки прочности горного массива в точке максимального оседания земной поверхности с использованием изолиний крепости горных пород;

- доказано, что крепость горных пород оказывает различное влияние на максимальное оседание земной поверхности при первичной и повторной подработках;

- установлено, что величины максимальных оседаний, рассчитанные с учетом крепости пород подрабатываемой толщи, характеризуются меньшей погрешностью по сравнению с величинами, полученными по действующим правилам охраны сооружений.

Практическая ценность работы заключается в том, что методика расчета максимального оседания, учитывающая геометрические параметры залежи, горной выработки и крепость пород, позволяет точнее рассчитывать ожидаемые деформации земной поверхности. Более точные ожидаемые деформации приводят к уменьшению коэффициентов запаса при переходе от ожидаемых деформаций к расчетным деформациям, которые используются при разработке мер охраны подрабатываемых объектов, что дает возможность уменьшить затраты на эти меры охраны.

Реализация работы в производство осуществлена в ЗАО «УК «Гу-ковуголь» в виде утвержденной техническим директором методики расчета максимального оседания земной поверхности над горными выработками угольных шахт.

Апробация работы. Материалы диссертационной работы докладывались на 49, 53, 54, 56 и 57-й научно-практических конференциях студентов и аспирантов ЮРГТУ (НПИ) в 2000, 2004, 2005, 2007 и 2008 гг., на международных симпозиумах «Неделя горняка - 2005», «Неделя горняка — 2006», «Неделя горняка — 2007», «Неделя горняка - 2008» (Москва).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 работ, включая 4 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК РФ

Струю-ура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 3 глав, заключения и 4 приложений, включает 169 страниц текста, 67 рисунков, 47 таблиц, список литературы из 102 наименований.

Автор выражает глубокую благодарность и признательность научному руководителю профессору, доктору технических наук Ю. В. Посыльному, а также проф. В. М. Калинченко, проф. С. Г. Страданченко, проф. Н. В. Титову, проф. В. А. Матвееву за ценные советы и замечания при подготовке диссертационной работы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе приводится анализ результатов исследований процесса сдвижения земной поверхности с 20-х годов XX столетия и по настоящее время. В России первые инструментальные измерения на наблюдательных станциях были начаты в Донецком, Кузнецком, Подмосковном, Карагандинском, Кизеловском бассейнах, на рудниках Урала, Кривого Рога, на Алтае, на рудниках Средней Азии в 1929-1930 гг. Ведущая роль в проведении инструментальных наблюдений в тридцатые и сороковые годы принадлежит Центральному научно-исследовательскому маркшейдерскому бюро.

Большой вклад в науку о сдвижении горных пород и земной поверхности внесли С. Г. Авершин, А. Г. Акимов, И. М. Бахурин, Е. В. Беляев, В. М. Варлашкин, В. Н. Земисев, М. А. Иофис, О. Л. Кульбах, М. В. Короткое, С. П. Колбенков, Н. Н. Кацнельсон, Г. Н. Кузнецов, А. Н. Медянцев, А. Н. Мурашев, Р. А. Муллер, Г. В. Орлов, В. Н. Попов, А. Б. Макаров, А. М. Ефимов, А. Г. Шадрин и др.

Первые предложения по расчету максимального оседания земной поверхности были выдвинуты в 40-е годы прошлого столетия.

С. Г. Авершин вывел эмпирическую формулу для расчета максимального оседания при пологом залегании угольного пласта:

где а - коэффициент, в условиях Донбасса равен 22;

Н - глубина разработок;

т - извлекаемая мощность пласта.

В вышедших в 1958 году временных технических условиях проектирования и строительства зданий и сооружений на угленосных площадях Донецкого угольного бассейна впервые приводится методика расчета сдвижений и деформаций с использованием типовых кривых.

В правилах охраны 1972 года при первичной подработке с углом падения пласта а от 0 до 70° приводится формула максимального оседания

Пт =д0тсо5а^, где ц0 - коэффициент, в районах залегания антрацитов составляет 0,75;

а - угол падения пласта;

/| и /2 - коэффициенты подработанности земной поверхности соответственно по падению и простиранию пласта.

При повторных подработках с углом падения от 0 до 25°

н

где Н\ - мощность по вертикали ранее подработанной толщи пород.

При повторных подработках с углом падения от 26 до 70° цт .

В Гуковском угольном районе И. Ф. Озеровым были получены такие формулы максимального оседания:

- при полной подработке по простиранию и при первичной или повторной подработках с углом падения до 45°

0,8/ЯСО5ОТ Чя =-

ОД + 1,09 I—

где С, - длина горной выработки по падению пласта;

- при неполной подработке по простиранию и при первичной или повторной подработках с углом падения до 45°

0,8т соб а

*» =-Тн

0,1 + 1,09 —

где /2 - коэффициент, равный (2 = - 0,25^ ;

/)2 - длина горной выработки по простиранию пласта.

В правилах охраны 1981 и 1998 гг. расчет максимального оседания выполняется по формуле:

Пт =Ч0т<х,ъаЫхНг, (1)

где до = 0,75 для районов залегания углей марок А и ПА при первичной подработке;

Л^ и Л'2 - коэффициенты, определяемые в зависимости от отношения расчетной длины лавы Ор к средней глубине разработки Н.

При установлении зависимости величины максимального оседания от геометрических показателей пласта, горной выработки и крепости горных пород нами использован метод ступенчатой аппроксимации, разработанный профессором Ю. В. Посыльным.

Теоретические основы этого метода заключаются в следующих положениях:

1. Установление основной (общей) структурной формы аналитического выражения, характеризующего взаимосвязь оцениваемых параметров и влияющих факторов на основе применения методов математической статистики по опытным данным.

2. Поэтапное уточнение основной структурной формы аналитического выражения путем последовательного введения переменного выходного коэффициента, который на предыдущей ступени аппроксимации является величиной постоянной.

3. Аналитические выражения на всех ступенях аппроксимации устанавливаются по способу наименьших квадратов, т.е. выполняются математические действия, обеспечивающие минимальное значение суммы квадратов отклонений между фактическими и расчетными значениями исследуемого параметра (признака):

где у и у - соответственно, фактическое и расчетное значения исследуемого параметра.

Сумма квадратов отклонений между фактическими и расчетными величинами исследуемого параметра на предыдущей ступени должна быть больше суммы квадратов отклонений на последующей ступени аппроксимации.

Для оценки точности расчета используется формула

ШЩ

Ч-Уг1- «

где т0 - относительная средняя квадратическая погрешность расчета максимального оседания;

?7„ - фактические (измеренные) максимальные оседания;

г)т - ожидаемые максимальные оседания.

Далее рассмотрены горно-геологические условия выемки запасов угля в Гуковском и Шахтинском районах Восточного Донбасса. Мощность разрабатываемых пластов в Гуковском и Шахтинском угольных районах изменяется от 0,85 до 2,00 м, угол падения пластов составляет 5-19°, глубина горных работ 220 - 998 м, длины лав 140 - 460 м, управление кровлей - полное обрушение. Установлено, что в Гуковском угольном районе в среднем мощность известняков составляет 4% от изучаемой мощности толщи пород, сланца глинистого - 7%, сланца песчано-глинистого - 22%, сланца песчаного - 27%, сланца углистого - 2%, песчаника - 30%, прочих пород - 8%. В Шахтинском угольном районе состав пород следующий: известняк - 4%, сланец глинистый - 15%, сланец пес-чано-глинистый - 7%, сланец песчаный - 43%, сланец углистый - 2%, песчаник - 26%, прочих пород - 3%.

Сделаны выводы о том, что в структуру формул максимального оседания на первых этапах исследований входили только мощность пласта и глубина горных работ, затем были введены угол падения пласта, размеры выработки по падению и простиранию и в последних правилах охраны учтены размеры целиков угля, окружающих горную выработку.

Во второй главе приводятся результаты исследования расчетов максимальных оседаний земной поверхности с сороковых годов прошлого столетия и по настоящее время (таблица 1) по одной и той же информации (таблица 2).

Таблица 1 - Результаты исследования погрешностей расчета максимального оседания_

Автор Формула Погрешность формулы, относительные ед.

С. Г. Авершин 22 71о= f—m 22 + л/Я ±0,38

Правила охраны 1972 г. T)m=q0rncosajt^ ±1,07

И. Ф. Озеров 0,8т cos а Пт= Гн 0,1 + 1,09 — VA ±0,56

Правила охраны 1981, 1998 гг. Tjn=q0mcosaNiN1 ±0,34

Таблица 2 - Условия выемки угольных пластов и фактические максимальные оседания в Восточном Донбассе

№ Станции т, м а, (...") Di, м Di, м Н, м Itf.M 1ц11, м vi, М

1 И/У Алмазное, лава105, пл. 4 1,55 15 180 675 920 15 10 0,289

2 Шахта Ростовская, лава 201 бис, пл. /," 1,20 17 190 840 470 М 15 0,235

3 Ш/У Алмазное, лава 107, пл. Ч, ул. Советская, 2 1,70 19 190 870 950 15 15 0,425

4 Щ. Западная, лавы 602 и 604, пл. К\, газопровод 0,95 7 402 725 488 М М 0,457

5 Ш. Гуковская, лава 457бис, пл. ул. Магистральная, К);' 1,99 16 200 580 613 М 15 0,535

6 Ш. Замчаловская, лава 408, пл. К], ул. Первомайка, 3 1,33 14 203 625 502 5 5 0,398

7 № 26, ш. Южная, лавы № 1522 и 1524, пл. <3 1,50 8 430 850 748 М М 0,751

8 № 8, ш. Южная, лава№ 1512, пл. 1,33 8 167 920 566 10 10 0,549

9 № 8, ш. Красина, лава № 22зап., пл. K¡ 0,72 8 151 1100 217 0 М 0,687

10 № 8, ш. Южная, лава 1514, пл. /" 1,36 8 212 900 600 10 10 0,914

11 № 2Л, ш. Южная, лава 1524, пл. i3 1,50 6 200 850 747 15 10 0,732

12 № 1, ш. Южная, лавы 1522, 1524, пл. '3* 1,50 8 420 850 724 15 5 0,628

13 № 12, ш. Южная, лавы 1511, 1513, пл. 1,40 11 460 980 527 М 0 0,604

14 № 8, ш. Красина, лавы 1106, 1108, пл. К" 0,85 8 380 900 245 м 0 0,688

15 № 8, ш. Южная, лавы 1518, 1520, пл. '3 1,40 8 430 900 678 м м 0,600

16 № 15, ш. Нежданная, лавы 1025,1027, пл. 0,85 6 340 760 258 м м 0,610

17 № 16, ш. Нежданная, лавы 1025,1027, пл. 0,82 6 340 760 267 0 0 0,628

18 № 24, ш. Красина, лавы 1111,1113, пл. К"2 0,85 8 400 980 366 0 0 0,819

19 № 21, ш. Красина, лава 1113, пл. K¡ 0,85 8 206 980 376 м м 0,815

20 № 18, ш. Красина, лава 1111, пл. А'2" 0,80 8 200 975 352 0 0 0,769

21 № 18, ш. Красина, лавы 1109, пл. АГ2" 0,80 8 180 970 269 0 0 0,771

22 Ш/У Алмазное, лава 10, ул. Советская-3, пл. /б 0,75 8 203 710 998 15 15 0,498

Приведенные в таблице 1 формулы не учитывают свойства толщи горных пород. Исследования показывают, что в пределах одного и того же бассейна наблюдаются расхождения между измеренными и расчетными оседаниями. По нашему мнению, это объясняется тем, что в формуле максимального оседания не учитываются свойства подрабатываемой толщи. Известна качественная сторона этих расхождений, заключающаяся в том, что с увеличением крепости пород при первичной подработке происходит увеличение максимального оседания, а при повторной - уменьшение.

Количественная сторона влияния толщи пород на величину максимального оседания в пределах одного и того же бассейна еще достаточно не изучена.

В результате применения метода обработки исходной информации -ступенчатой аппроксимации с использованием данных отчетов ВНИМИ установлены следующие математические выражения для расчета максимального оседания:

\0,633

-../ II

- при первичной подработке Пт - 0,587(т eos а) ' ( ^

о 766 Г An°'501

- при повторной подработке Лт = 0,720(mcosa) ' I -jj-

Анализ структур этих формул показывает, что при первичной подработке величина степени при выражении <т cosa» больше единицы, а при повторной - меньше единицы. Коэффициенты 0,587 = 0,6 и 0,720 ~ 0,7 отличаются примерно на 0,1. Величины степеней 0,633 ~ 0,6 и 0,501 = 0,5 также отличатся примерно на 0,1. Отсюда следует, что характерным признаком отличия формулы для первичной подработки от формулы для повторной подработки является величина степени при факторе «от cosa», т. е. этот фактор реагирует на кратность подработки.

Сделаны выводы о том, что погрешность расчета величины максимального оседания по формулам, не учитывающим крепость горных пород, значительна и необходимы исследования влияния крепости горных пород на максимальное оседание земной поверхности.

В третьей главе приводятся результаты обработки данных геологоразведочного бурения по 80 скважинам. На примере скважины № 11218 (рисунок 1) показано определение и суммирование мощностей отдельных видов пород, а вычисление показателя крепости пород Р - в таблице 3.

Вычисление показателя крепости Р выполнено по формуле

скв

где Я„„ - глубина скважины, определяемая по схеме проф. М. А. Иофиса (рисунок 2);

т, - мощности напластований; / - крепости пород.

Рисунок 1 - Состав толщи горных пород по скважине № 11218 до глубины 580,и

Таблица 3_- Определение показателя крепости пород Р

Породы Крепость / Скважина № 11218

Мощность, м Соотношение пород по скважине, % Показатель крепости пород Р

Известняк 7 45 5.0 8,23

Сланец глинистый 5 46 5,1

Сланец песчано-гл инистый 7 163 18,1

Сланец песчаный 8 275 30,6

Сланец углистый 4 10 1.1

Песчаник 10 347 38,6

Сумма слоев в массиве 886 98,6

Прочие породы 13 1,4

Общая .мощность по скважине, м 899 J00

Рисунок 2 - Схема сдвижения горных пород при разработке пологого угольного пласта по профессору М. А. Иофису:

- область разгрузки; 111111111111ГЛЦ - область повышенного горного давления, область полных сдвижений ограничена крон л ей пласта и сторонами с углов полных сдвижений и I//], I - зона обрушения; 2 - зона разломов; 3 - зона активных трещин, 4 - зона локальных трещин; 5 - зона плавного прогиба пород; 6 - зона упругих деформаций; 7 - зона неупругих (необратимых) деформаций; зоны 8. 9, 10, 11 и 12 соответствуют зонам 2,3, 4, 5 и 6 обработанной толщи; 13 - зона максимальной) растяжения верхних волокон слоя; 14 - зона максимального растяжения нижних волокон изгибающегося слоя; 15 - зона сжатия слоя; ¡6 - зона сползания слоев преимущественно но плоскостям напластований

Как показывают наши исследования, показатель крепости горных пород изменяется от одной скважины к другой, поэтому нами предлагается определять его значение в точке измеренного максимального оседания. Это возможно, если построить изолинии этих показателей и по изолиниям определять значение показателя Р в точке фактического максимального оседания. В качестве примера на рисунке 3 приводится схема расположения горных выработок, профильных линий реперов и изолинии показателя крепости горных пород Р. Результаты вычислений и построений сведены в таблицу 4.

Таблица 4 - Фактические г)* и расчетные Цт максимальные оседания, показатель крепости пород Р___

№ Расположение станции ni/* 1т ^ Р

1 Ш/У Алмазное, лава 105, пл. 0.289 0,450 7,27

2 Шахта Ростовская, лава 2016ис, пл. /', 0,235 0,560 7,99

3 Ш/У Алмазное, лава 107, пл. , ул. Советская, 2 0,425 0,545 7,10

4 Ш. Западная, лавы 602 и 604, пл. К^, газопровод 0,457 0,626 7,64

5 Ш. Гуковская, лава457бис, пл. ул. Магистральная, K't' 0,535 0,818 7,25

6 Ш. Замчаловская, лава 408, пл. К", ул. Первомайка, 3 0,398 0,661 7,79

7 № 26, ш. Южная, лавы № 1522 и 1524, пл. i¡ 0,751 0,783 6,71

8 № 8, ш. Южная, лава Ка 1512, пл. i¡ 0,549 0,632 6,92

9 N° 8, ш. Красина, лава № 22зап., пл. 0,687 0,456 6,98

10 Na 8, ш. Южная, лава 1514, пл. 0,914 0,690 6,63

11 № 2J1, ш. Южная, лава 1524, пл. i" 0,732 0,637 6,63

12 № 1, ш. Южная, лавы 1522, 1524, пл. /3" 0,628 0,908 6,55

13 N° 12, ш. Южная, лавы 1511, 1513, пл. i" 0,604 0,966 6,84

14 № 8, ш. Красина, лавы 1106, 1108, пл. К"г 0,688 0,682 6,27

15 № 8, ш. Южная, лавы 1518, 1520, пл. i¡ 0,600 0,797 6,62

16 № 15, ш. Нежданная, лавы 1025, 1027, пл. К\~' 0,610 0,668 6,68

17 № 16, ш. Нежданная, лавы 1025, 1027, пл. 0,628 0,594 6,89

18 № 24, ш. Красина, лавы 1111, 1113, пл. К¿ 0,819 0,597 6,63

19 №21, ш. Красина, лава 1113, пл. К"г 0,815 0,513 6,56

20 i№ 18, ш. Красина, лава 1111, пл. К\ 0,769 0,533 6,58

21 |№ 18, ш. Красина, лавы 1109, пл. К\ 0,771 0,626 6,59

22 Ш/У Алмазное, лава 10, ул. Советская-3, пл. /6 Га.498 0,378 7,04

Получение расчетной формулы максимального оседания в зависимости от крепости горных пород выполнено в такой последовательности. За базисное уравнение принимается рекомендуемая правилами охраны формула (1), в которую вводится постоянный коэффициент к\.

Рисунок 3 - Горные работы шахтоуправления «Алмазное» (лава№ 105)

Переменным этот коэффициент становится при его вычислении по фактическим максимальным оседаниям т]^, т. е.

q0-m-cosa-Ni ■ N2'

Определив показатели крепости Р по 22 наблюдательным станциям и вычислив значения переменного коэффициента к\, установим статистическую функцию кх = f(P). С учетом математического выражения этой статистической функции получим формулу максимального оседания земной поверхности в таком виде:

Пт = cosaM]N1/(P).

Определение зависимости коэффициента к\ от показателя крепости пород Р приведено в таблице 5 (рисунок 4). Статистическая связь между к\ и Р характеризуется формулой

А, =2239,6P-4fi21\

С ее учетом будем иметь следующее математическое выражение для максимального оседания земной поверхности:

71тр\ = 2239<7„mcos аЛ^А^Р-4,0274 .

Таблица 5 - Установление зависимости переменного коэффициента к\ от показателя крепости пород Р__

р к\

7,27 0,643

7,99 0,420

7,10 0,779

7,64 0,730

7,25 0,654

7,79 0.602

6,71 0,959

6,92 0,868

6,98 1,506

6,63 1,326

6.63 1,150

6,55 0,691

6,84 0,625

6,27 1,009

6,62 0,753

6,68 0,913

6,89 1,058

6,63 1,372

6,56 1,588

6,58 1,444

6,59 1,232

7,04 1,318

Примечание

1,

1,е -

1,4

1,2 1,0 0,8 -0,6 -0,4 0,2 0,0

к, = 2239,6Р R2 = 0,46

6,0 6,5 7,0 7,5

Рисунок 4 - Статистическая связь к\ от Р

8,0

Относительная средняя квадратическая погрешность на этой ступени аппроксимации составляет ±0,28. На последующих ступенях аппроксимации вводятся переменные коэффициенты, устанавливаются их статистические связи с влияющими факторами {тсоэа) и (-^Л'-Д а затем находятся математические выражения между максимальными оседаниями и этими влияющими факторами. На каждой последующей ступени аппроксимации величина среднего квадратического отклонения между фактическими и рассчитываемыми оседаниями уменьшается. Такое уменьшение происходит до девятой ступени, а далее остается практически постоянным, отсюда дальнейший процесс аппроксимации нецелесообразен. Формирование расчетной формулы максимального оседания представлено в таблице 6, в которой в качестве оценки погрешности формулы максимального оседания используется величина относительного среднего квадратического отклонения, вычисляемая по формуле (2). В качестве конечной формулы ожидаемого максимального оседания принимается упрощенная форма выражения, полученного на девятой ступени аппроксимации. Она имеет следующий вид:

77Ия =1908 «?„(/* сов (3)

Таблица 6 - Ступени формирования формулы ожидаемого максимального оседания_____

Ступени аппроксимации Формула максимального оседания Погрешность формулы, относит, ед.

Правила охраны 1998г. Т]т = q0m eos aN^Nz ±0,34

1 rjmn = 2239 q0m cos aN,N2P~i m1A ±0,28

2 r¡mn = 2340<7o (m eos a)06>59(Nl N2)P~i,017i ±0,26

3 Птп = 2056¿7„ (m cos а)0 6S59 (N, )0'6578 p~*-am ±0,23

4 Птр< =2\36qa(mcosa)°-4»7(NlN2f6mp-4 0274 ±0,21

5 V,=19799o(«cos ar^WMf^p-*-™ ±0,19

6 qmn = 2024qo (mcosa)0'2626 (N¡ N2 )0,4547 />~402M ±0,18

7 rj^ =1934q0(m cosa)02626 , )°'3344 Р"4'0214 ±0,175

8 »7«,. = I960?, (mcosa)0'1"2 (N.N, )0'3344 P"4'0274 ±0,173

9 ^ = 190^(Wcosa)01"2(^iV2)0'2632p-4 0274 ±0,170

В таблице 7 приведем величины относительных средних квадратиче-ских отклонений между фактическими и рассчитанными по правилам охраны оседаниями, т. е.

и между фактическими и рассчитанными по полученной нами формуле (3), т. е.

2

п-1

Таблица 7 - Сравнение максимальных оседаний земной поверхности

№ Ф Т]„,м (^Г 7«/..« Й-о,,)2

1 0,289 0,450 0,0259 0,128 0,422 0,0177 0,099

2 0,235 0,560 0,1056 0,337 0,332 0,0094 0,085

3 0,425 0,545 0,0144 0,049 0,488 0,0040 0,017

4 0,457 0,626 0,0286 0,073 0,422 0,0012 0,007

5 0,535 0,818 0,0801 0,120 0,526 0,0001 0,000

6 0,398 0,661 0,0692 0,158 0,365 0,0011 0,008

7 0,751 0,783 0,0010 0,002 0,732 0,0004 0,001

8 0,549 0,632 0,0069 0,017 0,603 0,0029 0,008

9 0,687 0,456 0,0534 0,256 0,562 0,0156 0,049

10 0,914 0,690 0,0502 0,106 0,733 0,0328 0,061

11 0,732 0,637 0,0090 0,022 0,648 0,0071 0,017

12 0,628 0,908 0,0784 0,095 0,726 0,0096 0,018

13 0,604 0,966 0,1310 0,141 0,709 0,0110 0,022

14 0,688 0,682 0,0000 0,000 0,966 0,0773 0,083

15 0,600 0,797 0,0388 0,061 0,775 0,0306 0,051

16 0,610 0,668 0,0034 0,007 0,732 0,0149 0,028

17 0,628 0,594 0,0012 0,003 0,632 0,0000 0,000

18 0,819 0,597 0,0493 0,139 0,747 0,0052 0,009

19 0,815 0,513 0,0912 0,346 0,751 0,0041 0,007

20 0,769 0,533 0,0557 0,197 0,757 0,0001 0,000

21 0,771 0,626 0,0210 0,054 0,763 0,0001 0,000

22 0,498 0,378 0,0144 0,101 0,446 0,0027 0,013

Суммы 0,9287 2,411 0,2478 0,584

Относительные средние квааратические отклонения от0> =±0,34 <„ =±0,17

Анализ данных таблицы 7 показывает, что наши разработки позволили снизить сумму квадратов отклонений в 3,7 раза, а относительную среднюю квадратическую погрешность - в 2 раза.

Таким образом, учет крепости горных пород в формуле максимального оседания сопровождается повышением точности расчета максимального оседания.

Найдем коэффициенты запаса кч , к, , кк , к{ , ке соответственно для ожидаемых максимальных оседаний, наклонов, кривизны, горизонтальных сдвижений и относительных горизонтальных деформаций, в которых используется выражение максимального оседания, не учитывающее крепость пород. Они принимают следующие значения:

кЩт = 1 + т0т1 =1,34; к,т =1 +та =1,48; кКт =1 + т0к =1,77; к^ = 1 + т0( = 1,44; кСт = 1 + =1,68.

Вычислим коэффициенты запаса кп , к, , кК , к( ,кс соответственно для ожидаемых максимальных оседаний, наклонов, кривизны, горизонтальных сдвижений и относительных горизонтальных деформаций, в которых используется выражение максимального оседания, учитывающее крепость пород. Эти коэффициенты принимают такие значения:

к =\ + тр0 =1,17;

!т <7

= 1 + т'] =1,38; кКт =1 + =1,71; к(т = 1 + т'0; =1,33; К, =1 + то, =1.61.

Выполним проверку расчета максимального оседания по формуле (3) по данным измерений на станции (лава №109 ш/у Алмазное), которая не использовалась в математической обработке данных, приведенных в таблице 2. План станции представлен на рисунке 5, вертикальный разрез - на рисунке 6. Исходные данные приведены в таблице 8.

Рассчитаем максимальные оседания по формулам С. Г. Авершина, Правил охраны 1972 года, И. Ф. Озерова, Правил охраны 1998 года и сравним с максимальным оседанием, вычисленным по предложенной нами формуле. Результаты расчетов приведем в таблице 9.

Рисунок 5 - План станции по лаке №109 ш/у Алмазное

\ \ / ■ ■ / 1 /

\ \ \ \ / / /

V Л !

\

\ 1

\

\ !

\ Лада*.

1.К1) Л ~~ _____ ч = У"

1

Рисунок б - Вертикальный разрез по профильной лииии станции шахтоуправления «Алмазное» (лаиа№ 109, первичная подработка)

Таблица 8 - Исходные данные по станции (лава №109 ш/у Алмазное)

Параметр Чо т,м а,(...°) А, м Оъм Д=р > м Р

Значение 0,75 1,86 9 203 710 998 15 0,498 7,54

Таблица 9 — Погрешности расчета максимального оседания

Автор Формулы максимального оседания 1Фт, м пт, м Чт

С. Г. Авершин 22 = 22 + -1н т 0,498 0,764 -0,35

Правила охраны 1972 г. Пт =Ч0тсо5а^Л 0,739 -0,33

И. Ф. Озеров 0,8 т сов а г— 0,1+ 1,09 1— 0,380 +0,31

Правила охраны 1998 г. 0,378 +0,32

Предложенная формула Г]тг =1908дДшсо3а)0'2(^^)°'3/>-4 0,595 -0,16

По результатам анализа данных таблицы 9 видно, что предложенная нами формула максимального оседания, учитывающая крепость горных пород, характеризуется наименьшей погрешностью.

Проведенные нами исследования показывают, что повышение точности расчета максимального оседания, в аналитическом выражении которого используется крепость горных пород, позволяет снизить коэффициенты запаса не только для оседаний, но и для наклонов, кривизны, горизонтальных сдвижений и относительных горизонтальных деформаций. Это приводит к уменьшению расчетных величин деформаций, на основе которых принимаются решения по вопросам охраны подрабатываемых сооружений. Снижение расчетной величины деформации сопровождается уменьшением затрат на осуществление защитных мероприятий для охраняемых объектов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе решена актуальная научная и практическая задача, заключающаяся в разработке методики расчета максимального оседания земной поверхности, которая отличается тем, что получаемая по этой методике формула максимального оседания включает мощность и

20

угол падения пласта, размеры выработанного пространства, крепость горных пород и характеризуется повышенной точностью по сравнению с применяемой в настоящее время расчетной формулой.

Основные научные и практические результаты работы:

1. Установлено, что крепость горных пород оказывает влияние на величину максимального оседания земной поверхности. Для определения значения крепости в точке максимального оседания разработан метод, заключающийся в том, что по данным геологического бурения скважин находятся средние взвешенные величины крепости пород, затем строятся изолинии крепости и по ним путем линейного интерполирования определяется значение крепости в точке максимального оседания.

2. Показано, что в зависимости от подработанности горного массива крепость горных пород оказывает различное влияние на величины максимальных оседаний. Полученные статистические выражения этого влияния, подтверждают, что первичная подработка сопровождается увеличением максимального оседания при увеличении крепости горных пород, а повторная - уменьшением максимального оседания.

3. Разработана методика расчета величины максимального оседания, которая заключается в том, что путем применения метода ступенчатой аппроксимации производится статистическая обработка фактических и рассчитанных по правилам охраны максимальных оседаний земной поверхности, показателей крепости горных пород толщи, а затем на основании данных обработки составляется формула максимального оседания, структура которой базируется на формуле правил охраны с учетом крепости горных пород.

4. Результаты исследований характеризуются эффективностью, которая заключается в том, что разработанная методика расчета максимального оседания позволяет повысить точность расчета параметров процесса сдвижения и снизить коэффициенты запаса для максимальных оседаний с 1,34 до 1,17, наклонов - с 1,48 до 1,38, кривизны - с 1,77 до 1,71, горизонтальных сдвижений - с 1,44 до 1,33 и относительных горизонтальных деформаций - с 1,68 до 1,61.

Применение на практике более точных величин сдвижений и деформаций при решении вопросов подработки поверхностных сооружений позволяет уменьшить затраты на защитные мероприятия для этих сооружений.

5. Разработанная методика расчета максимального оседания земной поверхности утверждена в ЗАО «УК «Гуковуголь» и рекомендована для практического применения на угольных предприятиях.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Ю. В. Посыльный, Е. А. Тетерин. Измеренные и расчетные деформации земной поверхности в условиях шахты «Нежданная» ОАО «Ростов-уголь» - научно-технические и социально-экономические проблемы Российского Донбасса: Материалы 49-й научно-производственной региональной конференции г.Шахты, 17-25 апреля 2000. - Ростов-на-Дону: СКНЦ ВШ, 2000. - С.64 - 67.

2. Е. А. Тетерин. Влияние глубины горных работ на оседание земной поверхности / Исследования в области инженерно-технических процессов: Сб. науч. статей студентов и аспирантов и молодых ученых / ЮРГТУ (НПИ) - Новочеркасск: УПЦ «Набла» ЮРГТУ (НПИ), 2004. -с. 233 - 235.

3. Е. А. Тетерин. Интегрированный прогноз строения горного массива/ Исследования в области инженерно-технических процессов: Сб. науч. статей студентов и аспирантов и молодых ученых / ЮРГТУ (НПИ) - Новочеркасск: УПЦ «Набла» ЮРГТУ (НПИ), 2004. - с. 235 - 237.

4. Ю. В. Посыльный, Е. А. Тетерин. Показатель подрабатываемой толщи горных пород при исследовании процесса сдвижения земной поверхности - Горный информационно-аналитический бюллетень - М: МГТУ, 2005. - № 6 - С.62 — 65.

5. А. В. Тетерин, Е. А. Тетерин. Современные методы и средства контроля деформаций зданий и сооружений - Научно-технические проблемы разрабатываемых угольных месторождений, шахтного и подземного строительства: Сб. научи, трудов / Шахт, ин-т ЮРГТУ(НПИ) - Новочеркасск: УПЦ «Набла» ЮРГТУ(НПИ), 2005 г.

6. Ю. В. Посыльный, Е. А. Тетерин. Типовые распределения сдвижений и деформаций при многократной подработке — Горный информационно-аналитический бюллетень - М: МГТУ, 2005 - № 9 - С.28 - 30.

7. А. В.Тетерин, Е. А.Тетерин. Технологические факторы, влияющие на деформации горного массива при подработке. - Известия вузов СевероКавказского региона. Технические науки - 2006 г. - С.36 - 38.

8. Ю. В. Посыльный, А. А. Джулай, Е. А. Тетерин. Максимальные оседания земной поверхности в антрацитовых районах Донбасса - Перспективы развития Восточного Донбасса: сб. науч. тр./ ШИ ЮРГТУ(НПИ).- Новочеркасск: Набла, 2007. - 4.2. - С. 282 - 294.

9. Ю. В. Посыльный, Е. А. Тетерин. Математические выражения формул максимального оседания земной поверхности в условиях Донбасса -Вестник ЮРГТУ (НПИ).- 2008,- №1- С. 96 - 103.

10. Ю. В. Посыльный, Е. А. Тетерин. Расчет максимального оседания земной поверхности в начальный период исследования процесса сдвижения земной поверхности в условиях Донбасса - Вестник ЮРГТУ (НПИ).-2008.-№1.-С. 104-110.

11.Ю. В. Посыльный, Е. А. Тетерин. Методика исследования влияния толщи горных пород на максимальные оседания земной поверхности // Горный информационно-аналитический бюллетень. - М.: МГГУ. - 2008. -№ I.-C. 115- 121.

Подписано в печать 18.03.2009 Формат 60 х 90 1/16. Бумага офсетная. Печать оперативная. Уч. печ. л. 1. Тираж 100 экз. Заказ Л» 47-7716/

Южно-Российский государственный технический университет (НПИ) Центр оперативной полиграфии ЮРГТУ(НПИ) 346428, г. Новочеркасск, ул. Просвещения, 132, тел. 255-305

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Тетерин, Елисей Андреевич

ВВЕДЕНИЕ

1 ОБЪЕКТЫ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ

1.1 Горно-геологические условия выемки запасов угля в Восточном Донбассе 1.2 Исследование процесса сдвижения земной поверхности в Донбассе

1.2.1 Результаты исследования сдвижений с 1929 по 1939 гг.

1.2.2 Результаты исследования сдвижений с 1939 по 1960 гг.

1.2.3 Результаты исследования сдвижений с i960 по 1972 гг.

1.2.4 Результаты исследования сдвижений с 1972 по 1981 гг.

1.2.5 Результаты исследования сдвижений с 1981 г. по настоящее время

1.3 Методика исследования факторов, влияющих на максимальное оседание земной поверхности

1.4 Методика оценки точности расчета максимального оседания 30 ВЫВОДЫ

2 МАКСИМАЛЬНОЕ ОСЕДАНИЕ ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ И ВЛИЯЮЩИЕ ФАКТОРЫ

2.1 Анализ расчетных формул по определению максимального оседания

2.1.1 Расчет максимального оседания земной поверхности по формуле С. Г. Авершина

2.1.2 Расчет максимального оседания земной поверхности по формуле правил охраны 1972 года

2.1.3 Расчет максимального оседания земной поверхности по формуле И. Ф. Озерова

2.1.4 Расчет максимального оседания земной поверхности по формуле правил охраны 1981 и 1998 гг.

2.2 Максимальные оседания земной поверхности при первичной и повторной подработках в антрацитовых районах Донбасса

2.3 Влияние крепости горных пород на максимальное оседание земной поверхности при первичной и повторной подработках

ВЫВОДЫ 63 3 МАКСИМАЛЬНЫЕ ОСЕДАНИЯ ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ В УСЛОВИЯХ

ВОСТОЧНОГО ДОНБАССА

3.1 Инструментальные измерения максимальных оседаний земной поверхности

3.2 Определение показателя крепости горных пород в условиях Восточного Донбасса

3.3 Построение изолиний показателя крепости горных пород

3.4 Анализ ожидаемых максимальных оседаний в условиях с Восточного Донбасса и их погрешность

3.5 Расчетная формула максимального оседания в зависимости от крепости горных пород

3.6 Эффективность новой расчетной формулы максимального оседания земной поверхности

ВЫВОДЫ

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Влияние крепости горных пород на параметры процесса сдвижения земной поверхности в условиях Восточного Донбасса"

Актуальность проблемы. При подземной разработке угольных месторождений рассчитываются сдвижения и деформации в главных сечениях мульды сдвижения земной поверхности. Расчет основывается на методе типовых кривых: безразмерных функциях распределения оседаний, наклонов, кривизны, горизонтальных сдвижений и относительных горизонтальных деформаций. Все расчетные формулы этого метода включают максимальное оседание, от погрешности определения которого зависит погрешность величин деформаций, используемых при выборе мер охраны подрабатываемых объектов. В связи с этим разработка методики расчета максимального оседания земной поверхности с учетом крепости горных пород, обеспечивающей повышение точности определения величин ожидаемых сдвижений и деформаций, является актуальной научной и практической задачей. Результаты сравнения максимальных оседаний земной поверхности, полученных путем инструментальных измерений, с ожидаемыми оседаниями, рассчитанными по рекомендациям правил охраны сооружений, указывают на их расхождения. Величины погрешностей расчета достигают ±40% и более, что выше принятой погрешности ±20%. Причины этих расхождений в настоящее время еще достаточно не изучены, поэтому исследования факторов, влияющих на точность расчета максимального оседания, являются актуальными. В математическом выражении максимального оседания правил охраны учитываются все геометрические показатели пласта и горной выработки, влияющие на величину максимального оседания, и не учитывается крепость горных пород подрабатываемой толщи. В работе проведены исследования влияния крепости горных пород на параметры процесса сдвижения: оседания, наклоны, кривизну, горизонтальные сдвижения и деформации.

Целью работы является разработка методики расчета максимального оседания земной поверхности в зависимости от геометрических показателей пласта, горной выработки и крепости горных пород, обеспечивающей повышение точности параметров процесса сдвижения.

Идея работы заключается в использовании установленной зависимости максимального оседания земной поверхности от геометрических показателей пласта, горной выработки и крепости горных пород.

Методы исследования: анализ геологической и маркшейдерской информации о процессе сдвижения земной поверхности, сравнение расчетных и измеренных оседаний поверхности земли, методы математической статистики и теории ошибок.

Научные положения, выносимые на защиту:

1. Метод оценки прочности горного массива в точке максимального оседания земной поверхности, заключающийся в установлении показателя крепости пород с учетом мощностей прослоев толщи, построении графиков изолиний этого показателя по площади мульды сдвижения и определении по графикам показателя крепости пород в точке максимального оседания.

2. Установлена закономерность влияния крепости горных пород на максимальное оседание в зависимости от подработанности горного массива, заключающаяся в том, что при первичной подработке земной поверхности увеличение крепости пород вызывает увеличение максимального оседания, а при повторной подработке максимальное оседание уменьшается.

3. Методика расчета максимального оседания в зависимости от геометрических показателей пласта, горной выработки и крепости горных пород, позволяющая повысить точность определения параметров процесса сдвижения.

Достоверность научных положений обоснована данными геологоразведочного бурения по 80 скважинам Восточного Донбасса, использованием данных многолетних инструментальных измерений сдвижений земной поверхности в Шахтинском и Гуковском угольных районах, применением математических методов обработки информации и сравнением данных измерений максимальных оседаний с расчетами.

Научная новизна заключается в развитии представлений о процессе сдвижения земной поверхности в вертикальной плоскости и разработке метода прогноза ожидаемых максимальных оседаний, в том числе:

- созданы методические основы оценки прочности горного массива в точке максимального оседания земной поверхности с использованием изолиний крепости горных пород;

- доказано, что крепость горных пород оказывает различное влияние на максимальное оседание земной поверхности при первичной и повторной подработках;

- установлено, что величины максимальных оседаний, рассчитанные с учетом крепости пород подрабатываемой толщи, характеризуются меньшей погрешностью по сравнению с величинами, полученными по действующим правилам охраны сооружений.

Практическая ценность работы заключается в том, что методика расчета максимального оседания, учитывающая геометрические параметры пласта, горной выработки и крепость пород, позволяет точнее рассчитывать ожидаемые деформации земной поверхности. Более точные ожидаемые деформации приводят к уменьшению коэффициентов запаса при переходе от ожидаемых деформаций к расчетным деформациям, которые используются при разработке мер охраны подрабатываемых объектов, что дает возможность уменьшить затраты на эти меры охраны.

Реализация работы в производство осуществлена в ЗАО «УК «Гуков-уголь» в виде утвержденной техническим директором методики расчета максимального оседания земной поверхности над горными выработками угольных шахт.

Апробация работы. Материалы диссертационной работы докладывались на 49, 53, 54 и 56-й научно-практических конференциях студентов и аспирантов ЮРГТУ (НПИ) в 2000, 2004, 2005 и 2007 гг., на научных симпозиумах «Неделя горняка - 2005», «Неделя горняка - 2006», «Неделя горняка - 2008» (Москва).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 работ, включая 4 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 3 глав, заключения и 4 приложений, включает 169 страниц текста, 67 рисунков, 47 таблиц, список литературы из 102 наименований.

Заключение Диссертация по теме "Горнопромышленная и нефтегазопромысловая геология, геофизика, маркшейдерское дело и геометрия недр", Тетерин, Елисей Андреевич

ВЫВОДЫ

1. Разработан метод определения показателя крепости горных пород как среднего взвешенного значения крепости пород в точке фактического максимального оседания. Метод заключается в определении показателя крепости по каждой разведочной скважине, построении изолиний этого показателя и интерполировании величины показателя в точке фактического максимального оседания.

2. Разработана методика расчета максимального оседания, базирующаяся на формуле «Правил охраны.» 1998 г. и учитывающая геометрические показатели пласта и горной выработки, а также крепость горных пород, что позволяет повысить точность определения ожидаемых сдвижений и деформаций.

3. Эффективность новой расчетной формулы максимального оседания заключается в том, что для максимальных оседаний, вычисленных по этой формуле, коэффициент запаса (перегрузки) составляет 1,17, а для максимальных оседаний, вычисленных по формуле правил охраны, в которой не учитывается крепость пород, коэффициент запаса равен 1,34. Соотношение коэффициентов запаса для максимальных наклонов, кривизны, горизонтальных сдвижений и относительных горизонтальных деформаций соответственно составляет 1,48 и 1,38, 1,77 и 1,71, 1,44 и 1,33, 1,68 и 1,61. Снижение коэффициента запаса для максимального оседания приводит к уменьшению величин расчетных деформаций земной поверхности, от которых зависит стоимость защитных мероприятий для подрабатываемых объектов.

Проверка предложенной нами формулы максимального оседания по данным измерений на станции, не участвовавшей в математической обработке, подтверждает приемлемость практического применения этой формулы в маркшейдерских расчетах.

100

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе решена актуальная научная и практическая задача, заключающаяся в разработке методики расчета максимального оседания земной поверхности, которая отличается тем, что получаемая по этой методике формула максимального оседания включает мощность и угол падения пласта, размеры выработанного пространства, крепость горных пород и характеризуется повышенной точностью по сравнению с применяемой в настоящее время расчетной формулой.

Основные научные и практические результаты работы:

1. Установлено, что крепость горных пород оказывает влияние на величину максимального оседания земной поверхности. Для определения значения крепости в точке максимального оседания разработан метод, заключающийся в том, что по данным геологического бурения скважин находятся средние взвешенные величины крепости пород, затем строятся изолинии крепости и по ним путем линейного интерполирования определяется значение крепости в точке максимального оседания.

2. Показано, что в зависимости от подработанности горного массива крепость горных пород оказывает различное влияние на величины максимальных оседаний. Полученные статистические выражения этого влияния подтверждают, что первичная подработка сопровождается увеличением максимального оседания при увеличении крепости горных пород, а повторная - уменьшением максимального оседания.

3. Разработана методика расчета величины максимального оседания, которая заключается в том, что путем применения метода ступенчатой аппроксимации производится статистическая обработка фактических и рассчитанных по правилам охраны максимальных оседаний земной поверхности, показателей крепости горных пород толщи, а затем на основании данных обработки составляется формула максимального оседания, структура которой базируется на формуле правил охраны с учетом крепости горных пород.

4. Результаты исследований характеризуются эффективностью, которая заключается в том, что разработанная методика расчета максимального оседания позволяет повысить точность расчета параметров процесса сдвижения и снизить коэффициенты запаса для максимальных оседаний с 1,34 до 1,17, наклонов - с 1,48 до 1,38, кривизны - с 1,77 до 1,71, горизонтальных сдвижений -с 1,44 до 1,33 и относительных горизонтальных деформаций - с 1,68 до 1,61.

Применение на практике более точных величин сдвижений и деформаций при решении вопросов подработки поверхностных сооружений позволяет уменьшить затраты на защитные мероприятия для этих сооружений.

5. Разработанная методика расчета максимального оседания земной поверхности утверждена в ЗАО «УК «Гуковуголь» и рекомендована для практического применения на угольных предприятиях.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Тетерин, Елисей Андреевич, Новочеркасск

1. Авершин С. Г. Сдвижение горных пород при подземных разработках / С. Г. Авершин. - М.: Углетехиздат, 1947. - 245 с.

2. Авершин С. Г. Расчет сдвижений горных пород / С. Г. Авершин. — М. : Металлургиздат, 1950. 60 с.

3. Авершин С. Г. К вопросу о направлениях в исследовании сдвижений пород / С. Г. Авершин // Уголь. 1952. - № 9. - С. 5-12.

4. Авершин С. Г. Горные работы под сооружениями и водоемами / С. Г. Авершин. -М.: Углетехиздат, 1954. 324 с.

5. Авершин С. Г. Расчет деформаций массива горных пород под влиянием подземных разработок / С. Г. Авершин. Л.: ВНИМИ, 1960. - 87 с.

6. Авершин С. Г. Некоторые задачи теории сдвижений горных пород под влиянием подземных разработок / С. Г. Авершин. Л. : ВНИМИ, 1970. -сб. №89.-С. 17-18.

7. Акимов А. Г. Некоторые данные о сдвижениях горных пород и способах их расчета / А. Г. Акимов. Л.: ВНИМИ, 1958. - сб. № 32. - С. 93-107.

8. Акимов А. Г. Современные методы расчета сдвижений и деформаций земной поверхности и способы охраны зданий и сооружений / А. Г. Акимов, М. В. Коротков. Л.: ВНИМИ, 1970. - сб. № 76. - С. 296-307.

9. Акимов А. Г. Сдвижение горных пород при подземной разработке угольных и сланцевых месторождений / А. Г. Акимов, В. Н. Земисев, Н. Н. Кацнель-сон, М. В. Коротков, В. С. Костерич, А. Н. Медянцев, А. Н. Мурашев, И. А. Петухов. М.: Недра, 1970. - 224 с.

10. Аллик А. М. К вопросу о создании научной теории сдвижения горных пород / А. М. Аллик // Уголь. 1954. - № 3. - С. 23-24.

11. Ватутин С. А. Сдвижения и деформации земной поверхности и горных пород над движущимся забоем / С. А. Ватутин. Труды ВНИМИ, 1962. -сб. №47.-С. 159-199.

12. Батугин С. А. К расчету деформаций земной поверхности при подземных разработках / С. А. Батугин. Труды ВНЙМИ, 1966. - сб. № 58. -С.147-155.

13. Бахурин И. М. Сдвижение горных пород под влиянием горных разработок / И. М. Бахурин. JI.: Гостопиздат, 1946. - 229 с.

14. Беляев Е. В. Теория подрабатываемого массива / Е. В. Беляев. — М. : Наука, 1987.-176 с.

15. Бронштейн И. Н. Справочник по математике / И. Н. Бронштейн, К. А. Семендяев. М.: Наука, 1964. - 608 с.

16. Великанов М. А. Ошибки измерения и эмпирические зависимости / М. А. Великанов. Л.: Гидрометеоиздат, 1962. - 302 с.

17. Вергасов В. А. Вычислительная математика / В. А. Вергасов, И. Г. Жур-кин, М. В. Красикова. М.: Недра, 1976. - 230 с.

18. Викторов С. Д. Сдвижение и разрушение горных пород / С. Д. Викторов, М. А. Иофис, С. А. Гончаров ; Отв. ред. К. Н. Трубецкой. М. : Наука, 2005. - 277 с. - ISBN 5-02-033738-2 (в пер.).

19. Временные технические условия проектирования и строительства зданий и сооружений на угленосных площадях Донецкого угольного бассейна. ВТУ-01 -58.-Киев, 1958.-121 с.

20. Гертнер П. Ф. Изучение совместного влияния выемки пластов в Донбассе / П. Ф. Гёртнер // Исследования по вопросам маркшейдерского дела. — М.: Углетехиздат, 1953. № 27. - С. 319-353.

21. Гертнер И. А. Физико-механические свойства горных пород Донбасса применительно к вопросам сдвижения горных пород и земной поверхности / И. А. Гертнер. Л.: ВНИМИ, 1970. - сб. № 77. - С. 229-240.

22. Доспехов Б. А. Методика полевого опыта / Б. А. Доспехов. — М. : Колос, 1973. 336 с.

23. Единые правила охраны сооружений и природных объектов от вредного влияния подземных горных разработок на угольных и сланцевых месторождениях (ПО-01-73). Проект / Министерство угольной промышленности СССР. Л.: ВНИМИ, 1972. - 289 с.

24. Ершов И. М. Аналитические исследования поверхности мульды сдвижения / И. М. Ершов. Труды ВНИМИ, 1958. - сб. № 32. - С. 23-38.

25. Земисев В. Н. Расчеты деформаций горного массива / В. Н. Земисев. — М.: Недра, 1973.-144 с.

26. Иофис М. А. Влияние погрешностей исходных данных на точность расчетов деформаций земной поверхности. / М. А. Иофис // Надшахтное строительство. Донецк : Дон НИИ, 1961.-№2.-С. 161-171.

27. Иофис М. А. Характер развития деформаций в полумульде над движущимся забоем / М. А. Иофис, Г. А. Фастов. Л.: ВНИМИ, 1965. - сб. № 55. -С. 143-149.

28. Иофис М. А. Добыча угля под сооружениями в Донбассе / М. А. Иофис, Ю. Ф. Кренида, Ф. М. Маевский, В. В. Макаров, А. В. Трифонов, В. Н. Шевченко. Донецк: Донбасс, 1974. - 94 с.

29. Казаковский Д. А. К вопросу о предрасчете сдвижений горных пород при разработке угольных месторождений / Д. А. Казаковский // Исследования по вопросам маркшейдерского дела. — М.: Углетехиздат, 1952. — № 25. — С. 3—11.

30. Казаковский Д. А. К вопросу о сдвижении горных пород при подземной разработке угольных месторождений / Д. А. Казаковский // Уголь. — 1952. — №9.-С. 12-17.

31. Казаковский Д. А. Сдвижение земной поверхности под влиянием горных разработок / Д. А. Казаковский. М.: Углетехиздат, 1953. - 227 с.

32. Казаковский Д. А. К изученности некоторых вопросов сдвижения горных пород на угольных шахтах / Д. А. Казаковский // Исследования по вопросам маркшейдерского дела. М.: Углетехиздат, 1953. - № 27. - С. 68-89.

33. Колбенков С. П. Аналитическое выражение типовых кривых сдвижения поверхности / С. П. Колбенков. Л.: ВНИМИ, 1961. - сб. № 43 - С. 46-49.

34. Колбенков С. П. Оценка точности измеренных и расчетных величин деформаций земной поверхности / С. П. Колбенков. Л. : ВНИМИ, 1961. -сб. №43.-С. 78-90.

35. Колбенков С. П. К вопросу расчетов деформаций земной поверхности / М. П. Колбенков, А. Н. Павлов. Л.: ВНИМИ, 1963. - сб. № 50. - С. 114-130.

36. Короткое М. В. Выемка угля под сооружениями в Донбассе / М. В. Коротков. -М.: Углетехиздат, 1953. 220 с.

37. Коротков М. В. Исследование процесса сдвижения горных пород и защита подрабатываемых зданий и сооружений в СССР / М. В. Коротков. Л.: ВНИМИ, 1969. - сб. № 75. - С. 288-296.

38. Костерин М. А. Влияние угла падения и размеров выработки на характер мульды сдвижения / М. А. Костерин // Известия высших учебных заведений. Горный журнал. -1974. № 3. - С. 43-49.

39. Кратч С. Г. Сдвижение горных пород и защита подрабатываемых сооружений / С. Г. Кратч ; Пер. с нем. под ред. Р. А. Муллера и И. А. Петухова. -М.: Недра, 1978.-494 с.

40. Кульбах О. Л. Первые итоги систематических наблюдений сдвижений дневной поверхности под влиянием каменноугольных разработок в Донбассе / О. Л. Кульбах, М. В. Коротков. Известия ЦНИМБа, 1934. - № 41.

41. Леонтьев Н. К. К вопросу о направлениях в изучении сдвижений горных пород в условиях Донецкого бассейна / Н. К. Леонтьев // Уголь. — 1954. -№ 3. — С. 24-26.

42. Медянцев А. Н. О точности расчета деформаций земной поверхности / А. Н. Медянцев. Л.: ВНИМИ, 1961. - сб. № 43. - С. 96-104.

43. Медянцев А. Н. Определение исходных параметров процесса сдвижения земной поверхности в Донбассе / А. Н. Медянцев, А. И. Мазура. Л. : ВНИМИ, 1961.-сб. №42.-С. 140-153.

44. Медянцев А. Н. Графики распределения сдвижений и деформаций земной поверхности над горными выработками в Донбассе / А. Н. Медянцев, М. А. Иофис, А. И. Мазурова. Л.: ВНИМИ, 1962. - сб. № 47. - С. 140-154.

45. Медянцев А. Н. Максимальные деформации земной поверхности / А. Н. Медянцев. Л.: ВНИМИ, 1963. - сб. № 50. - С. 190-193.

46. Медянцев А. Н. Сдвижение земной поверхности в малоизученных условиях Донбасса / А. Н. Медянцев, А. И. Мазурова. Л. : ВНИМИ, 1965. -сб. №55.-С. 14-33.

47. Медянцев А. Н. Распределение сдвижений и деформаций земной поверхности по площади мульды сдвижения вне ее главных сечений / А. Н. Медянцев, Л. П. Чепенко. Л.: ВНИМИ, 1965. - сб. 55. - С. 54-66.

48. Медянцев А. Н. Исследование сдвижения земной поверхности над горными выработками при разработке свит в Донбассе : Дисс. . докт. техн. наук: 05.15.01. Защищена 26.12.72 ; Утв. 28.091979. - Новочеркасск, 1972. -310 с.

49. Медянцев А. Н. Основные направления исследований сдвижения горных пород / А. Н. Медянцев, А. М. Навитний // Уголь. 1984. — № 4. - С. 53-55.

50. Методика комплексного исследования процесса сдвижения породных толщ и земной поверхности под влиянием горных работ. Л.: ВНИМИ, 1971. -сб.№81.-С. 226-309.

51. Муллер Р. А. Влияние горных выработок на деформацию земной поверхности / Р. А. Муллер. М.: Углетехиздат, 1958. - 76 с.

52. Муллер Р. А. Защита гражданских зданий от влияния подземных горных работ / Р. А. Муллер, Л. Ш. Меламут, В. М. Варлашкин. М.: Недра, 1970. -224 с.

53. Мурашев А. Н. Погрешности измеренных и расчетных сдвижений и деформаций земной поверхности / А. Н. Мурашев. Л.: ВНИМИ, 1969. - № 71. -С. 86-99.

54. Маркшейдерское дело : учебник для вузов / Д. А. Казаковский, С. Г. Авершин, А. Н. Белоликов и др.. М.: Углетехиздат, 1959. - 688 с.

55. Общие правила охраны сооружений и природных объектов от вредного влияния подземных горных разработок на угольных месторождениях (0П-01-74). Проект / Министерство угольной промышленности СССР. Л.: ВНИМИ, 1974. -233 с.

56. Озеров И. Ф. Разработка методов расчета деформаций земной поверхности и охраны зданий при подземной добыче антрацитов Донбасса : Дисс. . канд. техн. наук: 05.15.01. -М., 1982.-241 с.

57. Озеров И. Ф. Разработка методов расчета деформаций земной поверхности и охраны зданий при подземной добыче антрацитов Донбасса : Автореф. дисс. канд. техн. наук: 05.15.01. -М., 1982.-22 с.

58. Озеров И. Ф. Методика расчета деформаций земной поверхности и прогнозирования повреждений зданий для выбора рациональных мер их охраны при подземной добыче антрацитов Донбасса / И. Ф. Озеров ; МУП СССР. -Гуково, 1982.-23 с.

59. Петухов И. А. Основные направления исследований сдвижений горных пород, охраны сооружений и природных объектов при разработке угольных месторождений / И. А. Петухов. Л.: ВНИМИ, 1976. - сб. № 100. - С. 77-85.

60. Поляков В. М. Область применения и практическая ценность пред-расчетов сдвижения земной поверхности / В. М. Поляков // Уголь. 1954. -№3.-С. 21-22.

61. Посыльный Ю. В, Расчет оседаний земной поверхности над горными выработками методом типовых кривых / Ю. В. Посыльный, С. А. Медянцев // Добыча угля подземным способом. М. : ЦНИЭИУголь, - №7 (127), 1977. -С. 52-55.

62. Посыльный Ю. В. Способ двухступенчатой аппроксимации кривых оседания земной поверхности над горными выработками / Ю. В. Посыльный, В. Д. Посыльный // Добыча угля подземным способом: Науч.-техн. реф. сб. / ЦНИЭИуголь. М., 1979. - № 8. - С.25-28.

63. Посыльный Ю. В. Анализ параметров процесса сдвижения горных пород и земной поверхности над горными выработками угольных шахт / Ю. В. Посыльный // Добыча угля подземным способом: Обзор йнформ. / ЦНИЭИуголь. М., 1983. - Вып. 7. - 42 с.

64. Посыльный Ю. В. Ступенчатая аппроксимация функции нескольких переменных / Ю. В. Посыльный, В. Д. Посыльный // Угольная промышленность СССР: Реф. на картах / ЦНИЭИуголь. М., 1988. - Вып. 12, № 388 /1024/.

65. Посыльный Ю. В. Распределение оседаний земной поверхности над горными выработками шахт Восточного Донбасса / Ю. В. Посыльный // Изв. Сев.-Кавк. науч. центра высш. шк. Техн. науки. — 1988. -№ 1. С. 120-122.

66. Посыльный Ю. В. Расчет параметров процесса сдвижения земной поверхности над горными выработками / Ю. В. Посыльный, В. В. Посыльный; Юж.-Рос. гос. ун-т. Новочеркасск : ЮРГТУ, 1999. - 100 с.

67. Посыльный Ю. В. Руководство по расчету параметров процесса сдвижения земной поверхности над горными выработками / Ю. В. Посыльный; Шахт. ин-т. Новочеркасск : ЮРГТУ, 2000. - 163 с. - ISBN 5 - 88998 - 126 - 9.

68. Посыльный Ю. В. Типовые распределения сдвижений и деформаций при многократной подработке / Ю. В. Посыльный, А. В. Тетерин, Е. А. Тетерин //Горный информационно-аналитический бюллетень. М. : МГГУ, 2005. -№9.-С. 28-30,

69. Посыльный Ю. В. Показатель подрабатываемой толщи горных пород при исследовании процесса сдвижения земной поверхности / Ю. В. Посыльный, Е. А. Тетерин // Горный информационно-аналитический бюллетень. — М.: МГГУ. -2005. № 6. - С. 62-66. - ISSN 0236-1499.

70. Посыльный Ю. В. Методика исследования влияния толщи горных пород на максимальные оседания земной поверхности / Ю. В. Посыльный, Е. А. Тетерин // Горный информационно-аналитический бюллетень. М.: МГГУ.- 2008. -№ 1.-С. 115.

71. Правила охраны сооружений от вредного влияния горных разработок в Донецком и Подмосковном угольных бассейнах. М.: Углетехиздат, 1947. — 60 с.

72. Правила охраны сооружений и природных объектов от вредного влияния подземных разработок в Донецком угольном бассейне. — JI. : ВНИМИ, 1960.-48 с.

73. Правила охраны сооружений и природных объектов от вредного влияния подземных горных выработок в Донецком угольном бассейне. М. : МУПСССР, 1972.-133 с.

74. Правила охраны сооружений и природных объектов от вредного влияния подземных горных разработок на угольных месторождениях / Министерство угольной промышленности СССР. М.: Недра, 1981. - 288 с.

75. Правила охраны сооружений и природных объектов от вредного влияния подземных горных разработок на угольных месторождениях. СПб., 1998.-291 с.

76. Русаков Н. Г. О точности расчета деформаций земной поверхности / Н. Г. Русаков // Уголь. 1953. - № 11.

77. Руководство по расчету зданий и сооружений, проектируемых на подрабатываемых территориях. JL: Стройиздат, 1968, - 280 с.

78. Русаков Н. Г. Анализ исходных параметров процесса сдвижения земной поверхности / Н. Г. Русаков // Надшахтное строительство. Донецк : ДонНИИ, 1961.-№ 2.-С. 181-188.

79. Сборник нормативных материалов по маркшейдерскому и геологическому обеспечению горных работ в угольной отрасли России. М. : ИПКОН РАН, 1996. - 245 с. - ISBN-5-201-15564-2.

80. Сдвижение горных пород и земной поверхности в главнейших угольных бассейнах СССР. М.: Углетехиздат, 1958. - 250 с.

81. Тетерин А. В. Обоснование параметров процесса сдвижения земной поверхности при ее многократной подработке в условиях подземной разработки угольных пластов: Дисс. канд. техн. наук: 25.00.16. Защищена 3.03.2004. Утв. 14.05.2004.-М., 2004. - 171 с.

82. Тетерин А. В. Технологические факторы, влияющие на деформации горного массива при подработке / А. В. Тетерин, Е. А. Тетерин // Известия вузов Сев.-Кавк. региона. Технические науки. Новочеркасск, 2006.

83. Францкий И. В. К вопросу о математическом описании эмпирических распределений / И. В. Францкий. Л.: ВНИМИ, 1966. - № 58. - С. 343-350.

84. Чепенко Л. П. Распределение вертикальных сдвижений и деформаций земной поверхности по площади мульды сдвижения при пологом и наклонном залегании пластов / Л. П. Чепенко. — Л. : ВНИМИ, 1969. — сб. № 72. -С. 283-291.

85. Шадрин А. Г. Теория и расчет сдвижений горных пород и земной поверхности / А. Г. Шадрин. Красноярск, 1990. - 199 с.

86. Шахты Донецкого бассейна / под ред. А. П. Судоплатова, А. М. Кур-носова. -М.: Недра, 1965. 611 с.