Геометрия поверхности мульды сдвижения в реальном времени

5. Кравцов В.В., Никонов А.И. Геодинамическая цикличность как фактор потенциальной аварийности природно-техногенных систем в нефтегазоносных районах // Нефтепромысловое дело.-1996а. - №8-9 - С. 20-23.

6. Кравцов В.В, Никонов А.И. Системно-иерархическая структура полей напряжений и ее отражение на аэрокосмических снимках на примере Самотлорского месторождения (Черногорская площадь) // Геология, геофизика и разработка нефтяных месторождений. - 19966. - №8-9 -С. 40-44.

7. Кравцов В.В., Никонов А.И, Юрова М.П. Геодинамиче-ские аспекты оценок воздействий на окружающую среду и экологического мониторинга нефтегазовых объектов // Фундаментальный базис новых технологий нефтяной и газовой промышленности - М.: Наука, 2000, с. 350-358.

8. Кузьмин Ю.О. Современная геодинамика разломных зон осадочных бассейнов и процессы подготовки землетрясений.// Прогноз землетрясений, №11, - М.: Душанбе: Дониш, 1989, с. 52-60.

9. Кузьмин Ю.О. Современные суперинтенсивные деформации земной поверхности в зонах платформенных разломов.// Геологическое изучение и использование недр.// На-уч.-техн. сб. “ Геологическое изучение и использование недр”, Вып. №4, “Геоинформмарк”, - М.: 1996, с. 43-53.

10. Кузьмин Ю.О. Механизм формирования аномальных деформационных процессов в период подготовки и реали-

зации Ашхабадского землетрясения 1948 года.// Вестник ОГГГГН РАН N2, 1998, с. 135-152.

11. Кузьмин Ю.О, Никонов А.И. Геодинамическая природа аварийности скважин и трубопроводных систем. .// В кн.: Перспективы развития экологического страхования в газовой промышленности. - М.: Газпром, 1998, с. 315-328.

12. Кузьмин Ю.О. Современная геодинамика и оценка геодинамического риска при недропользовании// М.: АЭН, 1999, 220 с.

13. Кузьмин Ю.О. Оценка геодинамического риска объектов нефтегазового комплекса.// Фундаментальный базис новых технологий нефтяной и газовой промышленности, -М. : Наука, 2000, с. 334-344.

14. Кузьмин Ю.О. Современное геодинамическое состояние недр.// Горный информационно-аналитический бюллетень, № 6, - М.: Изд-во мГгУ, 2000, с. 55-65.

15. Кузьмин Ю.О. Эколого-геодинамический риск нефтегазовых объектов//Информационное обеспечение рационального природопользования, - М.: Единство, 2001, с. 152-163.

16. Кузьмин Ю.О. Техногенно-индуцированные геоди-намические процессы на месторождениях нефти и газа.// Материалы 6 Международного симпозиума “Освоение месторождений минеральных ресурсов и подземное строительство в сложных гидрогеологических условиях. Специальные вопросы и геомеханика., Белгород.: ВИОГЕМ, 2001, с. 425-436.

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ —

Жданович В.В. - МАТЭК.

Кравцов В.В, Никонов А.И. - ИПНГ РАН. Кузьмин Ю. О. - ОИФЗ РАН.

© В.А. Назаренко, А.Л. Рогаткин 2002

УЛ К 622.1 : 622.834

В.А. Назаренко, А.Л. Рогаткин

ГЕОМЕТРИЯ ПОВЕРХНОСТИ МУЛЬЛЫ СЛВИЖЕНИЯ В РЕАЛЬНОМ ВРЕМЕНИ

Т

радиционно натурные маркшейдерские наблюдения за сдвижением земной поверхности проводятся по отдельным профильным линиям реперов, а исследования поверхности мульды по площади носят единичный характер. Имеются немногочисленные публикации [1, 2], посвященные описанию поверхности мульд при за-

кончившемся процессе сдвижения в условиях Донецкого, Подмосковного, Карагандинского и некоторых других угольных бассейнов. Эти исследования [3, 4] посвящены в основном изучению конфигурации границ и распределения сдвижений и деформаций земной поверхности по отдельным вертикальным сечениям мульды. Именно они легли в основу утверждения, что на земной

поверхности границы мульды имеют эллиптическую форму, а осями эллипса являются длины полумульд по главным сечениям. Что же касается мульды сдвижения в процессе ее развития над движущимся очистным забоем, то такие исследования вообще не проводились.

Поверхность мульды сдвижения может быть классифицирована как топографическая. С другой стороны, известные общие закономерности процесса сдвижения, дают основание предположить, что поверхность мульды является правильной математической поверхностью или близка к ней. Следовательно, изолинии оседания должны описываться простыми математическими функциями если не по всей длине, то хотя бы на от-

Рис. 1. Изолинии оседаний и линии наибольшего ската в динамической мульде сдвижения

Рис. 2. Соотношение фактических изолиний оседаний и окружностей, описывающих их в пределах динамической мульды сдвижения

дельных отрезках: прямолинейные участки - прямыми линиями, криволинейные - дугами или окружностями. Анализ параметров и расположения геометрических элементов, слагающих изолинии, позволит установить общие закономерности строения мульды.

Такой комплексный подход применен для изучения строения поверхностей динамических мульд сдвижения, полученных по результатам маркшейдерских наблюдений на наблюдательных станциях, заложенных над горными выработками шахтах Западного Донбасса

Рассмотрим последовательность анализа поверхности мульды на примере данных по наблюдательной станции  5 , заложенной на шахте "Первомайская" (рис. 1). Так как угольные пласты в Западном Донбассе залегают практически горизонтально и отрабатываются по восстанию, то на поверхности над очистными выработками образуются динамические мульды сдвижения, симметричные относительно геометрической оси лавы. Поэтому в примере рассмотрена половина динамической мульды сдвижения.

Распределение сдвижений и деформаций в динамических мульдах, полученных на наблюдательных станциях, однозначно указывает на наличие двух отличающихся областей: внешней, где

земная поверхность претерпевает горизонтальные деформации растяжения, и внутренней, в которой поверхность сжимается. Границей между ними являются линии, соединяющие точки с максимальными наклонами или нулевыми значениями горизонтальных деформаций (обе линии практически совпадают). Во всех рассмотренных случаях наблюдается закономерность в расположении названных линий - они повторяют форму ближайших изолиний оседаний и находятся над выработанным пространством на определенном расстоянии от границ очистной выработки.

Если поверхность мульды является топографической, то кратчайшие расстояния между изолиниями определяют направления наибольшего ската поверхности, т.е. векторов максимальных наклонов. Линии наибольших наклонов, проведенные последовательно от периферии к середине мульды имеют в плане как прямую, так и изогнутую форму (рис. 1). Большинство из них сходится в некоторой точке О, оседание которой практически равно максимальному. Наиболее изогнутыми являются линии, проходящие вблизи углов выработанного пространства. Очевидно, что изгиб линий наибольшего ската или изменение направления векторов деформаций происходит при переходе от

области растяжения к области сжатия. На участках каждой из этих областей линии ската имеют форму близкую к прямой. Последнее обстоятельство дает повод предположить, что внешняя и внутренняя области динамической мульды различаются не только знаками деформаций, но и закономерностями геометрического строения поверхности.

При замене в области растяжения линий максимальных наклонов прямыми линиями наблюдается концентрация точек их пересечения в пределах ограниченного участка Напрашивается вывод, что на этом участке располагается некоторый центр, из которого радиально расходятся линии наибольшего ската. Так как они перпендикулярны изолиниям оседания, то последние должны описываться окружностями, центры которых лежат на пересечении линий ската, т.е. в пределах того же локального участка.

Для проверки этого предположения на каждой из изолиний оседания в районе их изгиба произвольно выбраны по три точки и через них проведены окружности. Оказалось, что их центры лежат близко друг от друга в пределах названного выше участка. Путем пересчета координат полученных центров определено положение точки О], являющейся усредненным цен-

тром окружностей, описывающих изолинии оседания в пределах области растяжения (рис. 2). Исследования геометрии поверхности динамических мульд сдвижения, проведенные в области сжатия показали следующее. Линии наибольшего ската также сходятся на некотором участке. Однако он имеет значительно более вытянутые размеры, чем аналогичный участок области растяжения. Линии максимальных наклонов расположены под небольшими углами относительно смежных линий, особенно те, которые проходят вблизи диагоналей выработки. Изолинии оседаний описываются дугами окружностей, но их центры не совпадают, а рассредоточены вдоль прямой линии, проходящей через район схода линий наибольших наклонов. Характерным является то, что радиусы соседних окружностей незначительно отличаются друг от друга и их размеры постепенно убывают.

Исследование поверхностей мульд в целом с учетом изложенного выше показало, что общий центр концентрических расходящихся окружностей области растяжения и центры окружностей, описывающих изолинии оседаний в области сжатия, лежат в плане на одной прямой линии (рис. 2). Положение этой линии характеризуется некоторым углом, который она составляет с направлением подвигания очистного за-

боя (продольной осью выработанного пространства). Положение общего центра окружностей области растяжения относительно границ выработки зависит от ее размеров, глубины разработки, соотношения мощностей наносов и карбоновых отложений. Кроме этого установлено, что все окружности области сжатия соприкасаются с соответствующими изолиниями оседания в пределах ограниченных участков. Крайние границы этих участков лежат на прямых линиях, образующих сектор с определенным значением угла между ними. Общим для областей растяжения и сжатия является то, что части окружностей, описывающих изолинии оседания являются дугами, опирающимися на центральный угол 90°. При этом линии, соединяющие центры дуг с их концами параллельны линии подвигания очистного забоя и линии, расположенной перпендикулярно к ней.

Выводы.

В рассмотренных горногеологических условиях в динамической мульде сдвижения выделяются две характерные области: растяжения и сжатия, различающиеся закономерностями геометрического строения поверхности. Линия раздела этих областей находится в границах проекции выработанного пространства, повторяет конфигурацию изолиний оседания и проходит через точки мульды,

имеющие максимальные наклоны и нулевые значения горизонтальных деформаций.

Поверхность мульды в области растяжения является поверхностью вращения с прямой вертикальной осью. Изолинии оседаний в пределах этого участка описываются дугами концентрических окружностей, проекции центров которых совпадают.

В области сжатия поверхность мульды также схожа с поверхностью вращения, но ее ось расположена в пространстве наклонно к горизонтальной плоскости и изогнута. Центры окружностей, описывающих изолинии оседаний, располагаются в плане на прямой линии, являющейся горизонтальной проекцией оси конической поверхности. Величины радиусов окружностей закономерно изменяются в сторону уменьшения в направлении от периферии мульды к ее центру.

Характерным для обеих областей мульды является то, что центры всех окружностей, дуги которых описывают изолинии оседаний, располагаются на одной прямой линии, составляющей с направлением подвигания очистного забоя вполне определенный угол. Величина этого угла изменяется в пределах от 20° до 45° в зависимости от условий подработки земной поверхности и скорости подвигания очистного забоя.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Земисев В.Н, Мурашов А.Н. Определение сдвижений и деформаций земной поверхности в заданной точке мульды в условиях Карагандинского угольного бассейна // Труды ВНИМИ.- 1976.-Вып. 71.-С. 62-78.

2. He Guoqing. The movement and deformation of undermined anisotropic rock massif // Сб. докладов VH между-нар. конгресса по маркшейд. делу.-Л.:ВНИМИ, 1988.-Т. VIII. -С. 51-60.

3. Медянцев А.Н, Чепенко Л.П. Распределение сдвижений и деформаций земной поверхности по площади мульды сдвижения вне ее главных сечений. // Труды ВНИ-МИ.- 1965.-Вып. 55.-С. 54-66.

4. Костенич В.С., Федотова З.Л.. Расчет вертикальных сдвижений и деформаций по площади при пологом и наклонном залегании пластов в Кузбассе. // Труды ВНИ-МИ.- 1966.-Вып. 58.- С. 125-136.

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ

Назаренко Валентин Алексеевич - доцент, старший научный сотрудник, кандидат технических наук, докторат кафедры маркшейдерии, Национальная горная академия Украины.

Рогаткин Андрей Дмитриевич - горный инженер-маркшейдер, шахта "Западно-Донбасская" ГКХ "Павлоградуголь".