Угли маркшейдерский мониторинг геомеханических процессов в условиях золоторудного месторождения кызылалма диссертация на соискание академической степени магистра
жүктеу/скачать 4.42 Mb.
|
- Бұл бет үшін навигация:
- Теоретические исследования процесса сдвижения горных пород на основе геомеханических моделей
| Рисунок 1.1 - Развитие процесса сдвижения под действием гравитационных сил и его инструментальный контроль по профильным линиям:
1 - зона обрушения; 2 - граница мульды сдвижения; 3 - профильная линия; 4 - вектора сдвижений В 1932 г. В Ленинграде был создан ЦНИМБ, который в 1945 г. был реорганизован во ВНИМИ, который до настоящего времени возглавляет в стране исследования сдвижения горных пород при открытых и подземных разработках. За прошедшее время благодаря исследованиям ВНИМИ, его филиалов, маркшейдерских кафедр вузов и научно-исследовательских организаций различных ведомств разработано свыше 30 нормативных документов - «Правил», «Инструкций» и «Указаний» по охране сооружений от вредного влияния подземных разработок на угольных, рудных и нерудных предприятиях страны. Большой вклад в изучение процесса сдвижения внесли ученые В.В. Соколовский, М.А. Кузнецов, С.П. Колбенков, Е.В. Куняев, П.Ф. Гартнер, А.Н. Медянцев, И.А. Петухов, А.Г. Акимов и другие. Основными целями и задачами проведения исследований процесса сдвижения горных пород являются: Изучение закономерностей развития процесса сдвижения для обеспечения возможности прогнозирования параметров процесса сдвижения при проектировании мер охраны подрабатываемых объектов, играющих первостепенную роль в обеспечении безопасности и эффективности разработки месторождений. Недостаточная изученность процесса сдвижения зачастую приводит к тому, что многие основные сооружения рудников, находящиеся на достаточном удалении от залежей полезного ископаемого, ошибочно принятом за безопасное, в результате интенсивного углубления горных работ оказываются в зоне опасных сдвижений и затраты на ликвидацию последствий слабой изученности процесса сдвижения составляют весьма значительные суммы. При выполаживании углов сдвижения против проектных в предохранительных целиках, оставляемых для сохранения промышленных комплексов рудников, теряются миллионы тонн руды. При выполаживании углов откосов на открытых разработках впустую перерабатываются миллионы кубических метров вмещающих пород. Создание нормативных документов, регламентирующих методы решения проблем охраны сооружений и природных объектов от вредного влияния подземных разработок. В основу большинства нормативных документов закладываются обобщенные результаты инструментальных наблюдений за процессом сдвижения горных пород на разрабатываемых месторождениях, что в сочетании с имеющимися методиками экстраполяции и расчета параметров процесса сдвижения позволяет решать вопросы охраны сооружений в последующие периоды разработки месторождения. На вновь вводимых месторождениях, где процесс сдвижения не изучен, нормативными документами рекомендуется использовать метод аналогий с изученными месторождениями. Однако индивидуальность параметров геомеханических моделей разрабатываемых месторождений, не учитываемая в методе аналогий, влечет за собой ошибочные решения с негативными последствиями. Контроль за развитием процесса сдвижения и состоянием охраняемых объектов, проводимый на всех этапах разработки месторождения. Во время проведения инструментального контроля определяется фактический характер развития процесса сдвижения, величин сдвижений массива горных пород, земной поверхности и подрабатываемых объектов под влиянием разработки месторождения. Также определяются взаимосвязи сдвижений и деформаций горных пород и земной поверхности с деформациями подрабатываемых сооружений. Полученная в результате инструментального контроля информация служит для оценки эффективности применяемых мер охраны и своевременной их корректировки для подрабатываемых объектов, уточнения угловых параметров процесса сдвижения, управления процессом сдвижения. Теоретические исследования сдвижения горных пород проводят путем обобщения знаний о деформировании массивов горных пород при разработке месторождений полезных ископаемых, изучения факторов, влияющих на развитие процесса сдвижения, построения и анализа геомеханических моделей, наиболее точно отражающих деформационные процессы, происходящие в деформируемом массиве. Инструментальные исследования сдвижения горных пород проводят путем непосредственного замера деформаций земной поверхности, вызванных разработкой месторождения полезного ископаемого и получают фактические данные о характере и параметрах сдвижения горных пород. Накопленная в результате многолетних наблюдений информация является основной базой для теоретических методов исследования, уточнения основных параметров геомеханических моделей и составления нормативных документов, регламентирующих методы решения проблем охраны сооружений и природных объектов от вредного влияния подземных разработок. Таким образом, при теоретических методах исследования достаточно полно описываются деформационные процессы в целом, но невозможно получать точные данные о характере и величинах деформаций. Экспериментальные методы исследований, наоборот, позволяют точно определить фактические величины сдвижений и деформаций для конкретных участков породных массивов и земной поверхности, но не дают общих представлений о развитии процесса сдвижения. Процесс сдвижения горных пород и земной поверхности начиная с первых подработок и по настоящее время изучается комплексно с применением как теоретических, так и инструментальных методов, поскольку они являются взаимодополняющими. Совместное применение этих методов позволяет правильно оценивать влияние сдвижения горных пород на безопасность охраняемых объектов, проектировать меры охраны объектов, находящихся в зоне влияния горных работ, управлять процессом сдвижения путем выбора оптимальных вариантов разработки месторождения. История развития теоретических и экспериментальных методов изучения процесса сдвижения, их достоинства, недостатки и пути совершенствования приведены в следующих разделах. Теоретические исследования процесса сдвижения горных пород на основе геомеханических моделей Начало научных исследований и дискуссий в области сдвижения горных пород при подземной разработке месторождений полезных ископаемых П.М. Леонтовский, И.М. Бахурин и С.Г. Авершин относят к 1838-1858 гг., когда были высказаны основные положения первой дошедшей до нас теории, известной под названием «правила нормалей» [1, 2, 3]. Это правило было высказано Туайе в 1838 г. и получило развитие у Гоно в 1868 г. в связи с попыткой объяснить повреждение жилых домов в городе Льеже на набережной реки Маас. По теории Гоно, обрушение горных пород происходит по направлению, перпендикулярному к плоскости напластования пород. Эта теория объясняла повреждение зданий, находящихся не над выработанным пространством, а в стороне от него. В дальнейшем эта теория усовершенствовалась, дополнялась и уточнялась такими исследователями, как Шпарре, Дюмон, Ичинский, Гауссе, Тириар, Гольдрейх и другие до второго десятилетия XX века [4]. Основным недостатком ранних теорий является то, что они строились только на внешних проявлениях процесса сдвижения - провалах и обрушениях земной поверхности, трещинах в зданиях и сооружениях. При этом совершенно без внимания оставалась зона плавных деформаций, и процесс сдвижения сводился только к рассмотрению влияния горных разработок на разрушения какого-либо участка поверхности. Из всего комплекса сил, действующих в массиве горных пород, во внимание принимался только объемный вес пород. Тем не менее ранние теории сдвижения сыграли значительную роль в развитии научных исследований, и некоторые результаты этих исследований не утратили своего значения до настоящего времени. С середины позапрошлого столетия теоретические работы развивались параллельно с инструментальными наблюдениями. Необходимость в этих исследованиях была обусловлена тем, что горной промышленности того времени нужны были численные значения углов сдвижения для построения целиков под охраняемыми объектами. Многочисленные теории того времени, основывающиеся на инструментальных наблюдениях процесса сдвижения в различных районах, часто не только не согласовывались между собой, но и нередко противоречили друг другу. В дальнейшие годы, как отмечалось выше, для прогноза параметров процесса сдвижения при отработке угольных, рудных и нерудных месторождений использовались различные методические подходы, разработанные в ведущих научно-исследовательских институтах. Современные теоретические методы исследования сдвижений породного массива под влиянием горных разработок базируются на геомеханических моделях среды и учитывают нелинейный характер ее деформирования и анизотропию поля начальных напряжений. Широкое распространение получили теории, основанные на численных методах решения задач механики сплошных сред, которыми плодотворно занимались В.И. Борщ-Компониец, М.В. Курленя, А.Б. Фадеев, В.Г. Зотеев, В. Витке, Ю.А. Кашников, С.Г. Ашихмин и другие, а также теории, основанные на моделях сплошной упругой среды, разработанные А.Д. Сашуриным и Б.А. Храмцовым и развитые в работах В.Е. Боликова, В.А. Квочина, А.Б. Макарова, А.И. Ильина и других. Эти теории позволяют определить полные пространственные компоненты тензора деформаций в любой точке подработанного породного массива (рис. 1.2), они позволяют оценить текущее геомеханическое состояние массива и выполнить прогноз развития процесса сдвижения при различных вариантах ведения горных работ [5, 6, 7].
жүктеу/скачать 4.42 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|