Обработка и использование результатов наблюдений за сдвижением земной поверхности, толщи пород и деформированием подрабатываемых объектов

5.1. Камеральную обработку результатов наблюдений выполняют по окончании каждой серии измерений. Она включает следующие операции:

1. Проверку полевых журналов, уточнение и приведение в порядок записей визуальных наблюдений и других заметок.

2. Вычисление высотных отметок всех реперов наблюдательной станции.

3. Вычисление горизонтальных расстояний между реперами профильных линий (с введением всех поправок).

4. Вычисление ординат (если они измерялись).

5. В специальных ведомостях (см. прил. 8) по каждой профильной линии проводят вычисления:

вертикальных сдвижений (оседаний) реперов;

горизонтальных сдвижений реперов вдоль профильных линий и перпендикулярно к ним (если измерялись ординаты);

вертикальных деформаций (наклонов и кривизны) мульды сдвижения;

горизонтальных деформаций (растяжений, сжатий) интервалов между реперами.

6. Составление и пополнение графических материалов (по данным камеральной обработки наблюдений и геолого-маркшейдерской документации):

совмещенных планов наблюдательных станций и горных выработок;

вертикальных геологических разрезов по каждой профильной линии с нанесением литологии пород, очистных и других горных выработок, скважин и структурных особенностей массива (тектонических нарушений, контактов слоев, диаграмм трещиноватости);

графиков вертикальных и горизонтальных сдвижений и деформаций по каждой профильной линии.

7. Составление (в случае необходимости) ведомостей и графиков скоростей вертикальных и горизонтальных сдвижений, планов земной поверхности (горизонтов) с изолиниями сдвижений и деформаций, векторов сдвижений земной поверхности и др.

5.2. Величины сдвижений и деформаций в различных точках мульды сдвижения могут быть положительными или отрицательными.

При расчете сдвижений и деформаций в главных или параллельных им сечениях мульды сдвижения знаки этих величин определяют следующим образом:

Знак……………..положительный (+) Деформация…………..оседание горизонтальные сдвижения в сторону восстания и сторону простирания рудного тела наклоны в сторону восстания и в сторону простирания рудного тела кривизна и радиус кривизны выпуклости кривой оседания растяжения

отрицательный (-) поднятие горизонтальные сдвижения в сторону падения и сторону, обратную простиранию рудного тела наклоны в сторону падения и сторону, обратную простиранию рудного тела кривизна и радиус кривизны вогнутости кривой оседания сжатия

За направление простирания рудного тела принимают направление, относительно которого линия падения располагается справа. При построении графиков сдвижений и деформаций положительные величины и величины поднятий откладывают вверх от исходной горизонтальной линии. Отрицательные величины и величины оседаний откладывают вниз от исходной горизонтальной линии.

5.3. Вычисление превышений и отметок реперов при геометрическом нивелировании проводят в журнале нивелирования, а уравнивание нивелирных ходов - в специальном журнале методом Приближений или полигонов. Вычисление превышений и отметок реперов при тригонометрическом нивелировании выполняют в специальном журнале. Отметки реперов после обработки каждой серии наблюдений заносят в ведомость оседания реперов (см. прил. 8). Величину оседания репера определяют по формуле

h = Hn -1 - Hn, (1)

где Нп -1 - отметка репера из предыдущего или начального наблюдения; Нп - отметка репера из последующего наблюдения.

5.4. По данным ведомостей оседания реперов составляют ведомости вертикальных деформаций - наклонов и кривизны (см. прил. 8). Наклоны определяют по формуле

(2)

где h п - вертикальное сдвижение переднего репера; h n -1 - вертикальное сдвижение заднего репера; d - горизонтальная длина интервала между реперами (от начального наблюдения).

Наклоны - величины безразмерные. При построении графиков вертикальных деформаций (наклонов) величины их относят к середине интервала.

Кривизну определяют по формуле

k = (in - in -1)/ d ср, (3)

где in - наклон последующего интервала; in- 1 - наклон предыдущего интервала; d cp = (dn - dn -1)/2 - полусумма горизонтальных длин последующего и предыдущего интервалов (из начального наблюдения).

При построении графиков полученную кривизну относят к общей точке смежных интервалов. Радиус кривизны (величину, обратную кривизне) определяют по формуле: R = 1/ k и выражают в километрах.

5.5. Вычисление горизонтальных расстояний между реперами профильных линий проводят в специальной ведомости, форма которой приведена в прил. 8. При этом вычисляют и учитывают следующие поправки:

поправку за температуру

D l = l a(t - t к), (4)

где l - измеренная длина интервала, мм; a - коэффициент линейного расширения; t - температура воздуха или полотна рулетки, °С; t к - температура компарирования рулетки, °С;

поправку за наклон

(5)

при

D l 1 = D1 + D2 + D3, (6)

где l - измеренная длина интервала, мм; h - превышение между концами рулетки или ордината (отклонение от створа); второй и третий члены в формуле (6) не вводят, если их величины не превышают 0,5 мм;

поправку за разность отклонений от створа вычисляют по формулам (5), (6), в которых вместо величины h подставляют значение измеренной ординаты. При этом учитывают знак ординаты, например справа по ходу - положительный, слева - отрицательный;

поправку за компарирование D l к берут из свидетельства о государственной поверке рулетки;

поправку за провес рулетки вводят согласно прил. 3.

5.6. При тригонометрическом нивелировании реперов превышения между соседними реперами и горизонтальные расстояния между ними определяют по методике, приведенной в прил. 6.

5.7. Горизонтальные расстояния между реперами, определенные после внесения необходимых поправок, выписывают в ведомость горизонтальных деформаций (см. прил. 8). Горизонтальные деформации интервала между реперами за период между двумя наблюдениями определяют по формуле

e = (dn - dn- 1)/ d, (7)

а за весь период наблюдений - от начального до данного - по формуле

e = (dn - d) /d, (8)

где d, dn- 1, dn - горизонтальные длины интервалов соответственно из начального, предыдущего и последующего (данного) наблюдений.

Горизонтальные деформации, соответствующие увеличению интервала, называют растяжениями, а деформации отвечающие уменьшению интервала, - сжатиями. При построении графиков горизонтальные деформации относят к середине интервала.

5.8. По вычисленным горизонтальным расстояниям между реперами их суммированием определяют расстояния от опорного репера до каждого из реперов профильной линии, которые выписывают в ведомости горизонтальных сдвижений (см. прил. 8). Горизонтальные сдвижения реперов на профильной линии определяют по формуле

x = Dn- 1- Dn, (9)

где Dn- 1, Dn - расстояния от опорного репера соответственно из начального (или предыдущего) и последующего наблюдений.

5.9. Масштабы графиков оседаний, горизонтальных сдвижений, наклонов, кривизны и горизонтальных деформаций выбирают, исходя из удобства и наглядности изображения. При этом масштаб расстояний между реперами принимают таким же, как на вертикальных разрезах.

Графики наклонов, горизонтальных сдвижений и деформаций по профильной линии строят следующим образом. От горизонтальной (исходной) линии, на которой нанесено плановое положение реперов профильной линии, в принятом масштабе откладывают вверх положительные, а вниз - отрицательные значения соответствующих величин сдвижений реперов или деформаций интервалов между ними (оседания реперов принято откладывать вниз, а поднятия - вверх). Значения сдвижений реперов откладывают непосредственно от точек, изображающих их положение на исходной линии, а деформации интервалов между реперами - от их середин. Концы отрезков соединяют ломаной или плавной линией.

Графики скоростей сдвижений реперов или деформаций интервалов между ними строят как для отдельных реперов (интервалов между реперами), так и для профильной линии в целом. Скорость оседания реперов измеряют в мм/сут, мм/мес, мм/год в зависимости от решаемых задач и частоты наблюдений.

Для удобства совместного рассмотрения графиков сдвижений и деформаций, состояния горных работ, строения толщи пород и других горно-геологических факторов и определения степени влияния этих факторов на процесс сдвижения графики и вертикальные разрезы составляют на одном листе или на нескольких листах, но в одном и том же горизонтальном масштабе.

5.10. Полученные после обработки материалов наблюдений ведомости и графики сдвижений и деформаций земной поверхности используют для определения угловых, линейных и других параметров процесса сдвижения (см. прил. 1), выяснения фактических границ различных зон сдвижения, скоростей и продолжительности процесса сдвижения земной поверхности и в конечном итоге обоснованного решения конкретных вопросов сдвижения горных пород и охраны различных объектов на месторождении.

5.11. Границы различных зон сдвижения земной поверхности в мульде сдвижения и угловые параметры процесса сдвижения определяют по следующим значениям деформаций земной поверхности (при среднем интервале между реперами 15 - 20 м) для:

общей зоны влияния подземных разработок (мульды сдвижения) и граничных углов наклон i = 0,5×10-3, растяжение e = 0,5×10-3, оседание h = 15 мм;

зоны опасного влияния и углов сдвижения наклон i = 4×10-3, кривизна k = 0,2×10-3 (1/м), растяжение e = 2×10-3;

зоны трещин и углов разрывов - по ближайшей к границе мульды сдвижения видимой трещине на земной поверхности;

зоны обрушения и углов обрушения - по ближайшей к границе мульды сдвижения трещине с раскрытием или смещением краев (уступом) 25 см и более;

зоны воронкообразования и углов воронкообразования - по краю воронки обрушения (провала).

5.12. Углы сдвижения определяют на вертикальных разрезах по главным сечениям мульды. Для этого от найденных на земной поверхности точекс критическими деформациями в наносах проводят прямые линии под принятым для наносов углом сдвижения j до пересечения их с контактом наносов и коренных пород. Полученные на контакте точки соединяют линиями с границами выработанного пространства. При этом для определения углов b и b1 линии проводят к нижней границе выработанного пространства, а для определения угла g - к верхней. Угол d при горизонтальном и пологом залеганиях рудного тела определяют от границы выработанного пространства на вертикальном разрезе, проходящем через профильную линию по простиранию, а при крутом залегании рудного тела - от нижней границы выработанного пространства по простиранию на вертикальной проекции горных работ. Из углов, полученных по трем видам деформаций (h, i, e), окончательно принимают угол сдвижения, имеющий наименьшее значение.

При определении углов сдвижения линии к границам выработанного пространства проводят таким образом, чтобы эти линии или их продолжения не пересекали выработанного пространства. Если междукамерные целики и потолочины нижнего этажа не отработаны и сохраняют устойчивое состояние, за нижнюю границу выработанного пространства следует принять границу днища камер вышележащего этажа. Угол сдвижения в наносах j определяют по данным наблюдений при выемке рудных тел непосредственно под наносами. При отсутствии таких данных на месторождении угол j устанавливают в соответствии с п. 2.8. Граничные углы, углы разрывов и углы обрушения определяют без разделения толщи на наносы и коренные породы по точкам земной поверхности с деформациями, указанными в п. 5.11. Углы, определяющие границы зон влияния очистных работ на вертикальных разрезах, показаны на рис. 3.

Рис. 3. Углы, определяющие границы зон влияния очистных работ на вертикальных разрезах (вкрест простирания):

а - при пологом и наклонном падении залежи; б - при крутом падении залежи; в - по простиранию залежи

5.13. Окончание процесса сдвижения земной поверхности устанавливают по данным нивелировки реперов последних серий.

5.14. Результаты исследований сдвижения земной поверхности используют для определения характера и параметров процесса сдвижения пород на месторождении, уточнения размеров предохранительных целиков и условий безопасной выемки руды под охраняемыми объектами, выбора новых участков застройки и определения необходимости и оптимальных сроков сноса или переноса различных старых объектов на территории горного отвода для решения вопросов рекультивации подработанных участков земной поверхности и др.

5.15. Обобщенные результаты исследований используют для разработки нормативных документов - Правил или Указаний по сдвижению горных пород и охране сооружений на данном и аналогичных месторождениях.

5.16. Для прогноза развития процесса сдвижения и определения величин сдвижений и деформаций земной поверхности и подрабатываемых объектов используют скорости сдвижения грунтовых и стенных реперов, а также скорости деформаций интервалов между ними.

5.17. Контроль за состоянием подрабатываемых объектов осуществляют путем сравнения фактических величин сдвижения и деформаций этих объектов, полученных из наблюдений, с допустимыми и предельными деформациями для данного типа охраняемых объектов, приведенными в нормативно-методических документах по охране сооружений. Результаты сравнения деформаций с учетом прогноза дальнейшего развития процесса сдвижения и величин сдвижений и деформаций используют для разработки мер по предотвращению возникновения опасных деформаций в подрабатываемых объектах.

5.18. Результаты измерений на наблюдательных станциях можно обработать на программируемых микрокалькуляторах (см. прил. 11) и на ЭВМ «Искра-1256» и «Искра-123» [12, 15].