Розробка методів прогнозування і попередження зсувів в укосах на підроблюваних територіях

НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ

ІНСТИТУТ Гідромеханіки

 

Кугель Мирослав

 

УДК 622. 083+721. 011

 

 

05. 15. 09 Механіка ґрунтів та гірських порід

 

Автореферат дисертації

на здобуття вченого ступеня кандидата технічних наук

 

Київ 2002

 

Дисертацією є рукопис.

Роботу виконано в Інституті гідромеханіки Національної академії наук України.

Науковий керівник – доктор технічних наук, професор Вовк Олексій Онуфрійович, Інститут гідромеханіки НАН України, головний науковий співробітник.

Офіційні опоненти – доктор технічних наук, в. о. директора Українського інституту досліджень навколишнього середовища і ресурсів при Раді національної безпеки і оборони України Трофимчук Олександр Миколайович.

– доктор технічних наук, професор, головний науковий співробітник Інституту механіки НАН України ЛУГОВИЙ Петро Захарович.

Провідна установа – Національна гірнича академія України

Захист відбудеться 25. 04. 2002 р. о 14 годині на засіданні Спеціалізованої вченої ради Д 26. 196. 01 при Інституті гідромеханіки НАН України за адресою: м. Київ, вул. Желябова, 8/4.

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Інституту гідромеханіки НАНУ.

 

 

Актуальність теми. Як показує аналіз літературних джерел і практики ведення гірських робіт, при розробці корисних копалин відбувається переміщення земної поверхні в горизонтальному і вертикальному напрямах. Осідання земної поверхні виражаються зсувами і деформацією породного масиву, що створюють несприятливі умови для стійкості породного масиву і активно впливають на утворення і розвиток зсувів-потоків. Крім того, на порушення стійкості укосів впливають гірські удари, що викликають сейсмічні імпульси, які у водонасиченому ґрунтовому масиві різко зменшують міцнісні параметри м'якої породи, створюють тиксотропне розрідження і сильно збільшують гідростатичний тиск, що призводить до зсувних явищ в укосах

Недостатня вивченість негативних впливів підземної розробки, сейсмічних імпульсів, що виникають від гірського удару, динамічних впливів від пересування важких транспортних засобів, різкого зменшення міцнісних параметрів м'якої породи при зливових дощах або штучному зволоженні з втратою стійкості укосів не дають можливості правильно оцінити їх напружено-деформований стан, застосувати раціональні інженерні методи забезпечення стійкості укосів в районах розробки корисних копалин, яка по суті викликає деформації і руйнування житлових будинків, промислових і виробничих споруд.

Вище викладене характеризує актуальність проблеми, яка базується на необхідності проведення наукових досліджень з розробки методів прогнозу та методики розрахунку стійкості укосів на територіях, що підробляються, розробки ефективних протизсувних заходів, що забезпечують стійкість укосів в умовах техногенних впливів.

Зв'язок роботи з науковими програмами і планами. Робота виконана автором згідно з планом НДР Інституту гідромеханіки НАН України 1999-2000 р. “Дослідження взаємодії ударних вибухових хвиль з елементами конструкцій і споруд в породному масиві” та НДР “Розробка методів прогнозування напружено-деформованого стану грунтових схилів та укосів під дією природних і техногенних факторів” (затвердженою вченою радою ІГМ НАНУ, протокол № 12 від 7 листопада 2000 р.), в яких автор приймав участь як виконавець, а також відповідно до договорів з Сілезьким технічним університетом по розробці протизсувних заходів на поверхні шахт Верхньо-Сілезького вугільного басейну 1996-2000 рр. в яких автор брав активну участь.

Мета роботи. На основі комплексних експериментально-теоретичних досліджень розробити наукові основи і методики розрахунку стійкості укосів на територіях, що підробляються, з урахуванням негативних

впливів деформацій від підземних гірничих робіт, сейсмічних імпульсів, що викликаються гірськими ударами, різких змін міцнісних параметрів при зволоженні і розрідженні ґрунтового масиву від циклічних динамічних впливів на поверхні, розробити ефективні інженерні протизсувні заходи щодо забезпечення стійкості укосів в цих умовах.

Ідея роботи полягає в урахуванні впливу технологічних і природних чинників в межах рухомої мульди осідання на стійкість природних укосів при розробці пластових родовищ.

Задачі досліджень. Для досягнення поставленої мети визначені наступні задачі досліджень:

на основі систематизації основних понять, що характеризують зсув, виробити критерії визначення масштабів цих явищ, що впливають на втрату стійкості укосів. Встановити необхідні початкові параметри для прогнозування величини зсувів і деформацій земної поверхні і механізмів виникнення і розвитку зсувів-потоків в схилах під впливом і деформацій земної поверхні при підземній розробці;

встановити закономірності взаємодії сейсмічних імпульсів, викликаних гірськими ударами, з зсувонебезпечними укосами;

встановити потенційну здатність ґрунтів укосу до ущільнення при зволоженні в природних умовах залягання і зміну критичної щільності ґрунту під впливом підземної розробки;

вирішити задачу по визначенню граничного напружено-деформованого стану ґрунтового масиву в умовах втрати стійкості укосу в рамках теорії пружно-пластичних станів з використанням основних положень теорії пластичності і течії, в тому числі схеми жорстко-пластичного тіла;

дослідити механізм порушення стійкості укосів під впливом атмосферних чинників, в поєднанні з динамічними впливами гірських ударів і підземною розробкою;

розробити комплексні методи розрахунку на стійкість в цих умовах;

розробити ефективні протизсувні заходи.

Методи дослідження. Методичну основу комплексу длсліджень складають аналіз та узагальнення відомих наукових результатів та практичного досвіду прогнозування і попередження зсувних явищ в укосах, математичне та фізичне моделювання критичного напружено-деформованого стану анізотропного породного масиву при визначенні стійкості укосів в межах мульди осідання в зоні впливу підземних гірничих робіт. Міцнісні властивості визначались в ході лабораторних