РАЗДЕЛ 2
МЕТОДЫ ВЫПОЛНЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ
Применяемый метод исследований основан на установлении эмпирических зависимостей, параметры которых определяются в результате анализа и обобщения экспериментальных данных натурных наблюдений за процессом сдвижения горных пород [64, 133]. Поскольку в данной работе для установления основных закономерностей процесса сдвижения и оценки точности разработанных прогнозных методов использованы результаты экспериментальных исследований, остановимся подробней на методических вопросах их проведения.
Экспериментальные исследования, использованные в данной работе, состояли из маркшейдерских инструментальных наблюдений за процессом сдвижения массива горных пород и земной поверхности, обследования состояния крепи и армировки вертикальных шахтных стволов и анализа результатов их профилировок, и проводились в следующих горно-геологических и горнотехнических условиях:
* выдержанное на больших площадях залегание пластов с углами падения до 700;
* диапазон изменения мощностей разрабатываемых угольных пластов 0,5 - 2,0 м (в среднем 1,0 м);
* толща пород представлена, в основном, чередующимися слоями песчаников, песчанистых и глинистых сланцев, известняков и углей;
* небольшая мощность наносов, как правило, не превышающая 20 - 25м;
* системы разработки пластов - преимущественно сплошные с длинами лав 100 - 200 м;
* управление горным давлением - в основном полное обрушение кровли;
* порядок отработки горизонтов - как правило, нисходящий;
* глубины разработки - до 1200 м.
Маркшейдерские инструментальные наблюдения за процессом сдвижения земной поверхности и массива горных пород проводились на наблюдательных станциях, заложенных на земной поверхности и в горных выработках, а также на отдельных профильных линиях реперов, включая глубинные, и замерных пунктах, оборудованных в вертикальных шахтных стволах и скважинах. Целью инструментальных наблюдений являлось определение величины и направления перемещения отдельных реперов в пространстве и во времени. При этом начальные наблюдения проводились до появления влияния очистных выработок на эти репера; впоследствии наблюдения повторялись в различные моменты развития процесса сдвижения.
Обследование состояния вертикальных шахтных стволов и анализ их профилировок проводились с целью выявления деформаций их крепи и армировки, а также определения величины горизонтального сдвижения тех или иных участков этих стволов, вызванных влиянием очистных выработок.
2.1. Инструментальные наблюдения за деформациями породного массива на земной поверхности и в горных выработках
2.1.1. Инструментальные наблюдения за сдвижением земной поверхности. Сдвижение земной поверхности изучалось путем проведения измерений на наблюдательных станциях, а также переопределения высотных отметок геодезических пунктов, заложенных в окрестностях устьев вертикальных шахтных стволов.
На наблюдательных станциях измерения проводились по реперам, заложенным вдоль профильных линий. Длина и местоположение профильных линий реперов определялись исходя из предрасчета мульды сдвижения земной поверхности от рассматриваемой очистной выработки. Ориентация профильных линий, как правило, совпадала с главными вертикальными сечениями мульды сдвижения.
В качестве рабочих и опорных реперов на наблюдательных станциях использовались грунтовые заглубленные забивные и бетонированные реперы с торцевыми кернами [69, 122]. Расстояния между соседними рабочими реперами в профильной линии составляло от 5 до 25 м.
Полная серия инструментальных наблюдений на наблюдательной станции состояла из трех основных видов маркшейдерских работ - геометрического нивелирования рабочих реперов, измерения расстояний между соседними реперами профильных линий и высотной привязки рабочих реперов наблюдательной станции к опорным реперам, находящимся вне зоны влияния очистных выработок.
Методика инструментальных наблюдений на данных наблюдательных станциях, в основном, соответствовала требованиям [69]. Ниже приведено краткое описание основных положений этой методики.
Определение высотных отметок рабочих реперов наблюдательной станции производилось геометрическим нивелированием III класса точности [70] из середины между связующими реперами, по двум сторонам рейки, путем прокладки нивелирного хода в прямом и обратном направлениях. Расхождение в суммах превышений ?h в мм между прямым и обратным ходами не превышало величины
, (2.1)
где L - длина хода в одном направлении, км.
Высотная привязка рабочих реперов наблюдательной станции к опорным реперам осуществлялась посредством геометрического нивелирования, проводимого в виде замкнутого полигона или в прямом и обратном направлениях. Взятие отсчетов производилось по двум сторонам нивелирной рейки. Невязка замкнутого хода не превышала значения, рассчитанного по формуле (2.1).
Нивелирование производилось с помощью нивелира Koni-007.
Измерение расстояний между реперами профильных линий производилось с помощью стальной компарированной рулетки. Вынос центров реперов осуществлялся с помощью жестких отвесов типа ОЖ, производства ВНИМИ (г. Санкт-Петербург, Россия). Длины измерялись с постоянным натяжением ленты 10 кГ с помощью динамометра. На каждом интервале по обоим концам рулетки бралось минимум по два отчета с точностью до одного миллиметра, а также измерялась температура воздуха с точностью до одного градуса. За измеренную длину принималось среднее из двух измерений. Расхождения в длине интервала не превышали двух миллиметров. В случае превышения этого значения измерения повторялись.
Расстояния между реперами профильной линии измерялись в прямом и обратном направлениях. Расхождения горизонтальных расстояний между крайними реперами прямого и обратного ходов не превышало 1/10000.
Камеральная обработка результатов каждой серии инструментальных наблюдений заключалась в определении абсолютных отметок рабочих реперов наблюдательной с