Главная
Документы
Пример 1. Расчет ожидаемых сдвижений и деформаций земной поверхности на застроенной площадке

Постановление Госгортехнадзора России от 16.03.1998 N 13 "Об утверждении Правил охраны сооружений и природных объектов от вредного влияния подземных горных разработок на угольных месторождениях" (вместе с "ПБ 07-269-98. Правила...")

Пример 1. Расчет ожидаемых сдвижений и деформаций земной поверхности на застроенной площадке

Пример 1. Расчет ожидаемых сдвижений и деформаций

земной поверхности на застроенной площадке (рис. 18)

Рисунок 2579

Рис. 18. Вертикальный разрез к примеру расчета сдвижений

и деформаций земной поверхности

В соответствии с календарным планом горных работ на одной из шахт ПО "Ростовуголь" в 1998 - 2003 гг. планируется отработка пластов Рисунок 2580 и Рисунок 2581 в зоне влияния на площадку АБ, застроенную зданиями и сооружениями поселка городского типа. Угол падения пластов Рисунок 2582 , вынимаемые мощности: пласта Рисунок 2583 , пласта Рисунок 2584 .

Марки углей пластов, залегающих под площадкой, ПА и А.

Для выбора мер защиты зданий и сооружений производится расчет ожидаемых сдвижений и деформаций земной поверхности.

Здания поселка расположены, в основном, длинными сторонами вкрест простирания пластов, поэтому расчет производится на разрезе вкрест простирания (см. рис. 18).

Верхние горизонты в обоих пластах отработаны ранее, ниже лав 24 и 102 отработка пластов не планируется.

Мощность наносов составляет 20 м.

Скорость подвигания забоев - 50 м/мес.

Так как целики между лавами в пласте Рисунок 2585 отсутствуют, то в соответствии с п. 4.4, расчет сдвижений и деформаций земной поверхности в этом пласте производится от одной (лава 20), двух (лавы 20 + 22) и трех (лавы 20 + 22 + 24) выработок суммарной площади.

В пласте Рисунок 2586 , где размеры межлавного целика Рисунок 2587 , расчет сдвижений и деформаций выполняется отдельно от каждой выработки.

Для выбора мер защиты подрабатываемых объектов принимаются наибольшие величины из полученных при последовательном суммировании соответствующих сдвижений и деформаций от отдельных выработок. Последовательность суммирования соответствует последовательности ведения очистных работ.

Зоны влияния очистных выработок определяются граничными углами, которые в соответствии с п. 7.1.11 для пласта Рисунок 2588 (первичная подработка) составят:

Рисунок 2589 , Рисунок 2590 .

Для выработок в пласте Рисунок 2591 (повторная подработка) граничные углы определяются из выражений: Рисунок 2592 , Рисунок 2593 .

Таким образом, для лавы 100 в соответствии с п. 7.1.2 углы Рисунок 2594 и Рисунок 2595 для марок угля ПА и А уменьшаются на 5°, как в полностью подработанной толще, и будут равны: Рисунок 2596 , Рисунок 2597 .

От влияния лавы 102 граничные углы будут равны:

Рисунок 2598 , Рисунок 2599 .

Поправку Рисунок 2600 находим по табл. 7.2 в зависимости от отношения Рисунок 2601 , где Рисунок 2602 - расстояние в плоскости напластования между проекциями границ выработок в верхнем и нижнем пластах Рисунок 2603 , Рисунок 2604 - нижняя граница выработок в верхнем пласте Рисунок 2605 . Рисунок 2606 .

Граничные углы в наносах Рисунок 2607 .

Согласно календарному плану горных работ выделяются следующие этапы расчета ожидаемых сдвижений и деформаций от отработки:

1) лавы 20;

2) лав 20 и 22 (выработка суммарных размеров);

3) лав 20, 22 и 24 (выработка суммарных размеров);

4) лавы 100;

5) лавы 102.

Необходимые для расчетов горно-геологические параметры приведены в табл. 34.

Таблица 34

ГОРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ

┌──────────────┬──────────────────────────────────────────────┬───────────┐

│ Параметры │ 1н │ н │

│ │ Пласт k │ Пласт k │

│ │ 2 │ 2 │

│ ├──────────────────────────────────────────────┴───────────┤

│ │ Номера лав │

│ ├──────────┬───────────┬────────────┬──────────┬───────────┤

│ │20 │20 + 22 │20 + 22 + 24│100 │102 │

├──────────────┼──────────┼───────────┼────────────┼──────────┼───────────┤

│m, м │0,80 │0,80 │0,80 │0,90 │0,90 │

│альфа, (...°) │10 │10 │10 │10 │10 │

│h, м │20 │20 │20 │20 │20 │

│D , м │205 │410 │610 │200 │200 │

│ 1 │ │ │ │ │ │

│D , м │1000 │1000 │1000 │1000 │1000 │

│ 2 │ │ │ │ │ │

│H , м │450 │460 │480 │560 │600 │

│ ср │ │ │ │ │ │

│l , м │- │- │- │55 │55 │

│ 1 │ │ │ │ │ │

│H , м │- │- │- │535 │575 │

│ ц │ │ │ │ │ │

└──────────────┴──────────┴───────────┴────────────┴──────────┴───────────┘

Для определения наибольших деформаций полученные значения сдвижений и деформаций на каждом этапе последовательно суммируются.

Исходные параметры для расчета ожидаемых сдвижений и деформаций вычисляются в соответствии с п. 4.2.1 Прил. 1.

Определяем исходные параметры от лавы 20. Граничные углы в коренных породах Рисунок 2608 , Рисунок 2609 . Граничные углы в наносах Рисунок 2610 .

Угол максимального оседания Рисунок 2611 согласно табл. 7.5 при наличии горных работ в пласте Рисунок 2612 на вышележащих горизонтах Рисунок 2613 (см. табл. 7.5).

Максимальное оседание (п. 4.2.1 Прил. 1) Рисунок 2614 .

Относительное максимальное оседание Рисунок 2615 и максимальное горизонтальное сдвижение Рисунок 2616 находятся из табл. 7.9: Рисунок 2617 , Рисунок 2618 .

Значения коэффициентов Рисунок 2619 и Рисунок 2620 (п. 7.1.14) находятся в зависимости от отношения расчетной длины лавы Рисунок 2621 к средней глубине разработки H:

Рисунок 2622 ;

Рисунок 2623 ; Рисунок 2624 ,

где Рисунок 2625 и Рисунок 2626 находят по табл. 7.7 в зависимости от отношения размеров целиков со стороны восстания и падения к средней глубине разработки;

Рисунок 2627 ; Рисунок 2628 ; Рисунок 2629 ; Рисунок 2630 ; Рисунок 2631 .

Откуда Рисунок 2632 ; Рисунок 2633 ; Рисунок 2634 , так как Рисунок 2635 ; Рисунок 2636 .

Проведя от нижней и верхней границ выработки линии соответственно под углами Рисунок 2637 , Рисунок 2638 в коренных породах и углами Рисунок 2639 в наносах, определяем длины полумульд: Рисунок 2640 , Рисунок 2641 .

Расчет ожидаемых сдвижений и деформаций в полумульдах по падению и восстанию производится в соответствии с п. 4.2 Прил. 1.

Наклоны

Рисунок 2642 ;

Рисунок 2643 .

Кривизна

Рисунок 2644 ;

Рисунок 2645

При неполной подработке Рисунок 2646 кривизна в точке максимального оседания определяется по средней длине полумульды Рисунок 2647 .

Горизонтальные деформации

Рисунок 2648 ;

Рисунок 2649 .

При неполной подработке горизонтальные деформации в точке максимального оседания определяются по средней длине полумульды.

Значение B определяется по формуле:

Рисунок 2650 .

Ожидаемые величины сдвижений и деформаций земной поверхности в точках главных сечений мульды сдвижения на разрезе вкрест простирания пластов от влияния лавы 20 приведены далее в табл. 36.

Аналогично рассчитываются ожидаемые величины сдвижений и деформаций от лав суммарной длины (лавы 20, 22 и 20, 22, 24 в пласте Рисунок 2651 );

Величины ожидаемых сдвижений и деформаций от лав 100 и 102 в пласте Рисунок 2652 рассчитываются отдельно, так как размер целика между ними Рисунок 2653 , при этом учитывается влияние повторной подработки на параметры сдвижения.

Исходные параметры для расчетов деформаций от всех намеченных к разработке лав приведены в табл. 35, а рассчитанные ожидаемые величины в табл. 36.

Таблица 35

ИСХОДНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ДЛЯ РАСЧЕТА ДЕФОРМАЦИЙ

┌────────────────┬───────┬────────────┬─────────────────┬────────┬────────┐

│ Параметры │Лава 20│Лава 20 + 22│Лава 20 + 22 + 24│Лава 100│Лава 102│

├────────────────┼───────┼────────────┼─────────────────┼────────┼────────┤

│бета , (...°) │67 │67 │67 │62 │60 │

│ 0 │ │ │ │ │ │

│гамма , (...°) │77 │77 │77 │72 │72 │

│ 0 │ │ │ │ │ │

│фи , (...°) │55 │55 │55 │55 │55 │

│ 0 │ │ │ │ │ │

│ТЕТА , (...°) │85 │85 │85 │82 │82 │

│ 0 │ │ │ │ │ │

│q │0,75 │0,75 │0,75 │- │- │

│ 0 │ │ │ │ │ │

│q │- │- │- │0,82 │0,82 │

│ 0п │ │ │ │ │ │

│альфа │0,3 │0,3 │0,3 │0,3 │0,3 │

│ 0 │ │ │ │ │ │

│D /H │0,42 │0,84 │1,2 │0,3 │0,26 │

│ р │ │ │ │ │ │

│N │0,61 │0,87 │1 │0,52 │0,48 │

│ 1 │ │ │ │ │ │

│B │0,5 │0,5 │0,5 │0,5 │0,5 │

│L , м │270 │375 │480 │325 │425 │

│ 1 │ │ │ │ │ │

│L , м │260 │350 │460 │370 │325 │

│ 2 │ │ │ │ │ │

│эта , мм │360 │510 │580 │380 │350 │

│ m │ │ │ │ │ │

│ -3 │ │ │ │ │ │

│эта /L x 10 │1,3 │1,4 │1,2 │1,2 │0,8 │

│ m 1 │ │ │ │ │ │

│ -3 │ │ │ │ │ │

│эта /L x 10 │1,4 │1,5 │1,3 │1,0 │1,1 │

│ m 2 │ │ │ │ │ │

│ 2 -3 │ │ │ │ │ │

│эта /L x 10 │0,005 │0,004 │0,003 │0,003 │0,002 │

│ m 1 │ │ │ │ │ │

│ 2 -3 │ │ │ │ │ │

│эта /L x 10 │0,005 │0,004 │0,003 │0,003 │0,002 │

│ m 2 │ │ │ │ │ │

│0,5a - эта /L │0,20 │0,21 │0,18 │0,18 │0,12 │

│ 0 m 1 │ │ │ │ │ │

│0,5a - эта /L │0,21 │0,22 │0,20 │0,15 │0,16 │

│ 0 m 2 │ │ │ │ │ │

└────────────────┴───────┴────────────┴─────────────────┴────────┴────────┘

Таблица 36

ВЕЛИЧИНЫ СДВИЖЕНИЙ И ДЕФОРМАЦИЙ

┌───┬─────────┬─────────┬──────────┬──────────┬──────────┬──────────┬────────────────┬────────────────┐

│ │ │ │ -3│ -3│ -3│ -3│ -3│ -3│

│ z │эта , мм│эта , мм│i x 10 │i x 10 │K x 10 │K x 10 │эпсилон x 10 │эпсилон x 10 │

│ │ y │ y │ y │ y │ y │ y │ y │ y │

│ │ 1 │ 2 │ 1 │ 2 │ 1 │ 2 │ 1 │ 2 │

├───┴─────────┴─────────┴──────────┴──────────┴──────────┴──────────┴────────────────┴────────────────┤

│ Лава 20 │

├───┬─────────┬─────────┬──────────┬──────────┬──────────┬──────────┬────────────────┬────────────────┤

│0 │360 │360 │0 │0 │-0,05 │-0,05 │-1,9 │-1,9 │

├───┼─────────┼─────────┼──────────┼──────────┼──────────┼──────────┼────────────────┼────────────────┤

│0,1│344 │344 │1,2 │-1,3 │-0,04 │-0,04 │-1,6 │-1,8 │

│0,2│300 │300 │2,1 │-2,2 │-0,03 │-0,03 │-0,7 │-1,4 │

│0,3│232 │232 │2,5 │-2,6 │-0,01 │-0,01 │0,02 │-0,7 │

│0,4│166 │166 │2,4 │-2,5 │0,01 │0,01 │0,8 │0,1 │

│0,5│104 │104 │1,9 │-2,1 │0,02 │0,02 │1,2 │0,6 │

│0,6│56 │56 │1,3 │-1,5 │0,02 │0,02 │1,1 │0,9 │

│0,7│28 │28 │0,8 │-0,9 │0,02 │0,02 │0,8 │0,6 │

│0,8│11 │11 │0,4 │-0,4 │0,01 │0,01 │0,5 │0,4 │

│0,9│4 │4 │0,1 │-0,1 │0,006 │0,006 │0,2 │0,1 │

│1,0│0 │0 │0 │0 │0 │0 │0 │0 │

│ Лава 20 + 22 │

│0 │510 │510 │0 │0 │-0,02 │-0,02 │-1,2 │-1,2 │

│0,1│500 │500 │0,8 │-0,8 │-0,02 │-0,02 │-1,2 │-1,4 │

│0,2│452 │452 │1,6 │-1,7 │-0,02 │-0,02 │-1,0 │-1,5 │

│0,3│394 │394 │2,2 │-2,5 │-0,02 │-0,02 │-0,7 │-1,0 │

│0,4│280 │280 │2,8 │-3,0 │-0,006 │-0,006 │-0,06 │-0,8 │

│0,5│190 │190 │2,7 │-2,9 │0,01 │0,01 │1,8 │1,1 │

│0,6│105 │105 │1,9 │-2,1 │0,02 │0,02 │1,4 │1,0 │

│0,7│46 │46 │1,2 │-1,2 │0,02 │0,02 │1,0 │0,7 │

│0,8│21 │21 │0,6 │-0,6 │0,015 │0,01 │0,5 │0,4 │

│0,9│5 │5 │0,2 │-0,2 │0,006 │0,006 │0,2 │0,2 │

│1,0│0 │0 │0 │0 │0 │0 │0 │0 │

│ Лава 20 + 22 + 24 │

│0 │580 │580 │0 │0 │-0 │-0 │-0 │-0 │

│0,1│575 │575 │0,2 │-0,2 │-0,015 │-0,015 │-0,4 │-0,4 │

│0,2│550 │550 │0,7 │-0,7 │-0,02 │-0,02 │-0,8 │-0,9 │

│0,3│500 │500 │1,4 │-1,6 │-0,02 │-0,02 │-1,2 │-1,6 │

│0,4│412 │412 │2,3 │-2,5 │-0,017 │-1,5 │-0,017 │-0,6 │

│0,5│290 │290 │2,6 │-2,9 │0 │0 │0,4 │-0,4 │

│0,6│168 │168 │2,3 │-2,5 │0,017 │0,017 │1,0 │0,8 │

│0,7│84 │84 │1,4 │-1,6 │0,02 │0,02 │1,5 │1,2 │

│0,8│29 │29 │0,7 │-0,7 │0,02 │0,02 │1,0 │0,9 │

│0,9│6 │6 │0,2 │-0,2 │0,01 │0,01 │0,4 │0,4 │

│1,0│0 │0 │0 │0 │0 │0 │0 │0 │

│ Лава 100 │

│0 │380 │380 │0 │0 │-0,03 │-0,03 │-1,6 │-1,6 │

│0,1│365 │365 │1,1 │-1,1 │-0,02 │-0,02 │-1,3 │-1,4 │

│0,2│318 │318 │1,8 │-1,6 │-0,02 │-0,02 │-0,6 │-1,0 │

│0,3│247 │247 │2,3 │-1,9 │-0,01 │-0,01 │0,3 │-0,7 │

│0,4│175 │175 │2,2 │-1,8 │0,01 │0,01 │0,7 │0,1 │

│0,5│110 │110 │1,8 │-1,5 │0,01 │0,01 │1,0 │0,4 │

│0,6│62 │62 │1,2 │-1,0 │0,01 │0,01 │1,0 │0,5 │

│0,7│31 │31 │0,7 │-0,6 │0,01 │0,01 │0,7 │0,6 │

│0,8│16 │16 │0,4 │-0,3 │0,01 │0,01 │0,4 │0,3 │

│0,9│4 │4 │0,1 │-0,1 │0,003 │0,003 │0,2 │0,2 │

│1,0│0 │0 │0 │0 │0 │0 │0 │0 │

│ Лава 102 │

│0 │350 │350 │0 │0 │-0,02 │-0,02 │-1,3 │-1,3 │

│0,1│335 │335 │0,7 │-1,0 │-0,02 │-0,02 │-0,9 │-1,5 │

│0,2│292 │292 │1,3 │-1,8 │-0,01 │-0,01 │-0,4 │-1,1 │

│0,3│228 │228 │1,5 │-2,1 │-0,004 │-0,004 │0,2 │-0,6 │

│0,4│162 │162 │1,5 │-2,0 │0,005 │0,005 │0,5 │0,08 │

│0,5│103 │103 │1,2 │-1,6 │0,01 │0,01 │0,8 │0,5 │

│0,6│54 │54 │0,8 │-1,1 │0,01 │0,01 │0,6 │0,6 │

│0,7│27 │27 │0,5 │-0,7 │0,01 │0,01 │0,5 │0,5 │

│0,8│10 │10 │0,3 │-0,4 │0,005 │0,005 │0,4 │0,3 │

│0,9│4 │4 │0,1 │-0,1 │0,002 │0,002 │0,2 │0,1 │

│1,0│0 │0 │0 │0 │0 │0 │0 │0 │

└───┴─────────┴─────────┴──────────┴──────────┴──────────┴──────────┴────────────────┴────────────────┘

Для выбора мер защиты подрабатываемых зданий и сооружений необходимы наибольшие деформации, которые могут возникнуть на различных этапах отработки пластов. Эти величины определяются следующим образом.

На графики (рисунки 19, 20) наносятся рассчитанные величины оседаний, наклонов, кривизны и горизонтальных деформаций от влияния лав при различных этапах отработки пластов:

- от лавы 20 - кривые 1;

- от лавы 20 + 22 (суммарного размера) - кривые 2;

- от лавы 20 + 22 + 23 (суммарного размера) - кривые 3;

- от лавы 100 - кривые 4;

- от лавы 102 - кривые 5.

Рисунок 2654

Рисунок 2655

Рис. 19. Графики сдвижений и деформаций земной поверхности:

1 - от лавы 20; 2 - от лавы 20 + 22; 3 - от лав

20 + 22 + 24; 4 - от лавы 100; 5 - от лавы 102;

7 - от лавы (20 + 22 + 24) + лава 100 + лава 102

Рисунок 2656

Рисунок 2657

Рис. 20. Суммарные графики

сдвижений и деформаций земной поверхности:

6 - от лавы (20 + 22 + 24) + лава 100;

7 - от лавы (20 + 22 + 24) + лава 100 + лава 102

Как видно из табл. 36 и графика оседаний, наибольшие величины оседаний от отработки пласта Рисунок 2658 возникают при отработке лав 20 + 22 + 24 (кривая 3 на графиках оседаний).

Исходные параметры для расчета деформаций приведены в табл. 35.

Для получения наибольших значений оседаний от отработки всех лав величины оседаний от лав 20 + 22 + 24 суммируются с оседаниями от лавы 100 (кривая 4) и лавы 102 (кривая 5), в результате чего получаем суммарную кривую оседаний 6 (рис. 20).

Наибольшие величины наклонов при отработке пласта Рисунок 2659 возникают после отработки лав 20 + 22 (кривая 2). Величины наклонов от лавы 20 + 22 + 24 (кривая 3) последовательно суммируют с величинами наклонов от лавы 100 (кривая 4) и от лавы 102 (кривая 5); определяют суммарные величины наклонов от лавы 100 (кривая 4) и от лавы 102 (кривая 5), затем получают суммарные величины наклонов от отработки всех лав (кривые 6 и 7 на графиках рис. 20):

кривая 6 - от отработки лав (20 + 22 + 24) + лава 100;

кривая 7 - от отработки лав (20 + 22 + 24) + лава 100 + лава 102.

Как следует из этих графиков, максимальные величины наклонов будут достигнуты после отработки всех лав и составят Рисунок 2660 (кривая 7).

Аналогично определяются суммарные величины кривизны и горизонтальных деформаций на каждом этапе отработки пластов и их наибольшие значения.

Величины кривизны достигнут следующих значений:

Рисунок 2661 и Рисунок 2662 (после отработки лавы 20),

а горизонтальных деформаций:

Рисунок 2663 и Рисунок 2664 .

При выборе мер охраны для отдельных зданий и сооружений на площадке АБ следует пользоваться наибольшими значениями деформаций непосредственно в основании объектов с учетом коэффициентов перегрузки.

9. Примеры расчета сдвижений и деформаций земной поверхности Пример 2. Прогноз вероятных сдвижений и деформаций земной поверхности при перспективном планировании горных работ