Способ определения опасных деформаций борта глубокого карьера

 

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОПАСНЫХ ДЕФОРМАЦИЙ БОРТА ГЛУБОКОГО КАРЬЕРА по авт. СВ. № 1010271, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, быстродействия и безопасности ведения горньк работ на глубоких горизонтах за счет учета различных видов упругих деформаций, ,дополнительно определяют величины и направления векторов углов наклона борта при сейсмическом действии взрьша,выемки горной массы и воронкообразования наклономерами, ориентированными в штольне по взаимно перпендикулярным азимутам по формуле 8 Г8-5д18в18е, где ZS ; - суммарный наклон по данным основного наклономера, измеряющего наклон вкрест простирания борта; 8. наклон за счет сейсмического действия взрыва, регисто S рируемый дополнительными наклономерами; (Л Б„ наклон за счет выемки горной массы, регистрируемый дополнительными наклономерами; S. наклон за счет воронкообразования , регистрируемый дополнительными наклономерасо ми. Ot) ел

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (11) 151) 4 Е 21 С 39/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

S=zs;+ FA+ 8,а„ где ХЕ;

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТ ЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTHA (61) 1010271 (21) 3757471/22-03 (22) 21.06.84 (46) 07. 12.85. Бюл. II 45 (71) Всесоюзный научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт по осушению месторождений полезных ископаемых, специальным горным работам, рудничной геологии

g маркшейдерскому делу (72) Ю.М.Николашин, А.И.Ильин, .И.А.Широков и Т.П.Каюнова (53) 622.289 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

В 1010271, кл. Е 21 С 39/00, 1981. (54) (57) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОПАСНЫХ

ДЕФОРМАЦИИ БОРТА ГЛУБОКОГО КАРЬЕРА по авт. св. 9. 1010271, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью повышения точности, быстродействия и безопасности ведения горных работ на глубоких горизонтах за счет учета различных видов упругих деформаций, ;дополнительно определяют величины

C и направления векторов углов наклона борта при сейсмическом действии взрыва, выемки горной массы и воронкообразования наклономерами, ориентированными в штольне Ilo взаимно перпендикулярным азимутам по формуле суммарный наклон по данным основного наклономера, измеряющего наклон вкрест простирания борта; наклон за счет сейсмическо-. го действия взрыва, регистрируемый дополнительными наклономерами; наклон за счет выемки горной массы, регистрируемый дополнительными наклономерами; наклон за счет воронкообразования, регистрируемый дополнительными наклономерами °

Изобретение относится к горному делу и предназначено для определения опасных деформаций борта глубокого карьера и прогнозирования его разрушения.

Целью изобретения является повышение точности, быстродействия и безопасности ведения горных работ на глубоких горизонтах за счет учета различных видов упругих деформаций.

На фиг. 1 изображено расположение наклономеров в .штольне глубокого карьера; на фиг. 2 - ориентация дополнительных наклономеров на одной из измерительных площадок; на фиг.3регистрация наклонов дополнительными наклономерами.

Способ реализуют следующим . образом.

В штольне 1 (фиг.1) на каждой измерительнбй площадке 2, где ранее установлен наклономер 3 (фиг.2), который регистрирует деформации сдвига борта, устанавливают два дополнительных.наклономера 4 и 5 и ориентируют их по взаимно перпендикулярным азимутам, например, по направлениям частей света север-юг и восток-запад, которые образуют горизонтальные углы aL, и ф. между направлением измерения основного наклона массива вкрест простирания борта и направлениями измерения наклонов дополнительных наклономеров 4 и 5, и путем сравнения результатов наблюдений за наклонами по времени и направлению с фактическими местоположением источника деформации и временем его возникновения определяют составляющие наклонов в направлениях север-юг и восток-запад от остаточных сейсми" ческих деформаций при действии взрывов, например, в зоне 6 упругих деформаций разуплотнения массива горных пород при выемке горной массы, например, в зоне 7 и воронкообразования, например, в зоне 8, при подземной разработке и корректируют величины сдвиговых деформаций на записи наклономера 3.

Дифференцированное выделение аномальных наклонов от взрыва h выемки горной массы 3 и воронкообразования Е, связанных с дополнительными деформациями массива горных пород, производят путем построения векторной диаграммы (фиг,З}

196506 2 с ориентированием осей координат (в угловой мере) в направлении частей света — север-юг, восток-запад, идентификации геомеханического события и местоположения источника на основе наклономерной засечки. Наклономерную засечку осуществляют по построению векторных диаграмм от двух и более измерительных площадок

1р и определяют местоположение источника наклонов путем пересечения вертикальных плоскостей, проходящих в направлении этих наклонов, определяемых в единой системе отсчета времени и идентифицированных одним горнотехническим событием (взрывом или выемкой горной массы или воронкообразованием).

Значение наклона (9 ) измерительной площадки в штольне определяют графо-аналитически, которое можно представить соотношением (фиг.3) 3(S=Za„ 8„Е, В„(1)

25 где K8; — суммарный наклон измерительной площадки по данным основного наклономера, измеряющего наклон вкрест простирания борта; наклон эа счет сейсмического действия взрыва, ре- гистрируемый дополнительными наклономерами;

Š— наклон эа счет выемки гор35 ной массы, регистрируемый дополнительными наклономерами;

Вс — наклон за счет воронкооб40 разования, регистрируемый дополнительными наклономерами, знак плюс или минус устанавливается ,по результатам построения векторной

45 диаграммы и наклономерной засечки.

Одинаковая ориентировка наклономеров на измерительных площадках упрощает учет влияния на измерения наклонов деформаций сдвига борта и дополнительных деформаций массива (воздействие взрывов, выемка горной .массы, воронкообразование). Для од нозначной оценки влияния указанных факторов необходимо производить идентификацию этих событий, т.е. устанав5 ливать совпадение по времени произошедшего события и его отражение на записи наклономера, определить местоположение области накоплнения де(2) (3) или

$($c

25 A ф 1

" (4) 11

Ап 2- A (5) 3 1 формаций путем наклономерных засечек и оценить уровень деформаций.

Величина наклона измерительных площадок определяется соотношением где 8 — наклон измерительной площадки; ь — минимальный горизонтальный угол между направлением, по которому измеряется наклон вкрест простирания борта (основное изобретение) и направлением, по которому измеряется дополнительный наклон по азимуту север-юг или восток-. запад;

В,,3„8>- наклоны с индексами 1 и 2дополнительных, 3 — основного наклономеров.

Рассмотрим учет влияния горнотехнических событий, регистрируемых дополнительными наклономерами, с целью контроля показаний основного накпономера и повышения точности определения деформаций сдвига.

1) Многократное сейсмическое действие взрывов, производимых в карьере, приводит к развитию остаточных деформаций в массиве за счет множественного хрупкого его разрушения (явление сейсмической дилатансии).

Особенно вредно сейсмическое действие взрывов для устойчивости борта на предельном контуре карьера.

При одновременной и непрерывной. работе наклономеров производится запись сейсмического действия взрывов на всех измерительных площадках.

В результате обработки результатов записи наклонов определяют величину остаточных деформаций и местоположение источника деформаций в борту карьера методом наклономерной засечки.

Наличие остаточной деформации от сейсмического действия взрыва устанавливают путем идентификации точного времени производства взрыва и времени его регистрации благодаря непрерывной записи аномального хода наклонов в единой системе отсчета времени наклономерами измерительных площадок штольни.

196506 4

Аномальный ход записи наклонов на фотоленте в момент взрыва — величина остаточной деформации, определяемая по зависимости

Ч H(t) + A(t) где V — ход наклонов массива с

Ь регистрацией времени;

1О H(t) — суммарный ход наклонов, обусловленный деформациями сдвига борта, во времени;

A(t) — суммарный ход наклонов на

15 записи, обусловленной сейсмическим действием взрывов (во времени).

Выделенный аномальный ход представляет наклон, который связан с относительными вертикальными перемещениями точек массива, вызванными сейсмическим действием взрыва, соотношением где А — вертикальное смещение краев измерительной площадки относительно друг. друга; — угол наклона измерительной площадки; — линейные размеры измерительной площадки.

При.многократном сейсмическом действии взрывов на одну и ту же

35 область массива можно определить полное перемещение точек массива, характеризующих накопление остаточных деформаций где А — полное смещение массива за

h счет сейсмического действия

4а взрывов;

А. — смещение массива в реэуль1 тате сейсмического действия одного взрыва;

n - количество взрывов.

Местоположение источников взрывов

5б определяют с учетом производства saписей на нескольких измерительных площадках, расположенных в штольне вкрест простирания борта, путем построения векторных диаграмм и наклономер55 ных засечек. Сравнение результатов определений с положением взрывов на планах горных работ подтверждает роль источника деформаций.

196506 6 развития деформаций — (выемка горной массы). . Аномальный ход записи наклонов массива горных пород в результате его разуплотнения от выемки горной массы определяют с использованием зависимости (3}.

Выделенный аномальный ход представляет наклон, который связан с

10 относительными вертикальными перемещениями, вызванными упругими деформациями разуплотнения массива горных пород при выемке горной массы, соотношением

f5 (и L A„ (9) 20

3 пр1

А ° — — — -)

N где А ° — смещение массива в резуль1 тате сейсмического действия 25 одного массового взрыва

N — планируемое количество взрывов за весь срок существования карьера.

2) Выемка горной массы в карьере приводит к разгрузке нижележащих слоев, что сопровождается высвобождением упругих деформаций разуплотнения массива горных пород, заключающееся в подъеме дна каРьеРа и смещении контуров бортов в сторону выработанного пространства и вверх. Эти деформации разуплотнения влияют на определение истинных величин сдвиговых деформаций борта.

1 < — 5

Е<

Е, У

5 1

Оценку опасности накопившихся остаточных деформаций в борту карьера на предельном контуре производят с использованием зависимости где „ — предельная относительная деформация сдвига массива;

L — длина поверхности скольжения, включающая область накапливания остаточных деформаций от сейсмического действия взрывов;

А — полное смещение массива

И за счет сейсмического действия взрывов.

Оценку сейсмического действия одного массива взрыва производят с помощью соотношения где  — вертикальное смещение краев измерительной площадки относительно друг друга;

8 — угол наклона измерительной площадки; — линейные размеры измерительной площадки.

Критерием оценки опасности дефдрмаций борта служит степень изменения модуля общей деформации массива горных пород, о которой судят по величине деформации разуплотнения, возникающей в результате выемки горной массы и определяемой соотношением где E1,E; — модули общей деформации в начальный и текущий периоды выемки горной массы, определяемые по формуле

Наличие упругих деформаций разуплотнения в борту карьера устанавливается путем идентификации (установления тождественности) времени производства выемки горной массы и местоположения области (участка) выемки по плану горных работ и отражения этого события на записи наклонов наклономерами измерительных площадок штольни с подтверждением данными наклономерной засечкой.

Сущность наклономерной засечки в этом случае состоит в том, что, используя результаты векторных диаграмм от нескольких измерительных площадок, получают пересечение векторов в некоторой области, являющейся местоположением источника

Pi(1 -iM )

Е в. В г — вес вынутой горной массы; — коэффициент Пуассона; — вертикальное смещение краев измерительной площадки в результате выемки горной массы; — расстояние от центра выемки горной массы до измерительной площадки.

45 гДе Р, 50

3) Воронкообразование на поверхности борта карьера возникает при его подработке подземными горными работами и сопровождается прогибами этой поверхности, что влечет к иэ1196506

1400

15 (1О) V = Н(а),+ С(е), Показания наклона

Возможные случаи сочетаний наклонов, с

f Г

1 2 Э

С=6 ° f

7 менению наклонов на блиэрасположейных измерительных площадках.

Наличие упругих деформаций в мас сиве от развития процесса воронкообраэования устанавливают путем идентификации времени выхода ворон- ки на поверхность борта, определения расстояний между областью выхода воронки на поверхность борта и измерительными площадками, отражения этого события на записи наклонов наклономерами измерительных площадок штольни с подтверждением данными наклономерной засечкой. .Аномальный ход записи наклонов массива горных пород в результате воронкообразования определяют по зависимости где Ч вЂ” ход наклонов массива с регистрацией времени;

H(t) — ход наклонов, обусловленный деформациями сдвига борта, во времени;

C(t) — суммарный ход наклонов на записи, обусловленной развитием упругих деформаций массива от воронкообраэования (во времени).

Выделенный аномальный ход представляет наклон, связанный с вертикальными смещениями массива, которые вызваны упругими деформациями от воронкообразования, соотношением

Планируемое количество массовых взрывов за срок существования карьера,(N) . 2400

Количество взрывов произведенных на ! период оценки сос1 тояния борта (л)

Длина базиса наблюдений (Д); м 150

Диапазон величин остаточных деформаций, возникающих от одного массового взрыва в дальней зоне (Е), мм 0,02-1,80

Расстояние от измерительных площадок до взрываемых блоков (R ) M 300-1000

20 Расстояние от измерительных площадок до области воронкообразования (R ), м до 500

Расстояние от измври25 тельных площадок до забоев по выемки горной массы (R5), м 150-1000

II, Результаты наклономерных измерений представлены в таблице.

2000 где С вЂ” вертикальное смещение краев измерительной площадки относительно друг друга;

Π— угол наклона измерительной площадки;

f — линейные размеры измери.тельной площадки.

Пример. . Рассмотрим применение предлагаемого способа для следующих исходных. данных:

Высота борта на предельном контуре (H), м 500

Длина потенциальной поверхности скольжения (L),м 800

Радиус поверхности скольжения (r), м

Предельная относительная деформация сдвига борта (), м 0,005 пр

За счет взрывов

„, (3 ) (по дополнительному наклономеру) -10 +10 +10

За счет выемки

ГОрнОй массы (О,) (по дополнительному наклономеру) -15

+20 +30

За счет воронкообразования (Ос ) (доп.наклономер) -12,5 +15 -25

По основному наклономеру

+260 +200 +300

Требуется определить: полную величину сдвига борта с учетом сейсмичес1,6 мм.

1600 мм.

100 мм

= 2975 мм;

1650 мм;

3050 мм.

9 11 кого действия взрывов, выемки горной массы и воронкообраэования в карьере; необходимость применения антисейсмических мероприятий для снижения вредного влиянйя массовых взрывов.

III . Решение 1:

Полная величина сдвига борта устанавливается по результатам определения наклона измерительной площадки по формуле основного изобретения

E„= 5 ° F ° r, где 5 — коэффициент перехода от угловой меры измерения наклонов к радиальной; — угол наклона измерительной площадки, определяемый по формуле (1)

R=zS; S„S, 3,, r — радиус поверхности скольжения по данному примеру, равный 2000 м.

Тогда, в первом случае

3,= 260 + 10 + 15 + 12,5 =297 5 где о — учитывается, так как харакД теризует величину сейсмической диластансии.

Во втором случае

И i(г(II

8=200 -20 -15 =165

z где 0 — не учитывается, так как деформация от действия взрыва со знакам плюс может носить неупругий характер и поэтому ее можно приравнять к сдвиговой деформации, В третьем случае

300 + 30 — 25 = 305 где 8 - не учитывается на основании указанного во втором случае.

Полные величины сдвига борта равны

Е =5 297,5 200 м = 2975 10з мкм =

Г =5 ° 165 2000 M 1650 ° 10з мкм = м

И

C =5 305 2000 м = 3050 10 мкм = м

96506 10

Таким образом, раздельный учет различных видов упругих деформаций (от сейсмического воздействия, выемки горной массы и воронкообраэования) позволяет установить истинную величину деформации сдвига и уточнить время безопасной эксплуатации карьера.

IY. Решение 2 (использует данные

10 первого случая).

1. Определяют ожидаемое полное смещение борта, развивающееся по поверхности скольжения и контролируемое наклономерной станцией по формуз5 ле (3) основного изобретения

Eì фп Е = 0,005 ° 800 10з =4000 ìì

2 Определяют среднюю величину

20 мещения борта по контролируемой поверхности скольжения за один массовый взрыв по формуле (7) 1п L О 005 ° 800 . 10з

i N 2400

3. Определяют ожидаемое смещение борта от планируемого количества

30 взрывов

A„= А (N-n) = 1,6(2400-1400)=. 4. Действительное смещение массива за счет произведенных взрывов составляет

Н

40 А = 1О 5 2000 = 100000 мкм

5. Определяют запас полного сме щения на период оценки состояния устойчивости борта

А - А = 4000-1600=2400 мм и

В ы в о д: Ожидаемые смещения борта от сейсмического действия взрывов меньше, чем остаток полного смещения с учетом воздействия сейсмики горных взрывов.

В связи с тем, что полного запаса смещений борта (2400 мм) достаточно для погашения ожидаемого среднего смещения от сейсмического воздейстЮ

Диг. Я

ВНИИПИ Заказ 7540/29 Тираж 481 Подписное

Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная, 4

1 вия взрывов (1600 мм), необходимость при дальнейшем производстве взрывов снижать сейсмический эффект действия на массив отсутствует. Кроме тоС

196506

l2

ro, эффективность антисейсмических мероприятий по защите блока от разрушения контролируется непрерывными

:наблюдениями.