МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА СДВИЖЕНИЯ ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ ВСЛЕДСТВИЕ ПОДРАБОТКИ УГОЛЬНЫМИ ПЛАСТАМИ

MATHEMATIC MODELING OF SURFACE DISPLACEMENT DUE TO UNDEGROUND COAL MINING

Tuyak Issabek

doctor of Science, Head of Working out of mineral deposits Department  KSTU Professor,

Kazakhstan, Karaganda

Dina Ivadilinova

phD. Student of Working out of mineral deposits Department,KSTU, 

Kazakhstan, Karaganda

АННОТАЦИЯ

В статье рассмотрены последствия ведения подземных горных работ по добыче каменного угля в Карагандинском угольном бассейне. Определены параметры процесса сдвижения. Указана программа, в которой была создана объемная модель процесса сдвижения земной поверхности.

ABSTRACT

The article examines effects of underground coal mining in Karaganda coal deposit. Defined the parameters of displacement process. Shown soft for 3D modeling of surface displacement process.

Ключевые слова: каменный уголь, объемная модель, сдвижение.

Keywords: coal, 3D model, replacement.

Математическое 3D моделирование процесса сдвижения земной поверхности дает возможность визуально анализировать процесс сдвижения, получать вертикальные разрезы в заданной плоскости. Математическое 3D моделирование производилось в программе Surpac. Для этого были использованы данные детальной геодезической съемки поверхности с помощью GPS приемника.

Surpac – это программная система для оценки рудных тел, проектирования карьеров и подземных рудников, горного планирования и горного производства, используемая геологами, инженерами и маркшейдерами в ежедневной работе. Программное обеспечение Surpac является наиболее широко используемой в мире программной системой такого типа, поддерживающей подземные горные работы, открытый метод отработки и разнообразные геологоразведочные проекты в более чем 90 странах мира.

Surpac состоит из модулей и легко персонализируется. Surpac уменьшает количество дублируемых данных за счет подсоединения к родственным базам данных и установления связи с распространенными файловыми форматами из систем GIS, CAD.

По объемной модели возможно определить физические характеристики поверхности на основе построения разрезов, которые получаются простым проведением нужной линии, что является ключевым потенциалом программы Surpac, использующей мощную трехмерную графику, разнообразные геостатические методы и интегрированную среду моделирования [5].

Объемная модель положения земной поверхности на октябрь 2008 года и на март 2009 года представлена на рисунке 1:

Рисунок 1. Объемная модель земной поверхности

Для определения скорости сдвижения земной поверхности над лавой 45 К_2-3-з были проведены дополнительные измерения отметок точек с помощью тахеометра Leica TPS 407. Отработка лавы 45 К_2-3-з была начата в феврале 2008 года. Ранее в этом районе в 1987–1989, 1993–1994, 1998–2006 годах были отработаны лавы по пластам К₁, К₂, К₃ (рисунок 2) [1].

В Карагандинском угольном бассейне процесс сдвижения земной поверхности начинается при отходе забоя лавы от разрезной печи на 0,3×Н при первичной и 0,2×Н – при повторных подработках.

Следовательно, для лавы 4  К_2-3-з процесс сдвижения начался через:

0,2×Н = 0,2×620 = 120 м,

где: Н – средняя глубина разработки

Рисунок 2. Отработка лав по пластам К₁, К₂, К₃

Данное значение отхода забоя лавы от разрезной печи получено через два месяца после запуска лавы, то есть в апреле 2008 года.

Максимальная скорость оседания в период опасных деформаций для Карагандинского бассейна определяется по формуле [3]:

,

где: т – вынимаемая мощность пласта, мм;

Н – глубина разработки, м;

α – угол падения пласта, рад;

с – скорость очистного забоя, м/сут;

Н₁ – мощность ранее подработанной толщи, м.

Максимальная скорость оседания для рассматриваемой лавы 45 К_2-3-з составит:

мм/мес.

Общая продолжительность процесса сдвижения для Карагандинского угольного бассейна составляет [4]:

,

где: Н – глубина разработки, м;

U – скорость подвигания забоя лавы, м/мес.

Результаты серии геодезических измерений (таблица 1) показали, что сдвижение земной поверхности во времени протекает неравномерно.

Таблица 1.

Результаты геодезических измерений

Максимальная скорость оседания составила 450 мм/мес, что на 63 мм больше теоретического значения (387 мм/мес). Из полученных данных можно сделать вывод о том, что характер процесса сдвижения заметно изменяется в условиях разработки свиты пластов по сравнению с проявлениями сдвижения при отработке изолированной лавы.

Активизация процесса сдвижения вызвала увеличение максимальной скорости сдвижения при повторной подработке по пластам К₁, К₂, К₃. Активизация явилась следствием зависания пород при первичной подработке и устранения зависаний при повторных подработках [2].

Общая продолжительность процесса сдвижения составила 1 год 6 месяцев, что на 2 месяца больше теоретического значения.

Период опасных деформаций (декабрь 2008 – ноябрь 2009) пришелся на конец отработки лавы 48 К₁₂-1-в и началу отработки лав 45 К_2,3-з и 44 К₇-з.

Объемная 3D модель, созданная в программе Surpac, позволила визуально отобразить все стадии оседания и произвести анализ величин оседаний в каждой точке земной поверхности.

Список литературы:

1. Планы горных выработок шахты имени Костенко Угольного департамента АО «АрселорМиттал Темиртау».
2. Поклад Г.Г. Сдвижение горных пород и земной поверхности под влиянием подземных горных работ. – Караганда: КарПИ, 1984. – С. 160.
3. Правила охраны сооружений и природных объектов от вредного влияния подземных горных разработок в Карагандинском бассейне. – Караганда: КазНИМИ, 1997. – С. 138.
4. Сакенова Д.Т. Изменение планового и высотного положения пунктов государственной геодезической сети вследствие их подработки // Тезисы докладов международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы горно-металлургического комплекса Казахстана». – Караганда, КарГТУ, 2009. – С. 77.
5. fRaudi Bristol, Phil Jackson, Gemma O’Farrell, Duncan Hall, Vladimir Krupnik. – Gemcom Software, 2008.