Введение к работе
Актуальность работы. Современные условия разработки угольных месторождений Урала характеризуются внемкой пластов на глубоких горизонтах, доработкой запасов в сложных горно-геологических условиях. В связи с этим все большее значение приобретают проблемы рационального использования природных ресурсов и охраны недр, обеспечения безопасности ведения горных работ.
Решение задач, связанных с управлением сдвижение* и деформированием массива горних пород, охрано!» подрабатываемых сооружений и природных объектов, должно осуществляться на основе комплексного учета горно-геологических и горнотехнических факторов, используемкх при прогнозировании сдЕияений и деформаций горных пород и земной поверхности.
' Прогноз деформаций горного массива и поверхности нужен для решения вопросов охраны и. возможности подработки объектов, расположенных на угленосных площадях. Он является основой также для рационального и безопасного ведения горных работ под охраняемыми объектами. В настоящее время вопросы прогнозирования сдвижений и деформаций горного массива разработаны недостаточно. Основанные на обобщениях данных наблюдений методы расчета сдвижений и деформаций земной поверхности и массива горных пород недостаточно надежныпри возросших глубинах ведения горных работ. До настоящего,времени очень слабо разработана методика прогнозирования сдвижений и деформаций по напластованию. Необходимость расчетов сдвижений горкух пород по напластовании' связана с разработкой мер защиты глубоких шахтных;стволов, -эдакий и сооружений на промплс-.цадках шахт в Киэеловском, Челябинском бассейнах и Эуланашском, месторождении, где отмечены проявления сдвиговых деформаций под влиянием подземных горных.работ. Разработка методов прогноза является актуальной научной,и .практической задачей.
В основу диссертации положены результаты исследований по темам HUP отраслевого плана БЯИМИ в соответствии с ЩОП J?20 Минуг-лелрома СССР,на 1981-85 г'г. (тема 0202000, »Г.Р. 01840007757", по программа Минуглепрома,СССР на 1985-90 гг. (тема 0239035, М\Р.01670СОШО,тема 0239008>Г.Р.01850009850,тема 0293148, If Г.Р. 01850129918), по программе Министерства топлива и энергетики РЇ на 1991-95 г-г. (тема С239200)ив> проблемной тематике Минвуза РО "Охрана и рациональное использование земных недр".
Цель работы- разработка эксперименталыю-аналитиг «еского метода расчета сдвижений и деформаций массива горных пород к земной поверхности при выемке крутонаклонных пластов для .совершенствования мер охраны сооружений и природных объектов в сложных горно-геологических условиях.
Идея работы заключается в комплексном учете проявления изгиба и сдвига пород в методиках расчета величин сдви-жониЯ и деформаций и использовании выявленных закономерностей * сдвижения массива горных пород и земной поверхности для выбора оптимальных мер охраны сооружений и природных объектов.
Научные положения, защищаемые в диссертационной работе,и их новизна:
установлена впервые зависимость вертикальных и горизонтальных сдвижений, учитывающая фактор продольного «двига пород при разработке крутонаклонных угольных плас-ов, чте позволяет выявить характер распределения величин сдвижений массива от сдви -гевых деформаций, обусловленный влиянием угла падения пласта и угла' трения по контактам^ повышает надежность прогнозов;
способ,прогноза сдвижений и деформаций земной поверхности и массива горных пород при разработке сближенных крутонаклонных пластов, отличавшийся тем, что учитывается совместное проявление изгиба и сдвига пород, влияние выработок смежных
горизонтов и продольный сдвиг пород, позволяющий выполнить . прогноз от выработок горизонта и производить алгебраическое их суммирование;'
методика расчета сдвижений по напластованию, отличающаяся тем, что учитываются сдвиги по слабым контактам, характер і их распределения в массиве и. на земной поверхности, позволяющая определять сдвижения и деформации земной поверхности от виработок горизонта, прогнозировать сдвижения по напластованию в сечениях мульды, параллельных главному в краевой её части и в массиве горных пород по контактам;
метод определения размеров опасных зон, отличающийся тем, что искомые параметра получают из сравнения прогнозируемых деформаций в виде аналитических зависимостей с допустимыми, ,позволяющий обоснованно выбирать меры охраны объектов при подземной разработке свит угольных пластов.
Достоверность' научных положений, изложенных в диссертации>обеспечивается/, комплексностью исследований, включаюїдих анализ и обобщение экспериментальдах данных и результатов моделирования; удовлетворительной сходимостью результатов расчетов по предлагаем методикам с натурными данными.
Личный вклад автора в получении научных результатов заюдауается: в проведении натурных наблюдений на угольных месторождениях Урала/при разработке свит угольных пластов, их анализе и обобщении; исследовании характера процесса ; сдвижения массива горных пород на моделях из эквивалентных: материалов при сдвижении по напластованию и влиянии раз-, ривких, тектонических нарушений;,; в разработке методик расчета .'; сдвижений и деформация 3eiMot?j поверхности при выемке крутонак-" лонных сближенных пластов и. сдвижении пород по напластованию;в разработке экспериментально-аналитического метода расчета сдви-
жений и деформация массива горных пород и определении размеров опасных зон; в создании новых способов урравления сдвижением массива горных пород при крутонаклонном и крутом падении плас"-тов," при ведении' горных работ вблизи обводненных разрывных тектонических нарушений. V; '
П рча к т и ч е с к а я 'ценность. Разработанные методы прогноза сдвижений и деформаций земной поверхности и массива горных пород повышают надежность принимаемых решений по управлению сдвижением и деформированием горных пород,охране подрабатываемых сооружений и водных объектов, глубоких шахтных' стволов, снижают потери угля в недрах и обеспечивают безопасность ведения горных работ на угольных месторождениях Урала.
Реализация работы. Основные результаты исследований, полученные автором, доведены до практического использования и вошли в Методические указания по прогнозу, сдвижений и деформаций земной поверхности и определению нагрузок на здания при многократных подработках (Я. :ЕЮ!Ш,1987)Л {Предложенные методы прогноза деформаций, рекомендации по безопасно-, му ведению горных работ вблизи Коспашского ч Луньевского надвига, Северо-Камктинского нарушения и охране ^эксплуатируемых глубоких шахтных стволов на основе прогнозирования сдвижений и деформаций массива горных пород использовались в' более 30 .'заключениях tвыданных шахтам А0**Киэелуголь", "Челябинскуголь" и проектным организациям. При реализации только части" из них в опасных зонах из недр извлечено.200 тыс.тонн угля и получен экономический эффект в результате внедрения в Кизеловском бассейне на 1990 г. IC5 тес.руб.
Апробация работы; Основные положения диссертационной работы докладывались на заседаниях НІС Уральского филиала ШИЩг.Екатеринбург, 1989,1990,19Э5г г.), на-заседании се-кции Ученого совета ВНИМЖг.С.-Петербург ,1990г.\на научно-
4 .
'ГехН'.ІЧЇ'СКОИ КСНф'/ре'.ІІІЧИ "СсСТОЯНИЄ ІЇССЛйДОВаНИЙ ГЄаМЄХаі1КЧЄ,СКИХ ,
процессов і! влияние ;г< внедрения на с-^фектпвность отработки мес-тороаденяґі "раягдг.Свердловск,ISGor.) на территориально:! научно— технической конференции "Гидрогеология, ичкрнерная геология я охрана окруиап^еМ среды месторождений твердых: полезных кскопае -мах"(г.Све.рдлоьск,І985г.) на научно-технических конференциях СГЛ (г.Свердловск,1986,1987,І9Ш, 1990 г.гО, на Всесоюзної! конференции "ЗЛректнвная технология, способы и сродства, обеопечквапцкя
СОВреМеНКУО Требования К ЭКОЛОГИИ МеСТОрОУДеїШЙ ПОЛЄЗ'-TVX кокопа-
е>.!ых"{г.Москва, 1990г.) , на'Российском совецаккп "Гидрогеология, 'инженерная геология и геоэкология месторождений полезных ископаемых (г.Екатеринбург,1994г.v.
Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 17 работ, в том числе получено три авторских свидетельства.
Объец работ N. Диссертационная работа состоит из введения,5 разделов, заключения, списка используемой литературм ;гэ 130 наименования, содержит 155 страниц основного текста, 22 таблицы, G7 рисунков.
