43. Деформация поверхности при откачке пв

Деформация поверхности земли возможна и при откачках ПВ, нефти или газа. Известны случаи проседания поверхности на тер-ях кр городов, эксплуатирую­щих водоносные горизонты (мехико, осадка 8 м).

Если в гп, слагающих верхние горизонты ЗК, содержится гидравлически связанная вода, то она воз­действует на мин гп: 1)каждая частица гп испыт всестор гидростатическое давл; 2)прояв­ляется эф-т взвешивания гп, расположенной ниже УГВ. Гидрав давл вызывает оч малые деф-ции, соотв сжимаемости мин зерен, кот на 2-3 порядка ниже сжимаемости самой гп. Снижение УГВ устраняет эффект взвешивания для осушенных гп, в рез-те чего возникает доп нагрузка, что приводит к сжатию их мин скелета.

Для оценки перераспределения напряжений в водосодержащих гп при снижении УГВ рассмотрим полное (общее) давление σ_п, оказываемое столбом гп мощностью Н на горизонтальную площадку Δs единичной площади (рис. 13.6).

σ_п= , (13.2.5.)

где γ(у) — объемный вес гп на глубине у (выше УГВ — влажной гп, ниже уровня — вместе с заключенной в ней водой). Давление σ_п уравновешивается двумя силами: реакцией мин скелета гп σ_э и гидростатическим давл σ_н, направленным по нормали к площадке Δs:

σ_п=σ_э+σ_н, (13.2.6.) И зменение гидростатического давления не влияет на силу взаи­мод-я мин частиц. Поэтому напряжения σ_н в поровой (свободной) жидкости получили название нейтральных. Реакция мин скелета σ_э уравновешивает ту часть веса вышележащих гп σ_п, кот обусловливает силу взаимод частиц мин скелета. В отличие от нейтральных напр σ_н напряжения σ_э получили название эффективных:

σ_э = σ_п - σ_н. (13.2.7)

При изменении напора ПВ (при снижении УГВ) полное напряжение σ_п, если пренебречь из­менением общего веса вышележащих гп, остается неизмен­ным, и тогда из равенства (13.2.7) м получить: d σ_э = -d σ_н (13.2.8)

След-но, снижение напоров приводит к росту эффек­тивных напряжений и сжатию мин скелета, что вызывает осадку толщи гп под влиянием водопонижения.

Равенство (13.2.7) справедливо, если пренебречь сжимаемос­тью минеральных зерен по сравнению со сжимаемостью гп, что допустимо при невысоких давлениях. В противном случае необходимо пользоваться формулой σ_э = σ_п - ασ_н, (13.2.9)

где коэф α отвечает отношению показателей сжимаемо­сти мин зерен и гп или это коэф передачи порового давл.

Изменение нейтральных напряжений пропорционально объемному весу жидкости γ_в и понижению уровня подземных вод S: dσ_н=γ_вS=Eε=Е (13.2.10)

Величина общей деформации толщи гп при водопонижении определяется по формуле:

Δh= =γ_в (13.2.11)

где Е— модуль общ деф-ии гп. Вычисленное по фор­муле (13.2.11) изменение мощности слоя вызывают осадку по­верхности земли на ту же величину Δh .

44. Распределение напряжений вокруг подземной полости и сп-бы оценки деф-ции и разрушения пород

Х-р распределения напряжений зависит от: 1)величины и соотношения напряжений от собств. веса, тект сил и др.,2) строения и деф-х св-в массива гп, 3) формы попер сечения, соотнош геометр размеров выр-ки или полости и наличие соседних полостей рядом.

Исследовать распр-е напр можно с помощью физ и матем моделир-я.

Присутствие подземных полостей приводит к обрушению кровли (горные удары, вывалы – это бывает в скальных гп), возникновению провалов, проседанию поверхности. Они вызывают в массиве гп перераспределении напр-й. У полости – обл с пониж знач-ями или отсутствием напр, далее зона повыш напр-й, кот постепенно переходит в зону с естест сост-ю массива гп. След-но вокруг выработки может сформ-ся обл разрушения гп, кот продвигается в глубь массива и сначала переходит в область неупругих, а затем и упругих деф-ий.

Горное давление- давл на кровлю выр-ки, не зависящее от глубины ее расп-ния.

1.Потолочный прогиб – при какой ширине или площади потолок не выдержит мет. Протодъякова «Свод обрушения» (исп. для незначительных глубин до 500м)

Над пустотами или горными выработками образуется свод естественного равновесия. За пределами этого свода гп не испытывают изменений и влияние пустоты здесь практи­чески не сказывается. Внутри свода происходит разрушение гп, в рез-те чего породы в зав-ти от их свойств и строения либо обрушаются в пустоту, либо только деформируются в сторону пустого простран­ства. При этом, если имеет­ся в виду полость горной вы­работки, то мах нагрузка на ее крепь (горное давление) определяется ве­сом пород внутри свода, па­раметры которого связаны с размерами поперечного се­чения полости, и практичес­ки не зависит от глубины ее расположения. Массиве гп-услов­но сыпучей среде. Распределение напряжений-рис. 13.4. Высота разрушающего свода h_св мб определе­на в зав-ти от коэф крепости пород f_кp: h_св=l / f_кp (13.2.2)

где l - полуширина полости. Коэф крепости зависит от прочностных св-в гп и приближенно мб оце­нен следующим образом:

для рыхлых пород f_кp = tgφ [0,1 1] ; для связных пород f_кp = [1 5]

для скальных пород f_кp = R_сж/100 [5 20]

где σ_н — нормальное напряжение на площадке сдвига, R_сж — сопротивление пород одноосному сжатию. Мах напр кровле полости действует по оси разрушающего свода и равно: σ_max=γh_cв=

Горизонтальные напряжения, действующие в боковых стенках полости в верхней и нижней точках, будут соотв равны:

σ’=γh_свtg( )-2c∙tg( ), σ’’=γ(h_св+ h_в)tg( )-2c∙tg( ), (γ=ρg) (13.2.4)

Подошва полости также испытывает давление, которое нередки приводит к деформации, получившей название «выпор пород» (рис. 13.4).

2. В гор выр-ке в слоистых карбонатных гп может произойти обрушение кровли при усл прогиба на h и где L – длина «балочки» кровли (ширина потолка).( т.е. рассматривают балочку установленную на 2х опорах)

В практических целях для оценки условий обрушения кровли п/з полости м исп эмпирические зав-ти. Прогибание залегающего над полостью слоя происходит без нарушения сплошности, оп­ределяется по формуле: L = k (13.2.1)

где Rp — предел прочности гпна растяжение, кг/см2; γ— объемный вес породы, кг/см ; h — мощность слоя, м; К — эмпирический коэффициент.