РАЗДЕЛ 2
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ГЕОМЕТРИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ПОВЕРХНОСТИ МУЛЬДЫ СДВИЖЕНИЯ НАД ДВИЖУЩИМСЯ ОЧИСТНЫМ ЗАБОЕМ
2.1. Формирование мульды сдвижения при отработке отдельной лавы. Термины и понятия, связанные со сдвижением земной поверхности во времени
Рассмотрим схему формирования мульды сдвижения над движущимся очистным забоем от начала оседания земной поверхности до его окончания при пологом залегании разрабатываемого пласта (см. рис. 2.1).
Сдвижения земной поверхности проявляются не сразу после начала отработки лавы, а по достижении ею определенных размеров. С появлением первых признаков сдвижения на земной поверхности формируются две полумульды - "прямая", передвигающаяся в направлении очистных работ, и "обратная", которая распространяется в сторону массива от разрезной печи.
Обратная динамическая полумульда - это часть динамической мульды сдвижения, ограниченная точкой максимального оседания и границей мульды сдвижения со стороны разрезной печи.
Прямая динамическая полумульда - часть динамической мульды сдвижения, расположенная над движущимся очистным забоем и ограниченная точкой максимального динамического оседания и подвижной границей мульды сдвижения со стороны очистного забоя.
По мере развития горных работ размеры и площадь мульды, и, соответственно, обеих полумульд увеличиваются. Величины оседаний в мульде постоянно возрастают, а точка с максимальным значением оседания ?mt перемещается по наклонной траектории в сторону перемещения очистного забоя.
Рис. 2.1. Схема сдвижения земной поверхности в процессе отработки лавы
Перемещение обратной полумульды ограничено - ее поверхность постепенно приближается к определенному конечному положению. Прямая полумульда изменяет свою форму и перемещается в пространстве значительно интенсивнее обратной. Этот процесс длится до достижения оседанием некоторой величины ?mах t. С этого момента изменение формы поверхности прямой полумульды и рост сдвижений и деформаций в ней практически прекращаются. Обратная полумульда переходит в стадию затухания и последующего прекращения сдвижения поверхности. Описанный этап развития мульды сдвижения можно обозначить как период ее формирования.
Следующий период развития мульды сдвижения характеризуется почти горизонтальной траекторией перемещения точки с максимальным оседанием, "отрывом" прямой полумульды от обратной и ее плоскопараллельным перемещением в направлении подвигания очистного забоя.
Профиль прямой полумульды на этом этапе остается неизменным и характеризуется постоянством величин максимального оседания ?mах t и стабильным положением точек с максимальными значениями деформаций земной поверхности относительно очистного забоя в любой момент времени. Такое стабильное во времени и пространстве течение процесса сдвижения земной поверхности длится еще некоторое время после остановки очистного забоя.
По окончании периода стабильного сдвижения наступает стадия затухания процесса сдвижения в прямой полумульде, характеризующаяся ее незначительным удлинением и выполаживанием.
Термин "мульда" может применяться как для закончившегося, так и для условий развивающегося процесса сдвижения. В самой мульде одновременно возможно присутствие участков поверхности с закончившимся процессом сдвижения (со стороны разрезной печи) и участков в состоянии продолжающегося сдвижения (со стороны очистного забоя). Поэтому нам представляется более правильным следующее определение.
Мульда сдвижения земной поверхности - участок земной поверхности, подвергшийся и (или) подвергающийся сдвижению под влиянием горных выработок.
При этом в зависимости от степени развития процесса сдвижения необходимо различать мульду в двух состояниях - статическую и динамическую.
Статическая мульда - мульда сдвижения земной поверхности в состоянии установившегося равновесия горных пород после их подработки. Характеризует состояние земной поверхности после окончания процесса сдвижения.
Динамическая мульда сдвижения - мульда сдвижения земной поверхности в процессе ее развития над действующими горными работами и после их окончания, под воздействием геомеханических процессов в подработанном горном массиве, до момента установления равновесия горных пород. Синонимом динамической мульды может служить термин кинетическая мульда сдвижения.
Выражение "статическая мульда" иногда встречается в литературе, но чаще всего его заменяют термином "мульда". Что же касается динамической мульды, то этот термин обычно используют для обозначения отдельной части мульды сдвижения, относящейся к области плоского дна мульды в процессе его развития над движущимся очистным забоем. Динамическую мульду так же называют мульдой над движущимся очистным забоем. Это определение не совсем верно, т.к. сдвижения начинаются при достижении очистной выработкой определенных размеров, а предшествующее этому подвигание очистного забоя не сопровождается сдвижением земной поверхности.
В статической мульде выделяют: плоское дно мульды, а так же полумульды: L1 - по падению, L2 - по восстанию и L3 - по простиранию [238].
В динамической мульде следует выделять ряд областей в зависимости от степени развития и характера протекания процесса сдвижения:
* область формирования мульды сдвижения - динамическая мульда, с момента начала процесса сдвижения земной поверхности до момента, когда максимальное оседание в мульде достигло предела и крыло мульды сдвижения со стороны выработанного пространства перестает изменять свою геометрию и начинает совершать плоскопараллельное перемещение совместно с забоем очистной выработки;
* область синхронного сдвижения - часть динамической мульды, следующая после области ее формирования, в которой различные точки земной поверхности в сечении, параллельном подвиганию забоя, через одинаковые промежутки времени до или после прохождения под ними линии забоя приобретают одинаковые величины сдвижений и деформаций. Характеризуется постоянством геометри