Методы определения величины сдвижения горных пород.

В зависимости от решаемых задач возникает необходимость в определении величины сдвижения горных пород на контуре горной выработки или в глубине массива горных пород. При этом применяются следующие методы.

Метод контурных реперов. Контурные реперы применяются для изучения сдвижения горных пород на контуре горной выработки.

К онтурный репер представляет собой металлический стержень длиной 0,4-0,5 м с приваренным на конце крючком (при измерении расстояния между реперами маркшейдерской рулеткой) или с высверленным в торце отверстием (при использовании измерительной стойки СУИ). По контуру выработки бурятся шпуры длиной примерно 0,5 м. В них вставляются деревянные пробки, в которые вбиваются реперы. На пологом падении реперы закладываются попарно в кровле и почве и в боках выработки. На крутом падении закладывается дополнительно пара реперов для определения сдвижения в направлении, перпендикулярном напластованию пород. На рисунке 15.2 показана замерная секция. Для получения достоверных результатов замерная станция должна состоять не менее чем из трех замерных секций.

Разность между последующими и начальными замерами показывает, на какую величину произошло относительное сближение реперов. Для определения абсолютной величины сдвижения реперов производится нивелирование одного из реперов, заложенного в почве или кровле выработки, от неподвижных реперов, расположенных в околоствольном дворе.

На практике часто применяется метод засечек или, как его еще называют, метод треугольников. При этом на металлических арках делают засечки или намечают краской точки. Расстояние измеряют между этими точками и точками на головках рельсового пути (рисунок 15.3).

Так же, как и при контурных реперах, для определения абсолютных смещений точек, отмеченных на арках, необходимо производить нивелирование обеих ниток рельсового пути. Как показывают шахтные наблюдения, результаты, полученные с помощью контурных реперов и методом засечек, отличаются не более чем на 10-20%. Метод засечек значительно проще и менее трудоемкий, чем метод контурных реперов. В связи с этим он получает все большее применение.

Метод массовых замеров на крепи отличается от метода засечек тем, что измеряют высоту (между почвой и крепью) выработки и иногда её ширину. Замеры делаются сразу по всей длине исследуемой выработки на каждой раме крепи или несколько реже в зависимости от цели наблюдений. Данный метод позволяет быстро установить состояние выработки по всей ее длине, особенно, если замеры выполняются портативными лазерными дальномерами с памятью, совместимой с компьютерами. Этот метод широко применяют в Германии; за одну рабочую смену опытный техник может обследовать до 5 выработок. Применяя этот метод, на кафедре горной геомеханики ДонНТУ удалось установить закономерность вертикальных смещений (конвергенции кровли и почвы) в участковых выработках при сплошной системе разработки на шахтах Донбасса и, кроме того, выяснилось, что вертикальные смещения неравномерны по длине выработок и эта неравномерность составляет 1030%.

Глубинные реперы (рисунок 15.4) применяются для изучения сдвижения толщи горных пород, расположенных на различном расстоянии от выработки.

Глубинный репер состоит из замка и составного металлического стержня (штока) или проволоки. Замки бывают различной конструкции. В зависимости от исследуемого вопроса из выработки бурится несколько скважин. В одной скважине длиной до 15 м могут быть установлены несколько глубинных реперов.

Замки реперов закрепляются в скважине на различном расстоянии от контура выработки. Устье скважин крепится обсадной трубой. К ней присоединяется пружинное натяжное устройство (кондуктор). Стержни или стальные проволоки, идущие от замков, присоединяются к натяжному устройству. Им придается первоначальное натяжение. На каждом стержне или проволоке крепится метка – бирка с номером репера. Самый удаленный от устья скважины глубинный репер принимают за неподвижный. Смещения других реперов определяют относительно этого репера. В том случае, когда необходимо определить абсолютные смещения пород в местах заложения глубинных реперов, производятся замеры смещений меток относительно обсадной трубы и измерение смещений обсадной трубы относительно неподвижных реперов, расположенных в околоствольном дворе или даже на поверхности.

Глубинные реперы позволяют оценить характер и величину развития смещений в глубину массива (зону неупругих деформаций) в зависимости от развития горных работ и времени эксплуатации горной выработки (их системы).