Способ определения опасных деформаций борта глубокого карьера Советский патент 1985 года по МПК E21C39/00 

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

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

На фиг. 1 изображено расположение наклономеров в штольне глубоког карьера; на фиг. 2 - ориентация дополнительных наклономеров на одно из измерительных площадок; на фиг.Зрегистрация наклонов дополнительными наклономерами.

С-пособ реализуют следуюшзям обр.азом.

В штольне 1 (фиг.1) на каждой измерительной 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 /, и otg 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 сейсмических деформаций при действии взрывов, на пример, 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.

I

Дифференцированное вьщеление аномальных наклонов от взрыва 8ц выемки горной массы 8д и воронкообразования Sp , связанных с дополнительными деформациями массива горных пород, производят путем построения векторной диаграммы (фиг.3

96506

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

10 и определяют местоположение источника наклонов путем пересечения вертикальных плоскостей, проходящих в направлении этих наклонов, определяемых в единой системе отсчета вреf5 мени и идентифицированных одним горнотехническим событием (взрывом или выемкой горной массы или воронкообразованием) .

Значение наклона () измерительной площадки в штольне определяют графо-аналитически, которое можно представить соотношением (фиг.З)

S-i:S;t8fttSBtSc,

(1)

где Z8; - суммарный наклон измерительной площадки по данным основного наклономера,

измеряющего наклон вкрест простирания борта;

8. наклон за счет сейсмического действия взрьгоа, регистрируемый дополнительнь1ми наклономерами;

S.наклрн за счет выемки горной массы, регистрируемый дополнительными наклономерами;

8. наклон за счет- воронкообразования, регистрируемый дополнительными наклономерами,

знак плюс или минус устанавлива1ется .по результатам построения векторной 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 однозначной оценки влияния указанных факторов необходимо производить идентификацию этих событий, т.е. устанавливать совпадение по времени произошедшего события и его отражение на записи наклономера, определить местоположение области накоплнения де31

формаций путем наклономерных засечек и оценить уровень деформаций.

Величина наклона измерительных площадок определяется соотношением

ig8-| ° 4 - Hg S, (2)

ь 1 С05 06 .

или

(coeett S,-.:

ц ,,

ГГ

п- (t,

где 8 - наклон измерительной площадки;

«. - минимальный горизонтальный угол между направлением, по которому измеряется наклон вкрест простирания борт (основное изобретение) и направлением, по которому измеряется дополнительный наклон по азимуту север-юг или восток-запад;

8, ,8j,8j- наклоны с индексами 1 и 2 дополнительных, 3 - основного наклономеров. Рассмотрим учет влияния горнотехнических событий, регистрируемых дополнительными наклономерами, с целью контроля показаний основного наклономера и повьшения точности определения деформаций .

1) Многократное сейсмическое действие взрывов, производимых в карьере, приводит к развитию остатоных деформаций в массиве за счет мнжественного 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.

1965064

Аномальный ход записи наклонов на фотоленте в момент взрьша - величина остаточной деформации, определяемая по зависимости

V H{t) A(t)(3)

где V, - ход наклонов массива с

регистрацией времени; H(t) - суммарньй ход наклонов,

обусловленный деформациями сдвига борта, во времени;

A(t) - суммарный ход наклонов на записи, обусловленной сейсмическим действием взрывов (во времени). Вьщеленньй аномальный ход представляет наклон, который связан с относительными вертикальньми перемещениями точек массива, вызванными сейсмическим действием взрыва, соотношением

А 8,-f.

(4)

25

где А - вертикальное смещение краёв измерительной площадки относительно друг.друга; Ь д - угол наклона измерительной

площадки;

t - линейные ра.змеры измерительной площадки. При многократном сейсмическом действии взрывов На одну и ту же область массива можно определить полное перемещение точек массива, характеризующих накопление остаточных деформаций

п

(5)

ГА1

где А - полное смещение массива за счет сейсмического действия взрывов;

А. - смещение массива в результате сейсмического действия одного взрыва; п . - количество взрывов. Местоположение источников взрывов определяют с учетом производства записей на нескольких измерительных площадках, расположенных в штольне вкрест простирания борта,путем построения векторных диаграмм и наклономер55 ньрс засечек. Сравнение результатов определений с положением взрывов на планах горных работ подтверждает роль источника деформаций. 5 Оценку опасности накопившихся остаточных деформаций в борту карье ра на предельном контуре производят с использованием зависимости Упр А„ где у пр- предельная относительная деформация сдвига массива L - длина поверхности скольже ния, включающая область накапливания остаточных деформа1Ц1й от сейсмическо го действия в.зрывов; А „ - полное смещение массива за счет сейсмического дей ствия взрывов. Оценку сейсмического действия од ного массива взрыва производят с помощью соотношения где А - смещение массива в результате сейсмического действи одного массового взрыва N - планируемое количество взрывов за весь срок сущес вования карьера. 2) Выемка горной массы в карьере приводит к разгрузке нижележащих сл ев, что сопровождается высвобождени ем упругих деформаций разуплотнения массива горных пород, заключаклцееся в подъеме дна карьера и смещении контуров бортов в сторону выработанного пространства и вверх. Эти деформации разуплотнения влияют на определение истинных величин сдвиго вых деформаций борта. Наличие упругих деформаций раз уплотнения 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 066 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), Ввделенньй аномальный ход представляет наклон, который связан с относительными вертикальными перемещениями, вызванными упругими деформациями разуплотнения массива горных пород при выемке горной массы, соотношением В Bjj. f,(9) где В - вертикальное смещение краев измерительной площадки относительно друг друга; SP - угол наклона измерительной площадки; t - линейные размеры измерительной площадки. Критерием оценки опасности дефбрмаций 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 г ,где Е.,Е - модули общей деформации в начальный и текущий периоды выемки горной массы, определяемые по формуле г Pi(1 -() ь, - :j:g---. где Р, - вес вынутой горной массы; /и - коэффициент Пуассона; В - вертикальное смещение краев измерительной площадки в результате выемки горной массы; г - расстояние от центра выемки горной массы до измерительной площадки. 3) Воронкообразование на поверхкости борта карьера возникает при его подработке подземными горными работами и сопровождается прогибами этой поверхности, что влечет к из7менению наклонов на блиэрасположейных измерительных площадках. Наличие упругих деформаций в мас сиве от развития процесса воронкообразования устанавливают путем идентификации времени выхода воронки на поверхность борта, определени расстояний между областью выхода во ронки на поверхность борта и измери тельными площадками, отражения этог события на записи наклонов наклономерами измерительных площадок штоль ни с подтверждением данными наклономерной засеч ой. Аномальньй ход записи наклонов массива горных пород в результате воронкообразования определяют по зависимости V, H(t) .± C(t), где у - ход наклонов массива с ре гистрацией времени; H(t) -ход наклонов, обусловленный деформациями сдвига ; борта, во времени; C.(t) -суммарный ход наклонов на записи, обусловленной развитием упругих деформа ций массива от воронкообразования (во времени). Вьщеленный аномальный ход представляет наклон, связанный с вертикальными смещениями массива, которы вызваны упругими деформадаями от воронкообразования, соотношением с S . ..

де С - вертикальное смещение краев измерительной площадки относительно друг друга;

8 t угол наклона измерительной площадки;

линейные размеры измерительной площадки. Пример . Рассмотрим примеение предлагаемого способа для слеующих исходных данных:

Высота борта на предель500ном контуре (н), м Длина потенциальной поверхности скольжения (L),M

800

Радиус поверхности скольжения (г), м

2000 Предельная относительная деформация сдвига борта ( у„р ), м

0,005

За счет взрьюов (Од) (по дополнительному наклономеру)

t-10 +10

-10

За счет выемки горной массы (Sg) (по дополнительному наклономеру) -15 +20 +30

За счет воронкообразования (8)

(доп.наклономер) -12,5 +15 -25

По основному

+260 +200 +300 наклономеру

55

Требуется определить: полную величину сдвига борта с учетом сейскичесПланируемое количество массовых взрывов за срок существования Kapbepa,(N)2400 Количество взрьгоов произведенных на период оценки состояния борта (и) . 1400 Длина базиса наблкадений (Д){ м 150 Диапазон величин остаточных деформадий, возникакядих от одного массового взрыва в дальней зоне (Е), мм 0,02-1,80 Расстояние от измерительных площадок до взрываемых блоков (R,), м . 300-1000 Расстояние от измерительных площадок до области воронкообразования (Rj), м до 500 Расстояние от измерительных площадок до забоев по выемки горной массы (Н), м 150-1000 И. Результаты наклономерцых изений представлены в таблице. Возможные случаи азания наклона сочетаний наклонов , с :iii кого действия взрывов, выемки горно массы и воронкообразования в карьере; необходимость применения антисейсмических мероприятий для снижения вредного влияния массовых взрывов. III . Решение 1: Полная величина сдвига борта уст навливается по результатам определе ния наклона измерительной площадки по формуле основного изобретения где 5 коэффициент перехода от угловой меры измерения наклонов к радиальной; угол наклона измерительной площадки, определяемый по формуле (1) ,±8fttS8t8er радиус поверхности скольже ния по данному примеру, ра ный 2000 м. Тогда, в первом случае 8, 260 -ь 10 1- 12,5 297, где S.. - учитывается, так как харак теризует величину сейсмической диластансии. Во втором случае 5, 200 - 20 - 15 не учитывается, так как деформация от действия взрыва со знаком плюс може носить неупругий характер и поэтому ее можно приравнять к сдвиговой деформаци В третьем случае 30 - 25 где - не учитывается на основани указанного во втором случа Полные величины сдвига борта рав

м

2975-10 мкм

1650-103 мкм

3050-10 мкм

4000-1600 2400 мм

А - А.

Вывод: 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 воздейстТаким образом, раздельный учет различных видов упругих деформаций (от сейсмического воздействия, выемки горной массы и воронкообразования) позволяет установить истинную величину деформации сдвига и уточнить время безопасной эксплуатации карьера. IY. Решение 2 (использует данные первого случая). 1.Определяют ожидаемое полное смещение борта, развивакнцееся по поверхности скольжения и контролируемое наклономерной станцией по формуле (3) основного изобретения м Упр 0,005 800 10 4000 мм. 2.Определяют среднюю величину Ьмещения борта по контролируемой поверхности скольжения за один массовьй взрыв по формуле (7) bt-L 1,6 мм. 3.Определяют ожидаемое смещение борта от планируемого количества взрывов А Ap(N-n) 1,6(2400-1400) 1600 мм. 4.Действительное смещение массива за счет произведенных взрывов составляетА 5 . 2000 100000 мкм 100 мм 5.Определяют запас полного смеения на период оценки состояния устойчивости борта

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