СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДЕФОРМАЦИЙ ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ ПРИ ОТСУТСТВИИ ВЗАИМНОЙ ВИДИМОСТИ МЕЖДУ НАБЛЮДАЕМЫМИ ПУНКТАМИ Российский патент 2015 года по МПК G01C7/02 E02D1/00 

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при разработке месторождений полезных ископаемых под плотно застроенными территориями, густыми лесными массивами и в гористой местности, а также при оценке устойчивости оползнеопасных участков в этих сложных условиях.

Известен способ наблюдений за деформациями земной поверхности, заключающийся в измерении расстояний между реперами рулеткой или дальномером и определении высотных отметок реперов с помощью нивелиров или теодолитов [Инструкция по наблюдениям за сдвижением горных пород и земной поверхности при подземной разработке рудных месторождений. - М.: Недра, 1988].

Недостатком данного способа является необходимость обеспечения прямой видимости между реперами, для чего требуется прорубать просеки в лесу или производить сложные геодезические построения для определения координат наблюдаемых пунктов в плотно застроенных территориях косвенным путем.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату является спутниковая (космическая) навигационная система [Практическое руководство по созданию, контролю и реконструкции геодезических плановых сетей на шахтной поверхности и наблюдений поверхности с использованием спутниковой аппаратуры. - СПб.: ВНИМИ, 1999].

Недостаток такой системы заложен в принцип работы такой системы, который базируется на методе "пространственной засечки", т.е., зная координаты спутников Земли и дальность удаления каждого из них от антенны приемника (псевдодальность), определяется местоположение приемоиндикатора. Для определения трехмерных координат точки стояния используют, как минимум, три спутника. Основным условием применения этой системы является прямая видимость между спутником и антенной приемника. Поэтому для определения координат наблюдаемых пунктов в плотно застроенных территориях, гористой и покрытой густым лесом местности спутниковая (космическая) навигационная система имеет ограниченное применение.

Целью изобретения является определение деформаций земной поверхности при отсутствии взаимной видимости между наблюдаемыми пунктами. Указанная цель достигается тем, что в главном сечении по простиранию закладывают линию грунтовых реперов длиной L:

где Н - глубина горных работ,

δ₀ - граничный угол по простиранию,

ψ₃ - угол полных сдвижений по простиранию.

При этом часть наблюдательной линии реперов располагают на еще не подработанном участке земной поверхности, а часть - на участке, где процесс сдвижения уже закончился. С помощью отвесов или оптических центриров определяют наклоны реперов наблюдательной линии.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на Фиг. 1 с помощью отвесов или оптических центриров определяют наклоны реперов наблюдательной линии. По результатам измерений строят графики наклонов реперов в виде, представленном на Фиг. 2. Ожидаемое максимальное оседание η_max определяют графическим интегрированием построенных графиков наклонов или по формуле

где i_n - величины наклонов земной поверхности в точках (реперах) 1, 2, 3, …, n;

l_n - участки, на которых земная поверхность получила наклоны соответственно i₁, i₂, i₃, …, i_n,, 1*10^-3 (мм/м).

При равных расстояниях между реперами l формула (2) упрощается и принимает вид

Формулы (1 и 2) целесообразно использовать в тех случаях, когда наклоны i определяют не по средней кривой, полученной из нескольких серий наблюдений, а по наблюдениям каждой серии.

Кривизну мульды сдвижения определяют как первую производную от графика наклонов или по формуле:

Горизонтальные сдвижения и деформации вычисляются из выражений:

где i_z, K_z, ξ_z, ε_z - соответственно наклон, кривизна, горизонтальное сдвижение и относительная горизонтальная деформация в точке с абсциссой X (начало координат в точке максимального оседания);

η_max - максимальное оседание L - длина полумульды, определяемая графически;

ξ - отношение величины максимального горизонтального сдвижения к максимальному оседанию при полной подработке, горизонтальном залегании и закончившемся процессе сдвижения;

S(z), S′(z), S″(z), F(z), F′(z) - переменные коэффициенты (функциональные зависимости), отражающие характер распределения деформаций в мульде сдвижения. Численные значения этих коэффициентов берут из действующих нормативных документов, регламентирующих меры охраны сооружений и природных объектов от вредного влияния подземных горных разработок.

На Фиг. 3 показаны величины горизонтальных сдвижений и деформаций устанавливаемые путем измерения смещений реперов в горизонтальной плоскости на различные даты наблюдений. С этой целью горизонтальную площадку, жестко связанную с репером, ориентируют по магнитному или географическому азимуту. Смещение точки на этой площадке представляет собой горизонтальное сдвижение репера. По измеренным данным строят график горизонтальных сдвижений реперов наблюдательной станции. Путем дифференцирования полученной кривой определяют величины горизонтальных деформаций. Совмещение графиков горизонтальных сдвижений и деформаций, полученных различными методами, позволяет оценить точность определения искомых величин и повышает их надежность.

Приведенную методику определения сдвижений и деформаций земной поверхности при подземной разработке месторождений полезных ископаемых можно использовать также при организации наблюдений за геомеханическим состоянием оползнеопасных склонов. Отличие состоит в том, что длина наблюдательной линии реперов определяется не размерами выработанного пространства, а размерами оползнеопасного склона, т.е. должна быть равна длине линии, полученной от пересечения склона вертикальной плоскостью, проведенной в направлении падения изучаемого участка склона.

Таким образом, способ позволяет определять деформации земной поверхности при отсутствии взаимной видимости между наблюдаемыми пунктами, что позволяет избежать вырубки просек в лесных массивах, применения сложных геодезических работ в обход зданий и сооружений, расположенных между наблюдаемыми пунктами, и повысить безопасность работ в гористой местности.

Изобретение относится к способам определения деформаций земной поверхности при отсутствии взаимной видимости между наблюдаемыми пунктами. Сущность: на изучаемой площади закладывают грунтовые реперы по наблюдательной линии, предварительно рассчитав ее длину. При этом часть наблюдательной линии располагают на еще не подработанном участке земной поверхности, а часть - на участке, где процесс сдвижения уже закончился. Измеряют наклоны и горизонтальные сдвижения реперов локальными методами. По результатам измерений строят графики наклонов и графики горизонтальных сдвижений реперов. Интегрированием графиков наклонов определяют оседания земной поверхности, а дифференцированием - кривизну мульды сдвижения. Дифференцированием графиков горизонтальных сдвижений определяют горизонтальные деформации земной коры. Технический результат: возможность определения деформаций земной поверхности при отсутствии взаимной видимости между наблюдаемыми пунктами. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ определения деформаций земной поверхности при отсутствии взаимной видимости между наблюдаемыми пунктами, включающий закладку грунтовых реперов на изучаемой площади и проведение наблюдений за развитием деформационных процессов, отличающийся тем, что в главном сечении по простиранию закладывают линию грунтовых реперов длиной
L = H(ctgδ ₀ + ctgΨ ₃ ),
где Н - глубина горных работ,
δ₀ - граничный угол по простиранию,
Ψ₃ - угол полных сдвижений по простиранию,
при этом часть наблюдательной линии реперов располагают на еще не подработанном участке земной поверхности, а часть - на участке, где процесс сдвижения уже закончился, производят измерения наклонов и горизонтальных сдвижений реперов локальными методами; путем интегрирования полученных графиков наклонов определяют оседания земной поверхности, а путем дифференцирования графиков наклонов определяют кривизну мульды сдвижения, путем дифференцирования графиков горизонтальных сдвижений - горизонтальные деформации земной поверхности.

2. Способ определения деформаций земной поверхности при отсутствии взаимной видимости между наблюдаемыми пунктами по п. 1, отличающийся тем, что при равных расстояниях l между реперами ожидаемое максимальное оседание η_max определяют по формуле
η _max = l _n Σi _n,
где i_n - величины наклонов земной поверхности в точках 1, 2, 3, …, n;
l_n - участки, на которых земная поверхность получила наклоны соответственно i₁, i₂, i₃, ..., i_n, 1*10^-3(мм/м).