Обоснование методики прогнозирования динамики сдвижения земной поверхности на этапах отработки пологих угольных пластов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Чепурная Любовь Александровна

• Чепурная Любовь Александровна
• кандидат наук
• 2025

Оглавление диссертации кандидат наук Чепурная Любовь Александровна

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1 АНАЛИЗ ПРОЦЕССА СДВИЖЕНИЯ ПОРОДНОГО МАССИВА ПРИ ОТРАБОТКЕ ПОЛОГИХ ПЛАСТОВ

1.1 Общая характеристика факторов сдвижения породного массива при ведении очистных работ

1.2 Анализ этапов отработки угольного пласта и стадий сдвижения горных пород и земной поверхности

1.3 Анализ математических моделей процесса сдвижения земной поверхности

Выводы по главе

Цель и задачи исследований

ГЛАВА 2 АНАЛИТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ СХЕМЫ СДВИЖЕНИЯ ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ И ПАРАМЕТРОВ ДЕФОРМИРОВАНИЯ ПОРОДНОГО МАССИВА

2.1 Анализ обобщенной схемы сдвижения земной поверхности на этапах отработки пологих пластов

2.2 Исследования динамики деформирования породного массива и сдвижения земной поверхности на начальном этапе очистных работ

2.3 Анализ динамики сдвижения земной поверхности на этапе развития очистных работ

2.4 Аналитические исследования сдвижения земной поверхности на этапе

движущегося очистного забоя

Выводы по главе

ГЛАВА 3 АНАЛИЗ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ДАННЫХ И ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ СДВИЖЕНИЯ ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ

3.1 Методика обработки экспериментальных данных и анализ условий отработки угольных пластов и параметров сдвижения поверхности

3.2 Исследование параметров и условий начала сдвижения земной поверхности

3.3 Обоснование математических моделей динамики оседания земной поверхности

3.4 Исследование процесса сдвижения земной поверхности при движении

очистного забоя

Выводы по главе

ГЛАВА 4 ОБОСНОВАНИЕ ЭМПИРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ И МЕТОДИКИ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ДИНАМИКИ СДВИЖЕНИЯ ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ НА ЭТАПАХ ОТРАБОТКИ ПОЛОГИХ ПЛАСТОВ

4.1 Анализ эмпирических параметров закономерности сдвижения земной поверхности при отработке пологих пластов

4.1.1 Исследование эмпирических параметров зависимостей оседания поверхности на активной стадии

4.1.2 Анализ эмпирических параметров закономерности сдвижения поверхности на этапе движущегося очистного забоя после образования плоского дна мульды

4.2 Разработка методики прогнозирования динамики сдвижения земной поверхности при столбовой системе разработки угольных пластов

4.3 Результаты прогнозирования параметров и стадий сдвижения земной

поверхности на этапах отработки пологих угольных пластов

Выводы по главе

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ А (справочное) Сведения о внедрении

ПРИЛОЖЕНИЕ Б (справочное) Определение границ стадий сдвижения по

функции гиперболического тангенса

ПРИЛОЖЕНИЕ В (справочное) Сведения об условиях проведения экспериментов и изменении параметров оседания земной поверхности при

развитии очистных работ

ПРИЛОЖЕНИЕ Г (справочное) Результаты определения границ стадий оседания земной поверхности для различных горно-геологических условий

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Обоснование методики прогнозирования динамики сдвижения земной поверхности на этапах отработки пологих угольных пластов»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования. В современных приоритетных направлениях развития подземной горнодобывающей промышленности одной из важнейших задач является обеспечение безопасной подработки породного массива и земной поверхности. В этой связи новые познания геомеханических процессов, протекающих в многофакторной подземной геотехнической системе по мере развития горных работ, является актуальной научной задачей.

При отработке угольных пластов с обрушением кровли все объекты на поверхности и любая ее точка, попадая в зону влияния очистных работ, испытывают сдвижения и деформации. Процесс сдвижения земной поверхности сегодня в основном определяется по граничным параметрам в соответствии с нормативным документом «Правила охраны сооружений и природных объектов от вредного влияния подземных горных разработок на угольных месторождениях». Значения углов сдвижения, граничных углов, углов полных сдвижений и максимальных оседаний детерминированы эмпирическими параметрами месторождения, а типовые кривые предназначены для закончившегося процесса сдвижения. Развитие процесса во времени и динамические параметры не рассматриваются.

Современные системы разработки угольных пластов различных марок характеризуются увеличенными размерами выемки (длина лавы превышает 200 м и столба - 1000 м), скорость подвигания лав более 100 м в месяц, глубина достигает 1000-1200 м, пласты и породная толща имеют сложное строение. Новые условия и параметры разработки угольных пластов предопределяют развитие сложного геомехнического процесса сдвижения породной толщи и земной поверхности, что требует первоочередного понимания динамики процесса. Особое значение приобретают методы прогнозирования динамики сдвижения земной поверхности по многофакторным математическим моделям, основанных на геологических и геотехнологических показателях угледобычи. Такие методики прогнозирования сдвижения породного массива должны быть

основаны на обширном статистическом анализе развития геомеханического процесса во взаимосвязи с этапами очистных работ. Поэтому разработка методики прогнозирования динамики сдвижения земной поверхности на этапах отработки пологих угольных пластов позволит до начала очистных работ оценить безопасные условия подработки и горно-экологические риски.

Степень разработанности научной проблемы. Вопросами сдвижения горных пород над очистными выработками многие годы занимались ученые ВНИМИ, ДонНТУ(ДПИ), ЮРГПУ(НПИ), ДонГТУ, РАНИМИ, ТулГУ, КузГТУ и другие. В многочисленных исследованиях установлены зависимости граничных углов, оседания и продолжительности процесса сдвижения от глубины, скорости подвигания забоя, мощности пласта, степени подработки и размера выработки. Установлены типовые кривые мульды сдвижения для различных горно -геологических условий при полной подработке поверхности. При этом геомеханический процесс сдвижения породной толщи рассматривался без учета структурно-прочностных свойств горных пород и без взаимосвязи с этапами очистных работ. Известные математические модели описывают только оседание поверхности после формирования плоского дна мульды, поэтому необходимо дальнейшее их развитие. Значительный вклад в исследования геомеханического процесса сдвижения породного массива и земной поверхности внесли ученые: Авершин С. Г., Анциферов А. В., Антощенко Н. И., Варлашкин Н. М., Гавриленко Ю. Н., Грищенков Н. Н., Дрибан В. А., Иофис М. А., Земисев В. Н., Кулибаба С. Б., Ларченко В. Г., Литвинский Г. Г., Лобков Н. И., Медянцев А. Н., Петрук Е. Г., Посыльный Ю. В., Шурыгин Д. Н., Ягунов А. С. и многие другие.

Объектом исследования является геомеханический процесс сдвижения породного массива и земной поверхности во взаимосвязи с геотехнологическими параметрами отработки пологих пластов различных марок угля.

Предметом исследования являются динамические параметры и закономерности процесса сдвижения породного массива и земной поверхности на этапах отработки пологих угольных пластов.

Цель исследования - обоснование методики прогнозирования динамики сдвижения земной поверхности на этапах очистных работ при отработке пологих угольных пластов.

В соответствии с целью были поставлены и решены следующие основные задачи исследования:

- разработать обобщенную схему и исследовать условия и параметры начала сдвижения земной поверхности на первом этапе очистных работ;

- исследовать динамику активного сдвижения породного массива и земной поверхности на этапе развития очистных работ;

- изучить динамические параметры процесса сдвижения земной поверхности на этапе движущегося очистного забоя после образования плоского дна мульды;

- обосновать математические модели адекватного описания закономерностей сдвижения земной поверхности на всех этапах очистных работ;

- разработать методику прогнозирования динамики сдвижения породного массива и земной поверхности для всех этапов очистных работ.

Научная новизна полученных результатов:

- впервые доказано, что динамика оседания земной поверхности при развитии очистных работ характеризуется обобщенным показателем сдвижения, который зависит от структурно-прочностных свойств породной толщи;

- впервые установлена эмпирическая зависимость для расчета коэффициента породного массива по параметрам геотехнологического процесса;

- впервые начало сдвижения земной поверхности определяется по геодинамическому критерию с учетом структурно-прочностных свойств породного массива;

- впервые установлена зависимость показателя сдвижения породного массива от коэффициента крепости пород, глубины и мощности пласта;

- усовершенствована методика прогнозирования стадий сдвижения земной поверхности на этапах очистных работ.

Теоретическое и практическое значение полученных результатов заключается в обосновании параметров и закономерностей динамики сдвижения

породного массива и земной поверхности в зависимости от структурно-прочностных свойств пород и показателей ведения очистных работ; обосновании параметров математических моделей описания геомеханического процесса сдвижения поверхности, параметры которых рассчитываются по показателям геотехнологического процесса, разработке методики прогнозирования сдвижения земной поверхности на этапах очистных работ по пластам угля различных марок.

При выполнении исследований применялся комплексный методический подход: анализ литературных источников, аналитические исследования процесса сдвижения породного массива и земной поверхности, статистический и корреляционно-регрессионный анализ экспериментальных данных, обоснование динамических параметров и математических моделей, разработка методики прогнозирования динамики сдвижения земной поверхности, прогнозная оценка параметров и закономерностей сдвижения поверхности по новой методике в различных условиях отработки угольных пластов.

Научные положения, выносимые на защиту:

1. Сдвижение земной поверхности начинается, когда геодинамический критерий достигает значения равного единице, при этом размер очистной выработки линейно зависит от глубины и обратно пропорционально от показателя сдвижения и коэффициента породного массива, что позволяет определять начало оседания поверхности с погрешностью до 16 %.

2. Динамика активного сдвижения породного массива и земной поверхности выражается обобщенным показателем сдвижения, который равен тангенсу угла наклона участка кривой оседания поверхности и характеризует соотношение значений сдвижения пород и подвигания очистного забоя, что позволяет прогнозировать параметры стадии формирования мульды сдвижения по экспоненциальной зависимости, как с абсолютными, так и с относительными параметрами (коэффициент корреляции 0,95-0,98 и критерий Фишера 0,95).

3. После формирования плоского дна мульды сдвижения динамика оседания поверхности адекватно прогнозируется логистической зависимостью (коэффициент корреляции 0,98), по которой определяются граничные параметры

и показатель сдвижения породного массива, линейно зависящий от мощности пласта и обратно пропорционально от средневзвешенного коэффициента крепости пород и глубины ведения очистных работ.

Область исследования соответствует пунктам 5 и 6 паспорта специальности 2.8.6. Геомеханика, разрушение горных пород, рудничная аэрогазодинамика и горная теплофизика.

Обоснованность и достоверность научных результатов выводов и рекомендаций подтверждается корректной постановкой задач исследований, использованием классических законов геомеханики, апробированных методов и программных комплексов математической статистики, представительными выборками экспериментальных данных, высокими значениями коэффициентов корреляции (0,95-0,99) и критерия Фишера (0,95), удовлетворительной сходимостью прогнозных параметров и закономерностей с фактическими результатами (относительная погрешность 10-16 %).

Апробация результатов исследований. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались, обсуждались и были одобрены на: VI международной научно-практической конференции «Школа подземной разработки» (г. Днепропетровск, 2012 г.); международной конференции «Форум горняков»: «Строительство и эксплуатация подземных конструкций, пути развития маркшейдерских и геодезических работ» (г. Днепропетровск, 2012 г.); международной конференции ВУО МАНЭБ «Экология и безопасность жизнедеятельности - 2012» (г. Скадовск, 2012 г.); научно-практической конференции «Безопасность жизнедеятельности и гражданская защита: пути совершенствования преподавания» (г. Луганск, 2013 г.); научно-практической конференции «Актуальные проблемы современной науки: взгляд молодых ученых» (г. Алчевск, 2019 г.); IV международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы геомеханики и геотехнологии добычи полезных ископаемых» (г. Алчевск, 2020 г.); VI научно-практической конференции с международным участием «Актуальные проблемы геомеханики и геотехнологии добычи полезных ископаемых» (г. Алчевск, 2023 г.); X Всероссийской научно-

практической конференции «Цифровизация науки и образования: современные вызовы и возможности» (г. Москва, 2024 г.).

Реализация выводов и рекомендаций работы. Основные научно-практические результаты и рекомендации работы приняты геолого-маркшейдерскими службами шахт Ш/У «Ровеньковское» ГУП ЛНР РТК «Востокуголь» для изучения и применения в технологическом процессе угледобычи на антрацитовых шахтах (приложение А); основные результаты работы излагаются в лекционных курсах студентам горного факультета ДонГТУ.

Личный вклад автора заключается в формулировке идеи, цели, задач исследований, научных положений, выводов и рекомендаций, в выполнении аналитических исследований, в статистическом анализе экспериментальных данных, обосновании динамических параметров и математических моделей, разработке методики прогнозирования динамики сдвижения земной поверхности на различных этапах очистных работ.

Публикации. Основные научные и практические результаты диссертационной работы опубликованы в 1 6 научных работах, в их числе: 4 статьи в международных наукометрических базах; 6 работ опубликованы в ведущих рецензируемых научных журналах и изданиях; 2 работы в профессиональных журналах и научных сборниках; 4 работы апробационного характера, докладов на научных конференциях и других научных публикаций.

Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 112 наименований на 16 страницах, содержит 57 рисунков, 30 таблиц, 4 приложения. Общий объем работы 200 страниц, из которых 142 страницы основного машинописного текста.

Автор выражает искреннюю благодарность за оказанную помощь при подготовке диссертационной работы научному руководителю к.т.н. Пронскому Д. В., заведующему кафедрой ГБП ФГБОУ «ДонГТУ» к.т.н. Кизиярову О. Л. и всем сотрудникам кафедры ГБП ФГБОУ «ДонГТУ», д.т.н., профессору Антощенко Н. И., сотрудникам геолого-маркшейдерской службы Ш/У «Ровеньковское».

ГЛАВА 1 АНАЛИЗ ПРОЦЕССА СДВИЖЕНИЯ ПОРОДНОГО МАССИВА ПРИ ОТРАБОТКЕ ПОЛОГИХ ПЛАСТОВ

1.1 Общая характеристика факторов сдвижения породного массива при

ведении очистных работ

Сдвижение породного массива при ведении подземных горных работ начинается с прогиба и обрушения пород непосредственной кровли, расположенной выше разрабатываемого угольного пласта. Отсутствие опоры под зависшими подработанными породами кровли приводит к перераспределению давления на краевые части пласта и появлению зон повышенного горного давления. Ведение очистных работ вызывает изменение начального напряженного состояния в подработанной толще горных пород, в следствие чего начинает развиваться процесс сдвижения. При этом размеры области сдвижения горных пород могут достигать и превышать общие размеры выработанного пространства. Область сдвижения горных пород - часть породного массива, подвергшаяся деформациям под влиянием подземных разработок, а вовлекаемая в сдвижение часть земной поверхности - это мульда сдвижения (рисунок 1.1) [1-3, 5].

Углы сдвижения являются внешними относительно выработанного пространства углами, образованными при полной подработке на вертикальных разрезах по главным сечениям мульды сдвижения горизонтальными линиями и линиями, соединяющими границы выработки с границей зоны опасного влияния на земной поверхности [6, 7].

Под общей продолжительностью процесса сдвижения понимают период сдвижения земной поверхности, находящейся под влиянием очистных работ. Данный период подразделяется на три основные стадии: начальную, интенсивную и затухания [2, 7].

Процесс сдвижения подработанных горных пород и земной поверхности определяется многими геологическими и геотехническими факторами [4, 7-10].

Рисунок 1.1 - Общий вид мульды сдвижения и параметры главных сечений при отработке пластов вкрест простирания (а, в) и по простиранию (б, г) при условии

неполной (а, б) и полной подработки (в, г)

Характерные особенности геомеханического процесса сдвижения обуславливаются геологическим строением подработанного массива горных пород (литологическим составом, последовательностью и мощностью напластований), а также обводненностью породной толщи. Следует отметить, что форма проявления процесса деформирования в пространстве и во времени зависит от физико-механических свойств горных пород и структуры массива.

Тектонические нарушения породных пластов и их трещиноватость служат направляющими плоскостями для сдвижения пород. По этим плоскостям происходит ослабление и смещение пород, что может привести к искажению действительных значений углов сдвижения.

Основным влияющим фактором на процесс деформирования породного массива является мощность угольного пласта. При увеличении мощности вынимаемого пласта наблюдается рост интенсивности развития процесса сдвижения и обрушения горных пород. Для других равных условий увеличение глубины ведения очистных работ приводит к уменьшению величины деформаций, однако длительность процесса сдвижения при этом растет.

При сплошной системе разработки и значительных размерах выработанного пространства процесс сдвижения вмещающих пород кровли проявляется в форме плавного прогиба. Стремительное развитие процесса обрушения наблюдается при ведении горных работ по столбовой системе, при которой оседание земной поверхности часто протекает неравномерно и с образованием трещин.

Плавный прогиб подработанного участка земной поверхности, а также быстрое подвигание края динамической мульды сдвижения наблюдается при повышении скорости подвигания очистного забоя. Нарушенность породной толщи ранее проведенными очистными работами способствует активизации процесса сдвижения.

К основным видам сдвижений и деформаций, которые опасны для подрабатываемых объектов и сооружений, относятся: вертикальные оседания, максимальные значения наклонов поверхности и кривизны наклонов, горизонтальные сдвижения и горизонтальные деформации. Так, неустойчивость

подрабатываемых объектов и изменение профиля дороги являются следствием значительных наклонов земной поверхности, а при высоких значениях кривизны и горизонтальных деформаций поверхности наблюдаются повреждения зданий, промышленных объектов, трубопроводов и даже горных выработок [4, 7].

На результаты подработки земной поверхности оказывают влияние ряд благоприятных и неблагоприятных факторов. К числу благоприятных влияющих факторов следует отнести пологое залегание угольных пластов и вмещающих пород, а также наличие выше очистных выработок пород, которые обладают способностью прогибаться. Кроме того, положительное влияние оказывают незначительная мощность разрабатываемого угольного пласта и высокое значение отношения глубины подработки к мощности извлекаемого пласта Н / т, отсутствие в породном массиве тектонических нарушений, значительные размеры очистной выемки при сплошной системе разработки, закладка выработанного пространства, высокая скорость подвигания очистного забоя.

Наличие над очистными выработками легко обрушаемых пород и тектонических нарушений в горном массиве, значительная мощность разрабатываемого угольного пласта и малое отношение Н / т, управление кровлей полным обрушением, применение камерных и столбовых систем разработки, а также неравномерная и низкая скорость подвигания очистного забоя относятся к неблагоприятным влияющим факторам [9, 10].

1.2 Анализ этапов отработки угольного пласта и стадий сдвижения горных

пород и земной поверхности

Основные показатели процесса сдвижения подработанного породного массива и земной поверхности на различных стадиях их протекания значительно отличаются между собой, что должно учитываться при решении задач горного производства.

Современные подходы к прогнозированию перемещений и деформаций горных пород, а также оседаний земной поверхности, базируются на принципах

механики сплошной или дискретной среды, содержат физические аналогии и существующие аналитико-эмпирические теории [11-15]. Использование в качестве исходных данных экспериментально определенных параметров, характерных для конкретных горно-геологических и горнотехнических условий отработки, ограничивает их применение для других угольных месторождений. Большинство существующих методов прогнозирования, как правило, предназначены для оценки параметров завершившегося процесса сдвижения без учета фактора времени.

Метод инструментальных наблюдений за развитием оседаний земной поверхности вдоль профильных линий, расположенных по главным сечениям мульды, наиболее часто применяется при исследовании влияния очистных работ на земную поверхность. Одновременно с определением параметров закончившегося процесса сдвижения земной поверхности изучались закономерности его развития с течением времени над движущимся очистным забоем, что позволило получить данные о перемещении рассматриваемых точек на земной поверхности. Наряду с этим в направлении подвигания очистного забоя выработки были установлены общие характеристики развития процесса сдвижения для рассматриваемых сечений мульды [11, 13, 17, 21, 22, 25, 26]. Условия и параметры закончившегося процесса сдвижения послужили основой для разработки схем сдвижения поверхности и методик прогноза влияния подземных разработок на земную поверхность [28-30].

Необходимо отметить, что процессы сдвижения земной поверхности необходимо рассматривать для двух главных стадий. Развитие очистных работ на первой стадии сопровождается формированием мульды сдвижения до момента образования в ней плоского дна. В свою очередь полная подработка земной поверхности характеризует начало второй стадии сдвижения. Математически описывать процессы сдвижения на указанных стадиях необходимо с учетом их принципиальных отличий, которые заключаются в изменении интенсивности воздействия отдельных факторов и характера динамики сдвижения породного массива и земной поверхности.

Вторая стадия зависит только от подвигания очистного забоя после достижения полной подработки земной поверхности. Наиболее точно описание процесса оседания земной поверхности на этой стадии производиться известными математическими моделями [28-30]. Аналогичные модели для первой стадии еще не разработаны.

Методика, разработанная С. Г. Авершиным, на основании кратковременных маркшейдерских наблюдений за перемещением реперов на земной поверхности в зависимости от удаления очистного забоя от разрезной печи и с течением времени позволяет оценить динамику геомеханического процесса сдвижения породного массива и земной поверхности (рисунок 1.2) [16].

Важной задачей горного производства является установление периода интенсивных сдвижений земной поверхности. Согласно работам С. Г. Авершина, для наклонных и пологих угольных пластов данный период соответствует скорости оседания, превышающей 50 мм в месяц [17].

§ 300 г 35 25

ь

|200

с ф

100

0 сс

1 о

<п «

-100

^-200 й>

1 -300

£ о о (0 о.

^ 15

100

300

500

700

.900 1000

Е £

1 Скоро сту оседания / \ 2

- 1_144 '_1_■_1_ "Х, Даты Период \ опасных\ наблюдений

деформаций

Е - Е 3

0> X - га ® и -О 1 /

Общая продолжительность ' _

процесса сдвижения

1 - кривая вертикальных сдвижений; 2 - кривая скорости оседания;

3 - положение очистного забоя

Рисунок 1.2 - Характер изменения во времени оседаний и скоростей оседаний

точки на земной поверхности [16]

На основании обработки натурных наблюдений за динамикой сдвижения породного массива и земной поверхности были установлены общие закономерности развития геомеханического процесса и определены общая длительность процесса сдвижения и продолжительность его отдельных стадий (начальной, активного сдвижения и затухания).

Наиболее важным является определение продолжительности активной стадии сдвижения, для которой характерно наличие опасных деформаций.

В соответствии с нормативным документом [4], начальная стадия процесса сдвижения характеризуется продолжительностью, составляющей 30 % от общего времени развития геомеханического процесса Тобщ и величиной оседания, равной 15 % от максимального значения Активной стадии соответствует 40 % от Тобщ и 70 % от т]т. Стадия затухания составляет 30 % от общей длительности процесса Тобщ и сопровождается оседанием, равным 15 % от г/т (рисунок 1.3).

Рисунок 1.3 - Расчетная схема к определению общей продолжительности и продолжительности стадий сдвижения пород и земной поверхности

При отсутствии инструментальных наблюдений момент начала оседания точки на земной поверхности, расположенной перед подвигающимся забоем, устанавливается по дате, при которой расстояние от очистного забоя до данной точки составляет

Ь0 = И-оЩ5о, (1.1)

где 30 - граничный угол, который образован в главном сечении мульды сдвижения горизонтальной линией и линией, соединяющей границу выработки с границей зоны влияния подземных разработок на земной поверхности, град [7].

Расстояние Ь0, соответствующее началу сдвижения земной поверхности, можно определить по выражению

Ь = яо И, (1.2)

где а0 = 0,1^0,3 - эмпирический параметр [4].

М. А. Иофисом в работе [19] на основании аналогичного подхода (рисунок 1.3) было предложено определение общей длительности процесса сдвижения из выражения

Т'общ = + > ■Н = «Н , (1.3)

' оч ^оч

где Коч - средняя скорость подвигания забоя лавы;

а - коэффициент, равный для условий Донецкого бассейна 1,0^1,3.

Предполагается, что сдвижение земной поверхности начинается, когда забой лавы отходит от разрезной выработки на расстояние около 0,3Н. При дальнейшем подвигании лавы сдвижение земной поверхности протекает непрерывно и все время опережает забой лавы. При достаточном развитии очистных работ на некотором участке земной поверхности, определяемом граничным углом и углом полных сдвижений, возникает динамическая "волна сдвижения", которая перемещается с той же скоростью, что и забой лавы. Коэффициент а в уравнении (1.3) рекомендуется принимать равным 1,4 [20].

Для установления границ стадий сдвижения ранее использовались несколько различных способов и критериев. Деление на стадии может быть основано на значениях скорости оседания земной поверхности (начальной стадии

соответствовала скорость оседания, не превышающая 50 мм/мес, активной стадии -более 50 мм/мес, для стадии затухания - от 50 мм/мес до 50 мм/год) [20].

Также некоторыми исследователями общая длительность процесса сдвижения была разделена на активную стадию и стадию затухания. При этом за активную стадию принимался период с опасными деформациями в динамической мульде, достигающими 90 % от максимального оседания земной поверхности [21].

Согласно другим направлениям исследования, представленным в работах [28-30], для изучения развития процесса оседания земной поверхности определялись характерные точки динамической мульды сдвижения, одной из которых на кривой оседания являлась точка перегиба. Она соответствовала также максимальным значениям скоростей сдвижения и наклонов. Определенное при этом расстояние находилось в диапазоне от 10 до 35 метров и являлось устойчивым параметром для конкретных горно-геологических условий [4, 22-24].

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Чепурная Любовь Александровна, 2025 год

/ // // М

/ г

• / <

•

о

0,02 0,04 0,06 0,08

1 - усредняющие прямые; 2 - биссектрисы координатных сеток; • - точки, характеризующие соотношение значений параметров а, Ь, с с параметрами а , Ьр, ср, установленных для конкретных объектов.

Рисунок 4.8 - Связь параметров уравнения (2.26), рассчитанных по методу наименьших квадратов а, Ь, с и предлагаемым методом а , Ьр, ср

4.2 Разработка методики прогнозирования динамики сдвижения земной поверхности при столбовой системе разработки угольных пластов

Прогнозирование динамики сдвижения породного массива и земной поверхности является одной из наиболее важных горно-экологических задач при установлении негативных последствий отработки угольных пластов. Сдвижение породного массива над очистными выработками затрагивает обширные площади поверхности и весьма часто инфраструктуру и непосредственно поселки и города. Это связано с тем, что современные угольные предприятия разрабатывают пласты по столбовой системе при длине лавы 150-250 м и длине столба 1000 м. При этом современные механизированные комплексы очистных работ обеспечивают скорость подвигания лавы 200-300 м/мес. Также темпы и объемы очистных работ требуют, в первую очередь, обеспечения безопасной подработки породного массива, это связано как с геомеханическими, так и с гидродинамическими процессами.

Поэтому весьма важно еще до начала очистных работ прогнозировать динамику сдвижения породного массива и поверхности и оценить возникающие риски в связи с развитием геотехнологического процесса. По этой причине математическое моделирование процесса сдвижения земной поверхности является перспективным инженерным решением проблемы.

Как уже отмечалось ранее, ряд исследователей предложили математические модели и прогнозирование сдвижения земной поверхности [87, 99, 100]. Однако задача рассматривалась статическая по результатам маркшейдерских замеров. Поэтому была усовершенствована методика прогнозирования динамики геомеханического процесса на трех этапах очистных работ с учетом структурно -прочностных свойств породного массива.

Таким образом, методика прогнозирования динамики сдвижения породного массива и земной поверхности при разработке угольных пластов - это научно обоснованный расчет параметров, характеристик и закономерностей оседания земной поверхности на всех стадиях в соответствии с этапами очистных работ на

основании горно-геологических и горнотехнических условий очистных работ. Это означает, что основой прогнозирования геомеханического процесса являются конкретные условия геотехнологического процесса (пологие пласты мощностью до 3 м при скорости очистного забоя до 12-150 м).

При разработке методики прогнозирования динамики сдвижения земной поверхности следует рассматривать этапы очистных работ и соответствующие им стадии сдвижения, отраженные на обобщенной схеме (рисунок 4.9):

I этап - отход лавы от разрезной печи до момента начала сдвижения земной поверхности;

II этап - развитие очистных работ, соответствующее активной стадии сдвижения земной поверхности;

III этап - движение очистного забоя при стабилизации сдвижения земной поверхности, образование плоского дна мульды.

На I этапе очистных работ в точке А происходит достижение процессами сдвижения земной поверхности при начальном размере выработанного пространства LH.

Рисунок 4.9 - Обобщенная схема развития очистных работ и сдвижения

породного массива

При формировании мульды сдвижения на II этапе развития очистных работ по мере удаления очистного забоя от разрезной печи процессы сдвижения переходят в активную стадию (от точки А в точку В). При дальнейшем развитии очистных работ протекает стадия затухания процессов сдвижения, связанных с окончательным уплотнением пород и возвращение их в устойчивое состояние. На III этапе оседание земной поверхности после образования плоского дна мульды сдвижения определяется только текущим положением очистного забоя. При этом динамика сдвижения земной поверхности также проявляется в активной стадии динамической полумульды (между точками В и D).

Будем рассматривать динамику сдвижения породного массива и земной поверхности в соответствии с названными этапами и разработанной обобщенной схемой сдвижения земной поверхности. Предварительно необходимо выполнить полный сбор информации о горно-геологических и горнотехнических условиях работ. При этом важно оценить степень достоверности данных, выполнить их анализ и сравнение с ранее известными данными или соседними сходными объектами.

I этап очистных работ.

На этом этапе происходит развитие геомеханического процесса сдвижения породной толщи и достижение поверхности. Критерием выхода на поверхность деформаций породного массива над очистной выработкой есть равенство

LJ H = , (4.12)

кп tana

где LH - расстояние от разрезной печи до забоя, соответствующее началу сдвижения земной поверхности;

Н - глубина ведения очистных работ;

кп - коэффициент породного массива;

tana - показатель сдвижения породного массива.

По формуле (3.7) находим значение

0,26

к tana =---, (4.13)

п (0,16 + 0,09m)(0,40 - 0,0033V,)

где т - мощность пласта;

Уоч - скорость движения очистного забоя.

Следовательно, при движении одиночной лавы расстояние от разрезной печи, определяющее начало сдвижения поверхности, находится из формулы (4.12).

II этап очистных работ.

На этапе развития очистных работ процесс сдвижения породного массива и поверхности вступает в активную стадию: скорость сдвижения нарастает, стабилизируется и начинает затухать. Данный процесс наиболее точно описывается экспоненциальной математической моделью

% = а - Ь • ехр(-с • I), (4.14)

где а, Ь и с - эмпирические параметры закономерности сдвижения поверхности, определяемые условиями работ по формулам (4.6), (4.7), (4.8) соответственно.

После этого устанавливается значение геомеханической постоянной для данного геотехнологического процесса

I = . (4.15)

-/

По параметрам экспоненциальной закономерности сдвижения поверхности динамика процесса характеризуется показателем сдвижения

tana = 1 а ■ с. (4.16)

Находим коэффициент породного массива

К = ~г——. (4.17)

I tana

Следовательно, стационарная скорость сдвижения земной поверхности на активной стадии равна

V = кп ■ tana-Уоч. (4.18)

При отработке панели или шахтоучастка учитываются два размера выработанного пространства L1 и L2, а экспоненциальная закономерность сдвижения земной поверхности записывается в виде

f LL Л

r¡m / m = ax -Ъх * exp -c-^t • (419)

V H J

Откуда находятся динамические параметры оседания поверхности

m * L /. «

tana = 21 tana, (4.20)

1 H2

L =—1— — , (4.21)

н к tana L

я 1

где tana1 - относительный показатель сдвижения. III этап очистных работ.

После активной стадии сдвижения поверхности на этапе движущегося очистного забоя оседание земной поверхности возможно описывать математической моделью в виде логистической зависимости

Г( L) = *--, (4.22)

1 + Ъ - exp(-c - L)

где эмпирические параметры a, b, c логистической зависимости рассчитываются по условиям работ по формулам (4.9), (4.10), (4.11).

Параметры сдвижения определяются по границам стадий

ГК = *,

4 = La =-460±!пЪ , (4.23)

-с

-/

_ 3,9 + ln Ъ

lk = LF = ,

с

r = 0,8Гк.

Динамический показатель сдвижения равен

&Гвп

tana = —— = 0,23a - с. (4.24)

МBD

Граница окончания сдвижения поверхностной точки

Lk = lf = М+М. (4.25)

с

После получения параметров динамики сдвижения земной поверхности на всех этапах выполняется контрольная проверка зависимостей по граничным точкам оседания поверхности. Для этого проверяются, например, Ьн и ц = 1,02%.

На заключительном этапе прогнозирования сдвижения поверхности осуществляется построение закономерности, анализ результатов и выводы о технологических рисках.

После обобщения методика прогнозирования динамики сдвижения земной поверхности на этапах отработки пологих пластов представлена в виде таблицы 4.6 и логико-информационной блок-схемы на рисунке 4.9.

Таблица 4.6 - Методика прогнозирования динамики сдвижения земной поверхности

Этапы расчета Расчетные формулы

I этап очистных работ - начало сдвижения

1. Показатели породного массива 0,26 к taпа =- п (0,16 + 0,09 —)(0,40 - 0,0033КОЧ)

2. Расстояние очистного забоя от разрезной печи на начало сдвижения I = Н н ки taпа

II этап очистных работ - активная стадия сдвижения

3. Математическая модель. Эмпирические параметры = а - Ь • ехр(-с • 1) т а = 300 +1830— I Ь = 750 + 50 • У°ч I с = 0,00234 + 7,2 , Н • I

4. Геомеханическая постоянная _1п(а / Ь) г -с

Продолжение таблицы 4.6

Этапы расчета Расчетные формулы

5. Динамический показатель сдвижения 1 tana = — а ■ с 2

6. Коэффициент породного массива К = tana

7. Средняя скорость сдвижения поверхности Vn = kn • Ша^Уоч

8. Математическая модель в относительных координатах. Динамические показатели ( ll Л Лт /т = ai bi ■ exP C ■ lJ¡ V H m ■ L tana = —г1 tana H 1 L = 1 H 2 н кп tana L

III этап очистных работ - стабилизация сдвижения

9. Математическая модель. Эмпирические параметры rj(L) = а 1 + b ■ exp(-c ■ L) т а = 300 +1830— f b = 1 V 0,22 - 0,147 ^ Н 19 с = 0,00429 + , H ■ f

10. Граничные значения параметров сдвижения ЛК = а T T -4,60 + ln b LH = LA = -C T T 3,9 + ln b LK = LF = C Лп = 0,8 Лк

11. Показатель сдвижения точки поверхности tana = 0,23a ■c

12. Параметры окончания процесса сдвижения точки поверхности Л = 0,98Лк laf = l + l

МЕТОДИКА ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ДИНАМИКИ СДВИЖЕНИЯ ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ

ГОРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ

Г

I ЭТАП ОЧИСТНЫХ РАБОТ

К/ Н =

1

к Ыпа = -

кп гапа

0,26

(0,16 + 0,09»г )(0,40 - 0,0033^ ч)

Ь = Н н к гапа

Т]т / т = а — Ь ' ехР

-С,

1' Н2

т' Ь. taпа =-—L гапа,

Н2 1

ЬН1 =

1 Н2 к гапа Ь

ь _ 1п(я х/ Ь1) _^

—С

ГОРНОТЕХНИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ

1

II ЭТАП ОЧИСТНЫХ РАБОТ

III ЭТАП ОЧИСТНЫХ РАБОТ

I

I

МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ | *7т (Ь) = а — Ь' ехр(—с ' Ь)

МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ

* Ь) = а

1г гапа V = к ' гапа-У

I

Н

1п(« / Ь)

к гап а

1 + Ь' ехр(—с ' Ь)

1

ЛК = а Чп = 0,8ЛК —4,60 + 1п Ь

—с

ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ, ПОСТРОЕНИЕ КРИВЫХ ОСЕДАНИЯ, ЗАКЛЮЧЕНИЕ

6

Рисунок 4.10 - Логико-информационная схема методики прогнозирования динамики сдвижения земной! поверхности

4.3 Результаты прогнозирования параметров и стадий сдвижения земной поверхности на этапах отработки пологих угольных пластов

Практика ведения подземных горных работ по добыче углей различных марок показала, что эти работы очень отличаются по горно-геологическим условиям даже в пределах одного угольного бассейна. Кроме этого, геотехнологический процесс выемки угля также может отличаться параметрами в зависимости от системы разработки и оснащения лавы. Это говорит о том, что прогнозирование динамики сдвижения породного массива и земной поверхности является трудной и ответственной задачей горного производства.

При выполнении аналитических исследований и обработке экспериментальных результатов динамики сдвижения земной поверхности до и после образования плоского дна мульды установлены закономерности и параметры, адекватно описывающие рассматриваемый геомеханический процесс. Статистическая обработка экспериментальных результатов позволила определить эмпирические параметры закономерности сдвижения поверхности для различных горно-геологических и горнотехнических условий. Применение метода наименьших квадратов и корреляционного анализа позволяет прогнозировать динамику сдвижения породного массива и земной поверхности с учетом условий разработки пологих пластов угля: глубина ведения очистных работ, мощность пласта, средняя прочность горных пород, длина лавы, скорость подвигания забоя и их сочетания.

Поэтому с удовлетворительной достоверностью (погрешность не превышает 15-20 %) возможно прогнозирование параметров и стадий сдвижения земной поверхности на этапах отработки угольных пластов.

Рассмотрим результаты прогнозирования динамики сдвижения земной поверхности на примере отработки угольных пластов на шахтах «Степная» [32] и «Юбилейная» (лава 530) [45]. Для этого будет использована новая методика инженерного расчета параметров и закономерностей сдвижения поверхности в соответствии с этапами очистных (пункт 4.2, рисунок 4.9).

На первом этапе очистных работ определяется отход очистного забоя от разрезной печи, соответствующий началу сдвижения поверхности LH. Для этого в соответствии с горно-геологическими условиями работ рассчитываем значение кп • tana по формуле (4.13) и определяем расстояния Lh по формуле (4.12). Результаты расчета расстояния начала сдвижения земной поверхности приведены в таблице 4.7.

В этой же таблице для сравнения приведены результаты и по другим шахтам. Анализ полученных результатов показывает, что погрешность расчета LH составляет не более 9-16 %. Погрешность для шахты Аппалачского бассейна объясняется высокой скоростью подвигания забоя. Абсолютные отклонения

прогнозируемых значений LPH от экспериментальных данных составляет 1-5 м,

что удовлетворительно для горного производства.

На втором этапе очистных работ развивается активная стадия сдвижения породного массива и поверхности. Для описания закономерности сдвижения поверхности задаемся экспоненциальной функцией с параметрами a, b, c, определяемых по формулам (4.6)-(4.8). По полученным параметрам закономерности сдвижения находим геомеханическую постоянную 1г (формула 4.15), затем рассчитываем показатель сдвижения tana и коэффициент породного массива кп (формулы 4.16, 4.17).

Полученные параметры активной стадии сдвижения позволяют рассчитать стационарную скорость оседания поверхности над очистной выработкой Vn. Результаты расчета параметров активной стадии сдвижения земной поверхности приведены в таблице 4.8.

Экспоненциальные зависимости максимального сдвижения земной поверхности на активной стадии для рассматриваемых шахт приведены на рисунках 4.11 а, б.

Сравнительный анализ прогнозируемых параметров и закономерностей показывает, что средняя относительная погрешность в расчетах параметров составляет 8-12 %.

Таблица 4.7 - Результаты расчета расстояния, соответствующего началу сдвижения земной поверхности

Условия и параметры начала сдвижения земной

№п/п Шахта, пласт, поверхности

литературный источник Ц,, м Н, м т, м Уоч, м/мес Ьрн , м %

1 «Степная», С6, [32] 23 106 0,91 57 22 4,3

2 «Юбилейная», с'б (лава 530) [45] 35 150 1,0 47 34 2,8

3 «Юбилейная», с'6 (лава 605, 607), [45] 55 250 0,7 49 54 1,8

4 «Степная», с'6 (лава 715, 713), [45] 46 190 0,9-1,0 55 42 8,7

5 «Степная», с6 (лава 606), [45] 35 120 1,0-1,1 50 30 14,2

6 «Степная», с6 (лава 604), [45] 30 150 0,92 60 32 6,6

7 «Юбилейная», С (2-я вост. лава), [45] 34 135 1,0 50 33 2,9

8 «Первомайская», с6 (лава 302, 304), [45] 23 140 0,63 61 22 4,3

9 Шахта Аппалачского бассейна [34] 150 200-240 1,65 240 184 18,4

10 Им. Г. Г. Капустина, т [19] 32 260 2,1 80-90 35 9,3

11 Им. М. В.Фрунзе, к8 ,[52] 187 900 1,4 30-75 198 5,9

12 Им. П. Л. Войкова, к 1, [38] 170 690 0,93-1,1 40-55 179 5,3

Таблица 4.8 - Результаты расчетов параметров сдвижения на активной стадии

Шахта, пласт, литературный источник а Ь с 4 м 1апа, мм/м кп Уп, мм/мес

«Степная», С6, [32] 855 1700 0,028 24,5 11,9 0,41 295

«Юбилейная», с6 (лава 530) [45] 910 1583 0,018 30,7 8,7 0,66 270

Им. М. В. Фрунзе, пласт ^8, [52] 533 986 0,003 198 0,82 5,54 241

а)

200

400

600

800

Лт ■> ММ

б)

200

400

600

800

Л т\ ММ

200

400

600

800

и Я к

п « и

V2

1\

Шахта "Степная", с6 [22]

200

400

600

800

— л

Шахта "Юбилейная", с'в [35]

1, 2 - прогнозируемые кривые по методу наименьших квадратов и по корреляционному анализу; • - экспериментальные данные

Рисунок 4.11 - Прогнозируемые и фактические зависимости максимального сдвижения земной поверхности на активной стадии (II этап)

Стационарная скорость развития геомеханического процесса сдвижения поверхности в условиях шахты «Степная» незначительно выше, чем на шахте «Юбилейная». То есть скорость сдвижения породного массива зависит, как от структурно-прочностных свойств породной толщи, так и от параметров очистных работ. Для сравнения динамики оседания земной поверхности в различных условиях на рисунках 4.12 а, б приведены закономерности сдвижения

поверхности на шахте им. М.В. Фрунзе и на шахте им. П. Л. Войкова. Приведенные закономерности отличаются динамическими параметрами сдвижения земной поверхности (показатель сдвижения и размер активной стадии), что обусловлено различными условиями отработки пластов угля. Экспоненциальные кривые на графиках довольно точно отображают закономерность сдвижения земной поверхности, при этом большую точность имеет кривая, полученная по методу наименьших квадратов. а)

200

400

600

800

Пт \

мм

6)

200

400

600 800 Лщ '

мм

200

400

600

800

Ь,м

< К2

1 » —----

Шахта им. П. Л Войкова, кз [28]

200

400

600

800

Ь,м

N

•

Шахта им. М. В. Фрунзе, Ь8 [52]

1, 2 - прогнозируемые кривые по методу наименьших квадратов и по корреляционному анализу; • - экспериментальные данные

Рисунок 4.12 - Прогнозируемые зависимости динамики сдвижения земной поверхности на активной стадии в различных горно-геологических условиях

Таким образом, полученные результаты прогнозирования сдвижения земной поверхности на первых двух этапах очистных работ подтверждают обобщенную схему и динамику оседания поверхности в зависимости от глубины работ, структурно-прочностных свойств породного массива, мощности пласта, скорости подвигания лавы.

Если зависимость сдвижения земной поверхности получена в относительных параметрах, то расчет динамических показателей выполняется по формулам (4.20) и (4.21). Например, для шахты «Степная» получена экспоненциальная зависимость

L1L2

= 0,94 - l,75exp -2Д1-42 . (4.26)

т ^ H2 )

Принимаем фактические данные: Н = 106 м и L1 = 150 м. По ним находим, что tana = 0,99. Следовательно, показатель сдвижения породного массива равен

+ 150 • 0,91-0,99

tana =-= 12 мм/м.

11236

Значение показателя сдвижения соответствует углу наклона кривой сдвижения поверхности a= 85,2o.

Также расчетная величина коэффициента породного массива составит

= = 0,39. и 23-12

На третьем этапе очистных работ развивается стадия затухания процесса сдвижения и формирования плоского дна мульды. Для прогнозирования параметров и закономерности оседания земной поверхности используем логистическую функцию

Щ= , "--. (4.27)

1 + b • exp(-c • L)

Эмпирические параметры a, b, c логистической зависимости рассчитываем соответственно по формулам (4.9)—(4.11). Результаты расчета приведены в таблице 4.9. Также в соответствии с методикой прогнозирования определяем показатель сдвижения tana и граничные значения LK и щк, что представлено в таблице 4.9.

Таблица 4.9 - Расчетные параметры сдвижения земной поверхности при движущемся очистном забое после образования плоского дня мульды _

Шахта, пласт, литературный источник a b c tana Lk, м мм

«Степная», С6, [32] 855 7,1 0,064 12,5 91,6 838

«Юбилейная», с'6 (лава 530) [45] 910 6,0 0,045 9,4 126,4 892

Им. М. В. Фрунзе, пласт Н8 533 4,7 0,006 0,74 908 522

Зависимости сдвижения земной поверхности на этапе движущегося очистного забоя для рассматриваемых шахт показаны на рисунке 4.13.

а) -100

б) -100

V,

100

200

300

Шахта "Степная", с6 [22]

ММ .......... ~ " "" ' "6

0 100 200 300

L,m

250

500

750

QO Co /1

2/_

> 250

500

750 \e

V /2

v

л ?

Шахта "Юбилейная", с'6, лава 530 [35] 1, 2 - прогнозируемые кривые по методу наименьших квадратов и корреляционным анализом; • - фактические экспериментальные данные

Рисунок 4.13 - Закономерность сдвижения земной поверхности при движении

очистного забоя (III этап)

Расчет параметров и закономерностей сдвижения породного массива может выполняться с использованием компьютерной системы SMath Studio.

Анализ полученных параметров и закономерностей сдвижения поверхности на стадии формирования плоского дна мульды и затухания геомеханического процесса показывает хорошую сходимость с фактическими данными, погрешность результатов не превышает 10-12 %.

Для сравнения на рисунке 4.13 представлены прогнозные закономерности сдвижения поверхности в других условиях отработки угольных пластов.

а)

-400 -200 200 400 600 800

L,m

!!ч

400 1 . vT--—.4 >

600 2>' —о_1

800

г), мм

Шахта им. М. В. Фрунзе, hs, [52]

1, 2 - прогнозируемые кривые оседания по методу наименьших квадратов и по корреляционному анализу; • - экспериментальные данные

Рисунок 4.14 - Закономерность сдвижения земной поверхности при движении очистного забоя в различных горно-геологических условиях

Из приведенных данных следует, что прогнозирование закономерности сдвижения поверхности требует весьма тщательного определения параметров и условий отработки пластов угля. Некоторые отличия в прогнозной динамике сдвижения поверхности (LH, tana, r¡K) обусловлены именно исходными погрешностями параметров углеразработки. Однако, все полученные результаты прогнозирования третьей стадии сдвижения породного массива и поверхности могут применяться в геотехнологическом процессе добычи угля.

Для подтверждения сделанных выше выводов рассмотрим прогнозирование стадий сдвижения поверхности для ранее неисследованных шахт. Применим для этого экспоненциальную и логистическую функции, в зависимости от условий разработки пластов угля определим эмпирические параметры a, b, c и построим закономерности сдвижения поверхности. Результаты прогнозирования закономерностей сдвижения поверхности для новых шахт приведены в таблицах 4.10-4.12 и на рисунках 4.15 и 4.16.

Для большинства новых шахт, не входивших в генеральную выборку, значения параметра ар, которое соответствует конечному оседанию точки земной

поверхности, были близки к фактическому конечному оседанию гф. Ни в одном из случаев а р = гГР не превышало мощности пласта т.

Таблица 4.10 -этапа очистных

Условия разработки и значения прогнозируемых параметров I забот для различных шахт

Шахта, литературный источник Условия разработки Параметры I этапа очистных работ

Марка угля т, м Н, м Гоч, м/мес L^ м кп tana LH, м Н Ve, мм/мес

Шахтоуправление «Ровеньковское» участок №5 А 1,26 730 38 245 3,6 209 0,28 137

Мушкетовская-Вертикальная Г 1,15 500 60 150 4,8 102 0,21 288

№1 Родинская 185 (1-20) Г 1,07 100 60 190 5,1 20 0,20 306

Павлоградская, С6 Г 2,15 94 90 90 7,14 14 0,15 643

Таблица 4.11 - Значения прогнозируемых параметров экспоненциальной зависимости II этапа очистных работ

Шахта, литературный источник Параметры II этапа развития очистных работ (стадия формирования мульды сдвижения)

Параметры экспоненциального уравнения Параметры сдвижения породного массива Параметры начала сдвижения земной поверхности Параметры активной стадии Конечные параметры формирования мульды

а Ъ с 1г Шац мм/м кп Уп, мм/мес %, м ЛЬН, % ^н Н ¥н, о Лв=0,8а мм Ьв, м Ьав, м (XII, о лф, мм лрК, мм Лл, % л. т Ьк, м

Шахтоуправление «Ровеньковское» участок №5 531 950 0,0033 194 0,8 4,8 134 194 7,7 0,26 83 425 746 552 39 500 531 6,2 0,42 1380

Мушкетовская-Вертикальная 826 1500 0,0057 104 2,5 2,1 287 104 1,9 0,21 84 661 387 283 68 830 826 0,5 0,73 796

№1 Родинская 185 (1-20) 953 1750 0,0260 23 12,4 0,35 260 23 13,0 0,23 84 763 85 62 85 910 953 4,7 0,89 174

Павлоградская, С6 1424 2036 0,0242 15 17,2 0,36 557 15 6,7 0,16 73 1140 81 64 87 1405 1424 1,4 0,71 172

ОЧ

Таблица 4.12 - Значения прогнозируемых параметров логистической зависимости III этапа очистных работ

Шахта, литературный источник Параметры III этапа развития очистных работ (стадия стабилизации сдвижения)

П логи у араметры стического равнения Показатель сдвижения породного массива Начальные параметры сдвижения земной поверхности Параметры активной стадии Конечные параметры сдвижения земной поверхности

а Ъ с 1апа//7 мм/м Л 1апа % ЬА, м ЛА, мм 8, о Ьв, м Ьд м Ьвэ, м Лв=0,2а мм Лэ=0,8а мм аш, о лф, мм Лр, мм ЛЛк % лР т Ьк, м о

Шахтоуправление «Ровеньковское» участок №5 531 4,7 0,0069 0,8 0 -442 0 58 35 414 379 106 425 39 500 531 6,2 0,42 790 43

Мушкетовская-Вертикальная 826 4,9 0,0138 2,6 4,0 -218 0 66 20 210 190 165 661 69 830 826 0,5 0,73 398 51

№1 Родинская 185(1-20) 953 7,6 0,0671 12,7 2,4 -44 0 66 13 58 45 191 763 85 910 953 4,7 0,89 102 44

Павлоградская, С6 1424 20,2 0,0610 19,9 10,6 -50 0 62 4 47 43 285 1140 87 1405 1424 1,4 0,71 89 46

а) О

б)

300

600

900

1200

400 800 1200 1600 2000

П, .

ММ

К лр- 531 мм —тс—

«II ...........ИГ" vi- 550мм

т - 1260мм

400 800 1200 1600 2000

200

400

600

800

L,M

Шахтоуправление «Ровеньковское» участок №5

о

150

300

450

600

/,, м

400 800. 1200. 1600. 2000

V

мм

V

Ф 910 мм

аи .........ni..... 953мм

т = 1070лш

мм

г)

11

Л

— Пк -К 826мм

ап ............ф- т = 830леи

т = 1150.Ш/

Шахта "Мушкетовская-Верижальная", [7]

400 800 1200 1600 2000 л, ■

мм

Л Л