Выбор мер охраны и конструктивных мероприятий при подработке сооружений

rsssrrrr.docx

Задание на курсовой проект 3
Составление проекта наблюдательной станции 5
1 Общие сведения о процессе сдвижения горных пород и земной поверхности 5
2 Цель и место закладки наблюдательной станции. Горно-геологические условия подработки 9
3 Расчет длин профильных линий наблюдательной станции 10
4 Закладка наблюдательной станции. Выбор типа и конструкции реперов 13
5 Методика производства наблюдений и обработка их результатов 14
Расчет сдвижений и деформаций земной поверхности 21
1 Исходные данные для расчета сдвижений и деформаций земной поверхности 21
2 Расчет сдвижений и деформаций земной поверхности в главных сечениях мульды 22
3 Расчет сдвижений и деформаций земной поверхности на участках подрабатываемого здания 27
Выбор мер охраны подрабатываемых сооружений 29
1 Оценка степени возможных повреждений подрабатываемого здания 29
2 Расчет предельных и допустимых деформаций земной поверхности для подрабатываемого здания. Предельная и допустимая глубина разработки 31
3 Обоснование мер охраны подрабатываемых сооружений 33
4 Мероприятия по технике безопасности охране природы и рекультивации земель 33
Построение предохранительных целиков под сооружениями 35
1 Методика построения целиков 35
2 Построение предохранительных целиков методом вертикальных разрезов под здание и железную дорогу 36
3 Экономическая оценка потерь полезного ископаемого в предохранительных целиках 39
Приложение 1. Проект наблюдательной станции 40
Приложение 2. Графики ожидаемых сдвижений и деформаций земной поверхности в главных сечениях мульды 41
Приложение 3. Построение предохранительных целиков под сооружениями 42
Библиографический список 44
Цель курсового проекта – научиться оценивать возможные последствия подработки сооружений и правильно назначать меры их охраны от вредного влияния подземных горных разработок в конкретных горно-геологических условиях поэтому содержание всех разделов проекта подчинено решению этих задач.
Для достижения цели необходимо решить следующие задачи:
) выполнить расчеты ожидаемых величин сдвижений и деформаций земной поверхности;
) оценить степень возможных повреждений подработанных объектов обосновать рациональных меры их охраны;
) построить предохранительные целики;
) оценить экономическую целесообразность извлечения запасов угля под сооружениями;
) разработать ряд мероприятий по охране природы и рекультивации земель нарушенных горными работами.
В этой связи необходимо глубоко изучить вопросы сдвижения горных пород и охраны подрабатываемых сооружений и быть готовыми к квалифицированному их решению в процессе своей будущей инженерной деятельности на горном предприятии.
При разработке проекта использовалась нормативная справочная научно-техническая литература таблицы и графики компьютерная программа AutoCAD 2015.
Проект выполнен по индивидуальному заданию.
СОСТАВЛЕНИЕ ПРОЕКТА НАБЛЮДАТЕЛЬНОЙ СТАНЦИИ
1 Общие сведения о процессе сдвижения горных пород и земной поверхности
Сдвижение – это процесс происходящий в результате выемки полезного ископаемого и доходящий до земной поверхности в виде мульды.
Проведение горных выработок влечет за собой изменение напряженного состояния массива горных пород вызывает деформации и перемещение их в сторону выработанного пространства что обуславливает возникновение и развитие процесса сдвижения.
Производство горных работ под сооружениями и другими объектами называется подработкой.
Подработка поверхностных сооружений может вызвать их повреждение или даже разрушение необходимость проведение ремонта временного прекращения эксплуатации сооружений и т.д. Во избежание вредных последствий подработки под сооружениями и природными объектами зачастую приходится оставлять предохранительные целики что ведет к увеличению потерь полезного ископаемого в недрах.
С целью снижения вредного влияния подработки применяются специальные горнотехнические мероприятия связанные с рациональным планированием горных работ выемки угля а также конструктивные мероприятия которые делают сооружения менее восприимчивыми к деформациям земной поверхности.
В настоящее время наука о сдвижении горных пород включает в себя изучение следующих основных вопросов:
) выявление закономерностей процесса сдвижения горных пород и земной поверхности необходимых для производства расчетов по определению возможных сдвижений деформаций горных пород и земной поверхности;
) установление границ зоны вредного влияния горных пород на сооружения и другие объекты;
) определение исходных параметров для построения предохранительных целиков и предрасчета ожидаемых сдвижений и деформаций земной поверхности и толщи горных пород;
) разработка и установление рациональной области применения горнотехнических и конструктивных защитных мероприятий при выемке угля под сооружениями;
) совершенствование методов построения предохранительных целиков под сооружения и природные объекты.
Сдвижение подработанной толщи горных пород является сложным процессом и проявляется в совокупности различных форм основными из которых являются:
- плавное опускание слоев породы под действием собственного веса с прогибом слоев;
- оседание толщи пород вследствие сжатия слоев под действием опорного давления;
- сдвиг пород по плоскостям напластования;
- обрушение пород непосредственной кровли пласта.
Сочетание форм сдвижения и изменения состояния толщи в процессе ее подработки называется характером сдвижения горных пород.
Характер сдвижения горных пород зависит от сочетания различных горно-геологических факторов каждый из которых в определенных условиях может оказать решающее влияние на возникновение и развитие тех или иных форм сдвижения.
Процесс сдвижения горных пород начинается с прогиба слоев расположенных непосредственно над выработкой и обычно сопровождается вывалами из кровли – это начальная стадия процесса.
Дальнейшее развитие подработанной толщи происходит в виде последовательного отделения нижележащих слоев от вышележащих и прогиба их по нормали к напластованию подобно балкам и плитам защемленным по контуру – промежуточная стадия процесса.
По мере подвигания забоя лавы в движение приходят все новые участки подработанной
толщи и при определенных размерах выработанного пространства процесс сдвижения толщи пород распространяется до земной поверхности – конечная стадия процесса сдвижения толщи пород.
Исследованиями ВНИМИ установлено что по характеру деформирования пород в подработанной толще при закончившемся процессе сдвижения могут быть выделены по высоте (рис. 1.1) три зоны характеризующиеся разной степенью нарушенности горных пород:
I – зона обрушения в которой часть подработанной толщи превращается в несвязную массу разрыхленных обрушенных пород; высота этой зоны не превышает (3÷5)·m где m – вынимаемая мощность пласта;
II – зона трещин в которой сохраняется строение и слоистость пород но нарушается их сплошность высота зоны составляет (30÷35)m;
III – зона прогибов без разрывов где сохраняется строение слоистость и сплошность пород.
В зависимости от горно-геологических условий залегания и горнотехнических условий их отработки некоторые из перечисленных зон могут отсутствовать.
Рисунок 1.1 – Схема деформирования подработанного массива горных
Горные породы ненарушенного массива до проведения в них выработок находятся в естественном напряженном состоянии всестороннего сжатия. Проведение выработки в горном массиве сопровождается перераспределением напряжений в результате которого в окрестности выработки образуются (рис. 1.2) зоны повышенного (опорного) давления и пониженного давления (разгрузки).
Они возникают в результате зависания слоев горных пород над выработкой и передачи части веса зависших слоев пород на неподработанный массив. Целики окружающие очистную выработку а также толща пород над и под целиками оказываются в условиях повышенного давления вследствие которого пласт и слои горных пород сжимаются а при наличии слабых пород склонных к пластическому течению также и выдавливающуюся в строну выработки.
Рисунок 1.2 – Схема изменения напряженного состояния породного массива
Над серединой выработанного пространства (за пределами зоны обрушений) сдвижения горных пород происходит в направлении близком к нормали к напластованию. Это позволяет выделить в подработанной толще (рис. 1.2) область полных нормальных сдвижений (I) и область изгиба пород (II).
В породах примыкающих к земной поверхности возникают области растяжений (+) и сжатий (-) которые с глубиной постепенно сменяются соответственно областями сжатий и растяжений. Расположение области сжатий и растяжений над выработкой можно уподобить с известной степенью приближения расположению их в толстой балке заделанной по концам или в толстой плите заделанной по контуру. Подобной закономерности подчиняется также и распределение деформаций слоя пород (наносов и части коренных пород) прилегающих к земной поверхности.
При достаточно больших размерах выработанного пространства процесс сдвижения достигает земной поверхности в виде мульды площадь которой всегда больше площади выемки.
Форма и размеры мудьды сдвижения зависят от глубины разработки размеров выработанного пространства вынимаемой мощности пласта угла падения пласта и других факторов в случае достижения областью полных сдвижений земной поверхности мульда сдвижения приобретает тарелкообразную или корытообразную форму с плоским дном смещения точек в которой не возрастают в дальнейшем с увеличением размеров выработки те. имеет место полная подработка.
При неполной подработке мульда движения приобретает яйцеобразную форму и не имеет плоского дна; увеличение площади подработки влечет за собой увеличение максимальных смещений точек мульды. При разработке тонких и средней мощности пластов на значительных глубинах мульда сдвижения имеет вид впадины с очень пологим дном.
Характеристика мульды сдвижения изображена на рисунке 1.3.
Границы мульды сдвижения и её отдельных точек и участков определяются следующими угловыми параметрами:
) граничными углами;
) углами полных сдвижений;
) углом максимального оседания.
Рисунок 1.3. – Характеристика мульды сдвижений:
а - разрез по простиранию пласта;
б - разрез вкрест простирания пласта.
2. Цель и место закладки наблюдательной станции. Горно-геологические условия подработки
Закладка наблюдательной станции производится с целью получения надежных и объективных сведений о процессе сдвижения горных пород на основании которых производится выбор методов охраны сооружений от вредного влияния подземных горных разработок. Результаты наблюдений используются при выборе способа выемки под охраняемыми объектами при назначении мер охраны сооружений и природных объектов от вредного влияния подработки при разработке расчетных способов определения сдвижений и деформаций земной поверхности.
Наблюдательные станции закладываются на земной поверхности в сооружениях и горных выработках в виде профильных линий располагаемых по простиранию и вкрест простирания пластов по главным сечениям мульды.
Различают следующие виды станций:
- долговременная станция – для определения основных параметров сдвижения при выемке одного или свиты пластов (срок службы не менее трех-пяти лет);
- рядовая станция – для определения параметров сдвижения при выемке одного - двух пластов на одном горизонте (срок службы один - три года);
- кратковременная станция – при глубинах не более 250м с целью получения отдельных параметров сдвижения горных пород (срок службы до пяти месяцев);
- специальная станция – закладывается с целью детального изучения отдельных вопросов связанных со сдвижением горных пород и земной поверхности и защитой подрабатываемых сооружений.
Предлагается заложить долговременную наблюдательную станцию с учетом следующих горно-геологических условий подработки:
- вынимаемая мощность пласта – 18 м;
- глубина залегания пласта – 210 м;
- угол падения пласта – 15 градусов;
- мощность наносов – 10 м;
- объемный вес угля – 14 тм3;
- размер лавы по падению – 198 м.
3 Расчет длин профильных линий наблюдательной станции
Для определения длины профильной линии вкрест простирания пласта от границы очистной выработки (рис. 1.3) проводим под углами -Δ (у нижней границы очистной выработки) и γ-Δγ (у верхней границы) линии до контакта коренных пород с наносами и далее под углом φ – до пересечения с земной поверхностью.
Определяем углы сдвижения следующим образом:
Значения Δγ и Δ принимаем равными 20°. Значение угла Δ принимается в зависимости от угла падения пласта и определяется по таблице 1.1.
Таблица 1.1 – Зависимость величины Δ от угла падения пласта α
Методом интерполирования определяем что для угла падения пласта 15° Δ принимает значение 16°.
Тогда величины -Δ и γ-Δγ найдутся как:
γ-Δγ = 70 – 20 = 50°
Угол φ принимаем равным 45°.
Точки пересечения А и В этих линий с земной поверхностью находятся на предполагаемой границе зоны сдвижения поверхности по профильной линии. Рабочая часть профильной линии для условий выемки одного пласта определится отрезком АВ.
От точек А и В через 50-100 м закладываем не менее трех опорных реперов (два репера – со стороны восстания и один – со стороны падения).
Расстояние между крайними реперами – длина профильной линии.
Положение профильной линии закладываемой по простиранию пласта определяется относительно верхней и нижней границ очистной выработки. Для этого на разрезе вкрест простирания пласта показанном на рисунке 1.4 из середины очистной выработки проводится линия под углом к горизонту до пересечения с земной поверхностью (точка О1). Профильная линия по простиранию должна проходить через точку О1.
Рисунок 1.4 – Определение длины профильной линии вкрест простирания
Угол определяем по таблице 1.2.
Таблица 1.2 – Зависимость угла от угла падения пласта α
Получаем что для угла падения пласта 15° принимает значение 86°.
Длина профильной линии по простиранию пласта определяется на разрезе по простиранию (рис. 1.5).
Рисунок 1.5 – Определение длины профильной линии по простиранию
Для этого из точки предполагаемой остановки забоя проводим линию в коренных породах под углом -Δ и далее в наносах под углом φ до выхода на земную поверхность. На пересечении с земной поверхностью отмечаем точку С.
Затем место предполагаемой остановки забоя проектируем на земную поверхность – точка К и от нее в сторону очистной выработки откладываем отрезок КД.
КД = 175Нср = 3675 м
Рабочая часть профильной линии определится отрезком СД:
Ближайшая к неотработанной части пласта профильная линия вкрест простирания обозначенная точкой О2 закладывается на расстоянии не менее 085Нср от места остановки забоя.
КО2 = 085Нср = 1785 м
Расстояние от первой профильной линии до второй (точка О3) принимается равным 50 м.
Расстояние между рабочими реперами принимаем 20 м для глубины разработки Н = 210 находящейся в интервале 200-300 м исходя из таблицы 1.3.
Таблица 1.3 – Расстояния между рабочими реперами
Расстояние между рабочими
4 Закладка наблюдательной станции. Выбор типа и конструкции реперов.
Размеры наблюдательной станции определяются числом профильных линий и их длиной. Число профильных линий и расстояния между ними устанавливают в зависимости от геологических условий рельефа и ситуации местности.
На каждой профильной линии закладываем опорные и рабочие реперы. В дальнейшем измерения на наблюдательной станции производим от опорных реперов.
Одновременно с закладкой наблюдательной станции закладываем исходные реперы от которых определяется положение опорных реперов по высоте (до начала подработки профильной линии) в местах обеспечивающих их полную неподвижность на срок существования наблюдательной станции.
Исходными реперами могут служить пункты маркшейдерско-геодезической сети расположенные на неподработанной территории.
Исходные реперы закладываем в местах где обеспечивается их полная неподвижность на срок существования наблюдательной станции. Исходными реперами могут служить пункты маркшейдерско-геодезической сети расположенные на неподработанной территории.
Конструкция реперов и способы их закладки должны обеспечивать:
- удобство производства наблюдений;
- прочную связь реперов с грунтом и неподверженность влиянию сезонного промерзания и оттаивания грунта;
- надежную сохранность на весь период наблюдений;
- простоту конструкции и дешевизну изготовления.
Грунтовые реперы могут изготавливаться из металлических труб диаметром 30-50 мм стержней диаметра 16-30 мм обрезков рельс деревянных кольев и так далее. Длина реперов устанавливается в зависимости от глубины промерзания почвы. Головки металлических реперов обрабатываются на полусферу в центре которой высверливаются углубления диаметром 1-15 мм глубиной до 5 мм. В деревянные колья вбиваются кованые гвозди со сферическими шляпками на которые наносят керн или насечку.
Бетонированные реперы закладываются в скважины диаметром 100 - 120 мм нижняя часть репера должна быть ниже глубины промерзания.
Для закладки станции рекомендуется использовать в качестве опорных – бетонированные металлические а для рабочих – забивные (металлические стержни).
При наблюдениях за подработкой зданий и сооружений закладывают наблюдательные станции представляющие собой совокупность грунтовых и стенных реперов. Стенные реперы закладываются в уровне цоколя по периметру здания. На каждой стороне здания закладывают не менее трех реперов.
Разбивку наблюдательной станции производим инструментально. Места закладки реперов на профильных линиях отмечаем колышками; отклонение колышков от створа не более 5 см.
Основной задачей инструментальных наблюдений является определение:
- величин граничных углов углов сдвижений и углов разрывов;
- величин максимальных вертикальных и горизонтальных деформаций и закономерности их распределения;
- общей продолжительности процесса сдвижения и периода опасных деформаций;
- взаимосвязи деформации земной поверхности и подрабатываемых сооружений;
- предельно допустимых деформаций грунта для различных сооружений;
- эффективности конструктивных мероприятий применяемых для защиты сооружений.
Основные требования к закладке наблюдательных станций:
) станция должна быть заложена до начала подработки выбранных участков с учетом развития горных работ;
) закладываемая сеть реперов должна быть простой;
) опорные пункты профильных линий должны располагаться вне зоны влияния горных работ;
) реперы станции должны закладываться надежно с учетом срока службы станции.
5 Методика производства наблюдений и обработка их результатов.
Измерения на наблюдательной станции начинаем через 7-10 дней после бетонирования реперов. В первую очередь производим привязку опорных реперов к ближайшим пунктам маркшейдерско-геодезической сети.
Плановая привязка опорных реперов осуществляется путем выполнения вставки их в существующую сеть прямыми и обратными засечками либо прокладкой теодолитных ходов.
Передачу отметок от пунктов государственной нивелирной сети на исходные реперы производим геометрическим нивелированием IV класса а с исходных на опорные – нивелированием III класса в прямом и обратном направлениях. После привязки опорных реперов производятся начальные наблюдения в виде полной серии измерений.
Наблюдение за сдвижением земной поверхности и деформациями подрабатываемых сооружений заключается в инструментальном определении перемещений реперов во времени и пространстве с одновременным фиксированием всех факторов влияющих на величины и характер сдвижения а также в замерах деформаций конструкций подрабатываемых сооружений. Сдвижение реперов в верхней плоскости определяем с помощью нивелирования а в горизонтальной плоскости – измерением расстояний между реперами.
Нивелирование реперов на наблюдательной станции производим замкнутыми ходами в одном направлении (когда с обоих концов профильной линии имеются опорные реперы) а также висячими ходами в прямом и обратном направлениях.
Нивелирование выполняем методом из середины. Применяются нивелиры технической точности и нивелирные рейки РН различных модификаций предназначенных для технического нивелирования. Максимальное расстояние до рейки 50 м неравенство плеч не более 2-3 м. Расхождение в превышениях на станции полученных по черной и красной сторонам рейки не должны превышать 3 мм.
Расстояния между реперами измеряем стальными компарированными рулетками на весу с постоянным натяжением 10 кг и с измерением температуры на каждом интервале с точностью до 1 градуса.
На каждом интервале отсчеты берем 3 раза с точностью до 1 мм смещая каждый раз рулетку на 1-2 см.
Измерение длин интервалов профильной линии производим в прямом и обратном направлениях. Расхождение в длинах одного и того же интервала не должно превышать 2 мм. Расхождение горизонтальных расстояний между крайними реперами продольных линий не должно превышать 1:10000 длины профильной линии.
Начальное наблюдение состоит из двух серий промежуток времени между которыми составляет 5 суток. Периодичность наблюдений зависит от скорости подвигания горных работ. Результаты наблюдений записываются в специальный журнал.
Обработка результатов наблюдений слагается из вычислений построения графиков и определения основных параметров процесса сдвижения.
Прежде всего проверяем все вычисления в полевых журналах чтобы убедиться в правильности средних значений и допустимости возникших невязок. Затем определяем координаты опорных реперов всех профильных линий.
Результаты геометрического нивелирования обрабатываем обычным способом. Уравнивание замкнутых нивелирных ходов производится упрощенным способом а при необходимости способом профессора Попова или узловых точек.
Для каждого опорного и рабочего репера на каждую дату наблюдений определяются отметки которые заносят в ведомость вычисления оседаний реперов (таблица 1.4).
Таблица 1.4 – Оседания
-е наблюдение (дата)
Оседания вычисляем по формуле:
где – отметка репера на начальную серию наблюдений;
– отметка того же репера на i-ую серию наблюдений.
Скорость оседания определяется как отношение величины оседания между двумя смежными сериями наблюдений к промежутку времени между ними:
Рассчитанные величины оседаний заносятся в ведомость вычислений вертикальной деформации наклонов и кривизны (i K R табл. 1.5).
Величины наклонов и кривизны (i К) на каждую дату определим по формулам:
где – оседания концов интервала мм;
где – наклоны смежных интервалов 1;
– средняя длина интервалов м.
Величины наклонов и кривизны на каждую дату наблюдений рассчитываются по формулам:
где – оседания концов интервалов мм;
lср – средняя длина интервалов.
Таблица 1.5 – Вертикальные деформации
Гор. длина интервала м
Разность наклонов 110-3
Горизонтальные сдвижения реперов (табл. 1.6) определяют по формуле:
где Д1 и Дi – расстояние от опорного репера до данного на начальную и на
рассматриваемую i-ю дату наблюдений.
Относительные горизонтальные деформации:
где – длина интервала на первоначальное наблюдение;
li – то же на последующее наблюдение (табл. 1.7)
Таблица 1.6 – Горизонтальные деформации
Горизонтальное сдвижение
Расстояние от опор-ного репера Д1 м
Длина интервала L2 м
Расстояние от опорного репера
Длина интервала L3 м
Расстояние от опор-ного ре-пера
Таблица 1.7 – Определение относительных горизонтальных деформаций
Длина интервала на начальное наблюдение l1 м
Длина интервала на конечное наблюдение
Полученные результаты наблюдений изображают на специальных графиках.
Изображение результатов наблюдений слагается из составления следующих чертежей:
- плана наблюдательной станции в масштабе 1:2000;
- вертикальных разрезов по каждой профильной линии в масштабе 1:1000 или 1:2000 с изображением на них профиля земной поверхности реперов геологического строения толщи пород мощности и угла падения пластов на этом же разрезе строится кривая оседаний выше строятся кривые сдвижений и деформации земной поверхности по профильным линиям: кривые деформаций наклонов кривизны горизонтальных сдвижений и относительных горизонтальных деформаций.
При построении кривых сдвижений и деформаций следует учитывать их знаки. Все величины со знаком (+) кроме оседаний откладываются от горизонтальной линии вверх. Величины оседаний и остальные величины со знаком (-) откладываются вниз от горизонтальной линии.
Значения наклонов и относительных горизонтальных деформаций при построении откладывают в середине соответствующих интервалов а значения оседаний горизонтальных сдвижений и кривизны – у соответствующих реперов.
За окончание процесса сдвижения земной поверхности принимается дата после которой в течение 6-ти месяцев оседания не превысят 10% максимальных но не более 30мм.
По окончании наблюдений на станции по вертикальным разрезам по профильным линиям определяют следующие параметры процесса сдвижения горных пород:
Граничные углы: 0 γ0 0 – внешние относительно выработанного пространства углы образованные на вертикальных разрезах по главным сечениям мульды сдвижения горизонтальной линией и линиями (последовательно проведенными в коренных породах мезозойских отложениях и наносах) соединяющими границы выработанного пространства с граничными точками сдвижения земной поверхности.
Углы сдвижения: γ – внешние относительно выработанного пространства углы образованные на вертикальных разрезах по главным сечениям мульды сдвижения при полной подработке горизонтальной линией и линиями соединяющими границы выработанного пространства с крайними к границе мульды трещинами на земной поверхности.
Углы разрывов: ’ γ’ ’ – углы образованные горизонтальной плоскостью и линиями (последовательно проведенными в коренных породах мезозойских отложениях и наносах) соединяющими границы выработанного пространства с граничными точками сдвижения земной поверхности.
Углы полных сдвижений: φ1 φ2 φ3 – внутренние относительно выработанного пространства углы образованные на вертикальных разрезах по главным сечениям мульды плоскостью пласта и линиями соединяющими границы выработанного пространства с границами плоского дна мульды сдвижения.
Угол максимального оседания – угол со стороны падения пласта образованный на вертикальном разрезе по главному сечению мульды вкрест простирания пласта горизонтальной линией и линией соединяющей середину очистной выработки с точкой максимального оседания при неполной подработке земной поверхности.
Максимальные значения сдвижений и деформаций.
Продолжительность процесса сдвижения и его отдельных стадий.
В последнее время обработка результатов наблюдений за деформациями бортов карьеров отвалов уступов и земной поверхности выполняется с применением специальных программ и с автоматизацией графических построений что позволяет автоматизировать камеральную обработку наблюдений расчет сдвижений деформаций процесс построения графиков а также упростить обмен информацией различным организациям.
Данный комплекс включает в себя базу данных и пять основных программ.
В базе данных в произвольном порядке хранят каталоги по каждой серии наблюдений соединяющей номера реперов их отметки и горизонтальные длины интервалов а также справочную информацию по наблюдательной станции именуемую паспортом.
Первая программа предназначена для занесения в банк данных паспорта наблюдательной станции который содержит геометрические условия отработки полезного ископаемого описание местоположения станции и характеристику профильных линий.
Запись паспорта должна предшествовать всем основным работам с информацией относящейся к соответствующей наблюдательной станции. Паспорт записывается один раз за весь период наблюдений.
При дозакладке отдельных профильных линий может быть произведена повторная запись паспорта.
Вторая программа предназначена для ввода и записи в банк данных каталога по серии наблюдений для которого отметки реперов и горизонтальные длины интервалов вычисляются вручную или специальными программами.
Программа выводит исходные данные осуществляет их логический контроль читает из банка данных паспорт наблюдательной станции проверяет соответствие профильных линий указанных в паспорте и во вводимом наблюдении. Записывает каталог в банк данных.
Третья программа служит для предварительной обработки наблюдений формирования каталога и записи его в банк данных. Программа проводит логический контроль исходных данных вычисляет невязки линейных и высотных измерений сравнивает их с допустимыми.
РАСЧЕТ СДВИЖЕНИЙ И ДЕФОРМАЦИЙ ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ
Целью расчета сдвижений и деформаций земной поверхности является установление возможного повреждения конструкций обеспечение бесперебойной эксплуатации здания а также снижение затрат на устранение вредного последствия подработки.
Рассмотрим возможные вредные влияния в результате подработки пятиэтажного жилого кирпичного здания построенном без конструктивных мер охраны.
1 Исходные данные для расчета сдвижений и деформаций земной поверхности.
Расчет сдвижений и деформаций земной поверхности выполняем на основании заданных горно-геологических и горно-технических условий в соответствии с «Правилами охраны » по методу типовых кривых.
К исходным параметрам для расчета сдвижений и деформаций земной поверхности относятся:
) Граничные углы 0 γ0 0;
) Угол максимального оседания ;
) Углы полных сдвижений 1 2 3;
) Относительные величины сдвижений q0 α0;
) Коэффициенты учитывающие степень подработанности толщи N1 и N2.
Условные коэффициенты подработанности определяем следующим образом:
Расчет ожидаемых величин сдвижений и деформаций земной поверхности от влияния отдельной очистной выработки начинаем с определения исходных которые заносим в таблицу 2.1.
Таблица 2.1 – Исходные данные
Угловые параметры град
2 Расчет сдвижений и деформаций земной поверхности в главных сечениях мульды.
Пользуясь программой горных работ строим вертикальные разрезы по главным сечениям мульды по направлениям вкрест простирания и по простиранию пласта.
Проведя графические построения на основе исходных данных по разрезам установливаем граничные точки мульды сдвижения на поверхности; местоположение точек максимального оседания 0; длины полумульд по падению L1 по восстанию L2 и по простиранию вид подработки (не полная).
Каждую полумульду делим через 01L на 10 частей. Точки деления оцифровываем от 0 (точка максимального оседания) до 10 (граничная точка мульды).
Вычисляем величину максимального оседания для данной лавы:
Находим величины вспомогательных показателей и сводим их в таблицу 2.2.
Таблица 2.2 – Вспомогательные показатели
На основе величины макимального оседания m и размеров полумульд производим расчет сдвижений и деформаций земной поверхности в точках кратных 01L для каждой полумульды раздельно.
Оседания земной поверхности в точках главных сечений мульды сдвижения определятся из выражения:
где S(z) – функция типовой кривой оседания принимаемая в зависимости от
Наклоны в главных сечениях мульды определятся следующим образом:
в полумульде по простиранию:
в полумульде по падению:
в полумульде по восстанию:
Кривизна в главных сечениях мульды определятся:
Значения типовых коэффициентов F(z) и F’(z) определяем исходя из коэффициентов N1 и N2 при В=0. При неполной подработке кривизна в точке максимального оседания определяется по средней длине полумульды: Lср = 05(L1 + L2).
Горизонтальные сдвижения точек в главных сечениях мульды определяются:
Горизонтальные деформации в главных сечениях мульды определятся:
При неполной подработке горизонтальные деформации в точке максимального оседания определяется по средней длине полумульды:
Для удобства вычислений типовые коэффициенты для каждой расчетной выработки заносим в таблицу 2.3.
Рассчитанные величины ожидаемых сдвижений и деформаций земной поверхности заносим в таблицу 2.4.
Таблица 2.3 – Типовые коэффициенты
По линии вкрест простирания при N1
Таблица 2.4 – Ожидаемые величины сдвижений и деформаций
Полумульда по падению
Полумульда по восстанию
Полумульда по простиранию
3 Расчет сдвижений и деформаций земной поверхности на участках подрабатываемого здания.
Для учета погрешностей определения ожидаемых величин сдвижений и деформаций земной поверхности введем коэффициенты перегрузки. С помощью этих коэффициентов перейдем от ожидаемых величин к расчетным величинам сдвижений и деформаций:
Значения коэффициентов перегрузки:
горизонтальные сдвижения n = 12;
горизонтальные деформации n = 14.
Рассчетные величины сдвижений и деформаций земной поверхности представлены в таблице 2.5.
Таблица 2.5 – Расчетные величины сдвижений и деформаций
ВЫБОР МЕР ОХРАНЫ ПОДРАБАТЫВАЕМЫХ СООРУЖЕНИЙ
Устойчивость и сохранность эксплуатационных качеств зданий и сооружений при выемке под ними угольных пластов может быть обеспечена путем применения различных горных и конструктивных мероприятий назначение которых регламентируется «Рекомендациями по проектированию мероприятий для защиты эксплуатируемых зданий и сооружений » являющихся дополнением к «Правилам охраны ».
Меры охраны эксплуатируемых сооружений назначаются на основании расчетных деформаций земной поверхности с учетом технической и экономической целесообразности отработки угольных пластов и в большинстве случаев способны обеспечить лишь частичную защиту зданий при этом в несущих и ограждающих конструкциях допускается появление незначительных повреждений которые не оказывают значительного влияния на нормальные условия эксплуатации сооружений и могут быть устранены послеосадочным ремонтом.
1 Оценка степени возможных повреждений подрабатываемого здания.
Степень деформирования зданий и сооружений попадающих в зону влияния горных работ определяется величинами деформаций земной поверхности. Установление условий безопасной подработки зданий сооружений и выбор мер их охраны основывается на сравнении расчетных деформаций земной поверхности с допустимыми и предельными деформациями для различных типов подрабатываемых объектов.
Допустимыми деформациями земной поверхности (основания сооружений) называют деформации вызывающие такие повреждения в сооружениях при которых для дальнейшей их эксплуатации по прямому назначению достаточно проведения текущих наладочных и ремонтных работ.
Предельными деформациями земной поверхности называют деформации превышение которых может вызвать аварийное состояние сооружения с угрозой опасности для жизни людей.
В данной курсовой работе рассматриваем пятиэтажное кирпичное жилое здание высотой 15 м. Износ стен менее 25%.
Для оценки степени возможных повреждений жилого здания используем расчетный показатель суммарных деформаций определяемый из выражения:
где l – проекция здания на соответствующие направления вкрест и по прости-
Hзд – высота здания от подошвы фундамента до верха карниза м;
– расчетная величина горизонтальной деформации;
R – расчетный радиус кривизны земной поверхности м;
m mK – коэффициенты условий работы усредняющие соответственно го-
ризонтальные деформации и кривизну по длине здания.
где α – угол падения пласта м;
m – мощность пласта м;
Н – глубина залегания пласта м.
Показатель Δl для здания вкрест простирания:
Показатель Δl для здания по простиранию:
Исходя из величины расчетного показателя суммарных деформаций Δl = = 596 мм используя таблицы приложения 7 «Правил охраны » определяем ожидаемые повреждения конструкций здания при подработке. В нашем случае ожидаются следующие повреждения:
Повреждения стен: более 70% всех трещин раскрытием 6-8 мм. Вывалы штукатурки вдоль самых широких трещин.
Повреждения перегородок: ширина трещин в местах примыкания к капитальным стенам достигает 50 мм. Наблюдаются сколы вывалы штукатурки.
Повреждения перекрытий (потолков и несущих конструкций): более 50% от общего количества помещений сильное расстройство потолков с массовым обрушением штукатурки. Возможны обрушения несущих конструкций: щитов наката плит перекрытий.
Повреждения полов: отход плинтусов от капитальных стен до 80 мм. Сильное пучение полов.
Повреждения окон и дверей: сильные перекосы окон и дверей (более 80% от общего количества).
2 Расчет предельных и допустимых деформаций земной поверхности для подрабатываемого здания.
Допустимым и предельным деформациям земной поверхности для жилых и общественных зданий соответствуют допустимые и предельные величины показателя суммарных деформаций которые определяем по формулам:
где [Δlд]H [Δlп]H – нормативные допустимый и предельный показатели суммар-
ных деформаций в нашем случае для жилого кирпичного зда-
ния величина [Δlд]H = 150 и [Δlп]H = 180.
n1 n2 n3 n4 n5 – коэффициенты величины которых учитывают соответст-
венно грунтовые условия материал и толщину стен степень
износа стен наличие жестких перекрытий форму здания в
Во всех случаях должно соблюдаться условие:
Нормативные допустимый и предельный показатели суммарных деформаций будут равны:
Допустимые и предельные горизонтальные деформации находим по формуле:
где [Δl] – допустимая или предельная величина показателя суммарных дефор-
m – коэффициент условий работы для горизонтальных деформаций;
Условия безопасной подработки объектов одиночным пластом определяются безопасной (допустимой) глубиной разработки Нб которая устанавливается по допустимым деформациям земной поверхности для жилого здания.
Безопасной (допустимой) глубиной разработки называется такая глубина ниже которой горные работы не вызывают в сооружениях деформаций более допустимых. Безопасная глубина откладывается от охраняемого объекта по вертикали до разрабатываемого пласта. Выемка пласта ниже горизонта безопасной глубины может производиться без специальных мер охраны сооружений однако при их подработке должны приниматься специальные меры предосторожности.
Безопасная глубина разработки определяется по формуле:
где m – вынимаемая мощность пласта м;
д – допустимая величина горизонтальных деформаций земной поверхности;
К – коэффициент определяемый в соответствии с «Правилами охраны »
Предельной глубиной разработки называется такая глубина выше горизонта которой горные работы могут вызвать появление предельных деформаций в зданиях и сооружениях. Предельную глубину определяем из выражения:
где п – предельное значение горизонтальных деформаций земной поверхности.
3 Обоснование мер охраны подрабатываемых сооружений.
Сравнивая фактическую глубину разработки (210 м) со значениями безопасной глубины разработки (500 м) и предельной глубины (419 м) видно что выемка пласта ведётся выше горизонта предельной глубины разработки. Из этого следует что подработка здания возможна лишь в случае применения горных мер охраны которые снижают деформации земной поверхности до величин при которых возможно применение дополнительно конструктивных мер охраны.
Выбор мер охраны здания производится с соблюдением следующих условий:
- если расчетные величины деформации земной поверхности менее или равны допустимым то выемку пластов разрешается производить без применения горных и конструктивных мер охраны здания;
- если расчетные деформации больше допустимых но менее предельных то при подработке здания следует применять комплексно или раздельно горные и конструктивные меры охраны;
- если расчетные деформации больше допустимых обязательно применение горных мер охраны уменьшающих расчетные деформации до величин позволяющих применять конструктивные меры охраны.
В данном случае расчетные деформации больше допустимых в этом случае обязательно применение горных мер охраны уменьшающих расчетные деформации до величин позволяющих применять конструктивные меры охраны.
Определяем коэффициент необходимого уменьшения деформаций λ равный отношению допустимых деформаций к максимальным ожидаемым:
В нашем случае при коэффициенте уменьшения деформаций λ = 08 оптимальным способом отработки пласта является способ с закладкой выработанного пространства или оставление целика.
4 Мероприятия по технике безопасности охране природы и рекультивации земли.
При достаточно больших размерах выработанного пространства процесс сдвижения достигает земной поверхности на которой образуется впадина – мульда сдвижения. В связи с этим следует производить рекультивацию земель в зоне подработки включая снятие плодородного почвенного слоя засыпку мульды пустой породой с целью предупреждения заболачивания территории.
Рекультивацию проводят в два этапа: горно-технический и биологический.
Горно-технический этап является технологической завершающей частью горного производства. Цель которого создать благоприятный для произрастания растений горизонт и поверхность такой конфигурации при котором возможно наиболее эффективное использование этих территорий.
Биологическая рекультивация производится после окончания горно-технической и включает в себя работы по восстановлению плодородия почв создания сельскохозяйственных и лесных угодий подбору вида культур и технологии их возделывания. Она выполняется организациями в ведение которых передаются земли.
Подрабатываемое здание обследуется специальной комиссией до начала и после окончания влияния на него горных работ. На каждом этапе обследования составляют акт в котором указывают состояние объекта его конструктивные особенности процент износа (20 %) деформации здания от подработки и степень их влияния на него эксплуатационную способность.
ПОСТРОЕНИЕ ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНЫХ ЦЕЛИКОВ ПОД СООРУЖЕНИЯМИ
1 Методика построения целиков.
Расчет и построение предохранительных целиков заключается в определении их границ и нанесении этих границ на план горных работ. Границы предохранительных целиков ограничиваются линиями пересечения охранных плоскостей с поверхностью лежачего бока пласта. Охранные плоскости проводятся через границы охраняемой площади под соответствующими углами сдвижения.
Границы охраняемой площади на земной поверхности включают охраняемый объект и берму вокруг него.
Берма – предохранительная полоса вокруг охраняемого объекта которая служит для предотвращения возможных ошибок вызываемых неточностью определения угла сдвижения.
Ширину предохранительной бермы принимают по таблице 4.1.
Таблица 4.1 – Ширина предохранительной бермы для транспортных сооружений различных
Допустимые деформации
Категория охраны транспортных сооружений
В нашем случае принимаем II категорию охраны и ширину бермы равную 15 м.
Границы охраняемой площади для отдельных зданий и сооружений у которых отношение их длины и ширины менее 5 для зданий ориентированных диагонально к линии простирания пласта строят следующим образом. Охраняемый объект вписывается в прямоугольник стороны которого ориентируются по простиранию и вкрест простирания пласта.
В контур общего многоугольника могут входить несколько объектов одной категории охраны расположенных близко друг от друга так как построенные для каждого из них целики будут взаимно перекрываться. Полученный многоугольник увеличивают во все стороны на величину бермы.
Для вытянутых объектов (железная дорога трубопровод и т. д.) ориентированных диагонально к линии простирания пласта границы охраняемой площади строят параллельно сторонам этих объектов на расстоянии равном ширине бермы. За границу контура железной дороги принимается нижняя бровка насыпи.
Основными исходными данными для построения предохранительных целиков являются:
- план горных работ масштаба 1:2000 – 1:5000 с нанесенным объектом отметками земной поверхности и изогипсами пластов;
- геологический разрез вкрест простирания пластов с нанесенными линиями наносов мезозойских отложений тектонических нарушений пластами угля с указанием углов их падения и мощностей;
- характеристика охраняемого объекта содержащая данные для определения допустимых и предельных деформаций земной поверхности;
- величины углов сдвижения определяемые по «Правилам охраны » либо полученные по данным наблюдений.
Построение предохранительных целиков может выполняться способами вертикальных разрезов перпендикуляров и проекций с числовыми отметками (способ изолиний).
В данной работе используем метод вертикальных разрезов.
2 Построение предохранительных целиков методом вертикальных разрезов под здание и железную дорогу.
Исходные данные для построения целика:
) размеры 5-этажного прямоугольного здания с центром в точке А: 50×40м.
) глубина залегания пластов под точкой А (до почвы): 210 м.
) расстояние до магистральной железной дороги от точки А на юго-восток т.В 105 м.
) железная дорога от точки В проходит параллельно длинной стороне здания ширина насыпи 18 м.
) от точки В на расстоянии 175 м начало кривой поворота железной дороги с радиусом кривой 195 м.
Сущность метода вертикальных разрезов заключается в построении разрезов по простиранию и вкрест простирания пласта либо перпендикулярно контуру охраняемого объекта вытянутой формы.
При построении предохранительного целика под здание и железную дорогу его границы на вертикальном разрезе определяются пересечением почвы пласта линиями проведенными в наносах через границы охраняемой площади под углом сдвижения φ = 45° а затем в коренных породах под соответствующими углами сдвижения γ = 70° и = 61°.
На разрезе по простиранию построение границ целика выполняется в следующем порядке. С разреза вкрест простирания на разрез по простиранию проектируем нижнюю границу целика затем через границы охраняемой площади под соответствующими углами сдвижения проводим линии в наносах затем продолжаем их в коренных породах.
Между точками пересечений этих линий с проекцией верхней границы целика получаем границу целика со стороны восстания пласта. Для получения нижней границы целика линии проходящие под углом в коренных породах проводим до горизонта расположенного от контакта коренных пород с вышележащими породами на расстоянии Нr по вертикали и продолжаем под углом 90 к горизонту до пересечения с проекцией нижней границы целика.
Значение Нr определяем по формуле:
где Аr – коэффициент определяемый из следующего выражения:
Нγ – расстояние по вертикали от контакта коренных пород с вышележа-
щими отложениями до проекции нижней границы целика.
При больших глубинах разработки для уменьшения запасов угля в предохранительных целиках разрешается срезание углов целиков. В этом случае предельные границы предохранительного целика до которых допускается прохождение очистных выработок строятся с помощью радиус-векторов rв и rп определяемых по формулам:
где rв и rп – радиус-векторы в плане от угловых точек охраняемой площади
соответственно в сторону восстания и падения пласта;
Нв – расстояние по вертикали на разрезе вкрест простирания от угловой
точки границы охраняемой площади со стороны восстания пласта
Нп – тоже со стороны падения пласта;
h – мощность наносов;
α – угол падения пласта;
– переменный угол между радиус-вектором и направлением восстания
При построении целика под вытянутый объект охраняемая площадь имеет форму полосы. Направление оси железной дороги характеризуется переменной величиной угла i представляющего собой острый угол между линией простирания пласта и соответствующей границей бермы.
В характерных местах перпендикулярно к направлению железной дороги намечаем направления I – I II – II III – III IV – IV и V – V. По этим направлениям строим вертикальные разрезы и графически определяем величины углов i. Значения углов падения пласта на этих разрезах определяем по формуле:
На разрезах показываем границы насыпи и охраняемой площади линии контактов с наносами коренных пород положение пласта. Границы предохранительного целика определятся линиями пересечения плоскостей проведённых под углами сдвижения ’ и ’ – в коренных породах и ’ в наносах. Углы сдвижения ’ и ’ в плоскости этих разрезов определяем по формулам:
где и – углы сдвижения для данных горно-геологических условий.
Результаты вычислений заносим в таблицу 4.2.
Таблица 4.2 – Основные величины для построения целика под железную дорогу
Продолжение таблицы 4.2
Проекции точек пресечения граничных линий с плоскостью пласта с вертикальных разрезов переносим на план и соединяя их получаем боковые границы предохранительного целика. Границей целика по восстанию пласта будет линия выхода пласта под наносы а по падению – горизонт безопасной глубины разработки который определяется по следующей формуле:
Срезание острого угла предохранительного целика у нижней его границы производим по упрощенной схеме согласно которой высота целика по линии среза в плоскости пласта должна быть не более 40 метров то есть в плане:
3 Экономическая оценка потерь полезного ископаемого в предохранительных целиках.
Определим производительность пласта как произведение объемного веса угля 14 тм3 на мощность пласта 18 м. Производительность равна 252 тм2. Результаты расчетов сведем в таблицу 4.3.
Таблица 4.3 – Подсчет запасов в целиках
Площадь целика на плане тыс. м2
Площадь целика в плоскости пласта тыс.м2
Производительность пласта тм2
Запасы угля в целиках
Данный курсовой проект был выполнен на тему «Выбор мер охраны и конструктивных мероприятий при подработке сооружений».
В данном курсовом проекте рассматривалась подработка пятиэтажного жилого кирпичного здания построенного без применения конструктивных мер охраны и магистральной железной дороги.
Для назначения мер охраны подрабатываемых объектов был составлен проект наблюдательной станции: определено количество и длина профильных линий расположенных по главным сечениям мульды сдвижения а также конструкция реперов для закладки станции будут использоваться в качестве опорных – бетонированные металлические а для рабочих – забивные металлические стержни.
Выполнен предрасчет ожидаемых и расчетных величин сдвижений и деформаций земной поверхности в главных сечениях мульды методом типовых кривых.
Исходя из величин расчетных показателей суммарных деформаций вкрест Δl = 596 мм и по простиранию Δl = 494 мм определены возможные повреждения конструкций рассматриваемого здания [приложение 7 «Правил охраны »].
Рассчитаны допустимая и предельная величины показателя суммарных деформаций здания: [Δ [Δ [Δп] = 4310-3. Определены предельная Нп = 419 м и безопасная Нб = 500 м глубины.
По величине коэффициента уменьшения деформаций λ = 08 выбираем оптимальный способ отработки пласта с оставлением целика. Потери угля в целике под здание составили – 17993 тыс.т.
Так как железная дорога относится к объёктам министерства путей сообщения «Правилами охраны» предусматривается обязательное оставление целика. Размеры предохранительного целика под железную дорогу определены методом вертикальных разрезов объем запасов в целике составил 53928 тыс.т.
Общие потери угля в целике под здание и железную дорогу составили 60631 тыс. т.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
Методические указания к курсовому проекту «Выбор мер охраны и конструктивных мероприятий при подработке сооружений» для студентов специальности 130402 «Маркшейдерское дело»Сост. Э. П. Пяткова Т. Ю. Мельникова; ГУЦМиЗ – Красноярск 2004. – 20 с.
Правила охраны сооружений и природных объектов от вредного влияния подземных горных разработок на угольных месторождениях. – М.: Недра 1981 – 288с.
Маркшейдерское дело: Учебник для вузов (Д.Н.Оглоблин Г.И.Герасименко А.Г.Акимов и др.) – 3-е изд.М.: Недра 1981. – 704с.
Инструкция по производству маркшейдерских работ. – М.: Недра 1987.
Рекомендации по проектированию мероприятий для защиты эксплу-атируемых зданий и сооружений от влияния горных выработок в основных угольных бассейнах. – Л.: Стройиздат 1967. – 123с.

Рисунки в теорию.dwg

Курсач 1.dwg

вкрест простирания пласта
по простиранию пласта
Конструкция и схема закладки стенного репера
Закладка наблюдательной станции
Граница промерзания грунта
План наблюдательной станции
Выбор мер охраны и конструктивных мероприятий при подработке сооружений
СФУ ИГДГиГ.КП.121200969 2016
Вентиляционный штрек лавы

Курсач 2.dwg

Относительные горизонтальные деформации
Горизонтальные сдвижения
Графики сдвижений и деформаций земной поверхности по главным сечениям мульды
Выбор мер охраны и конструктивных мероприятий при подработке сооружений
СФУ ИГДГиГ.КП.121200969 2016
Вкрест простирания пласта
По простиранию пласта

Курсач 3.dwg

Построение предохранительных целиков под сооружениями
Выбор мер охраны и конструктивных мероприятий при подработке сооружений
СФУ ИГДГиГ.КП.121200969 2016
Горизонт безопасной глубины
Разрезы для построения целика под здание
Разрезы для построения целика под железную дорогу
Площадь целика на плане
Площадь целика в плоскости пласта
Производи- тельность пласта
Запасы угля в целиках
Целик под железную дорогу
Рисунок 2 - Предохранительный целик под железную дорогу на плане в масштабе 1:2000
Рисунок 1 - Вертикальные разрезы для построения предохранительного целика под железную дорогу