РАЗДЕЛ 2
исследование вероятности пучения и величины поднятия пород почвы
подготовительных выработок на основе шахтных наблюдений
2.1. Исходные данные для анализа
Для прогноза горного давления, к числу опасных проявлений которого относится
пучение почвы горных выработок, целесообразно использовать обширный
статистический материал, собранный в результате многолетних наблюдений на
шахтах и обобщающий накопленный производственный опыт отработки угольных
пластов в Донбассе. Такая информация геологических и маркшейдерских служб
угольных шахт представлена в систематизированном виде в Каталоге [103], который
содержит сведения по 699 шахтопластам, разрабатываемым в Донецком бассейне. Для
каждого пласта угля приведены 54 показателя, характеризующих 34
горно-геологических фактора и явления, а также дана типизация шахтопластов по
основным факторам и явлениям.
Нами были отобраны 11 факторов, связанных с пучением почвы. В их число вошли:
глубина разработки Н, угол a падения пород, марка угля М, индекс i и вынимаемая
мощность mу пласта, тип его по нарушенности Тн, мощность пород непосредственной
почвы mп, их тип Тп и прочность sсж, тип почвы по устойчивости Ту, тип кровли
по обрушаемости То. Каталог взят за основу базы данных пучения на всех 699
шахтопластах (табл. 2.1). В последней строке таблицы приведена статистическая
оценка достоверности аппроксимации R2 (см. далее).
Задачи исследований состояли в: а) статистической обработке данных, б)
выявлении наиболее значимых факторов, в) определении степени их статистической
независимости, г) оценке вероятности пучения пород почвы для различных
горно-геологических условий. При этом, учитывая особенности сбора информации по
пучению при составлении Каталога, следует иметь в виду, что были приняты к
рассмотрению только пластовые подготовительные выработки, главным образом
ориентированные по простиранию, площадью сечения от 8 до 12 м2, причем пучением
почвы считалось их поднятие на величину не менее 0,2 – 0,3 м.
Таблица 2.1
Диапазоны изменения факторов
Показатели
Факторы
Н, м
a, град
mу, м
Тн
mп, м
sсж, МПа
Ту
То
min
130
с1
0,46
0,1
med
560
25
1,06
1,9
46
max
1210
73
q3
2,95
35
250
100*R2
81
79
84
76
72
91
99
2.2. Статистическая обработка данных и отбор наиболее значимых факторов
Для установления зависимости вероятности Р пучения от каждого фактора проведена
статистическая обработка исходных данных по всем 699 шахтопластам, получены
уравнения регрессии и определена достоверность их аппроксимации R2. При R2 = 1
получаем детерминированную зависимость, а при R2 = 0 статистическая связь
отсутствует, т.е. фактор не влияет на пучение почвы.
Обработка данных проводилась в следующем порядке. Интервал варьирования
исследуемого фактора (табл. 2.1) делился на диапазоны. Подсчитывалось общее
количество пластов, попадающих в каждый диапазон nобщ, количество пучащих
пластов nп, и по соотношению nп / nобщ определялась вероятность Р пучения почвы
для данного диапазона. Количество диапазонов для каждого фактора колебалось от
четырех до одиннадцати и выбиралось с учетом удобства обработки данных и
физического смысла разбиения данного фактора на определенное число уровней.
Пример обработки данных для фактора – глубина разработки Н – приведен в табл.
2.2. Расчет выполнен для Луганской, Донецкой областей и для всего Донбасса в
целом. Созданная на основе [103] электронная база данных позволяет проводить
анализ влияния каждого из факторов отдельно для всего бассейна, различных
регионов, областей, угольных объединений и других произвольных выборок
пластов.
Полученные в результате расчета данные (табл. 2.2) наносились в виде точек на
график зависимости вероятности пучения Р от данного фактора, после чего
проводилась аппроксимирующая кривая с учетом веса полученных точек (количества
пластов в диапазоне). Построение графиков, уравнений регрессии, расчет
достоверностей аппроксимации выполнены с помощью электронной таблицы Microsoft
Excel.
Таблица 2.2
Расчет вероятности пучения Р по диапазонам глубин
Показатели
Регион
Луганская область
Донецкая область
Донбасс
глубина до 200 м
Общее число пластов, nобщ
17
Число пучащих пластов, nп
Вероятность пучения (Р= nп/ nобщ), %
29
200 – 300 м
Общее число пластов, nобщ
14
24
57
Число пучащих пластов, nп
11
Вероятность пучения (Р= nп/ nобщ), %
14
19
300 – 400 м
Общее число пластов, nобщ
49
46
111
Число пучащих пластов, nп
19
12
34
Вероятность пучения (Р= nп/ nобщ), %
35
26
31
400 – 500 м
Общее число пластов, nобщ
48
60
124
Число пучащих пластов, nп
29
30
64
Вероятность пучения (Р= nп/ nобщ), %
58
50
52
500 – 600 м
Общее число пластов, nобщ
52
48
112
Число пучащих пластов, nп
32
28
65
Вероятность пучения (Р= nп/ nобщ), %
60
58
58
600 – 700 м
Общее число пластов, nобщ
34
34
81
Число пучащих пластов, nп
28
24
60
Вероятность пучения (Р= nп/ nобщ), %
82
71
74
Продолжение таблицы 2.2
700 – 800 м
Общее число пластов, nобщ
19
68
92
Число пучащих пластов, nп
17
41
61
Вероятность пучения (Р= nп/ nобщ), %
89
60
66
глубина более 800 м
Общее число пластов, nобщ
13
86
105
Число пучащих пластов, nп
13
65
83
Вероятность пучения (Р= nп/ nобщ), %
100
76
79
Результаты для количественных факторов (Н, sсж, mу, a, mп) представлены
графиками (рис. 2.1 – 2.5), а для факторов, которые имеют качественные или
условные измерители (i, М, Тн, Тп, Ту, То), – гистограммами (рис. 2.6, 2.7).
Сводные результаты статистической обработки влияния р