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:
- Рисунок 1. 5
- Инструментальные методы исследования сдвижения горных пород и земной поверхности
| Рисунок 1.4 - Геомеханическая модель процесса сдвижения по А.Д. Сашурину [22]
1 - область влияния горных работ; 2 - зона трещин; 3 - зона обрушения; 4 - рудное тело; 5 - выработанное пространство Геомеханическая модель, предложенная А.Д. Сашуриным, позволяет, зная параметры зоны обрушения - размеры полуосей проекции зоны обрушения на земную поверхность, их разворот в горизонтальной плоскости, параметры первоначального тектонического поля напряжений и деформационные характеристики среды, - получить полный пространственный тензор деформаций (см. рис. 1.2) и траектории векторов сдвижений, которые в случае анизотропии начального поля напряжений не совпадают с направлением профильных линий от периферии к центру зоны обрушения (рис. 1.5).
Несмотря на очевидные преимущества методов численного моделирования для расчета сдвижений и деформаций в подработанном массиве над остальными методами, они имеют ряд недостатков. Основными из них являются субъективный подход к построению сетки конечных элементов, осреднение физико-механических свойств массива пород, наличие ограничений на количество элементов сетки, большая трудоемкость и громоздкость моделей, учитывающих реальную дискретно деформированную среду. Современные теории сдвижения земной поверхности под влиянием горных разработок позволяют определить полный пространственный тензор деформаций в любой точке породного массива, однако они нуждаются в правильном выборе граничных условий для геомеханических моделей и физико-механических параметров среды. Учитывая также то, что во многих современных моделях массив рассматривается как дискретная среда, вопрос об изучении реальных свойств массива горных пород и его первоначального напряженно- деформированного состояния становится чрезвычайно важным. Необходимые для прогнозирования процесса сдвижения характеристики массива горных пород можно довольно точно определить по результатам инструментальных наблюдений. Уже существуют методики измерения напряжений массива горных пород на больших базах [10] и определения деформационных характеристик массива с использованием явления изостазии. В основу этих и других методик определения характеристик массива положены результаты инструментальных наблюдений за процессом сдвижения горных пород и земной поверхности при разработке месторождений полезных ископаемых. Широкое внедрение в практику теоретических исследований методов, оперирующих анизотропным напряженно-деформированным состоянием породного массива, иерархически-блочным строением массива, численных методов моделирования связано с необходимостью выбора граничных условий геомеханических моделей, которые возможно получить путем проведения инструментальных измерений [11]. В связи с тем, что при моделировании используются идеализированные модели геологической среды со многими упрощениями, нормативные документы требуют проведения обязательного инструментального контроля за развитием процесса сдвижения для корректировки мер охраны объектов. Необходимо отметить, что уровень инструментальных методов, изначально ориентированных на ранние теоретические представления о развитии процесса сдвижения, значительно отстает от требований, предъявляемых современными методами теоретических исследований. Таким образом, становится проблематичным с использованием традиционных методов инструментальных исследований получать необходимую информацию о процессе сдвижения, следовательно, возникает необходимость в пересмотре и развитии методов экспериментальных исследований. Инструментальные методы исследования сдвижения горных пород и земной поверхности Первоначально, на ранних этапах формирования теоретических методов исследования процесса сдвижения под влиянием горных разработок, наблюдения проводились визуальными методами - зарисовывался характер деформирования, картировались провалы и трещины. Инструментальные наблюдения за процессом сдвижения горных пород начали развиваться с середины позапрошлого столетия параллельно с теоретическими работами по сдвижению горных пород. Одним из первых организаторов инструментальных наблюдений за проявлениями процесса сдвижения считается английский ученый Гудвин, результаты наблюдений которого были опубликованы в 1864 г. [1]. Необходимость в постановке инструментальных наблюдений была обусловлена требованиями горной промышленности, которой были нужны численные значения углов сдвижения для построения целиков под охраняемыми объектами. С помощью первых маркшейдерских нивелировок была впервые установлена пространственно- временная картина сдвижений, которая до этого не была известна. Она послужила в последующем объективным критерием правильности появляющихся теорий и имела большое значение для горной промышленности того времени. При зарождении методик инструментальных наблюдений за процессом сдвижения, они сводились только к нивелировкам. Позже было замечено то обстоятельство, что повреждения зданий и сооружений зависят не только от оседаний земной поверхности, но и от горизонтальных сдвижений. Поставленные инструментальные наблюдения показали, что горизонтальные сдвижения зачастую по своей величине превышают вертикальные. Это обстоятельство явилось причиной того, что примерно с начала XX в. инструментальные наблюдения за процессом сдвижения стали проводиться комплексно, с измерением как вертикальных, так и горизонтальных сдвижений и деформаций. Наиболее серьезными инструментальными наблюдениями за процессом сдвижения того времени следует считать работы Дортмундского горного управления, которые включали в себя систематические нивелировки земной поверхности. Основной задачей этих наблюдений было определение численных значений углов сдвижений. Результаты этих наблюдений были представлены в дортмундских правилах и использовались как основа для нормативных документов многими странами, не проводившими инструментальных наблюдений. Первым нормативным документом, регламентирующим проведение инструментальных наблюдений за сдвижением горных пород, является выпущенная ВНИМИ в 1958 г. инструкция, регламентировавшая инструментальные наблюдения при разработке угольных и сланцевых месторождений. В 1959 г. она была переиздана, и в новом издании были дополнительно освещены вопросы инструментальных наблюдений при разработке рудных месторождений. В настоящее время инструментальное исследование процесса сдвижения на рудных месторождениях производится в соответствии с требованиями действующих инструкций. При производстве горных работ открытым способом инструментальные наблюдения за сдвижением горных пород производятся в соответствии с требованиями инструкции. Суть действующей методики инструментальных наблюдений за процессом сдвижения на наблюдательной станции состоит в контроле положения опорных реперов, нивелировании рабочих реперов и измерении расстояний между реперами. Эти линейные и высотные измерения должны обеспечивать нормированную точность определения наклонов и горизонтальных деформаций. Методика инструментальных измерений предполагает проведение измерений в два этапа: на первом нивелирование опорных и рабочих реперов, на втором - линейные измерения. Следует заметить, что полученные с применением существующей методики результаты измерений неполно отражают реальные процессы, происходящие во время сдвижения земной поверхности. Это вызвано тем, что инструментальные наблюдения за развитием процесса сдвижения в соответствии с действующими нормативными документами [12] ведутся только в плоской двухмерной системе координат. Фиксируются только те сдвижения, которые происходят в вертикальной плоскости и в направлении профильной линии. Хотя нормативными документами и предусмотрено в некоторых случаях наблюдение за сдвижением реперов в направлении, перпендикулярном к профильной линии, но такие наблюдения, как правило, на практике не проводятся как минимум по двум причинам. Во-первых, такие наблюдения чрезвычайно трудоемки, а во-вторых, получаемые результаты дают лишь относительное представление о характере сдвижения на участке наблюдения [13]. Еще одним недостатком существующей методики является то, что в результате таких измерений возможно получение данных, крайне неравномерно распределенных по площади мульды сдвижения или вмещающему прибортовому массиву. Также недостатком традиционных методов является необходимость проведения полевых работ в два этапа: нивелирования по реперам наблюдательной станции и измерения расстояний между ними. Существующая методика инструментальных наблюдений также ограничивает возможность большей автоматизации камеральных работ, в частности процесса обработки полевых журналов. Одним из наиболее важных параметров процесса сдвижения являются полярные эпюры распределения тензора деформаций, которые отражают напряженно-деформированное состояние в любой точке мульды сдвижения или прибортового массива (рис. 1.6). В случае изотропного поля действующих напряжений эпюра тензора деформаций имеет форму круга (см. рис. 1.3) и, следовательно, для определения ее параметров не имеет значения направление профильной линии, по которой проводятся измерения [14].
жүктеу/скачать 4.42 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|