Геодинамическая и геомеханическая безопасность. Практикум

№4787 МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РФ

УниверситетнаукиитехнологийМИСИС

ГОРНЫЙИНСТИТУТ

Кафедрабезопасностииэкологиигорногопроизводства

А.С.Батугин С.С.Шерматова

ГЕОДИНАМИЧЕСКАЯ ИГЕОМЕХАНИЧЕСКАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ

Практикум

Рекомендованоредакционно-издательским советомуниверситета

Москва2023

ПРАКТИЧЕСКАЯРАБОТА№  1  Расчетожидаемыхсдвиженийидеформаций земнойповерхностиподвлияниемгорныхработ

Цель работы: получить представление о порядке проведе­ ния расчетов ожидаемых деформаций земной поверхности от влияния горных работ и выполнить расчеты в соответствии с заданием.

Общиесведения

Процесс развития деформации в массиве пород и земной поверхности над выработанным пространством (сдвижение) является одним из важных геомеханических процессов, изме­ няющих состояние окружающей среды. Деформации земной поверхности под влиянием горных работ в пределах мульды сдвижения выражают через оседание, наклоны, кривизну, го­ ризонтальные сдвижения и деформации [1]. Границы зон вли­ яния подземных разработок на земную поверхность выража­ ют через угловые и линейные параметры (рис.  1.1).

0

Рис.  1.1. Схема к расчету деформаций земной поверхности при подработке

Задания

1.  Определить значение граничных углов сдвижения зем­ ной поверхности.

4

2.  Построить вертикальный разрез вкрест простирания угольного пласта.

3.  Произвести расчеты оседаний, наклонов, кривизны, го­ ризонтальных сдвижений, горизонтальных деформаций и по­ строить графики деформаций.

4.  Определить контуры и размеры опасных зон для соору­ жений и природных объектов.

5.  Составить отчет.

Методическиеуказания

По заданию  1 в соответствии с действующими Правилами охраны сооружений определяют значение граничных углов сдвижения по формулам

b0 =70°−0,8 a; q=90°−0,5 a; ϒ0 =70°,

где a – угол падения пласта;

По заданию  2:

•строят вертикальный разрез вкрест простирания в мас­ штабе 1:2000;

•на вертикальном разрезе проводят от границ выработки ли­

нии под углами b0 и ϒ0, а из середины выработки – под углом q. Места пересечения этих линий с земной поверхностью являются границами полумульд сдвижения. Размеры полумульд опреде­ ляют графически;

•определяют величину максимального оседания hmax в каж­ дой из полумульд по формуле

hmax =q0 m cosa n1 n2 ,

где q0 = 0,8;

где D1 и D2 – длина лавы соответственно по падению и по про­ стиранию.

5

По заданию  3:

•определяют, используя табличные безразмерные функции S, S′, S″, F, F′, оседание, наклоны, кривизну, горизонтальные сдвижения и деформации в точках мульды сдвижения по фор­ мулам

hz =hmax S(z);

iz = hmaxL S′(z);

kz = hLmax2 S′′(z); zz =0,15 hmax F(z);

ez = 0,15Lhmax F′(z),

где iz, kz, zz, ez – наклоны, кривизна, горизонтальные сдвиже­ ния и деформации в точках Z.

Соответственно Z = x / L, x – текущая координата. Начало ко­ ординат располагают в точке максимального оседания, опре­ деляемого углом q. Коэффициенты, характеризующие распре­ деление деформаций в мульде сдвижения в соответствии [1] принимаются согласно табл.  1.1;

•разбивают полумульды сдвижения на 10 равных частей и

вкаждой точке, соответствующей Z = 0,1, 0,2, … 1,0, отклады­

вают в выбранном масштабе вычисленные значения hz, iz, kz, zz, ez, при этом знаки сдвижения и деформации принимают­ ся в соответствии с табл.  1.2. Полученные точки по каждому виду деформации соединяют плавными кривыми;

•определяют суммарные деформации с учетом взаимной компенсации деформаций разных знаков. Для этого ординаты

водноименных точках складывают с учетом их знака. Полу­ ченные точки суммарных координат соединяют плавными кривыми.

6

Все построения выполняются на миллиметровой бумаге.

Таблица  1.1

Коэффициенты, характеризующие распределение деформаций в мульде сдвижения

По заданию  4 контур опасных зон определяется графически по графикам наклонов, кривизны и горизонтальных деформа­ ций. В опасных зонах выполняется условие:

Наклон i ≥ 0,4 10–3; k ≥ 0,4 10–3;

e ≥ 0,2 10–4.

7

По заданию  5 составляется отчет, который состоит из сле­ дующих элементов:

•титульный лист;

•содержание;

•формулировка задания и исходные данные;

•расчеты;

•выводы.

Исходныеданныедлявыполненияработы

Угол падения пласта a = 20°.

Мощность пласта m = 2 + 0,05N, м, где N – порядковый но­ мер студента по журналу.

Средняя глубина ведения горных работ в лаве 1 Hср = 200 + + 3N, м.

Длина лавы вкрест простирания D1 = 200 м. Длина лавы по простиранию D2 = 750 м.

Контрольныевопросы

1.  Что понимают под оседанием, наклоном, кривизной, го­ ризонтальными сдвижениями и деформациями?

2.  Как влияет вынимаемая мощность пласта на характер сдвижения?

3.  Как влияет угол падения пласта на форму сдвижения? 4.  Как влияет глубина разработки на параметр мульды сдви­

жения?

5.  Приведите примеры природных объектов, на которых мо­ гут негативно сказываться процессы сдвижения, поясните свои примеры.

6.  Приведите примеры индустриальных объектов, на кото­ рых могут негативно сказываться процессы сдвижения, пояс­ ните свои примеры.

8

ПРАКТИЧЕСКАЯРАБОТА№  2  Построениеповерхностискольжения

воднородныхпородахирасчетустойчивости склона

Цель работы: ознакомиться с принципами построения воз­ можных поверхностей скольжения в массиве и расчетами ус­ тойчивости склонов.

Общиесведения

При оценке устойчивости естественных склонов, а также существующих и проектируемых откосов появляется необходи­ мость составлять прогноз возможности образования оползней. Такая задача может возникнуть, например, при расположении сооружений на склонах, подлежащих подрезке откосами вы­ емок, карьерами, каналами, при подтоплении склонов или от­ косов водами водохранилищ и во многих других случаях. При проектировании откосов бортов и уступов карьеров, откосов на­ сыпей, дамб, различных котлованов и других сооружений воз­ никает необходимость в определении наиболее рациональной крутизны откосов этих сооружений для обеспечения их устой­ чивости, безопасной эксплуатации, защиты земной поверхности от деформаций. Во всех перечисленных случаях оползней еще нет, но они могут образоваться при выполнении каких-либо ра­ бот, если не в полной мере учтены природные и искусственные, созданные человеком, условия. Зная законы и закономерности развития оползневых процессов и явлений, можно предвидеть (прогнозировать) их образование и тем самым предупреждать возможные аварии и катастрофы.

Приближенные экспресс-методы оценки устойчивости скло­ нов основаны на расчетах предельного равновесия масс горных пород на склонах и в откосах по поверхностям скольжения, устанавливаемым путем последовательного приближения. Из группы методов для склонов и откосов, сложенных однородны­ ми породами, наибольшей известностью пользуются методы, предложенные В. Феллениусом, К. Терцаги, Н. Янбу, А. Бишо­ пом, Л.Н. Бернадским, Д. Тейлором, О. Фрелихом, Р.Р. Чугае­

9

вым, М.Н. Гольдштейном, Г.М. Шахунянцем, Н.Н. Масловым, Г.Л. Фисенко. В ряде перечисленных методов рассматривает­ ся круглоцилиндрическая поверхность скольжения. В методе Г.Л. Фисенко (ВНИМИ) поверхность скольжения представля­ ют как состоящую из трех фрагментов, что более полно учиты­ вает реальные условия массива. В данной работе устойчивость склона оценивается по этому методу.

Его основой является определенный порядок построения наиболее вероятной поверхности скольжения, при определении формы и расположения которой учитываются следующие основ­ ные положения теории предельного равновесия сыпучей среды.

1.  Нарушение устойчивости склона или откоса происходит в виде оползания части слагающих их горных пород по поверх­ ности скольжения, имеющей в однородных породах форму, близкую к круглоцилиндрической.

2.  Элементарные площадки скольжения в однородных гор­ ных породах могут возникать начиная лишь с глубины, где на­ пряжения будут не менее

жений совпадает с вертикалью, при приближении к их поверх­ ности изменяет наклон в сторону откоса, а на плоских и вогну­ тых поверхностях склонов откосов совпадает с ними.

4.  С изменением направлений главных напряжений изме­

верхности откоса при его пересечении.

10