Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

П.А. Марченко Маркшейдерское дело. Задания и методические указания к практическим занятиям

.pdf
Скачиваний:
167
Добавлен:
19.08.2013
Размер:
370 Кб
Скачать
☆

бот, которые, по гипотезе С.П.Комаревского, определяются на земной поверхности в виде трехосного эллипса с полуосями:

а1 - в сторону падения пласта; а2 - в сторону восстания; в - по простиранию пласта.

Значение полуосей эллипса определяются по формулам:

a1 =

(H−

hн)ctgβ

0+

hнctgϕ

0

,

 

(9)

a2 =

(H−

hн)ctgγ

0+

hнctgϕ

 

 

,

0

,

 

в =

(Н−

hн) ctgδ 0+

 

hнctgϕ

0 ,

 

 

 

 

 

 

 

где Н - глубина залегания точки очистных работ, м; hн - мощность наносов, м.

Для рассматриваемой очистной выработки А,Б,В,Г (рис.3) будем иметь: НА=НБ=186 м, НВ=НГ=235 м и поэтому длина полуосей по формулам (9) составит:

-для точек А и Б: а1=162,7 м, а2=87,7 м, в=87,7 м;

-для точек В и Г: а1=200,3 м, а2=105,5 м, в=105,5 м.

Для построения границ трехосного эллипса используют формулу эллипса

X 2

 

Y 2

 

 

+

 

= 1,

(10)

a12 2

в2

( )

 

 

 

 

из которой следует, что

X

 

=

в

1−

 

Y

 

2

(11)

 

 

a

i

 

,

 

i

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

( )

 

 

 

где Xi и Yi - текущие координаты эллипса.

Расчет промежуточных значений координат эллипсов (рис.2), вычисленных по формуле (11), представлен в табл.1.

В характерных точках очистной выработки (А, Б, В, Г) строят границы эллипсов (на основании табл.1) и с их учетом отстраивают границы мульды сдвижения как касательные к эллипсам (рис.3).

1

Таблица 1

Расчет промежуточных значений координат эллипсов

Полу-

Коор-

 

Точки А и Б

 

Точки В и Г

 

оси

динаты

 

 

 

 

 

 

 

 

а1

Y,м

40

 

80

120

40

80

120

160

 

X,м

85

 

76,4

59,2

103,4

96,8

84,5

63,5

а2

Y,м

40

 

60

 

40

80

 

 

 

X,м

78

 

64

 

91,7

68,8

 

 

2. Подготовка исходных данных

2.1. Определение условных координат точек на оси охраняемого объекта.

На плане мульды сдвижения на оси охраняемого объекта (в данном случае железной дороги) намечают точки - пикеты через определенное расстояние (25-50 м) в зависимости от характера охраняемого объекта (рис.3). Эти пикеты при подработке объекта могут быть вынесены в натуру и закреплены на местности для производства соответствующих инструментальных наблюдений.

Для каждого намеченного на плане пикета определяют угол λ i и условные координаты X′i и Y′i (графически с учетом масштаба плана). За начало условной системы координат принимают точку максимального оседания (при неполной подработке земной поверхности) или границы плоского дна - при полной подработке. За координатные оси принимают линии главных сечений мульды сдвижения: за ось ОХ′ - линию С0Д0 - главное сечение мульды по простиранию и за ось ОY′ - линию А0В0 - главное сечение мульды сдвижения в разрезе вкрест простирания (рис.3). Условные координаты пикетов представлены в табл.2 (графы 2, 3).

Примечание. Всего в данном примере при расчете было намечено 19 пикетов по оси железной дороги, как и показано на рисунках и графиках, однако в таблицах для их сокращения показан расчет только для 10 пикетов (нечетных), пронумерованных по порядку.

2.2. Вычисление параметра Zi.

Для каждого намеченного на плане пикета вычисляют значение параметра Zi.

2

3

 

 

Х ′

 

Y1′,i

 

 

 

Y2′,i

 

Z( Х

) =

i

, Z(Y

) =

 

, Z(Y

,i

) =

 

.

 

 

 

i

 

 

1,i

 

L1

2

 

L2

 

 

 

L3

 

 

 

 

 

Следует иметь в виду, что если точка на плане расположена в по-

лумульде по падению, то при вычислении Z(Yi

)

в расчет принимают

полумульду L1 и наоборот, если точка находится в полумульде по восстанию, то к расчету принимают значение полумульды L2.

2.3. Вычисление функций S(Zi ), S′(Zi ) и S′′(Zi ) .

Полученные значения Zi в табл.2 (графы 4 и 5), как правило, не совпадают с табличными (Zi= 0; 0,1; 0,2; 0,3;...0,9; 1,0), поэтому для каждого значения Zi, используя таблицы функций S(Zi ), S′(Zi ) и S′′(Zi )

«Правил охраны...» [1] для соответствующего бассейна, путем интерпо-

ляции вычисляют:

 

 

 

 

а) S(Zх) , S ′(Zх )

и S ′′(Zх ) для главного сечения по простиранию

по коэффициенту подработанности N2 и параметрам Z( Xi ) ;

б) S(Zy ),

S ′(Zy

i

) и S ′′(Zy ) для главного сечения вкрест прости-

 

 

i

 

 

i

рания пласта - по коэффициенту подработанности N1 и параметрам

Z(Yi ) .

 

 

 

 

 

Для рассматриваемого примера:

 

Д1

= 0,52,

N1 =0,56;

Д2

= 1,48, N2 =0,95.

 

 

 

 

 

Нс р

 

 

 

Нср

Результаты вычислений функций сведены в табл.2 (графы 6-11).

3. Расчет сдвижений и деформаций земной поверхности по главным сечениям мульды сдвижения

Расчет сдвижений и деформаций по главным сечениям производится для точек, соответствующих условным координатам намеченных

пикетов, для которых вычислены значения Si (Zi ) в табл.2. Дополнительные исходные данные:

-относительная величина максимального оседания q0 = 0,7;

-относительная величина максимального горизонтального сдвижения а0= 0,25;

-величина максимального оседания, определяемая по формуле

η m = q0mN1N2 cosα ,

(12)

Таблица 2

Исходные данные для расчета сдвижений и деформаций по главным сечениям мульды сдвижения

Пике

Координаты, м

 

 

Значения функций (по N1 и Zyi)

Значения функций (по N2 и Zxi)

-ты

Y′

X′

Zy

Zx

S(zy)

S′(zy)

S′′(zy)

S(zx)

S′(zx)

S′′(zx)

1

100,0

264,5

0,49

0,98

0,307

1,44

3,94

0,002

0,04

0,20

2

71,4

210,6

0,35

0,78

0,555

1,85

1,20

0,040

0,36

2,80

3

42,8

156,6

0,21

0,58

0,812

1,63

-5,41

0,198

1,56

8,52

4

14,3

105,3

0,07

0,39

0,972

0,56

-8,09

0,629

2,32

-5,52

5

15,7

51,3

0,08

0,19

0,968

-0,64

-8,06

0,926

0,76

-5,79

6

43,1

0,00

0,22

0,00

0,794

-1,66

-4,42

1,000

0,00

-2,20

7

72,5

51,3

0,37

0,19

0,517

-1,83

2,08

0,926

-0,76

-5,79

8

101,9

105,3

0,52

0,39

0,264

-1,32

3,92

0,629

-2,32

-5,52

9

131,3

156,6

0,67

0,58

0,104

-0,79

3,11

0,198

-1,56

8,52

10

158,8

210,6

0,81

0,78

0,028

-0,29

1,92

0,040

-0,36

2,80

Таблица 3

Формулы расчета ожидаемых сдвижений и деформаций по главным сечениям мульды сдвижения

Сдвижения

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Главные сечения

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

и

 

 

 

 

 

по простиранию (по N2)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

вкрест простирания (по N1)

 

 

деформации

в полумульде

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

в полумульде

 

 

 

 

в полумульде

 

 

 

в полумульде

 

 

по простиранию

 

 

 

 

обр. простиранию

 

 

 

по падению

 

 

 

по восстанию

 

Оседаниеη

 

 

 

 

 

 

 

 

η

x = η

 

m

S(Zx )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

η

y = η

m

S(Zy

 

)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

12

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Наклоны i

 

 

 

η

m

 

S ′(Z

 

)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

η

m

 

S ′(Z

 

)

 

 

 

 

η

m

 

 

 

 

y1)

 

 

 

 

 

 

η

m

 

S ′(Z

 

)

 

i

x

=

 

 

 

x

 

 

 

 

 

i

x

= −

 

 

x

i

x

 

=

 

 

 

 

S ′

Z

 

i

x

= −

 

 

 

 

y2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

L

 

 

L

 

 

 

 

 

 

 

 

 

L

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(

 

 

 

 

 

 

 

L

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Кривизна K

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

η m

 

 

 

 

′′(Zx)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

η m

 

S ′′(Z y

)

 

 

 

 

 

 

η m

 

 

S ′′(Z y

)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Kx

=

 

 

S

 

 

 

 

 

 

Kу

 

=

 

 

 

Ky

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

L2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

L2

 

L2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

1

 

2

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

Горизонтальное

ξ х =

0,5а0η

 

m S ′(Zx )

 

 

ξ

х

 

 

= − 0,5а0η

mS ′(Zx )

ξ y1

 

=

0,5a0η

m

 

 

ξ y2

=

− 0,5a0η m

 

 

сдвижение ξ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

[S ′(Zy1) + 2BS( Zy1) ]

[S ′(Zy2 ) − 2BS( Zy2) ]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Горизонтальные

 

 

 

 

 

 

ε

x =

0,5a0

η m

S ′′(Zx)

 

 

 

 

 

ε y

 

=

0,5a0

η

m

 

 

ε y

=

0,5a0

η

m

 

 

 

 

 

 

 

 

 

L

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

деформации ε

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

L1

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

L1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

[ S′′(Zy1) + 2BS′(Zy1)]

[S ′′(Zy1) − 2BS ′( Zy1) ]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 4

 

 

 

Сдвижения и деформации земной поверхности в сечениях,

 

 

 

 

 

параллельных главным сечениям мульды сдвижения

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Nпк

Оседание, мм

 

Наклоны 10-3

Кривизна 10-3

Гориз.сдвиж.,мм

Гориз.дефор. 10-3

η y

η x

 

iу

ix

Ky

Kx

ξ y

ξ x

ε y

ε x

1

207

1

 

4,76

0,10

0,064

0,002

200,2

3,4

3,44

0,06

2

315

27

 

6,12

0,90

0,019

0,026

298,4

30,4

2,82

0,88

3

548

134

 

5,39

3,90

-0,088

0,079

345,8

131,6

-0,19

2,66

4

656

424

 

1,25

5,80

-0,191

-0,051

296,6

195,8

-1,52

-1,72

5

653

625

 

-2,20

1,90

-0,141

-0,054

194,3

64,1

-4,31

-1,81

6

536

615

 

-5,72

0,00

-0,086

-0,020

63,0

0,0

-4,29

-0,67

7

349

625

 

-6,30

-1,90

0,036

-0,053

-21,8

-64,1

-1,50

-1,81

8

118

424

 

-4,55

-5,80

0,069

-0,051

-43,7

-195,2

-0,04

-1,72

9

70

134

 

-2,75

-3,90

0,055

0,079

-40,0

-131,6

0,31

2,66

10

19

27

 

-1,00

-0,90

0,034

0,026

-17,3

-30,3

0,45

0,86

η т= 0,7 2 0,56 0,95 cos250=615 мм;

 

- значение коэффициента В=4,52

 

B =

1

(tgα −

hн + hм

) ≥ 0.

(13)

 

 

 

 

a0

Hср

 

Формулы расчета сдвижений и деформаций сведены в табл.3, а результаты расчетов представлены в табл.4.

4. Расчет сдвижений и деформаций земной поверхности в заданных точках мульды сдвижения и в заданном направлении

Расчет ожидаемых сдвижений и деформаций земной поверхности в заданных точках мульды сдвижения и в заданном направлении производится по формулам, сведенным в табл.5. Следует иметь в виду, что знаки функций S′(Zi ) , входящих в формулы вычисления скручивания

γ XY и скашивания ∆ XY , определяются в зависимости от расположения рассматриваемой точки в границах мульды сдвижения.

Так, функции S′(Zyi ) для точек, расположенных в полумульде по

падению, имеют положительное значение, а для точек в полумульде по восстанию - отрицательное значение.

Функции S′(Zxi ) для точек, расположенных в полумульде по про-

стиранию пласта, имеют отрицательное значение, а для точек в полумульде обратной простиранию - положительное значение.

Результаты вычислений сдвижений и деформаций земной поверхности по оси железной дороги приведены в табл.6 и показаны на графиках (рис.4).

Из-за краткости изложения, последовательность вычислений по формулам, приведенным в табл.5, не приводится.

5. Расчет сдвижений и деформаций земной поверхности в заданном направлении при полной ее подработке

При полной подработке земной поверхности возникают некоторые особенности в расчетах. Дело в том, что точки, расположенные в пределах плоского дна мульды сдвижения, будут иметь одну или одновременно обе условные координаты, равные нулю.

Таблица 5

Формулы расчета сдвижений и деформаций земной поверхности в заданных точках мульды сдвижения и в заданном направлении

Сдвижения и

По направлению

По направлению

 

 

 

 

В заданном

 

деформации

простирания

вкрест простирания

 

 

 

 

направлении

 

Оседание

 

 

 

 

η xy

= η

m S

Zx

S

Zy

 

 

 

 

η

 

 

 

 

 

 

(

)

(

)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Наклоны

ixy =

ix S Zy

iyx =

iy S Zx

 

 

 

 

iλ =

ixy cosλ +

iyx sinλ

 

i

 

(

)

 

(

)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Кривизна

Kxy =

Kx S Zy

Kyx =

Ky S Zx

Kλ

=

 

 

2

2

jxy sinλ2

K

 

 

( )

 

 

(

)

Kxy cos λ + Kyx sin λ +

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Горизонтальное

ξ xy =

ξ x S

Zy

ξ yx =

ξ y S

Zx

 

 

 

ξ λ =

ξ xy cosλ +

ξ yx sin λ

 

сдвижение

 

(

)

 

(

)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ξ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Горизонтальные

ε xy =

ε x S(Zy)

ε yx =

ε y S(Zx)

 

 

 

ε λ

= ε

xy cos2λ +ε

yx sinλ2

+

деформации

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

0,5∆ xy sin 2λ

 

 

ε

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Для точек в полумульде по падению

скручивание

 

jxy =

ix S(′Zy1)

 

 

 

 

L1

 

 

 

S(′Zy1)

 

 

скашивание

∆ xy = ξ x

 

+ ξ y

S(′Zx)

,

(сдвиг)

 

 

 

L

 

L

 

 

1

3

 

Для точек в полумульде по восстанию

 

jyx =

 

ix S(′Zy2 )

 

 

 

 

 

L2

 

 

 

 

 

 

 

∆ xy =

ξ x

S(′Zy2 )

+ ξ y

S(′Zx)

 

L

 

L

 

 

 

2

 

 

 

3

Таблица 6

Расчет сдвижений и деформаций земной поверхности в заданном направлении

N

Наклоны 10-3

 

Кривизна 10-6

 

Гориз.сдвижения,мм

Гориз.деформации 10-3

 

ixycosλ

iyxsinλ

iλ

Kxycos2 λ

Kyxsin2 λ

jxysin2λ

Kλ

ξ xycosλ

ξ yxsinλ

ξ λ

ε xy×

ε yx-

0,5∆ xy×

ε λ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

cos2 λ

sin2 λ

sin2λ

 

1

0,027

0,005

0,032

0,434

0,030

0,599

1,063

0,9

0,2

1,1

0,014

0,002

0,023

0,039

2

0,437

0,119

0,556

11,007

0,183

6,922

18,112

10,7

5,8

20,5

0,372

0,026

0,285

0,683

3

2,770

0,518

3,288

49,002

-4,084

26,427

71,345

93,4

33,2

126,6

1,645

-0,009

1,292

2,937

4

4,931

0,565

5,496

-38,003

-19,399

13,502

-43,900

166,4

90,3

256,7

-1,283

-0,391

1,307

-0,367

5

1,608

-0,989

0,619

-39,698

-30,823

-5,261

-75,782

54,3

87,0

141,3

-1,339

-0,937

0,142

-2,134

6

0,000

-2,772

-2,772

-12,372

-20,319

0,000

-32,691

0,0

30,7

30,7

-0,418

-1,008

0,000

-1,426

7

-0,859

-2,829

-3,688

-21,202

7,954

15,044

1,796

-29,0

-9,9

-38,9

-0,715

-0,326

0,280

-0,761

8

-1,339

-1,386

-2,725

-10,322

10,183

33,126

32,987

-45,2

-13,3

-58,5

-0,348

-0,005

0,718

0,365

9

-0,355

-0,261

-0,616

6,276

2,543

13,331

22,150

-12,0

-3,8

-15,8

0,212

0,014

0,329

0,549

10

-0,022

-0,019

-0,041

0,555

0,0317

1,129

2,001

-0,7

-0,3

-1,0

0,018

0,004

0,029

0,051

Соседние файлы в предмете Маркшейдерское дело и геодезия