Методические указания по применению глубинных реперов для изучения напряженно-деформированного состояния массива горных пород
Актуально на 11.11.2026.
Как цитировать: "Методические указания по применению глубинных реперов для изучения напряженно-деформированного состояния массива горных пород". https://bukva.ai/docs/metodicheskie-ukazaniya-po-primeneniyu-minugleprom-sssr-ministerstvo
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
ПО ПРИМЕНЕНИЮ ГЛУБИННЫХ РЕПЕРОВ ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ МАССИВА ГОРНЫХ ПОРОД
Методические указания содержат описание замерных пунктов и наблюдательных станций глубинных реперов, способов проведения и обработки результатов наблюдений, изложение путей решения ряда задач, связанных с оценкой напряженно-деформированного состояния массива горных пород и определением границ зон, защищенных от горных ударов и выбросов угля и газа.
В работе даны методические указания по постановке и проведению шахтных инструментальных наблюдений за перемещениями горных пород с помощью глубинных реперов. Метод глубинных реперов может быть использован для изучения различных проявлений горного давления при подземной разработке угольных, рудных и нерудных месторождений полезных ископаемых. Главное внимание уделено проблеме предотвращения горных ударов и установлению параметров защитного действия опережающей отработки неопасных пластов.
Методические указания содержат рекомендации по выбору типа и параметров наблюдательной станции, способа и режима наблюдений, измерительных средств, по обеспечению требуемой точности измерений и надежности получаемой информации, по способам обработки данных наблюдений. В приложениях даны конкретные конструктивные решения, связанные с оборудованием замерных пунктов, а также пути решения некоторых задач, касающихся расчета напряженно-деформированного состояния горных пород и определения границ зон, защищенных от горных ударов и внезапных выбросов угля и газа.
Методические указания рассмотрены Ученым советом ВНИМИ и рекомендованы для использования научно-исследовательскими организациями Минуглепрома СССР и других ведомств, изучающими проявления горного давления, деформации и сдвижение горных пород в шахтных условиях, прежде всего, в связи с решением проблем предотвращения горных ударов и внезапных выбросов угля, породы и газа. Методические указания могут оказаться полезными и при решении ряда других задач механики горных пород.
ВВЕДЕНИЕ
Практика ведения горных работ на глубоких горизонтах ставит перед производственниками, проектировщиками и исследователями задачи, решение которых требует знания величин и характера распределения смещений и деформаций в массиве пород при проведении горных выработок.
Одним из надежных и апробированных методов изучения смещений и деформаций горных пород в массиве является метод глубинных реперов, предложенный И.М. Петуховым и Г.Т. Нестеренко в 1949 г. для применения в скважинах, пробуренных с земной поверхности. В 1951 — 1952 гг. метод глубинных реперов — с использованием скважин, пробуренных из подземных выработок, — был впервые разработан и применен при изучении горных ударов в Кизеловском бассейне [1]. Первые сведения о конструкциях отечественных глубинных реперов содержатся в работах [1, 2, 3, 6].
Суть метода в том, что в исследуемой области массива горных пород пробуривают скважины (из горных выработок или с земной поверхности), в которых на нужных расстояниях от устья тем или иным способом закрепляют глубинные реперы, и по изменению положения этих реперов вдоль скважины или по изменению расстояний между ними судят о перемещениях соответствующих точек массива или о деформациях соответствующих интервалов. Если в качестве глубинных реперов применяют скважинные деформометры, то одновременно получают сведения о радиальных смещениях стенок скважин.
Достоинством метода является то, что он позволяет изучать деформации и перемещения участков массива горных пород в глубине, на достаточном удалении от обнажения, вне зоны влияния горных выработок, из которых пробурены скважины.
С помощью глубинных реперов можно наблюдать деформации упругого сжатия и восстановления горных пород.
Наблюдаемые с помощью глубинных реперов деформации и смещения относятся к категории так называемых проявлений горного давления и в этом качестве содержат информацию о напряженном состоянии массива пород. При надлежащей постановке наблюдений по глубинным реперам полученные в итоге результаты могут быть использованы для оценки напряжений, действующих в массиве горных пород, и упругих характеристик изучаемого массива.
В настоящее время метод глубинных реперов является признанным и широко применяемым средством исследования проявлений горного давления, границ и эффективности действия опережающей отработки защитных пластов и ряда других задач механики горных пород.
При составлении настоящих Методических указаний ставилась задача изложить в них методику постановки и проведения наблюдений с помощью глубинных реперов и реперов-деформометров в целях определения величин и характера распределения смещений и деформаций в массиве горных пород для исследования горных ударов и защитного действия опережающей отработки пластов, слоев и залежей.
В работе над Методическими указаниями составители пользовались трудами И.М. Петухова [1, 3, 4, 6], Г.Т. Нестеренко [2, 5] и других авторов, инструкциями, утвержденными Госгортехнадзором СССР [7, 8, 9], техническими инструкциями [10, 11, 12] и методическими указаниями [13, 14, 15, 16, 25, 26, 30, 32], касающимися проведения инструментальных наблюдений в области маркшейдерского дела и механики горных пород, справочной [17, 18] и патентной [21, 22] литературой.
1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
1.1. Основными задачами, решаемыми с помощью глубинных реперов в области исследования горных ударов и защитного действия опережающей отработки, являются:
- установление границ зон опорного давления, разгрузки и защищенных зон вокруг очистных и подготовительных выработок;
- установление границ зон повышенного горного давления, вызванных влиянием угольного массива на соседних пластах;
- оценка эффективности защитного действия;
- оценка механического поведения, реологических характеристик массива горных пород и расчет действующих в нем напряжений.
1.2. Область влияния заглубленной очистной выработки (рис. 1) включает зоны повышенного горного давления (ПГД), разгрузки и защиты. Участки угольных пластов, расположенные в пределах зоны ПГД, соответствуют традиционному понятию зоны опорного давления.
Рис. 1. Схема воздействия очистной выработки на окружающий породный массив:
1 — граница области влияния выработки; 2 — зона повышенного
горного давления (ПГД); 3 — зона разгрузки; 4 — зона,
защищенная от горных ударов и внезапных выбросов угля
(породы) и газа; 
- эпюра нормальных к напластованию
напряжений \sigma_{y} ; 5 — уровень напряжений вне области влияния
выработки (\sigma_{y} = \gamma H) ; а — опасный пласт; б — защитный
Границы зоны разгрузки аппроксимируются прямыми, проведенными под углами \beta_{i} (i = 1, ..., 6) к плоскости пласта, а границы защищенной зоны — под углами \delta_{i} (i = 1, ..., 6) (рис. 2).
Рис. 2. Угловые параметры защитного действия опережающей отработки:
а и б — сечения вкрест простирания и по простиранию
В табл. 1 даны обозначения и определения указанных зон и других понятий, встречающихся в последующем изложении и характеризующих горно-технические условия и степень проявления разгружающего и защитного воздействия опережающей отработки. Приведены, кроме того, определения основных элементов наблюдательной станции глубинных реперов.
| N п/п |
Термин | Определение | Обозначение | Размерность |
|---|---|---|---|---|
| 1 | Область влияния горной выработки | Часть массива горных пород, в пределах которой происходят сдвижения и деформации пород, обусловленные перераспределением напряжений в результате проведения выработки | \sigma_{y} \neq \gamma H | |
| 2 | Зона повышенного горного давления | Часть массива горных пород в пределах области влияния выработки, в которой напряжения больше, чем в нетронутом массиве <*> | \sigma_{y}>\gamma H | - |
| 3 | Зона разгрузки | Часть массива горных пород в пределах области влияния выработки, в которой напряжения меньше, чем в нетронутом массиве | \sigma_{y} \leq \gamma H | - |
| 4 | Защищенная зона | Часть зоны разгрузки, в пределах которой напряжения меньше, чем в нетронутом массиве на критической глубине H0 | \sigma_{y}<\gamma H_{0} | - |
| 5 | Критическая глубина | Глубина от земной поверхности, начиная с которой при горных работах возникают осложнения, связанные с динамическими явлениями (горные удары, внезапные выбросы и пр.), потерей устойчивости пород в стенках выработок и т.д. | H0 | м |
| 6 | Ширина очистной выработки | Расстояние между начальным и конечным положением очистного забоя | 2x0 | «» |
| 7 | Длина очистной выработки | Длина очистного забоя | 2a | «» |
| 8 | Перемещение (смещение) репера | Величина изменения расстояния между реперами: данным и принятым за неподвижный. Имеет знаки «+» при увеличении этого расстояния и «-» при его уменьшении | V | мм |
| 9 | Конечное перемещение репера | Перемещение, вызванное образованием выработки шириной 2x0 | V | «» |
| 10 | Элементарное перемещение репера | Перемещение, вызванное единичным подвиганием \Delta x_{0} очистного забоя | \Delta V | «» |
| 11 | Абсолютная деформация интервала между реперами | Величина изменения расстояния между данными реперами m и n | Vm — Vn | «» |
<*> Здесь и в дальнейшем имеются в виду нормальные напряжения \sigma_{y} , действующие в направлении, перпендикулярном напластованию.
| N п/п | Термин | Определение | Обозначение | Размерность |
| 12 | Относительная деформация интервала между реперами | Отношение величины Vm — Vn к первоначальной длине интервала между данными реперами. Различают деформации горных пород по следующим направлениям: | \epsilon_{m - n} | - |
| - по вертикали | \epsilon_{z} | |||
| - по нормали к напластованию | \epsilon_{y} | |||
| - по простиранию | \epsilon_{x} | |||
| - по падению (восстанию) | \epsilon_{x\prime} | |||
| 13 | Радиальное смещение стенок скважины | 1/2 величины изменения диаметра скважины | u | мм |
| 14 | Относительное радиальное смещение стенок скважины | Отношение радиального смещения к первоначальному радиусу скважины | \epsilon_{u} | - |
| 15 | Угол разгрузки | Угол между плоскостью пласта (залежи) <*> и линией, соединяющей границу очистной выработки с точкой (точками) в массиве горных пород, в которой кривая деформаций меняет знак | \beta_{i} (i = 1, ..., 6) | градус |
| 16 | Угол защиты | Угол между плоскостью пласта и линией, соединяющей границу очистной выработки с точкой (точками) в массиве горных пород, в которой отмечено достижение максимального значения деформации упругого восстановления | \delta_{i} (i = 1, ..., 6) | «» |
| 17 | Замерный пункт | Скважина, оборудованная глубинными реперами, предназначенная для измерения деформаций и перемещений в одном из направлений; пара контурных реперов, предназначенная для той же цели | - | |
| 18 | Замерный узел | Скважина (или группа скважин), оборудованная глубинными реперами и предназначенная для одновременного измерения перемещений и деформаций в нескольких направлениях; две и более пар контурных реперов, предназначенных для тех же целей | - | |
| 19 | Наблюдательная станция | Система замерных пунктов или узлов, а также опорных реперов, предназначенная для исследования деформаций и перемещений пород в области влияния данной выработки |
<*> В дальнейшем для краткости скобки со словом «залежь» будут опущены.
Определения угловых параметров (см. табл. 1, позиции 15 и 16) даны с точки зрения возможности их установления в ходе шахтных инструментальных наблюдений за перемещениями и деформациями пород с помощью глубинных реперов. Некоторые из этих параметров содержатся в инструкциях [7, 9], где они служат для построения защищенных зон. Их значения получены путем обобщения результатов инструментальных наблюдений, аналитических исследований, опыта использования защитных пластов. Способы установления или уточнения углов разгрузки и защиты на базе наблюдений за перемещениями и деформациями пород изложены в прил. 4.
1.3. Закладка наблюдательной станции (или комплекса наблюдательных станций), а также проведение инструментальных наблюдений осуществляются по заранее составленному проекту, который должен учитывать поставленные задачи, геологические условия и горно-техническую обстановку. Проект состоит из графической части и пояснительной записки.
- совмещенный план горных работ на участке наблюдений;
- разрезы по простиранию и вкрест простирания пластов;
- структурную колонку исследуемой породной толщи.
- схему расположения скважин с указанием их длины, диаметра и углов ориентации;
- схему расположения глубинных и контурных реперов, реперов-деформометров и конструктивные особенности оборудования замерных пунктов и узлов.
Масштаб графических документов выбирается в зависимости от размеров исследуемой области массива пород, от густоты замерных пунктов и протяженности наблюдательных станций. Рекомендуемые масштабы 1:500, 1:100 и 1:50 (для схемы закладки реперов).
Пояснительная записка к проекту наблюдательной станции должна содержать:
- изложение цели и задач наблюдений;
- краткую горно-техническую характеристику района закладки наблюдательной станции;
- обоснование выбранного типа наблюдательной станции;
- обоснование принятого расположения реперов в скважине и замерных пунктов в рамках станции;
- описание способов установки реперов, реперов-деформометров, кондукторов и стационарных измерительных устройств;
- методику отбора образцов горных пород для испытания их механических свойств с указанием мест отбора и количества образцов для каждой геологической разности;
- методику производства наблюдений с указанием типов применяемых измерительных устройств, а также частоты и сроков (режима) проведения наблюдений.
2. УСТРОЙСТВО ЗАМЕРНЫХ ПУНКТОВ И УЗЛОВ
2.1 Замерный пункт состоит из следующих основных элементов (рис. 3):
- глубинных реперов;
- замерных устройств и приспособлений;
- системы связи между реперами и замерными устройствами.
Рис. 3. Элементы и типы замерных пунктов и узлов:
а — конструктивные элементы замерного пункта; 1 — репер; 2 — связи; 3 — кондуктор; 4 — замерные устройства; б — замерные пункты типа А; в — замерный узел типа Б; г — замерный узел типа В; \cdot — глубинный репер; ☐ — глубинный репер-деформометр
2.2. По способу закрепления в скважине реперы можно разделить на следующие типы: клиновые; шарнирные; якорные; эксцентриковые; пружинные; со взрывным способом закрепления; бетонитовые; засыпные; застреливаемые. Рекомендуемые конструкции реперов и способы их установки в скважине приведены в прил. 1.
2.3. Системы связи с замерными устройствами подразделяются на механические и немеханические.
Механические связи могут быть жесткими и гибкими. В качестве жестких связей могут применяться стержни (штоки) диаметром 8 — 12 мм и телескопические системы труб из легких металлов (дюраль) и сплавов. В качестве гибких связей может использоваться антикоррозийная стальная (ГОСТ 5548-50) или титановая проволока диаметром от 0,5 до 2,5 мм.
Немеханические связи применяются в тех случаях, когда в качестве глубинного репера используются датчики, положение которых в массиве пород определяется с помощью геофизических средств. Например, положение радиоактивных реперов определяется с помощью гамма-каротажа или радиографических приборов.
2.4. Область применения жестких механических связей ограничивается глубиной скважины (до 50 м) и количеством реперов в ней.
В скважине диаметром 43 мм можно установить не более четырех реперов, диаметром 59 мм — не более шести, диаметром 76 мм — не более восьми.
Если в скважину нужно заложить большее количество реперов или если они закладываются на глубину больше 50 м, рекомендуется применение гибких связей.
При прочих равных условиях использование жестких связей обеспечивает более высокую точность измерения. В табл. 2 указана область применения различных технических средств метода глубинных реперов.
Область применения рекомендуемых технических средств
Примечание: 
- область применения.
2.5. В крутопадающих и в направленных вертикально вниз скважинах при использовании жестких связей целесообразно применять специальные направляющие втулки для исключения погрешностей, вызываемых изгибом става штоков или труб в скважине. Конструкция направляющих втулок и способы их установки в скважине показаны в прил. 2. Аналогичные направляющие устройства желательно применять и в пологопадающих скважинах.
2.6. При использовании гибких связей для закрепления проволоки рекомендуется использовать специальные протарированные измерительно-натяжные устройства (прил. 3).
2.7. Гибкие связи необходимо предохранять в скважине от вредного воздействия коррозии и электрических полей. Для этого следует применять антикоррозийные и изолирующие покрытия (лаки).
В целях предотвращения коррозии все элементы замерного пункта следует смазывать солидолом.
2.8. При гибких связях и струнном методе регистрации смещений (когда проволока служит одновременно и чувствительным элементом — струной) диаметр проволоки не должен превышать 1 мм. При других способах измерения рекомендуется использовать проволоку большего диаметра.
2.9. Замерное устройство обычно состоит из кондуктора, крепежных и отсчетного приспособлений. Кондуктор служит, как правило, для установки и закрепления на нем отсчетных приспособлений.
2.10. Отсчетные устройства могут быть стационарными и переносными. В качестве последних могут использоваться линейки, штангенциркули, рулетки, измерительные стойки типа СУ-II и СУИ-II, устройства с индикаторами ИЧ-10 и ИЧ-5, служащими чувствительными элементами, просто индикаторы ИЧ-10 и ИЧ-5 <*>.
<*> Рулетки ВНИМИ, измерительные стойки и устройства с индикаторами часового типа изготавливаются на Опытно-экспериментальном заводе ВНИМИ.
Как стационарные измерительные устройства можно применять стойки СУ-II и СУИ-II, индикаторы часового типа стержневые (ИЧ-5, ИЧ-10) и блочковые (6ПАО), реостатные РД-2 и импульсные ИД-1 датчики в сочетании с соответствующей регистрирующей аппаратурой (станции СРД-3 для реостатных датчиков и СИД-1 для импульсных). Кроме того, можно использовать струнный метод измерений смещений. Регистрация смещений с помощью реостатных, импульсных и струнных датчиков может осуществляться дистанционно и автоматически (самопишущими приборами). Могут также применяться механические самописцы рычажного типа.
Рекомендуемые конструкции переносных и стационарных измерительных устройств и кондукторов скважин приведены в прил. 3.
2.11. По количеству реперов в скважине и их целевому назначению замерные пункты можно разделить на три типа:
- с одним глубинным репером, предназначенный для измерения смещений некоторой точки в глубине массива;
- с двумя глубинными реперами, предназначенный для измерения деформации некоторого слоя в толще пород;
- с тремя и более реперами, предназначенный для одновременного определения деформации нескольких слоев пород.
2.12. По взаимному расположению скважин, реперов в скважинах и по целевому назначению замерные пункты и узлы можно разделить на следующие типы (см. рис. 3):
- одна скважина, оборудованная глубинными реперами-деформометрами, предназначенная для одновременного измерения смещений пород вдоль скважины и радиальных смещений стенок скважины;
- две скважины, пробуренные под углом 180° друг к другу (соосные), связанные единой измерительной системой и предназначенные для измерения деформаций интервала, включающего в себя выработку, из которой пробурены скважины (замерные пункты типа А и узлы типа Б);
- пересекающиеся и скрещивающиеся скважины, расположение реперов в которых позволяет измерять перемещения и деформации одновременно в нескольких направлениях (замерный узел типа В, «крест»);
- веерообразно расположенные скважины, позволяющие производить одновременно измерение смещений и деформаций в нескольких направлениях (замерный узел типа В, «веер»);
- параллельные скважины с «шахматным» порядком расположения реперов, предназначенные для увеличения количества измеряемых интервалов (применяются, если нет возможности заложить в одну скважину необходимое количество реперов);
- комбинированные замерные пункты, представляющие собой различные сочетания перечисленных выше типов.
2.13. В тех случаях, когда надо исключить влияние подготовительной выработки, в которой оборудуется замерный пункт, ближайшие к этой выработке реперы следует располагать за зоной влияния выработки. Если размеры указанной зоны не установлены, то расстояние до ближайших реперов должно быть не менее 3R, где R — наибольший поперечный размер выработки.
2.14. В большинстве случаев следует так располагать реперы вдоль скважины, чтобы каждая пара охватывала либо однородный слой, либо — при тонкослоистой структуре массива — некоторую пачку пород, периодически повторяющуюся в геологическом разрезе. Нижний предел расстояния между реперами данной пары определяется чувствительностью измерительных приборов и, как правило, не должен быть меньше 1,5 м. Кроме того, если пара реперов заложена в однородном слое пород, расстояние между этими реперами должно быть таким, чтобы интервал включал в себя не менее четырех-пяти структурных блоков. Размеры структурных блоков определяются съемкой трещиноватости всех исследуемых пород, вскрытых квершлажными выработками.
3. НАБЛЮДАТЕЛЬНЫЕ СТАНЦИИ
3.1. Наблюдательная станция глубинных реперов должна давать полноценную и всестороннюю информацию об изучаемом процессе, происходящем в массиве горных пород.
Участок для оборудования наблюдательной станции выбирается таким образом, чтобы она не оказалась одновременно в зоне влияния нескольких очистных или подготовительных забоев (если целью наблюдений не является изучение совместного влияния этих забоев). Последовательное, разобщенное во времени влияние нескольких забоев не только допустимо, но и в ряде случаев желательно.
Профильные линии замерных пунктов (узлов), составляющих наблюдательную станцию, должны, как правило, располагаться по наиболее характерным направлениям (оси y, x, x' и z, см. рис. 2) и на участках, где ожидаются наиболее интенсивные и характерные проявления изучаемого процесса.
3.2. Для повышения надежности получаемой информации желательно, чтобы схема наблюдательной станции обеспечивала возможность дублирования наиболее важных измерений с помощью идентичных замерных пунктов (узлов).
3.3. В процессе бурения скважин для закладки наблюдательной станции рекомендуется производить отбор образцов керна из всех слоев горных пород для лабораторных испытаний их механических свойств, а на имеющихся в горных выработках обнажениях — производить съемку трещиноватости этих пород, чтобы определить направление и густоту главных систем трещин.
3.4. В большинстве случаев целью закладки наблюдательной станции глубинных реперов является получение распределения деформаций и перемещений вдоль какой-то линии, например, распределение деформаций \epsilon_{y} , \epsilon_{x} , \epsilon_{x\prime} и \epsilon_{z} под очистной выработкой защитного пласта (слоя).
В практике шахтных исследований различают три основных способа наблюдений с целью получения такого распределения (и, соответственно, три основных типа наблюдательных станций): «универсальный»; способ измерения конечных перемещений (деформаций); способ измерения элементарных перемещений (деформаций). Соответствующие наблюдательные станции условимся в дальнейшем называть станциями первого, второго и третьего типов.
3.5. Суть универсального (первого) способа заключается в том, что замерные пункты наблюдательной станции охватывают всю область воздействия очистной выработки на всех этапах развития очистных работ (от разрезной печи до конечного положения забоя), причем в ходе измерения элементарных перемещений (деформаций) накапливаются конечные перемещения (деформации). При универсальном способе на любом этапе наблюдений может быть получено распределение как элементарных, так и конечных, накопленных к этому моменту, перемещений (деформаций).
Путем соответствующей детализации наблюдений конечные деформации могут быть условно разделены на две категории:
- упругие, т.е. такие, которые вызваны собственно подвиганием забоя влияющей очистной выработки или суммарным воздействием многократных единичных подвиганий \Delta x_{0} забоя, которые привели к образованию выработки шириной 2x0;
- деформации ползучести, т.е. такие, которые развиваются в интервалах между смежными добычными циклами или во время простоев внутри циклов.
Универсальный способ, следовательно, дает наиболее полную и объективную картину деформирования пород, но применяется он редко из-за организационных и технических трудностей, связанных с его осуществлением, особенно при большой конечной ширине 2x0 влияющей очистной выработки. Два других способа ставят целью упростить наблюдения, обеспечив в то же время получение существенной информации.
3.6. Суть способа измерения конечных перемещений (второй способ) заключается в том, что отсутствие большого количества замерных пунктов компенсируется подвиганием очистного забоя, который при этом как бы переводит замерный пункт из зоны повышенного горного давления в зону разгрузки и т.д. Группа замерных пунктов, составляющих станцию второго типа, закладывается на таком расстоянии от разрезной печи или от приближающегося очистного забоя, чтобы станция в момент начала функционирования еще не испытывала влияния очистных работ. Результаты, полученные в отдельных пунктах, приводят к одним и тем же положениям очистного забоя, в итоге получают усредненную кривую распределения наблюдаемых величин.
Область применения способа: качественная оценка процессов, происходящих в зонах повышенного горного давления и разгрузки в тех случаях, когда нет необходимости в строгом разделении конечных величин на деформации упругости и ползучести и в привязке полученного распределения деформаций к размерам влияющей выработки.
3.7. Суть способа измерений элементарных перемещений (третий способ) заключается в следующем. В отличие от предыдущего способа, когда по существу в одной точке накапливаются конечные перемещения, отражающие все этапы движения очистного забоя, в данном случае наблюдаются элементарные перемещения во многих точках, расположенных на разных расстояниях от условно неподвижного забоя. Иными словами, в первом случае искомое распределение конечных перемещений (деформаций) получается как следствие того, что забой проходит разные положения относительно неподвижной замерной точки, во втором же случае распределение элементарных перемещений (деформаций) есть результат того, что сама замерная точка как бы пробегает различные положения относительно условно неподвижного забоя, фиксируя воздействие на массив последнего единичного подвигания этого забоя.
Область использования элементарных перемещений: количественная оценка соответствия поведения надрабатываемого массива пород той или иной механической модели (например, линейная упругость или линейно-наследственная ползучесть); определение средневзвешенного модуля деформаций надрабатываемого массива; определение параметров зоны опорного давления на отрабатываемом пласте; расчет напряжений и защищенных зон в надработанном массиве.
Способ количественной оценки поведения надрабатываемых пород и приемы определения средневзвешенного модуля упругости надрабатываемого массива описаны в прил. 5.
3.8. При соблюдении параметров наблюдательной станции третьего типа, рекомендуемых в п. 3.13, полученное в ходе наблюдений распределение величин \Delta V , отнесенных к единичному подвиганию лавы \Delta x_{0} , с высокой степенью достоверности можно считать производной от конечных перемещений V по оси, совпадающей с линией наблюдений [19, 20]. Поэтому численное интегрирование кривой \frac{\Delta V}{\Delta x_{0}} (x) даст распределение конечных упругих перемещений V, вызванных образованием данной выработки шириной 2x0. Область использования конечных перемещений указана в п. 3.6.
3.9 Параметры наблюдательной станции первого типа выбираются из следующих условий:
- профильная линия замерных пунктов ориентируется в одном из характерных направлений (например, x, x' и y, см. рис. 2);
- нормальные деформации \epsilon_{y} и смещения Vy пород регистрируются во всей области влияния выработки или в той части области влияния, которая полностью характеризует все состояния массива пород — от нетронутого до стадии частичного или полного восстановления нагрузок.
Исходя из этих условий, можно рекомендовать следующие выражения для определения длины L профильной линии замерных пунктов наблюдательной станции первого типа:
- вдоль оси x' (см. рис. 2, а)
при 2a <= 2x0 L >= 2(a + hi) + l1 + l2, или L/2 >= a + hi + l;
при 2a > 2x0 L/2 >= x0 + hi + l;
- вдоль оси x (см. рис. 2, б)
при 2x0 <= 2a L/2 >= x0 + l + hi; при 2x0 > 2a L/2 >= a + l + hi, где hi — расстояние по нормали к напластованию от очистной выработки до профильной линии; i = 1 — наблюдается подрабатываемый массив; i = 2 — надрабатываемый; l1 и l2 — ширина зоны опорного давления соответственно у верхней и нижней границы выработки, определяемая по номограмме (рис. 4) <*>, при этом l = (l1 + l2)/2. Остальные обозначения см. в табл. 1.
<*> Номограмма рис. 4 отвечает в основном условиям угольных месторождений. На месторождениях с весьма крепкими вмещающими породами величины l1 и l2 могут иметь меньшие значения. В таких случаях целесообразно иметь конкретные сведения о размерах зоны опорного давления.
Рис. 4. Номограмма для определения ширины зоны опорного давления
Расстояние между замерными пунктами в наблюдательной станции первого типа рекомендуется принимать равным 0,2h, но не менее 2 м.
Скважины для закладки опорных реперов, используемых для нивелирных съемок, следует бурить на расстоянии не менее 50 м от краев профильной линии (см. п. 4.20).
3.10. Для получения наиболее полной информации о смещениях и деформациях горных пород в подрабатываемой толще при универсальном способе наблюдений подземные наблюдательные станции следует сочетать со станциями глубинных реперов, заложенными в скважинах, пробуренных с земной поверхности. В этом случае скважины на поверхности следует располагать в центральной части зоны сдвижения горных пород, по две-три скважины в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, секущих влияющую выработку по линии простирания и падения. Ввиду ограниченности количества глубинных реперов, которые можно заложить в одну скважину, глубинные реперы в соседних скважинах следует располагать с некоторым смещением в пространстве друг относительно друга с таким расчетом, чтобы в плоскости наблюдений глубинными реперами были охвачены все наиболее представительные пачки и слои горных пород, слагающих подрабатываемую толщу.
Наблюдения на поверхности должны, как минимум, дополнять шахтные.
3.11. Наблюдательная станция второго типа не обязательно должна охватывать значительную часть области влияния очистной выработки. Если станция однородна по типу составляющих ее замерных пунктов, то количество этих пунктов выбирается с таким расчетом, чтобы обеспечить достаточную надежность среднего результата. Для расчета числа пунктов используется величина ожидаемой или эмпирически установленной ошибки способа наблюдений. Как правило, число замерных пунктов должно быть не меньше трех — семи.
Расстояние между замерными пунктами в станции второго типа такое же, как и в станции первого типа.
3.12. Основные требования к наблюдательным станциям третьего типа, предназначенным для оценки реологической модели пород и расчета зон, защищенных от динамических и статических проявлений повышенного горного давления:
- элементарные перемещения следует измерять в надрабатываемом массиве;
- линия замерных пунктов должна быть перпендикулярна фронту очистных работ, а ее нормальная (к напластованию) проекция на пласт должна располагаться в средней части лавы;
- время выемки полосы угля в лаве или время работы выемочного агрегата на наиболее важном участке лавы (в районе ее середины) должно быть минимальным. Наиболее предпочтительно в этом плане применять узкозахватный механизированный комплекс;
- реперы следует выводить за пределы области влияния той подготовительной выработки, из которой бурились скважины (см. п. 2.13).
3.13 Параметры наблюдательной станции третьего типа (рис. 5):
- замерные точки располагают относительно очистного забоя таким образом, чтобы они охватывали всю область воздействия единичного подвигания \Delta x_{0} этого забоя. Обычно это составляет участок протяженностью 100 — 160 м;
- наблюдательная станция включает от 15 до 30 замерных пунктов. На участках, где предполагается получение критических точек кривой элементарных перемещений, замерные пункты «сгущаются», образуя так называемые «кусты» (см. рис. 5, б). Расстояние между замерными пунктами, образующими куст, составляет обычно 2 — 3 м; между пунктами, разделяющими кусты, — 5 - 7 м, между пунктами на «периферии» станции — 10 — 20 м. Если станция состоит из малого количества замерных пунктов (20 — 15), то указанные расстояния пропорционально увеличиваются;
- параметр y1 определяется из условия y1 < 50 м для выработки шириной 2x0 >= 4a и из условия y1 < 0,5x0 для выработки меньшей ширины. Последнее условие можно расшифровать так: как правило, ближайший к пласту репер следует располагать от него на расстоянии, не превышающем четверть ширины выработки; если же величина y1 предопределена по каким-то причинам и условие y1 < 0,5x0 не выдерживается, то наблюдения надо начинать при соответственно большей ширине выработки;
- расстояние между реперами \Delta y = 3 - 10\text{м} ; в принципе возможно \Delta y>10\text{м} , если позволяет расстояние между подготовительной выработкой и вынимаемым пластом и если соблюдается условие \Delta y<x_{0}/2 ;
- параметр \Delta x_{0} должен быть больше 0,3 м, но не больше наименьшего расстояния между замерными точками вдоль линии наблюдения;
- ширина выработки должна отвечать условию x0 >= 15 м.
Рис. 5. Параметры наблюдательной станции третьего типа:
- критические точки кривой3.14. Количество «кустов» замерных пунктов в станции третьего типа, количество пунктов в кусте, расстояние между кустами — все эти предусматриваемые в проекте наблюдательной станции данные зависят от таких ее параметров, как \Delta y и y1. При y1 = 10 — 20 м, \Delta y = 5 - 10\text{м} и при глубине работ H = 400 — 800 м критическая точка 1 (максимум разгрузки) типовой кривой относительных элементарных перемещений \Delta(V_{1} - V_{2}) , см. рис. 5, б, располагается обычно в 5 — 8 м позади надрабатывающего очистного забоя; критическая точка 2 (максимум опорного давления) — в 20 — 30 м впереди забоя и т.д. Таким образом, проектируемое расположение кустов и замерных пунктов в них предопределяет то центральное по отношению к данной станции положение линии забоя, после которого очередное единичное подвигание этого забоя становится причиной наблюдаемых элементарных перемещений. При упомянутых параметрах центральное положение лавы (ось станции) на рис. 5, б окажется в 5 — 8 м впереди среднего замерного пункта куста A.
Если параметры станции таковы, что положение критических точек типовой кривой заранее не известно, то на центральном участке станции, имеющем протяженность от 60 до 100 м и симметричном относительно центрального положения очистного забоя, следует располагать замерные пункты на расстояниях 3 — 5 м друг от друга. В дальнейшем, получив при данных параметрах станции ориентировочные положения критических точек типовой кривой, можно для следующих станций проектировать кусты замерных пунктов. Это обеспечивает уменьшение объема бурения.
В большинстве случаев надработки положение среднего замерного пункта куста A (см. рис. 5, б) можно определить как точку пересечения линии замерных пунктов с прямой, проведенной от кромки пласта под углом 70° к плоскости этого пласта (см. рис. 5, а).
3.15. Рекомендуемые типовые схемы комплексных наблюдательных станций, предназначенных для наблюдения конечных перемещений (деформаций) надрабатываемой и подрабатываемой толщи горных пород и отрабатываемой залежи или мощного пласта угля (рис. 6 и 7) предусматривают получение максимально возможного количества информации о процессах, происходящих в массиве. Обычно реальная горно-техническая обстановка позволяет осуществлять только часть этой программы. Комплексные схемы предполагают использование наблюдательных станций всех трех описанных типов. В двух-трех главных сечениях очистной выработки глубокие скважины оборудуются большим количеством реперов. Такие скважины дают информацию о распределении упругих деформаций и деформаций разуплотнения пород по нормали к напластованию в зонах опорного давления и разгрузки. Крестообразное расположение реперов обеспечивается бурением скважин из квершлагов.
Рис. 6. Схема наблюдательной станции для рудных залежей и угольных пластов малой и средней мощности:
а — подработка; б — надработка; \cdot — глубинный репер; ☐ — репер-деформометр; в — схема ориентировки реперов-деформометров в скважине
Рис. 7. Схема наблюдательной станции для мощных рудных залежей и пластов:
а — крутое падение; б — пологое
падение; 
- глубинный репер; 
- контурный репер;
- репер-деформометр; 
- выработанное пространство;
- то же, заполненное закладочным материалом
4. ПРОВЕДЕНИЕ НАБЛЮДЕНИЙ
4.1. Комплекс наблюдений за смещениями и деформациями горных пород с помощью глубинных реперов заключается в инструментальных измерениях смещений реперов с одновременной привязкой этих смещений к пространственному положению влияющего забоя и фиксацией времени взятия отсчета.
4.2. Перед началом наблюдений производится «привязка» (точное определение положения на плане и разрезах) всех реперов наблюдательной станции. Устья скважины «привязываются» к имеющимся в данной выработке маркшейдерским пунктам полигонометрии или пикетам с помощью рулетки с погрешностью не выше +/- 0,25 мм. Погрешность определения угла наклона скважины и ее азимута должна быть не выше +/- 1°. Ошибка определения расстояний от устья скважины до глубинных реперов должна быть не выше +/- 0,1 м.
4.3. Измерения с помощью стационарно условленных устройств сводятся к периодическим снятиям показаний, к повторной «настройке» измерителя после исчерпания его диапазона, к замене лент самописцев.
Измерения с помощью переносных измерителей, включающих, например, индикатор часового типа или штангенциркуль, производятся так, как показано далее, на рис. 24. Переносное устройство с индикатором надо слегка перемещать в плоскости опорных точек (аналогично покачиванию нивелирной рейки в вертикальной плоскости), фиксируя минимальный отсчет по прибору.
4.4. Желательно от начала и до конца наблюдений на данной станции пользоваться одними и теми же переносными измерительными устройствами. Стационарные приборы также не следует заменять без необходимости. Отсчеты производят одни и те же квалифицированные и ответственные наблюдатели. Наличие постоянных наблюдателей особо важно при пользовании переносными измерительными устройствами.
4.5. Если возникнет необходимость заменить пришедший в негодность прибор или его часть, то перед установкой нового прибора следует прокомпарировать последний на специальном компараторе и в дальнейшие измерения вводить соответствующие поправки. Далее (прил. 3) дано устройство компаратора и способы компарирования рекомендуемых измерительных приборов.
4.6. В процессе наблюдений необходимо следить за тем, чтобы не произошло исчерпания диапазона измерения того или иного прибора. Следует своевременно производить «перезарядку» прибора, которая заключается в следующем: снять последний отсчет при том состоянии прибора, когда он близок к исчерпанию своего измерительного диапазона; произвести необходимые операции с замерным устройством (например, раскрепляется и смещается на нужное расстояние упорная площадка, в которой закреплен индикатор, или производится замена наконечника переносного индикатора), которые позволяют вернуть показания прибора примерно на середину его диапазона; снять новый отсчет по прибору. Время между двумя упомянутыми отсчетами должно быть минимальным. При этом условии обеспечивается «преемственность» показаний.
4.7. Для контроля правильности снимаемых показаний рекомендуется одновременно определять положение глубинных реперов как относительно кондуктора скважины, так и друг относительно друга.
В скважине с m реперами условием правильности измерений является следующее равенство:
V1-к = V1-2 + V2-3 + ... + Vm-к,
где 1, 2, 3, ..., m — порядковые номера реперов, к — кондуктор скважины.
При производстве измерений между двумя соосными скважинами (см. п. 2.11) рекомендуется в целях контроля определять относительные смещения кондукторов скважин и наиболее удаленных реперов в них.
4.8. Если используются жесткие связи между реперами и отсчетными устройствами, то при определении знака деформации необходимо учитывать взаимное расположение концов измерительных штанг. На рис. 8 показаны два возможных варианта взаимного расположения концов измерительных штанг и определение знака деформации в этих вариантах. Как видно на рисунке, сближение концов штанг в варианте а означает расширение, а в варианте б — сжатие интервала.
Рис. 8. Схема к определению знака относительного смещения реперов
4.9. В случае гибких связей между репером и кондуктором скважины способ регистрации смещений зависит от того, каким образом закреплена проволока (струна) в кондукторе (см. прил. 3).
4.10. Струна может быть жестко закреплена в кондукторе. Тогда смещение репера приводит к соответствующему растяжению или сжатию струны. Следовательно, струна является чувствительным элементом, характеризующим смещение репера. Частота вынужденных колебаний струны находится практически в прямой зависимости от абсолютной величины ее упругой деформации. Поэтому способ регистрации смещений репера в этом варианте получил название струнного. Он предусматривает использование приборов (типа СБ-6 м и СБ-25 <*>), способных вызывать и расшифровывать частоту колебаний струны, которая должна быть предварительно протарирована на натяжение. Для струнного метода следует применять стальную или титановую проволоку диаметром до 1 мм. При большем диаметре, как показывает тарировочный график на рис. 9, а, струна становится слишком жесткой. Изменение диаметра в пределах до 1 мм практически не сказывается на тарировочной характеристике струны (см. рис. 9, б). Длина проволоки (т.е. расстояние между кондуктором и репером) тоже мало влияет на ее тарировочный график (см. рис. 9, в).
<*> Изготавливаются Опытно-экспериментальным заводом ВНИМИ.
Рис. 9. Графики тарировки стальных проволок на удлинение:
а — влияние диаметра проволоки при крайних значениях модуля
упругости E (1 — проволока, E = 1,5·105 МПа; 2 — проволока,
E = 2,2·105 МПа); б — частота колебаний струн разного
диаметра, до 1 мм (1 — \text{Ø} = 0,5\text{мм} ; 2 — \text{Ø} = 1\text{мм} ); в — частота колебаний
струн разной длины (до 20 м); 
- l = 1 — 5 м;
- l = 15 м; 
- l = 20 м
4.11. Струна может быть подпружинена, т.е. кондуктор снабжен специальным натяжным устройством (см. прил. 3). В этом случае показание, снимаемое с измерителя, отличается от истинного смещения репера на величину абсолютной деформации струны. Другими словами, изменение расстояния между кондуктором и репером есть сумма абсолютных деформаций пружины и струны. Измеритель же дает информацию только о первом слагаемом. Чтобы узнать второе, можно снабдить кондуктор устройством, позволяющим восстанавливать начальное натяжение струны и одновременно фиксировать перемещение самого натяжного устройства относительно кондуктора. Можно также вводить поправку на деформацию струны, пользуясь номограммой рис. 10, а <*>. Здесь подразумевается, что пружина натяжного устройства является динамометром, т.е. ее деформации протарированы на усилие натяжения. Такое натяжное устройство дает возможность тарировать струну непосредственно в скважине, после закрепления в ее стенках глубинного репера.
<*> Рис. 10, б представляет собой номограмму, по которой можно определять поправку на температурное воздействие на струну. В шахтных условиях, однако, необходимость введения такой поправки возникает крайне редко.
Рис. 10. Номограммы для определения поправок:
а — на натяжение (для \Delta F = 1\text{кг} ); б — на температуру струны (по В.И. Кузьмину)
Тарировка отразит свойства конкретной струны, включая ее длину и особенности узлов закрепления. Чтобы тарировать струну в этих условиях, необходимо иметь дополнительное приспособление для измерения ее абсолютной деформации.
4.12. К концам струны могут быть тем или иным способом подвешены грузы, обеспечивающие ее постоянное натяжение, независимо от изменения расстояния между репером и кондуктором скважины. Рекомендуются следующие величины постоянного натяжения в зависимости от диаметра проволоки:
натяжение, кг: 3; 5; 8; 12; 20;
диаметр, мм: 0,5; 0,8; 1; 1,4; 2.
О смещениях реперов друг относительно друга судят по смещениям меток на струнах. Для регистрации этих смещений могут применяться линейки, штангенциркули, миллиметровая бумага, специальные зажимы с упорными площадками для индикаторов часового типа и другие приспособления.
Концы проволок с прикрепленными к ним грузиками обычно перебрасывают через блочки, оси которых жестко связаны с кондуктором.
В тех случаях, когда вследствие сдвижения пород можно ожидать защемления проволок в скважине, следует периодически (для контроля) снимать отсчеты с каждой струны при нескольких (не менее двух) значениях натяжения F. Расстояние l до места защемления струны при двух наблюдениях F1 и F2 определяется из выражения:
l = \frac{\pi d^{2}}{4} \cdot \frac{E}{F_{2} - F_{1}} \cdot \Delta l,
где \Delta l — измеренное удлинение проволоки;
4.13. Режим наблюдений на станциях третьего типа должен обеспечить четкое выделение по всем замерным пунктам упругих перемещений (деформаций), вызванных лишь выемкой данной полосы угля. Поэтому на станциях этого рода необходимо выполнять следующие два условия:
- наблюдения должны быть непрерывными, т.е. охватывающими технологические перерывы в работе влияющего очистного забоя, выходные и праздничные дни;
- должна быть установлена система сигнализации, оповещающая наблюдателей <*> о начале и конце выемки очередной полосы угля, о начале и конце любого простоя внутри цикла продолжительностью свыше 10 — 15 минут, а также о прохождении выемочным агрегатом того участка линии очистного забоя, который наиболее существенно влияет на показания и определяет величину упругих элементарных перемещений.
<*> Материал, приведенный в пп. 4.13 - 4.16, построен на предположении, что замерные пункты станции третьего типа оборудованы измерительными устройствами, включающими стержневые (ИЧ-10) или блочковые (6ПАО) индикаторы часового типа. Следовательно, регистрация показаний производится наблюдателями. С помощью самописцев, даже если бы они обладали необходимой точностью, невозможно осуществить столь сложный режим наблюдений.
Необходимость выделения упругих элементарных перемещений диктуется следующими соображениями.
Во-первых, элементарные перемещения используются для проверки количественного соответствия поведения надрабатываемой осадочной толщи пород законам линейной теории упругости. Естественно, что такие данные не должны быть искажены влиянием фактора времени. Во-вторых, элементарные перемещения могут использоваться для количественной оценки параметров опорного давления на отрабатываемом пласте. Метод расчета опорного давления в значительной степени опирается на аппарат упругости. В-третьих, и это главное, как указано в п. 3.8, интегрирование кривой разности элементарных перемещений f(x) = \Delta(V_{1} - V_{2})/\Delta x_{0} (см. рис. 5, б) дает распределение разности конечных перемещений V = V1 — V2 между линиями реперов 1 и 2 (см. рис. 5, а). Следовательно, одной из целей использования третьего способа наблюдений является сокращение времени, нужного для получения конечного результата V(x), т.е. совершенствование методики сбора информации о процессах, происходящих в массиве пород. Однако длительность интервалов между выемкой смежных полос угля в лаве и длительность других простоев добычного агрегата есть величина случайная, зависящая от многих технологических факторов и подверженная значительным колебаниям. Соответственно может колебаться и сумма накопленных в пределах данного добычного цикла деформаций ползучести. Интегрирование величин, в которые входят обе компоненты — и упругость, и ползучесть — даст, следовательно, незакономерный результат, существенно зависящий от случайной продолжительности простоев.
4.14 Система сигнализации (п. 4.13) может включать в себя следующие элементы:
- датчик положения комбайна, устанавливаемый на редукторе подающей части комбайна;
- специальный самописец с часовым механизмом, устанавливаемый в районе наблюдательной станции. Самописец, воспринимая импульсы от датчика ДПК-1, строит график движения комбайна в координатах «длина лавы — время». Желательно, чтобы самописец был оснащен звуковой или световой сигнализацией, оповещающей о начале и конце работ комбайна. График движения комбайна необходим, кроме того, для первичной обработки исходной информации. Перемещения, полученные между циклами, а также во время простоев внутри цикла, используются для анализа ползучести пород.
4.15. На станции третьего типа в каждую смену должно быть не меньше трех наблюдателей. Старший наблюдатель следит за сигналами и показаниями самописца, оформляет график движения комбайна, связывается с влияющей лавой по телефону, выясняя интересующие особенности технологического процесса, следит за работой приборов и замерных устройств, проверяя исправность оборудования и степень исчерпания диапазона чувствительных элементов, ведет журнал дежурства и прочую документацию. Два других наблюдателя по указанию старшего снимают отсчеты по тем или иным замерным пунктам согласно утвержденному режиму наблюдений.
4.16 Отсчеты по замерным пунктам станции третьего типа должны, как правило, производиться в следующих случаях:
- в начале и конце выемки очередной полосы;
- в два-три (в зависимости от длины очистного забоя) промежуточных момента в ходе выемки данной полосы (с целью уточнения длины наиболее активного, среднего участка лавы);
- в начале и конце каждого существенного (продолжительностью больше 10 — 15 мин) простоя внутри цикла;
- через каждые 15 мин в течение одного часа по окончании выемки полосы; в дальнейшем, если интервал между циклами небольшой, отсчеты снимают через 1 ч;
- если простой между циклами или внутри цикла продолжителен, то время между отсчетами увеличивается сначала до двух, а затем до четырех часов.
4.17 Элементарные смещения характеризуются существенным разбросом от цикла к циклу. Возможные причины разброса:
- влияние процессов изгиба и обрушения основной кровли отрабатываемого пласта;
- неравномерность захвата режущего органа выемочного агрегата;
- невыдержанность мощности вынимаемого пласта;
- неоднородность массива пород;
- случайные ошибки, связанные с состоянием стенок скважины, в которой заложен данный репер (раскрытие трещин, возникновение вывалов и т.п.);
- случайные ошибки технического характера (неисправность того или иного элемента механической системы замерного пункта).
Основной способ понижения разброса — увеличение числа n подвиганий забоя, вовлеченных в наблюдательный цикл, но при соблюдении условия, что n \ll x_{0}/\Delta x_{0} . Следовательно, элементарные смещения наблюдаются в ходе (n — 1)/2 подвиганий забоя, предшествующих занятию лавой центрального для данной станции положения (см. п. 3.14), и такого же количества подвиганий после центрального положения. Таким образом, имеется участок подвигания очистных работ, характеризующийся начальным, центральным и конечным положениями забоя.
4.18. Наблюдательная станция третьего типа должна быть полностью оборудована и готова к эксплуатации, по крайней мере, за два-три дня до того, как очистной забой займет свое начальное положение.
4.19. Для определения оптимального значения величины n (см. п. 4.17) можно руководствоваться следующими соображениями.
При параметрах станции, перечисленных в п. 3.14, если задаться относительной погрешностью среднего результата +/- 20% при надежности 90% <*>, потребные значения n для различных критических точек типовой кривой относительных элементарных перемещений (см. рис. 5, б) окажутся следующими:
- точки 1 и 2 (абсолютная величина \Delta V ) — от 7 до 15;
- точка I (положение относительно забоя) — от 10 до 25;
- точки 2, 3, 4 (положение относительно забоя) — от 4 до 8.
<*> Под надежностью понимается вероятность того, что ошибка не выйдет за указанные пределы.
В большинстве случаев для получения надежных данных вполне достаточно 15-ти добычных циклов. Если забой оборудован механизированным комплексом и имеет длину до 100 — 150 м, то такие наблюдения могут завершиться за двое-трое суток.
Включение в наблюдательный цикл станции третьего типа n единичных подвиганий влияющего очистного забоя обеспечивает резкое снижение как случайной, так и систематической ошибок: случайная ошибка уменьшается, потому что при каждом последующем подвигании забоя число замерных пунктов фиктивно растет пропорционально n; систематическая же уменьшается благодаря постоянному «сдвигу» замерных пунктов относительно линии забоя (при этом место неисправного прибора занимает исправный).
4.20. Шахтное нивелирование — основной способ перехода от наблюдаемых относительных перемещений реперов к перемещениям абсолютным. Нивелирование может применяться на станциях всех трех основных типов. Оно должно производиться по первому разряду точности в соответствии с требованиями «Технической инструкции по производству маркшейдерских работ». Если наблюдения проводятся в надрабатываемой толще, то требования к точности нивелирного хода повышаются.
Место расположения опорных реперов выбирается с таким расчетом, чтобы, во-первых, они были вне влияния как изучаемого, так и других процессов в массиве пород и, во-вторых, нивелирный ход был кратчайшим. Желательно, чтобы опорные реперы находились по обоим концам предполагаемого нивелирного хода и в каждом таком пункте их было не меньше трех. Опорный репер может представлять собой глубинный, с жесткой связью и кондуктором в устье скважины. Хвостовой элемент жесткой связи и наконечник нивелирной рейки должны быть устроены так, чтобы каждый раз обеспечивалась точная и однозначная установка рейки. То же относится ко всем нивелируемым замерным пунктам собственно наблюдательной станции.
Желательно стоянки инструмента и положение связующих точек сохранять постоянными для всех съемок в рамках данного наблюдательного цикла. Периодичность съемок следует выбирать из такого расчета, чтобы за время между двумя ходами накопились перемещения, примерно на порядок величин превышающие погрешность нивелирного хода.
4.21. Допустимая погрешность измерения относительных перемещений глубинных реперов определяется задачами наблюдений.
Если, например, производится определение координат x, y и высотных отметок глубинных реперов или кондукторов скважин с помощью теодолитных ходов и геометрического нивелирования, то следует выполнять это в соответствии с требованиями «Технической инструкции по производству маркшейдерских работ» для подземных теодолитных и нивелирных ходов первого разряда.
Если задачей наблюдений является оценка напряженного состояния в массиве горных пород, то допустимая погрешность измерения деформаций не должна превышать 1 \cdot 10^{- 5} \div 1 \cdot 10^{- 4} .
При наблюдениях за сдвижением и расслоением горных пород в подрабатываемом массиве допустимая погрешность определения смещений глубинных реперов не должна превышать двойной среднеквадратической ошибки передачи смещения репера на измерительное устройство (в миллиметрах), которая определяется из выражения:
m = \pm 1,2(\frac{H_{\text{м}}}{100})^{1,4},
где Hм — глубина заложения репера в метрах.
Погрешность измерения смещений реперов в случае применения гибких связей с постоянным усилием натяжения (см. п. 4.12) также в первую очередь зависит от глубины H заложения репера (рис. 11). Для скважин, пробуренных из горных выработок, т.е. имеющих сравнительно небольшую длину (до 50 — 70 м), эту зависимость можно считать линейной. Примерно такой же характер имеет изменение в зависимости от H среднеквадратичной ошибки, вызванной локальными искривлениями проволоки (рис. 12). Влияние локальных изгибов проволоки можно оценить путем многократных измерений ее удлинения непосредственно в скважине с применением двух и более грузов (или путем измерения усилия натяжения проволоки с помощью динамометрических пружин).
Рис. 11. Погрешность m (мм) измерения смещений глубинных реперов при гибких связях с постоянным натяжением:
H — глубина заложения репера; а — одногрузовое натяжение; б — двухгрузовое
Рис. 12. Ошибка, вызванная локальными искривлениями проволоки (график получен на основе анализа наблюдений, выполненных с применением двухгрузового натяжения — 10 и 20 кг — в глубоких скважинах на шахтах Львовско-Волынского месторождения:
H — глубина заложения репера, м
В общем случае полная среднеквадратичная ошибка M определения смещений глубинных реперов определяется из условия:
где \sum m_{i}^{2} — сумма квадратов ошибок измерений.
Например, в скважине глубиной до 50 м при использовании реперов с жесткими связями и стационарных измерительных устройств с индикаторами ИЧ-10 среднеквадратичная ошибка определения смещений репера будет складываться из следующих:
- ошибки считывания — m1,
- ошибки измерителя (например, индикатора ИЧ-10) — m2,
- ошибки передачи смещения от репера к измерительному устройству — m3.
Для индикаторов часового типа (ИЧ-10) с ценой деления 0,01 мм значение m1 можно принять равным 50·10-4 мм, а согласно паспорту прибора m2 = 22·10-4 мм. Величина m3, согласно результатам специальных исследований, не превышает чувствительности применяемых измерительных приборов, т.е. в данном случае |m3| <= 100·10-4 мм. Если принять, что температура в скважине в течение всего периода наблюдений остается постоянной, в итоге получим:
Тогда среднеквадратичная ошибка определения абсолютной деформации интервала между реперами составит
M = \pm 11,4 \cdot 10^{- 3} \cdot \sqrt{2} = \pm 16 \cdot 10^{- 3}.
В соответствии с этой погрешностью рассчитаем минимальную базу l измерения (длину интервала) в миллиметрах:
где 10-5 — допустимая погрешность измерения относительной деформации интервала.
В табл. 3 даны сведения о допустимых погрешностях определения смещений реперов в зависимости от применяемых технических средств, системы связи, типов измерительных устройств и глубины заложения репера <*>.
<*> В столбце, относящемся к струнному измерителю, дана ошибка определения относительной деформации интервала между репером и второй точкой закрепления струны.
Ошибки наблюдений по глубинным реперам (мм)
| Наименование | Глубина заложения репера, м | |||||
| 50 | 100 | 200 | 300 | 400 | 500 | |
| Ошибки измерительных устройств | ||||||
| Переносных: | ||||||
| линейка | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 |
| штангенциркуль | 0,1 | 0,1 | 0,1 | 0,1 | 0,1 | 0,1 |
| индикатор ИЧ-10 | 0,03 | 0,03 | 0,03 | 0,03 | 0,03 | 0,03 |
| радиографический прибор <1> | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 |
| геркон <2> | 0,1 | 0,1 | 0,1 | 0,1 | 0,1 | 0,1 |
| длиномер <1> | 1 | 2 | 4 | 6 | 9 | 12 |
| Стационарных: | ||||||
| линейка | 0,5 | 0,5 | 0,5 | 0,5 | 0,5 | 0,5 |
| индикаторы ИЧ-10 и 6ПАО | 0,01 | 0,01 | 0,01 | 0,01 | 0,01 | 0,01 |
| импульсный датчик ИД1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 |
| реостатный датчик РД2 | 0,1 | 0,1 | 0,1 | 0,1 | 0,1 | 0,1 |
| Струнный измеритель <3> | 1·105 | |||||
| Погрешности измерений: | ||||||
| температурная | Учитывается поправкой | |||||
| искривления скважин | «» | |||||
| непостоянства натяжения проволоки | «» | |||||
| локальных искривлений проволоки | 0,2 | 0,5 | 2 | 4 | 7 | 10 |
| Погрешности передачи смещений репера с помощью связей: | ||||||
| жестких | 0,01 | 0,03 | - | - | - | - |
| гибких: | ||||||
| постоянное натяжение одним грузом | 0,02 | 1 | 2 | 5 | 9 | 15 |
| натяжение двумя грузами <4> | 0,2 | 1 | 2 | 5 | 9 | 15 |
| переменное натяжение пружиной | 0,2 | 0,5 | 1 | - | - | - |
| жесткое закрепление проволоки | 0,1 | 0,3 | 0,5 | - | - | - |
| радиоактивные реперы <1> | 2 | 3 | 5 | 7 | 10 | 15 |
| герконовые реперы <2> | 1 | 2 | 3 | |||
Примечания: <1> по данным С.Г. Мандрикова; <2> по данным И.А. Петухова; <3> относительная погрешность; <4> предпочтительно, так как можно определить место защемления проволоки.
5. ОБРАБОТКА МАТЕРИАЛОВ НАБЛЮДЕНИЙ
5.1. Материалы шахтных наблюдений после окончания каждой серии или цикла наблюдений подвергаются аналитической и графической обработке.
Аналитическая обработка материалов шахтных наблюдений после обязательной проверки полевых журналов заключается в последовательном вычислении значений:
- высотных отметок реперов или кондукторов скважин вдоль профильных линий, по которым производилась нивелировка;
- величин смещений всех реперов наблюдательной станции;
- абсолютных и относительных деформаций интервалов между реперами;
- скоростей деформаций и перемещений.
Указанные вычисления производятся в специальной ведомости, составляемой для каждой профильной линии и каждого замерного пункта наблюдательной станции.
5.2 По материалам вычислений и геолого-маркшейдерской документации составляют и пополняют следующие документы:
- горизонтальный план и характерные сечения выработок, на которые наносят все изменения горно-технической обстановки, происшедшие с момента предыдущей серии или цикла наблюдений;
- стратиграфическую колонку;
- графики смещений реперов;
- графики деформаций;
- графики скоростей смещений и деформаций.
5.3. Величина смещения репера определяется как разность измеренных расстояний между ним и репером, принятым за неподвижный
где b0 — начальное расстояние между данным репером и принятым за неподвижный;
bn — конечное измеренное расстояние между теми же реперами.
Абсолютная деформация интервала между реперами m и n определяется как изменение расстояния между ними, т.е. Vm — Vn.
Относительная деформация интервала между реперами \epsilon определяется как отношение абсолютной деформации к длине этого интервала:
\epsilon = (V_{m} - V_{n})/b_{m - n}.
Вычисление превышений и высотных отметок реперов нивелируемых профильных линий производится в журнале нивелирования в соответствии с «Технической инструкцией по производству маркшейдерских работ».
5.4. Графики оседаний, смещений и деформаций строят в масштабах, удобных для изображения, и увязывают с подвиганием влияющего забоя.
По построенным графикам определяют положение характерных точек области влияния горной выработки:
в) максимальные скорости смещений и деформаций;
г) границы зон опорного давления и разгрузки;
е) границы влияния выработки (или выработок).
5.5 Порядок обработки данных наблюдений на станции третьего типа следующий:
а. С помощью журналов наблюдений и графика работы комбайна составляют таблицу, в которую выписывают элементарные упругие смещения, накопленные в различных точках за время снятия комбайном данной полосы угля. Выборка упругих перемещений является наиболее ответственной операцией. Если длина лавы больше 100 — 150 м, то причиной упругих элементарных перемещений может оказаться выемка полосы угля комбайном не по всей длине лавы, а лишь на ее среднем участке, имеющем протяженность 50 — 70 м. Это обстоятельство надо учитывать при простоях комбайна внутри цикла. Если полоса угля снята без простоев, т.е. при непрерывной работе комбайна на высокой скорости, то целесообразно все смещения, накопленные в разных точках за этот цикл, отнести к упругим при условии, что время выемки полосы не превышает 80 — 100 мин. Если же на стыках упомянутых участков лавы были простои, то рекомендуется для выборки упругих перемещений принимать во внимание только движение комбайна на среднем, наиболее влияющем участке лавы.
б. Строят кривую распределения разности элементарных перемещений \Delta(V_{1} - V_{2}) относительно начального для данной станции положения забоя влияющей лавы (положение оси V на графике, см. рис. 5, б, совмещают с начальным положением лавы).
в. Для построения соответствующей кривой, относящейся к следующему подвиганию забоя, все замерные точки на данном графике смещают в сторону, противоположную направлению движения лавы, на величину \Delta x_{0} . В общем случае для построения кривой, относящейся к n-му циклу, нужно все замерные точки сместить на расстояние (n - 1) \cdot \Delta x_{0} относительно того положения, которое они занимали перед началом первого цикла.
г. На каждом графике производят суммирование ординат всех кривых через определенный (например, 2 м) шаг абсциссы, результаты делят на количество участвовавших в данной сумме кривых.
д. По вычисленным в итоге данным строят кривую средних значений элементарных перемещений \Delta(V_{1} - V_{2})_{cp} , причем замерные точки на таком графике привязывают к центральному положению лавы.
5.6 Интегрирование элементарных перемещений следует производить таким образом:
- значения ординат кривой \Delta V(x) в соответствующих точках (рекомендуемый шаг абсциссы 2 м) делят на среднее для данной станции подвигание забоя лавы \Delta x_{0} = L/n , где L — протяженность (в мм) участка между начальным и конечным положением лавы, n — число единичных подвиганий забоя в рамках данной станции; в итоге получают кривую f(x) = \Delta V/\Delta x_{0} ;
- производят численное интегрирование кривой f(x) на участке от точки 5 до точки 3 (см. типовую кривую на рис. 5, б). Рекомендуемый интервал интегрирования 2000 мм. Достаточную точность дает интегрирование по формуле трапеций. В результате получается кривая конечных смещений V(x), или, точнее, разности конечных перемещений V1(x) — V2(x). Кривая характеризует зону опорного давления, а также зону разгрузки, но только до точки максимума деформаций упругого расширения.
Найденная кривая V1(x) — V2(x) идентична по смыслу и количественно соответствует той, которая была бы получена на станции второго типа в ходе длительных наблюдений за конечными упругими перемещениями, накопленными и выделенными в процессе расширения выработки до величины 2x0.
ПРИЛОЖЕНИЯ
ТИПЫ ГЛУБИННЫХ РЕПЕРОВ И СПОСОБЫ ИХ ЗАКРЕПЛЕНИЯ В СКВАЖИНАХ
Глубинные реперы по конструктивным особенностям можно разделить на следующие типы: бетонитовые, засыпные, пробко-распорные, трубчатые, клиновые, пружинные, шарнирные, эксцентриковые, герконовые.
1. Бетонитовый репер (рис. 13) состоит из трубчатого металлического сердечника 1, обтекателя 4 и резиновой тарелочки 3. На тарелочку устанавливают металлический стакан 2. Пространство между стенками стакана и сердечником заполняют бетонным раствором. Репер со стаканом на двух ручных лебедках опускают в скважину. Проволока, прикрепленная к стакану, должна опускаться свободно, без натяжения. Когда репер достигает необходимой глубины, с помощью одной из лебедок стакан извлекается из скважины, а находившийся в нем бетон заполняет пространство между стенками скважины и сердечником репера. Проволока от более удаленного репера пропускается через сердечник менее удаленного. Бетонитовые реперы могут применяться в вертикальных или крутопадающих скважинах глубиной до 500 м.
а — до закрепления в скважине; б — после закрепления
2. Засыпной репер (рис. 14) представляет собой деревянный конус 1 с закругленным основанием, надетый на трубчатый сердечник 3. Через сердечник пропускаются проволоки от более углубленных реперов. Кроме того, сердечник увеличивает вес репера, что позволяет избежать перекоса последнего при опускании в скважину. После достижения репером заданной глубины в скважину засыпают гранитную щебенку 2, которая заполняет пространство между стенками скважины и репером. Засыпные реперы могут устанавливаться в глубоких вертикальных и крутопадающих скважинах.
3. Пробко-распорный репер (рис. 15) представляет собой деревянный цилиндр 1, укрепленный на металлической трубке 2, через которую пропускается проволока от более углубленного репера. Цилиндр, изготовленный из сухого дерева, попав в водную среду, набухает и распирается между стенками скважины (см. рис. 15, а). Если скважина сухая, то в верхней части цилиндра делается кольцевая выемка — чаша 3 (см. рис. 15, б), которая заполняется водой перед опусканием репера. Пробко-распорные реперы могут устанавливаться в глубоких вертикальных и крутопадающих скважинах.
Рис. 15. Пробко-распорный репер:
а — для увлажненной скважины; б — для сухой
4. Для скважин, пробуренных в слабых породах, когда стенки скважины, даже без влияния очистных работ, подвержены значительным смещениям (скважина «заплывает»), можно рекомендовать реперы трубчатого типа (рис. 16), максимальный диаметр которых на 5 — 30 мм (в зависимости от диаметра скважины и деформативности пород) меньше диаметра скважины. Репер доставляется к месту закрепления и фиксируется в этом положении в течение некоторого времени, пока не произойдет его «зажатие» между деформирующимися стенками скважины.
а — с пластинчатыми пружинами; б — с витой проволокой
5. Репер клинового типа (рис. 17) - это первая конструкция, которая нашла широкое применение при использовании скважин, пробуриваемых из подземных выработок. Он представляет собой полый металлический клин конической или пирамидальной формы в деревянной пробке. Установка репера осуществляется следующим образом. К металлическому клину 1 прикрепляется проволока (см. рис. 17, а) или жесткий шток (см. рис. 17, б), пропущенный через отверстие в деревянной пробке 2. С помощью става установочных труб репер в собранном виде досылается в скважину на необходимую глубину и там удерживается, в то время как натяжением проволоки или жестких штоков, укрепленных на репере, осуществляется его распор в скважине. Распор можно также производить с помощью падающего груза, бурового станка или специального воротка, укрепленного в устье скважины. При установке последующих реперов проволоки или жесткие штоки предыдущих реперов пропускаются через специальные отверстия в металлических конусах. Чтобы не допустить выдавливания клина из деревянной пробки, в нем делаются один или несколько кольцевых пазов.
а — с гибкой связью (проволока); б — с жесткой связью (свинчивающиеся штоки)
Реперы клинового типа можно закладывать в скважины, пробуренные в породах любой крепости с любыми углами наклона на глубину до 70 м.
6. Типовая конструкция пружинного репера (рис. 18) включает телескопическую пару трубок с заостренными наконечниками и спиральную пружину. Трубки имеют боковые отверстия. Установка репера в скважине осуществляется следующим образом. Пружина репера сжимается до тех пор, пока боковые отверстия в телескопических трубках не совпадут, а затем в эти отверстия вставляется чека. К реперу прикрепляется проволока и он с помощью составных штанг досылается в скважину на необходимую глубину, далее чека из репера выдергивается. При этом освобождается распорная пружина, которая прижимает заостренные наконечники к стенкам скважины.
7. Репер шарнирного типа [21] состоит из корпуса трубчатой (рис. 19, а) или плоской (см. рис. 19, б) формы <*> и укрепленного на нем винта с шарнирным распорным устройством. С помощью штанг (штоков) репер досылается на необходимую глубину. Вращая штанги по часовой стрелке, репер распирают в скважине. На рис. 19, в показан шарнирный репер с центральным расположением оси. Этот репер, оснащенный тензодатчиком, может служить одновременно трехкомпонентным скважинным деформометром.
<*> Эти реперы серийно изготавливаются Опытно-экспериментальным заводом ВНИМИ под шифром ПТ-12.
а и б — соответственно с трубчатым и плоским корпусом; в — с центральным расположением оси; 1 — штанга (шток); 2 — шарнир; 3 — ползунок; 4 — винт; 5 — стенки скважины; 6 — корпус
Для извлечения репера из скважины достаточно несколько поворотов штанг против хода часовой стрелки (чтобы при этом не происходило развинчивания штанг, все резьбовые соединения предварительно зашплинтовывают). Если применяются гибкие связи репера с отсчетным устройством, то головную штангу в месте ее соединения с репером необходимо ослабить, прорезав в ней кольцевой паз. При установке репера в скважине штанги вращают по ходу часовой стрелки до тех пор, пока головная штанга не срежется в месте ослабления, после чего штанги извлекаются из скважины, а заложенный таким образом репер становится уже неизвлекаемым.
Следует иметь в виду, что плоский репер (см. рис. 19, б) может расклиниваться не по диаметру скважины, а по хорде. Поэтому в процессе расклинивания репер следует несколько раз срывать с места и после этого продолжать распор вращением штанг по ходу часовой стрелки до тех пор, пока сорвать репер с места окажется невозможно.
Для установки в крепких породах, характерных для большинства рудных месторождений, корпус репера со стороны, противоположной распорному шарнирному устройству, должен быть снабжен дугообразной пружиной с высокой жесткостью. Это необходимо для того, чтобы поддерживать надежный контакт репера со станками скважины в случае ее упругого расширения в процессе разгрузки от горного давления, а также с целью предотвращения срыва репера под влиянием взрывных работ.
Реперы шарнирного типа могут применяться в сухих и увлажненных скважинах с любыми углами наклона, в слабых и крепких горных породах. Они могут использоваться также в качестве носителей различных геофизических датчиков (например, геофонного). При ручной установке с помощью жестких связей эти реперы можно закладывать в скважины глубиной до 70 м, в случае же использования гибких связей и бурового станка для досылки реперов глубина скважины может быть увеличена в два-три раза.
Реперы шарнирного типа отличаются относительно низкой трудоемкостью установки и надежностью закрепления. В практике изучения горного давления в шахтных условиях они получили наиболее широкое распространение за последние годы.
8. Репер эксцентрикового типа (рис. 20) представляет собой корпус 1, в который вмонтированы винт 2 и три эксцентрика 3. При вращении винта происходит разворот эксцентриков и закрепление репера в скважине. Область применения — та же, что у шарнирных реперов. Для использования эксцентриковых реперов в весьма крепких породах, характерных для многих рудных месторождений, также необходимо оснащать их жесткими пружинами.
9. Репер-деформометр [22] является одновременно глубинным репером и струнным датчиком <*>, способным воспринимать смещения стенок скважины. Он состоит (рис. 21) из корпуса 1, трехклинового распорного устройства 2 с дугообразными щечками 3 и чувствительного элемента 4 в виде рамки с дугообразными пружинами, между которыми натянута струна, и с электромагнитом, вызывающим колебания струны.
<*> Репер-деформометр серийно изготавливается Опытно-экспериментальным заводом ОЭЗ ВНИМИ под шифром 5Д39.
Репер-деформометр имеет жесткие связи с замерным устройством. Распор репера осуществляется вращением штанг по часовой стрелке, при этом винт с разносторонней резьбой вызывает сближение боковых клиньев, заставляя средний клин с контактной щечкой прижиматься к стенке скважины. Усилие распора репера-деформометра в скважине контролируется с помощью измерителя частоты колебаний струны (станции ССМ-2, СБ-6м, СБ-25 <*>). В процессе установки репера-деформометра осуществляется его ориентировка в скважине с помощью досылочных труб. Репер-деформометр предварительно должен быть протарирован. Результаты тарировки оформляются в виде графика в координатах «деформация (нагрузка) — частота колебаний струны». Диапазон рабочих частот от 800 до 2500 Гц. Чувствительность деформометра — около 2 Гц на микрон.
<*> Эти приборы изготавливаются ОЭЗ ВНИМИ.
Репер-деформометр может быть использован в сухих скважинах диаметром 76 мм, глубиной до 50 м с любыми углами наклона.
Радиоактивные реперы [23, 24] представляют собой бронебойные пульки, застреливаемые в стенки скважины с помощью специального перфоратора и порохового заряда. Перемещения реперов определяются путем зондирования скважины с помощью радиографа, укрепленного на маркшейдерском длиномере ДА-2, или досылаемого в скважину с помощью мерных штанг. Радиограф [25] - это автоматическая фотокамера, снабженная люминофорами. Радиоактивные реперы обычно закладывают в скважины, пробуриваемые с земной поверхности. Несмотря на сложности, связанные с использованием радиоизотопов, реперы указанного типа имеют некоторые преимущества, например, возможность использования скважин, закрепленных обсадными трубами, а также то, что скважина остается свободной для геофизических и других исследований.
10. В скважинах, пробуренных в слабых породах, рекомендуется применять герконовые реперы [26, 27], представляющие собой металлические кольца, шириной 2 — 5 см, свободно закрепленные на внешней поверхности керамических или пластиковых обсадных труб в специальных пазах, шириной 0,5 — 1 м. Местоположение этих колец-реперов в скважине определяется с помощью специального прибора — магнитного герметического контакта (геркона), опускаемого в скважину либо на мерной ленте, либо на длиномере ДА-2, либо на мерных штангах. В момент прохождения геркона сквозь металлическое кольцо-репер происходит замыкание и размыкание магнитного электрического контакта, фиксируемое специальной аппаратурой. Преимущества этого типа реперов такие же, как у радиоактивных.
В качестве контурных реперов можно рекомендовать обычные обрезки буровой или арматурной стали длиной до 1,5 м, забиваемые в деревянную пробку длиной до 40 см, находящуюся в забое пробуренного шпура.
В заключение следует заметить, что большинство конструкций из числа описанных выше достаточно просты для изготовления в шахтных механических мастерских.
КОЛОННА ГЛУБИННЫХ РЕПЕРОВ С ЖЕСТКИМИ СВЯЗЯМИ И НАПРАВЛЯЮЩИМИ ВТУЛКАМИ
Системы глубинных реперов с жесткими связями в виде ставов свинчивающихся штанг (штоков) обычно предназначены для измерений повышенной точности, например, для наблюдений за упругим восстановлением надрабатываемых пород. Однако почти во всех скважинах, кроме направленных вертикально вверх или восстающих под большим углом к горизонту, движение репера в ту или иную сторону (особенно в сторону кондуктора) не передается адекватно замерному устройству. Причина в том, что ставы свинчивающихся штанг, свободно размещенные в скважине, не обладают необходимой продольной устойчивостью и вследствие этого не являются системой, жестко передающей перемещение. Став получает изгибы в соединениях, «ложится» на почву скважины, в процессе установки реперов штанги скручиваются вплоть до свивания в пряди. Подобно тому, как упругое деформирование струны (проволоки) «отнимает» у измерительного устройства часть истинного перемещения репера (см. п. 4.11), указанные деформации ставов штанг «вбирают» в себя некую долю измеряемых смещений. Если в первом случае можно ввести поправку на натяжение проволоки, то во втором присутствует «чистая» ошибка способа измерения.
Далее описано устройство, конструктивные особенности которого должны свести к минимуму погрешность, вызванную недостаточной жесткостью системы. Устройство содержит головной глубинный репер, соединенный с отсчетным приспособлением ставом свинчивающихся дюралевых труб, и последующие реперы, соединенные ставом штанг (штоков), обычно диаметром 8 — 12 мм. Реперы шарнирного типа с плоским корпусом (см. рис. 19, б). Труба является механической основой системы. Наружные деревянные втулки, насаженные на трубы, обеспечивают им концентрическое положение в скважине. Стальные или дюралевые штанги расположены внутри трубы эксцентрично относительно оси последней. Штанги (штоки) снабжены внутренними направляющими втулками, выполненными из полиамидной смолы. Отверстия во втулках соответствуют эксцентриситету штанг (штоков). В соответствующих трубах имеются двусторонние продольные прорези, через которые производят расклинивание последующих реперов в стенках скважины. Прорези геометрически связаны с эксцентриситетом штанг и обеспечивают в поперечном сечении скважины заданный разворот последующих реперов друг относительно друга.
На рис. 22, а, б, в дана схема расположения устройства в скважине. Три колонки (см. рис. 22) «монтируются» в единую скважину путем «стыковки» их по линиям ab и a'b', cd и c'd'. В таком виде скважина будет представлять собой единое целое — от обсадной трубы с отсчетным устройством до линии ef, которая означает забой скважины. В данном случае в качестве примера показана система с четырьмя глубинными реперами (один головной и три последующих).
Рис. 22. Оборудование скважины с колонной глубинных реперов шарнирного типа:
а — головная часть скважины; б — средняя часть; в — устье
Соответствующие разрезы показаны на рис. 23. Головной репер 1 навинчен на заглушку 2, забитую в головную трубу става 3. При расклиненном головном репере ось трубы 3 совмещена с осью скважины 4. На трубчатый став нанизаны направляющие деревянные втулки 5, представляющие собой полые цилиндры и предназначенные для предупреждения прогибов става по длине скважины. В соответствующих трубах имеются двусторонние продольные прорези 6 для расклинивания последующих реперов 7. Ширина нешарнирной части — пластины — этих реперов увеличена на 6 — 10 мм по сравнению с головным репером. В результате у расклиненного репера 7 винт расположен эксцентрично относительно оси скважины, оставаясь при этом внутри трубы 3. Такое же расположение имеет и став штанг 8 (см. рис. 22, б). Продольные прорези ориентированы так, что последующие реперы имеют в поперечном сечении трубы заданный разворот друг относительно друга. При упомянутых эксцентриситете и развороте реперов геометрическим местом центров штанг 8 (см. рис. 23) является окружность внутри трубы, концентричная по отношению к последней. На штанги нанизаны внутренние полиамидные направляющие втулки с отверстиями, расположение которых соответствует расположению штанг внутри трубы. Хвостовая труба става пропущена в устье скважины через торцевое отверстие обсадной трубы 11 (см. рис. 22, в). Упорные площадки 10 насажены на трубу и штанги и закреплены стопорными болтами. На площадках закреплены индикаторы часового типа (на рисунках не показаны).
Рис. 23. Разрезы по скважине с колонной глубинных реперов
Монтаж и эксплуатация устройства осуществляется следующим образом.
Став труб сначала собирают на поверхности шахты, трубы нумеруют, фиксируют шплинтовые отверстия в резьбовых соединениях, при которых обеспечивается заданный разворот продольных прорезей друг относительно друга, после чего трубы рассоединяют и вместе с остальным оборудованием отправляют в шахту. По мере опускания передовых элементов в скважину 4 производят наращивание связей, идущих от всех реперов, и устанавливают внешние 5 и внутренние 9 направляющие втулки, т.е. опускают систему в целом и лишь затем производят расклинивание реперов. После этого на хвостовых элементах устройства укрепляют упорные площадки 12 и индикаторы часового типа. В дальнейшем в избранном режиме снимают показания с индикаторов. После исчерпания измерительного диапазона индикатора (1 см) соответствующую площадку освобождают от зажима, перемещают в ту или другую сторону, настраивают индикатор на новые отсчеты и снова закрепляют площадку.
Как показали шахтные испытания, с помощью описанного устройства можно надежно измерять элементарные перемещения надрабатываемых пород, т.е. перемещения, вызванные подвиганием влияющей лавы на ширину одного захвата добычного органа.
Благодаря эксцентриситету и развороту штанг относительно оси трубы, в скважину диаметром 76 мм можно заложить шесть-семь реперов, в то время как при использовании обычных типов жесткой связи — только четыре.
РЕКОМЕНДУЕМЫЕ КОНСТРУКЦИИ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ И КОНДУКТОРОВ СКВАЖИН
Кондуктор обычно представляет собой отрезок обсадной трубы, оснащенный крепежными устройствами для установки измерительных приборов. Кондуктор надежно укрепляют (цементируют) в устье скважины. Как правило, он имеет торец (дно) с отверстиями для пропуска элементов связи. Конструкция кондуктора зависит от типа связей (жесткие или гибкие), от характера измерительных устройств (переносные или стационарные), от типа замерного пункта.
Кондуктор 1 для переносного измерителя (рис. 24, а) имеет в центре донышка ниппель 7 с керном или отверстием (так называемый нульпункт). Смещения реперов относительно кондуктора определяют путем измерения расстояния между нульпунктом и наконечником (ниппелем) 3 штока 2 репера. Измеритель состоит из металлической линейки 5 с калиброванными отверстиями, просверленными по строгой разметке через каждые 5 мм, и движка 6 с нониусом и стопорным винтом для жесткого закрепления индикатора 4.
Рис. 24. Кондуктор для системы с жесткими штоками:
а и б — переносной и стационарный измерители
Измерение производят следующим образом. Движок с индикатором устанавливают на необходимом расстоянии от наконечника линейки и закрепляют стопорным винтом, после этого наконечник упирают в керн ниппеля кондуктора, а наконечник индикатора — в керн ниппеля штока. Результат складывается из отсчета по линейке (кратного 5 мм) и по индикатору.
Аналогичное стационарное устройство показано на рис. 24, б. Здесь кондуктор снабжен стойкой с диском, на котором укреплены индикаторы. Индикаторы, как и в предыдущем случае, показывают перемещение реперов относительно кондуктора. С помощью подобных измерительных приспособлений можно получать также смещения реперов друг относительно друга (см., например, рис. 22).
Кондуктор для подпружиненных гибких связей (рис. 25) имеет стойку 1 с диском 2 на конце. В диске сделаны отверстия, в которых закреплены натяжные гильзы 3. Гильза представляет собой цилиндрический корпус, внутри которого имеется шток с насаженной на него динамометрической пружиной. К наружному концу штока прикреплена струна от репера. Перемещение репера передается штоку, вызывая его перемещение и изменение усилия сжатия пружины. В противоположный конец штока упирается наконечник переносного или стационарного индикатора часового типа. Как указывалось в п. 4.11, индикатор измеряет абсолютную деформацию пружины, которая составляет лишь часть относительного смещения кондуктора и репера. Для того чтобы узнать остальную часть, нужно либо вводить поправку на натяжение струны, либо непосредственно измерять эту поправку, имея, например, устройство, позволяющее восстанавливать начальное натяжение струны и одновременно фиксировать перемещение самого натяжного устройства относительно кондуктора.
Рис. 25. Кондуктор с натяжными устройствами для струн (проволок)
Подпружиненные струны могут быть перекинуты через блочок того или иного прибора — реостатного датчика РД (рис. 26, а) или индикатора 6ПАО (см. рис. 26, б). Кондуктор в таких случаях снабжен рамкой, на которой укрепляются приборы и пружинные гильзы. Смещение репера вызывает вращение блочка реостатного датчика, в результате чего изменяется его электрическое сопротивление, которое фиксируется с помощью станции типа СРД-3. Чувствительность датчика РД-2 <*> в пересчете на смещения составляет 0,1 мм. Чувствительность индикатора 6ПАО выше — 0,01 мм. Однако преимущество реостатных датчиков заключается в возможности дистанционных наблюдений. Это важно, если наблюдатель не имеет доступа к тем местам горной выработки, где расположен кондуктор. Обе схемы (см. рис. 26) предусматривают введение поправки на непостоянство натяжения струны.
<*> Датчики типа РД и станции типа СРД изготавливаются Харьковским заводом точного приборостроения.
Рис. 26. Кондуктор с измерительным устройством блочкового типа (для струн):
а — с реостатными датчиками; б — с часовыми индикаторами типа 6ПАО
Для струн с постоянным натяжением разработано, в частности, регистрирующее устройство барабанного типа [28]. Оно представляет собой круговое металлическое основание с укрепленными на нем четырьмя барабанами. Проволока, идущая от глубинного репера, наматывается на один из барабанов. По шкале барабана регистрируются доли его оборота, число целых оборотов барабана определяется по горизонтальной шкале. Постоянное натяжение проволоки обеспечивается специальным тормозным устройством. Вся установка смонтирована на металлическом основании и помещена в металлическую коробку, которая крепится к кондуктору при помощи конического патрубка. Во время снятия отсчета барабан растормаживается и проволоке придается постоянное натяжение с помощью ручного динамометра.
Для проволок с постоянным натяжением [29] на обсадной трубе (кондукторе) монтируется полая цилиндрическая коробка, под основанием которой укрепляются по окружности индикаторы часового типа. В цилиндрической поверхности имеются продольные сквозные прорези, служащие направляющими для консольных пластинок. Каждая пластинка прижимкована к идущей от репера проволоке. В поверхность пластинки упирается наконечник индикатора. При исчерпании диапазона показаний индикатора последний освобождают от зажима и закрепляют в новом положении с помощью зажимного винта. Проволоки по выходе из цилиндра перебрасывают через блочки, закрепленные на рамах, и к их концам подвешивают грузы, обеспечивающие постоянное натяжение.
Кондуктор, показанный на рис. 27, предназначен для измерения перемещений глубинных реперов струнным методом (см. п. 4.10). Кондуктор снабжен натяжным устройством 1, обеспечивающим начальное натяжение струны 2, на которой закреплен электромагнитный датчик 3 типа ДС-6м. Опрос датчиков через распределительное устройство осуществляется с помощью станций струнного метода типа СБ-6м и СБ-25. Станция вызывает (через электромагнит датчика 3) колебания струны и расшифровывает частоту этих колебаний, выдавая результат на специальное световое табло.
Рис. 27. Измерение смещений струнным методом (устройство кондуктора):
1 — натяжной винт; 2 — струна; 3 — струнный датчик ДС-6
Для измерения расстояния между кондукторами (и реперами) соосных скважин, направленных в разные стороны от выработки, используются как стационарные измерительные устройства (блочковые индикаторы 6ПАО, реостатные датчики РД-2 и др.), так и переносные (рулетка ВНИМИ). Измерительные стойки СУ-2 и СУИ-2 могут быть использованы и в том, и в другом варианте. Их, однако, нецелесообразно применять, если скважины отклонены от вертикали больше, чем на 15 — 20°. После установки переносной стойки между кондукторами (или реперами) противоположных скважин ее вращают вокруг своей оси, снимая при этом минимальный отсчет либо по линейке и нониусу, либо по индикатору часового типа.
Для дистанционного измерения смещений соосных контурных реперов можно использовать как реостатные (РД), так и импульсные (ИД) датчики. Для регистрации показаний импульсных датчиков применяют станцию типа СИД.
При наклонном, пологом или горизонтальном расположении скважин рекомендуется применять рулетку ВНИМИ, снабженную натяжной пружиной. Измерение производят в такой последовательности.
На одном из реперов, наконечник которого снабжен специальным ушком, укрепляют крючок полотна рулетки; после этого рулетку разматывают до тех пор, пока ее острие не упрется в керн наконечника второго репера. Чтобы создать натяжение полотна рулетки, необходимо смотать ленту на два-три оборота рукоятки и зафиксировать положение последней. Затем рулетку растягивают до тех пор, пока ее острие снова не упрется в керн второго репера. В этом положении производят два-три покачивания рулетки в плоскости, перпендикулярной плоскости полотна (аналогично покачиванию нивелирной рейки) и стопорным устройством фиксируют минимальный отсчет. Измерения повторяют два-три раза. Расхождения между отсчетами не должны превышать +/- 0,3 мм.
Рекомендуется от начала и до конца наблюдений на данной станции пользоваться одними и теми же измерительными приборами и устройствами. Однако если в ходе наблюдений вышла из строя измерительная стойка, или полотно рулетки ВНИМИ, или какое-либо другое переносное устройство, то заново оснащенный или изготовленный измерительный узел надо проверить на специальном компараторе и в дальнейшие измерения вносить соответствующую поправку на компарирование. Простейший компаратор представляет собой два репера со специальными головками, забетонированные в надежном фундаменте или стене здания. Компарирование измерительных стоек (СУ и СУИ), например, заключается в контрольном измерении известного расстояния между реперами компаратора (при одновременном фиксировании температуры).
УСТАНОВЛЕНИЕ ГРАНИЦ ЗОН РАЗГРУЗКИ И ЗАЩИТЫ
Относительно защищенной зоны необходимо сделать одну оговорку.
Границы зон, защищенных от горных ударов и выбросов угля и газа, устанавливаются в зависимости от ряда горно-технических факторов в соответствии с положениями инструктивных документов [7] и [9]. Максимальная дальность Si (i = 1 — подработка, i = 2 надработка) защитного действия в направлении, нормальном к напластованию, определяется в зависимости от глубины H работ; ширины a очистной выработки защитного пласта (точнее, наименьшего размера прямоугольной выработки, который снимается с плана горных работ по защитному пласту); мощности m защитного пласта и способа управления его кровлей; мощности крепких монолитных пород (песчаников) в толще междупластья. Углы защиты \delta_{i} (i = 1, 2, 3, 4 — см. рис. 2, а) зависят только от угла \alpha падения пластов. Эти границы установлены, в частности, на базе многочисленных и многолетних шахтных наблюдений, методика которых изложена в данных указаниях, а также на основе аналитических исследований горного давления и практики использования защитных пластов. Следование положениям названных инструкций является обязательным для технической службы шахт в рамках Минуглепрома СССР.
Тем не менее, инструментальное исследование границ зон разгрузки и защиты во многих случаях является целесообразным. Во-первых, нормативные положения нуждаются в уточнениях. Это прежде всего относится к разработке рудных и нерудных месторождений, склонных к горным ударам. Здесь возможны отличия, связанные с повышенной крепостью вмещающих пород и с особенностями ведения горных работ. Во-вторых, может возникнуть необходимость выявить влияние на границы защищенной зоны какого-либо существенного фактора, не учтенного инструкцией. В-третьих, такие наблюдения могут стать средством уточнения параметров защиты (размера S или углов \delta ) в конкретных горно-технических условиях, а также средством оценки эффективности защитного действия. В этой связи можно сформулировать две самостоятельные задачи шахтных наблюдений по методу глубинных реперов. Одна из них — уточнение углов защитного действия при таком расстоянии Hi между защитным и опасным пластами, относительно которого нет практически никаких сомнений в справедливости условия Si > Hi. Вторая задача — уточнение максимальной дальности Si защитного действия. Она возникает, как правило, тогда, когда имеется положительный опыт безопасной отработки над- или подработанного пласта при междупластье, мощность которого превышает размер Si.
Для решения первой задачи необходимо иметь распределение деформаций \epsilon_{y} (см. табл. 1), рассчитанных на основе измеренных конечных перемещений двух профильных линий реперов (см. рис. 5), заложенных в породы междупластья на достаточном удалении от подготовительных выработок, из которых бурились скважины (см. п. 2.13). База измерения деформаций должна быть больше 2 м. Профильные линии (рис. 28, а, б <*>) должны охватывать, по возможности, всю область влияния очистной выработки защитного пласта. В сечении вкрест простирания (см. рис. 28, а) границы зоны разгрузки (углы \beta_{i} , где i = 1, 2, 3, 4 — см. табл. 1 и рис. 2) определяются с помощью точек 3 кривой конечной деформации \epsilon_{y}(x\prime) , т.е. точек, в которых эта кривая меняет знак. Границы защищенной зоны (углы \delta_{i} , где i = 1, 2, 3, 4 — см. табл. 1 и рис. 2) определяются с помощью точек 4, т.е. тех, в которых отмечена или полная разгрузка, или составляющая 80% полной. Максимальный размер Si защищенной зоны устанавливается в таких случаях в соответствии с положениями инструкций [7] и [9]. В сечении по простиранию (см. рис. 28, б) принцип построения границ зон разгрузки (углы \beta_{5} и \beta_{6} ) и защиты (углы \delta_{5} и \delta_{6} ) аналогичен изложенному. Однако поскольку речь идет о подвигающейся границе выработки, то здесь правильнее говорить не о границах защиты, а о допустимом приближении b1 горных работ на защищаемом пласте к фронту очистных работ на защитном. В инструкции [7] эта критическая величина для разной мощности междупластья определяется углами \delta_{5} = 60^{\circ} и \delta_{6} = 45^{\circ} , а согласно инструкции [9] \delta_{5} = \delta_{6} = 45^{\circ} , при этом b1 <= 20 м <*>.
<*> Схемы а и б построены исходя из предположения, что разработка защитного пласта ведется по простиранию. Это значит, что на схеме а показаны неподвижные края очистной выработки, а на схеме б — подвижный край. Если пласт отрабатывается столбами по падению, то роль сечения по простиранию играет сечение вкрест простирания (при этом \alpha = 0 ), и наоборот.
<*> Кривые \epsilon_{y}(x) и \epsilon_{y}(x\prime) (см. рис. 28, а и б) являются условными, так как не отражают давления подработанных пород, которое достигает максимума в средней части выработки (рис. 28, а) или на определенном расстоянии позади забоя защитного пласта (рис. 28, б). На некотором расстоянии нагрузки достигают опасного — в отношении горных ударов — значения, поэтому в инструкции [7] вводится понятие допустимого отставания b2 работ на защищаемом пласте от очистного забоя на защитном. Однако параметр b2 трудно определить шахтными инструментальными наблюдениями по методу глубинных реперов.
Рис. 28. Использование кривой \epsilon_{y}(x) для определения зон разгрузки и защиты (на примере надработки):
а — сечение, перпендикулярное направлению очистных работ; б — совпадающее с этим направлением
Следует заметить, что границы зоны разгрузки не регламентируются действующими инструкциями.
Размер зоны опорного давления определяется по точкам 3 и 1. Начиная с точки 1, кривая \epsilon(x) имеет производную, отличную от нуля при устойчивом знаке.
Для решения второй задачи необходимо иметь распределение деформаций \epsilon_{y} вдоль оси y (см. рис. 28, а). Измеренные величины сравниваются с критическими \epsilon_{y} , значения которых для различных диапазонов глубины разработки приведены в табл. 4.
| H, м | \epsilon_{yc} , 1 x 103 |
|---|---|
| 300 — 600 | 0,5 |
| 600 — 900 | 1 |
| 900 — 1200 | 1,5 |
Для многих рудных и нерудных месторождений, характеризующихся повышенной крепостью вмещающих пород, указанные значения \epsilon_{y} могут оказаться завышенными, так как являются обобщенными результатами многочисленных инструментальных наблюдений, выполненных главным образом на угольных шахтах.
В ходе решения второй задачи может оказаться, что разгрузка, полученная надработанным или подработанным пластом, расположенным от защитного на расстоянии, большем Si, достаточна для защиты от динамических явлений. Параметры \delta_{i} , b1 и b2 в таких случаях устанавливаются в соответствии с положениями инструкций [7] и [9].
РЕШЕНИЕ НЕКОТОРЫХ ГЕОМЕХАНИЧЕСКИХ ЗАДАЧ
А. Механическая модель массива горных пород
Качественное представление о том, что в надрабатываемой толще осадочных пород имеет место, главным образом, упругое восстановление, является общепризнанным и сомнений не вызывает. Однако для теории и практики использования защитного действия важно знать, имеется ли количественное соответствие между поведением надрабатываемых пород и идеальной линейно-деформируемой упругой среды. Для выяснения этого вопроса могут быть использованы результаты наблюдений по методу глубинных реперов.
Суть излагаемых далее приемов в том, что кривая измеренных перемещений или деформаций сравнивается с аналогичной кривой, полученной в результате аналитического расчета на базе теории упругости, причем в аналитический расчет закладываются все параметры, характеризующие горно-технические условия наблюдений (глубина работ, размеры очистной выработки в плане, мощность и угол падения разрабатываемого пласта, расстояние между этим пластом и серединой измеряемого интервала и т.д.). Условия наблюдений должны быть достаточно простыми и близкими к аналитической расчетной схеме, описанной в работах [30], [31] и др. Под «простотой» условий понимают, например, следующее: влияющая очистная выработка является изолированной, т.е. на профильную линию замерных пунктов не оказывали и не оказывают влияния никакие другие горные работы; не применяется закладка выработанного пространства или выкладка бутовых полос; массив пород не был до этого ни надработан, ни подработан; рельеф поверхности имеет равнинный характер и т.п. Выполнение первого из перечисленных условий упрощает расчет и несколько повышает достоверность сравнения с экспериментом, однако оно не является строго обязательным, так как имеется программа «Planes» [32], позволяющая рассчитывать все компоненты напряжений, смещений и деформаций в однородном массиве для любого числа очистных выработок произвольной формы в плане, пройденных на одном и нескольких смежных параллельных пластах (пространственная задача). В Методических указаниях [32] содержится также программа «Flammen» для расчета напряженно-деформированного состояния слоистого массива горных пород с различными условиями на контактах слоев (в рамках плоской задачи).
Желательно, чтобы распределение измеренных величин представляло собой результат интегрирования элементарных упругих перемещений (деформаций), полученных на наблюдательной станции третьего типа (см. раздел 3 основного текста). Однако относительно смещений, развивающихся во времени, существуют различные точки зрения. Шахтные наблюдения показали, что эти смещения равны по своей суммарной величине мгновенным (обязанным только работе выемочного органа добычного агрегата) или даже несколько превосходят их. Аналогичные результаты были получены на образцах пород. Это показывает, что для описания механического поведения надрабатываемых пород, возможно, следует привлекать теорию линейно-наследственной ползучести. С другой стороны, не исключено, что смещения, наблюдаемые во время простоев комбайна в лаве, — это проявление разуплотнения разгруженных пород, которое растянуто во времени. Разуплотнение происходит по контактам между слоями пород, а также благодаря раскрытию трещин различных систем ориентации. Свой вклад в рост смещений во времени может вносить сложный процесс разрушения кромки пласта (залежи) в лаве, который в какой-то степени подобен собственно выемке очередной «ленты» полезного ископаемого. При такой интерпретации перемещений нет необходимости производить их условное разделение на «упругость» и «ползучесть», а нужно учитывать их целиком в рамках аппарата линейной теории упругости. Правда, величина модуля упругости E в таких расчетах будет уже характеризовать не только «чисто» упругие свойства массива горных пород, но и его склонность к разуплотнению.
Для получения «аналитического» распределения V(x) или \epsilon(x) (ось x см. на рис. 2) надо в программу расчета закладывать средневзвешенное значение E пород, включенных в интервал наблюдения. Эту величину часто определяют по испытаниям образцов пород. Однако значение E существенно зависит от того, какой участок массива вовлечен в наблюдения: чем больше объект изучения, тем вообще говоря меньше значение E. Этот эффект, называемый масштабным, объясняется наличием макроструктурных ослаблений в массиве пород и почти полным отсутствием таковых в куске (образце) породы. Поэтому оценка реального значения E является самостоятельной экспериментальной задачей. Пути ее решения обсуждаются ниже, а примеры соответствующих наблюдений — в прил. 7.
Что же касается сравнения измеренных и расчетных величин, то его можно производить с точностью «до множителя»: приняв, например, в расчете условно, что E = 1 x 104 МПа, получают для различных абсцисс кривых V(x)теор и V(x)эксп в области разгрузки отношения p = Vi(x)теор/Vi(x)эксп и по тому, с какой ошибкой можно считать p = const, судят о степени отличия реального массива от линейно деформируемой упругой среды.
Другой прием предполагает измерение смещений V вдоль оси y (см. рис. 2). Правда, это уже будет станция второго типа (см. раздел 3 основного текста), следовательно, результат будет представлять собой измеренные конечные перемещения V(y), а не проинтегрированные элементарные. Разделение смещений на «упругость» и «ползучесть» в данном случае невозможно. Рекомендуемый способ измерения для этой схемы — прецизионные нивелирные съемки с базированием на надежные опорные реперы (см. п. 4.20). Преимущество нивелировки: измеренные перемещения характеризуют деформативность (E) всей толщи, вовлеченной в процесс упругого поднятия, а не только слоев, попавших в интервал между реперами. Считают отношения P перемещений Vi и Vi+1, измеренных соответственно на удалении yi и yi+1 от почвы разрабатываемого пласта, а также отношения аналогичных расчетных перемещений и сравнивают pтеор и pэксп. Если вдоль оси y заложено n глубинных реперов, охваченных нивелированием, то можно получить n — 1 пар независимых отношений и одну контрольную пару. По процентному расхождению измеренных и расчетных поднятий V, осредненному по всем парам, судят о степени отклонения от «упругости».
Третий прием носит эмпирический характер и служит для «прикидочной» оценки модели среды. Сопоставляют две кривые элементарных перемещений \Delta V(x) — измеренную на станции третьего типа и рассчитанную аналитически с точностью до множителя. Определяют расхождения \delta абсцисс критических точек 1, 2, 3, 4 (рис. 5) обеих кривых и относят значения \delta к полуширине выработки x0. Полученные безразмерные величины осредняют в рамках данной наблюдательной станции, а затем по группе станций, характеризующихся одними и теми же горно-техническими условиями, но различными значениями x0 (см. прил. 7). Среднее значение \delta/x_{0} (в процентах) будет означать среднее отклонение от «упругости».
Надо заметить, что все три приема до известной степени условны. Дело в том, что получить «абсолютную» количественную оценку реологической модели массива горных пород вряд ли возможно в принципе. Тем не менее, изложенные подходы и результаты, приведенные в прил. 7, открывают путь к широкому использованию тех возможностей обобщения, которые заложены в аналитических средствах исследования горного давления — в первую очередь, на базе теорий линейной упругости и линейно-наследственной ползучести.
Б. Модуль деформаций массива горных пород E
Суть всех приемов экспериментальной оценки значения E в массиве заключается в том, что измерения производят на столь малом расстоянии y от разрабатываемого пологого пласта, что с высокой степенью достоверности можно утверждать: снимаемые (дополнительные) напряжения \sigma_{y} близки к \gamma H . Тогда получают значение E, решая уравнение закона Гука относительно этой величины. Большую ценность в этом плане имеют наблюдательные станции, в рамках которых измерения производятся на различных интервалах: смещения стенок скважины; деформация одного слоя; деформация пачки породных слоев, состав которой отражает структуру всей толщи; поднятия пород надрабатываемой толщи. Такая станция дает возможность получить зависимость значений E от масштабного фактора.
Аналитические расчеты показывают, что если расстояние y между почвой разрабатываемого пласта и линией реперов (или серединой интервала между ними) не превышает 0,5x0 выработки, то можно считать, что \sigma_{y} \approx \gamma H и \sigma_{x} = 0 . При большем значении y можно вносить поправки, пользуясь результатами расчетов согласно [32].
Смещения стенок скважины измеряют в трех направлениях u1, u2 и u3 (рис. 29). Для этой цели в скважине устанавливают три репера-деформометра (см. прил. 1) под углами 120° друг к другу. В данном случае они используются как струнные датчики. Ось скважины должна быть параллельна плоскости напластования и перпендикулярна направлению подвигания очистного забоя. Скважина должна располагаться под средней частью лавы, составляющей примерно 60% ее длины. При такой ориентации и расположении скважины существует практически 100-процентная вероятность того, что направления главных нормальных дополнительных напряжений \sigma_{1} и \sigma_{2} (см. рис. 29) совпадут с осями y и x' (см. рис. 2). По мере подвигания влияющей лавы систематически снимают показания с частотомеров и пересчитывают их в смещения u1, u2 и u3. Смещения, полученные на таком расстоянии позади лавы, на котором произошла полная разгрузка от нормальных к напластованию напряжений, т.е. где, как полагаем, \sigma_{y} = \gamma H , — эти смещения используются для расчета E [33]. Сначала проверяют, действительно ли направление (угол \Theta , см. рис. 29) главного нормального напряжения \sigma_{1} совпадает с осью y (рис. 2):
tg2\Theta = - \frac{\sqrt{3} (u_{2} - u_{3})}{2u_{1} - u_{2} - u_{3}} .
Рис. 29. Схема к расчету напряжений по смещениям стенок скважины
Затем рассчитывают E по формуле:
E = \frac{12D \cdot \sigma_{1}}{2(u_{1} + u_{2} + u_{3}) + \sqrt{2} [(u_{1} - u_{3})^{2} + (u_{2} - u_{1})^{2} + (u_{2} - u_{3})^{2}]^{1/2}} ,
где u1, u2, u3 — измеренные смещения стенок скважины, \sigma_{1} = \gamma H , D — диаметр скважины.
На расстоянии y < 0,5x0 ниже пласта можно расположить также замерный узел глубинных реперов, состоящий из двух взаимно перпендикулярных скважин («крест» — см. рис. 3), пробуренных в направлениях y и x (или y и x'). Получают деформации \epsilon_{y} и \epsilon_{x} и рассчитывают E по формуле:
E = \frac{(1 + \nu)(1 - 2\nu)\sigma_{y}}{(1 - \nu)\epsilon_{y} + \nu\epsilon_{x}} ,
где \nu — коэффициент поперечных деформаций, \sigma_{y} \approx \gamma H (при соблюдении условия y < 0,5x0).
Приняв \nu = 0,2 и пренебрегая величиной \nu\epsilon_{x} как произведением малых величин, получим эмпирическую формулу E \approx 0,9 \cdot (\gamma H/\epsilon_{y}) , которой можно пользоваться при y < 0,2x0 (вид формулы говорит о том, что под серединой лавы на небольшом расстоянии от нее преобладают условия, близкие к одноосной деформации). При большем значении y (до 0,5x0) надо вводить в расчет измеренную величину \epsilon_{x} .
Значение E, полученное по смещениям стенок скважины диаметром 76 мм, характеризует свойства небольшого объема пород, примыкающего к скважине. Наблюдения же, выполненные на замерном узле, представляющем «крест» скважин, охватывают слой пород мощностью 6 — 8 м и даже больше. Станция третьего типа может охватить пачку породных слоев. Максимальное значение конечной деформации разгрузки \epsilon_{y}^{max} можно использовать для оценки средневзвешенного значения E для этих слоев:
E = \frac{1 - \nu^{2}}{\epsilon_{y}^{max}} (\sigma_{y} - \frac{\nu}{1 - \nu} \cdot \sigma_{x}),
где \sigma_{y} = \gamma H , если y < 0,5x0. Можно принять 1 - \nu^{2} \approx 1 .
Если y < 0,5x0, то ситуация сводится к случаю одноосной деформации:
E = \gamma H/\epsilon_{y}^{max}.
Наконец, если использовать упругие поднятия Vi надрабатываемых пород на различных удалениях yi от отрабатываемого пласта под серединой лавы, то можно получить значения E, характеризующие всю толщу, вовлеченную в упругое восстановление. При y < 0,5x0 принимаем \sigma_{x} = 0 . При больших значениях y вводим получаемую расчетным путем поправку на рост функции \sigma_{x}(y) . Значение E рассчитываем по одной из программ, описанных в [32] (решается, правда, обратная задача: по известным напряжениям и деформациям определяется модуль упругости E).
Для полноты картины желательно иметь значения E, полученные при испытании образцов пород.
В. Расчет напряженно-деформированного состояния массива горных пород
Элементарные перемещения могут быть использованы для расчета напряженно-деформированного состояния массива горных пород ниже линии измерения в рамках плоской задачи [19]. Обычно это делают, если горно-техническая обстановка имеет такие особенности (например, применяется закладка выработанного пространства), которые затрудняют «чисто» аналитический подход. Смещения являются синтетической информацией, отражающей все свойства реального массива и все особенности горно-геологических условий.
Линию измерения принимают за границу полуплоскости, которая представляет собой однородную изотропную упругую среду. Одним из граничных условий является распределение элементарных перемещений \Delta v(x) , отнесенных к единичному подвиганию \Delta x_{0} забоя влияющей лавы. Другое условие — отсутствие трения на контакте между слоями пород вдоль линии наблюдения, т.е. \tau_{xy} = 0 при - \infty<x<\infty . Таким образом, решается смешанная контактная задача теории упругости.
Дополнительные напряжения можно найти в следующем виде:
\sigma_{x},\sigma_{y}(x_{1}y) = \frac{E}{2(1 - \nu^{2})} \int_{- \infty}^{\infty} (A_{1} \mp A_{2}) \frac{dV(t)}{dt} dt;
\tau_{xy}(x_{1}y) = - \frac{E}{2(1 - \nu^{2})} \int_{- \infty}^{\infty} A_{3} \frac{dV(t)}{dt} dt,
A_{2} = \frac{2y^{2}}{\pi} \cdot \frac{t - x}{[(t - x)^{2} + y^{2}]^{2}} ; A_{1} = \frac{1}{\pi} \cdot \frac{t - x}{(t - x)^{2} + y^{2}} ;
A_{3} = - \frac{y(t - x)^{2} - y^{2}}{\pi[(t - x)^{2} + y^{2}]^{2}} ;
x1y — координаты точки, в которой рассчитываются напряжения;
t — текущая абсцисса на линии границы;
V(t) — смещения точек границы полуплоскости (т.е. проинтегрированные элементарные перемещения).
Полные напряжения находят в виде суммы напряжений нетронутого массива \sigma_{x0} , \sigma_{y0} и \tau_{xy0} и дополнительных напряжений, вызванных образованием выработки:
\sigma_{y1} = \sigma_{y0} + \sigma_{y}, \sigma_{x1} = \sigma_{x0} + \sigma_{x},
где \sigma_{y0} = - \gamma(H - y) , \sigma_{x0} = \lambda\tau_{y0} , \tau_{xy} = 0 , \lambda \approx 0,7 .
С точки зрения борьбы с динамическими явлениями наибольшую важность представляют напряжения \sigma_{y1} . Сопоставление рассчитанных значений \sigma_{y1} с их критическим значением \gamma H_{0} (H0 — см. табл. 1) позволяет очертить зону, защищенную от того или иного вида динамических явлений.
Шахтное моделирование заключается в выбуривании разгружающих щелей, имитирующих очистную выработку, и в проведении наблюдений за смещениями пород ниже и выше щели у контура подготовительной выработки.
Преимущество шахтного моделирования перед лабораторным заключается, во-первых, в том, что щель разгружает породы от фактически действующих в шахте напряжений, и, во-вторых, в том, что процесс воспроизводится в том самом материале (в породах), который является объектом изучения. Недостатки шахтного моделирования: несоблюдение геометрического подобия и искажающее влияние контура подготовительной выработки, в которой ведутся работы. Поэтому моделирование лучше производить в крепких породах.
Как и классическое моделирование на эквивалентных материалах [34], шахтное моделирование можно выполнять по двум принципиально различным направлениям:
- моделирование схемы явления со значительным упрощением действительных условий (например, изучение затухания деформаций разгрузки);
- моделирование частных случаев с воспроизведением конкретных деталей горно-технической обстановки (например, воспроизведение сложной формы очистной выработки в плане).
Технология шахтного моделирования включает проходку ниши в боковой стенке или в забое подготовительной выработки, тщательную ручную оборку соответствующей стенки ниши от нарушенной взрывом породы, выравнивание этой стенки, разметку мест закладки реперов и контура разгружающей щели, бурение шпуров, закладку в них «глубинных» реперов, установку измерительных приборов, выбуривание разгружающей щели и снятие отсчетов на разных стадиях этого выбуривания.
Шпуры бурят на глубину до 1 м. В качестве реперов применяют металлические стержни, наконечники которых снабжены клиньями, забиваемыми в деревянные пробки. Стержни имеют отверстия с зажимными винтами для установки и закрепления индикаторов часового типа и жестких связей в виде стержней с дисками (рис. 30). Стержни могут быть также снабжены специальными зажимами для закрепления и натяжения струн с установленными на них датчиками вызова колебаний.
Рис. 30. Глубинные реперы и индикаторное измерительное устройство в шахтном эксперименте с разгрузочными щелями:
1 — щель; 2 — реперы; 3 — деревянная пробка; 4 — металлический корпус; 5 — металлический штырь; 6 — шток с тарелкой; 7 — зажимные винты; 8 — индикатор часового типа
Примерно через 15 минут после завершения установки реперов и измерительных устройств снимают начальные (нулевые) отсчеты; затем можно приступать к выбуриванию щели.
Глубина щели должна быть по крайней мере в два раза больше глубины заложения реперов. Выбуривание сплошной разгружающей щели в крепких породах производится обычно пневматическим молотком, оснащенным специальной направляющей насадкой (рис. 31), предназначенной для обеспечения параллельности шпуров. Первый шпур бурят обычной коронкой, а последующие забуривают с помощью насадки с опережающей направляющей трубкой (см. рис. 31, а), а добуривают с помощью отстающей трубки (см. рис. 31, б). Сначала вдоль линии будущей щели бурят вразбежку (через равные интервалы) параллельные шпуры коронкой малого диаметра. Затем эти шпуры разбуривают коронкой большого диаметра, выбранного с таким расчетом, чтобы не оставалось стенок между скважинами.
Рис. 31. Направляющая насадка для бурения параллельных шпуров:
а — для забуривания; б — для добуривания
Разгружающую щель не обязательно разделывать в том же слое породы, в котором заложены реперы. Во многих случаях целесообразней разделывать щель в пропластке угля или в прослойке слабой породы.
В крепких породах измерения перемещений «глубинных» реперов следует дополнять экспериментами по методу разгрузки скважин. Хотя эти опыты трудоемки и технически сложны, они будут способствовать анализу распределения напряжений в породах на разных этапах развития разгрузочной щели. Можно также измерять радиальные смещения стенок скважин, разгружаемых основной щелью, с помощью деформометров, ориентированных под определенными углами относительно продольной оси скважины. Соответствующий аппарат расчета дополнительных напряжений \sigma_{1} и \sigma_{2} описан в работе [33].
В ходе шахтного моделирования изучают величины и характер распределения деформаций разгрузки в рамках данной литологической разности. Располагая аналогичными данными о всех основных — в пределах данного месторождения (шахтного поля) — типах вмещающих пород, можно рассчитать параметры зон разгрузки и защиты в конкретных горно-геологических условиях с учетом состава и мощности слагающих толщу пород.
ПРИМЕРЫ ШАХТНЫХ ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ НАБЛЮДЕНИЙ
1. Изучение поведения слоев пород непосредственной и основной кровли пласта 11 на шахте им. Урицкого (Кизеловский бассейн)
Исследования имели цель выяснить характер смещения 25-метровой плиты кварцевого песчаника при ее подработке пластом 11, имеющим мощность 1,2 — 1,5 м.
На рис. 32 показана схема замерного пункта. Измерения осуществлялись дистанционно с помощью датчиков ИД-1.
Рис. 32. Замерный пункт на шахте им. Урицкого (Кизеловский бассейн):
Результаты наблюдений представлены в виде графиков смещений глубинных реперов во времени и пространстве (рис. 33). Из рассмотрения графиков следует, что 25-метровая толща песчаника при подработке пластом 11 смещается (опускается) отдельными слоями.
Рис. 33. Смещения толщи песчаника, подрабатываемой пластом 11 на шахте им. Урицкого (Кизеловский бассейн)
2. Надработка толщи пород на шахте Чайкино-Глубокая (Донецко-Макеевский район Донбасса)
Из первого северного квершлага под углом 70° к горизонту навстречу движущемуся забою надрабатывающей первой северной лавы пласта m3 были пробурены две дублирующие друг друга скважины, оборудованные глубинными реперами. Длина влияющей лавы 160 м, глубина квершлага от земной поверхности 670 м, вынимаемая мощность пласта 1,6 м, угол падения 3°. Остальные условия, а также результаты наблюдений показаны на рис. 34.
Рис. 34. Наблюдения на шахте Чайкино-Глубокая (Донецко-Макеевский район Донбасса):
- квершлаг; 
- песчанистый сланец; 
- песчаник
Максимальные поднятия реперов 1, 2, 3, 4 соответственно 200, 145, 125 и 120 мм. Далее эти величины будут сопоставлены с аналогичными результатами других наблюдений. Деформации расширения уменьшаются с удалением от почвы очистной выработки. Максимальная деформация разгрузки даже наиболее удаленного от пласта m3 интервала составляет 1,5·10-3. При данной глубине работ, согласно прил. 4, это можно считать достаточным для защиты. Процесс разгрузки надрабатываемых пород заканчивается на расстоянии 15 — 20 м позади забоя лавы, после чего начинается весьма незначительное повторное сжатие. В сечении по простиранию был получен угол защиты \delta = 67^{\circ} (см. рис. 33).
3. Комплексная станция глубинных реперов на шахте им. Изотова (Центральный район Донбасса)
Наблюдалась надработка (рис. 35, а, в) и подработка (см. рис. 35, б) толщи пород пластом Толстым мощностью 0,8 — 0,9 м. Надрабатывалось место вскрытия пласта Тонкого (см. рис. 35, в). Для оборудования наблюдательных станций была пройдена экспериментальная выработка — полевой штрек на гор. 630 м. Лава пласта Толстого длиной 100 м отошла от линии створа с системой скважины на 40 м. Подработка (см. рис. 35, б) наблюдалась на соседнем по простиранию (на 200 м западнее) участке. Наблюдения здесь были прерваны, когда лава отошла от линии створа на 35 м. Таким образом, в целом наблюдениями была охвачена толща пород почвы пласта Толстого мощностью 65 м и толща пород кровли мощностью около 100 м. Хотя между линиями заложения реперов в сторону почвы пласта Толстого, с одной стороны, и в сторону кровли, — с другой, существовали разрывы как в сечении по простиранию (разные лавы), так и вкрест простирания (линия почвы напротив второго уступа, линия кровли напротив седьмого уступа), — в интересах большей наглядности результаты наблюдений искусственно объединены (рис. 36).
Рис. 35. Комплексная станция глубинных реперов на шахте им. Изотова (ПО Артемуголь):
а — схема закладки реперов в породах, надрабатываемых пластом Толстым (сечение по простиранию); б — то же, в сечении вкрест простирания; в — то же, в породах, подрабатываемых пластом Толстым
Рис. 36. Результаты наблюдений на шахте им. Изотова:
а — деформации подрабатываемых и надрабатываемых пород; б — перемещения пород
Уже на расстоянии 30 м от пласта Толстого в сторону его почвы максимальная деформация разгрузки составляет 0,1·10-3; согласно прил. 4, это недостаточно для защиты. Причина — малая ширина выработки (отход лавы от замерных пунктов). Выделить упругую часть деформаций слоев кровли удалось путем совместного рассмотрения картины смещений двух соседних реперов (см. рис. 36, б) и деформирования интервала между ними (см. рис. 36, а). Когда упругая деформация интервала исчерпана, происходит либо параллельное смещение реперов, либо расслоение.
Данные о деформациях \epsilon интервалов на разных удалениях h от разрабатываемого пласта в сторону почвы и кровли обобщены на графиках рис. 37. Показанная кривая (см. рис. 37, б) может быть описана экспоненциальной зависимостью:
Рис. 37. Изменение деформации с удалением от пласта Толстого:
а — в сторону почвы; б — в сторону кровли
где \epsilon_{0} — деформация расширения на уровне кровли выработки;
c — коэффициент, отражающий механические свойства конкретного массива.
В зоне повышенного горного давления происходит связное смещение пород (включая разрабатываемый пласт) вниз по нормали к напластованию. С удалением от пласта в сторону кровли конечная величина смещения возрастает и на расстоянии 90 м достигает 25 мм. С удалением в сторону почвы смещения уменьшаются (на глубине 60 м V = 0,25 мм). В зоне разгрузки перемещения пород как кровли, так и почвы направлены в сторону выработки. Беспорядочное обрушение пород кровли не происходит, так как мала вынимаемая мощность пласта, а в качестве способа управления кровлей применяется удержание на кострах. Смещения почвы уменьшаются плавно с удалением от пласта. Максимальное поднятие ближайшего репера 23 мм, а репера, удаленного на 60 м от пласта, — 0,6 мм. Поднятия реперов (см. рис. 36, б) были проанализированы с позиций, изложенных в прил. 4, с целью оценки средневзвешенного модуля деформаций надрабатываемой толщи. Был получен результат: E \approx 1,2 \cdot 10^{4}\text{МПа} .
Распределения деформаций (см. рис. 36, а) использованы для определения углов разгрузки \beta_{5} и \beta_{6} (см. табл. 1 и рис. 2) в сечении по простиранию. Значение \beta_{5} = 60^{\circ} было получено путем усреднения данных по восьми интервалам, а величина \beta_{6} = 45^{\circ} — по шести интервалам.
4. Надработка пород, вмещающих пласт Четвертый, на шахте Комсомольская (Воркутское месторождение)
Наблюдениями, проведенными в блоке Южном (бывшая шахта 25), были охвачены породы, надрабатывавшиеся лавой 315-с пласта Тройного (рис. 38, а). Наклонная длина лавы 100 м, она была оборудована механизированным комплексом ОМКТ, ширина захвата комбайна 0,6 м, управление кровлей полным обрушением. Реперы закладывались из конвейерного штрека 215-с пласта Четвертого (см. рис. 38, б), разность смещений реперов фиксировалась стойкой СУИ-2 (см. прил. 4). Использовались реперы шарнирного типа с жесткими связями (см. прил. 1 и 2). Лава прошла от разрезной печи дальше 1 км, и на всех этапах ее движения в штреке 215-с пласта Четвертого производились наблюдения с помощью системы из 15-ти наблюдательных станций. Главные в данном контексте станции 14, 15, 16 и 23 (рис. 39) относились к третьему типу и были предназначены для измерения элементарных разностей перемещений \Delta(V_{1} - V_{2}) верхнего 1 и нижнего 2 (см. рис. 38, б) реперов. Каждая станция насчитывала около 25-ти замерных узлов и охватывала участок штрека 215-с протяженностью около 150 м (жирные полосы, см. рис. 39). Центральные положения лавы 315-с для указанных станций (см. п. 3.14) соответствовали ее отходу от разрезной печи на 43 м (станция 14), 81 м (N 15), 121 м (N 16) и 203 м (N 23). Совокупность замерных пунктов всех этих станций составляла станцию 17, наблюдения на которой производились непрерывно с момента пуска лавы 315-с до момента ее отхода от разрезной печи на расстояние 300 м. Эта станция, следовательно, является примером станции первого типа («универсальной»), при этом ее замерные пункты были одновременно пунктами станций третьего типа. Режим наблюдений на станции 17, как и на остальных, был жестко привязан к технологическим процессам в лаве и позволял выделить из накопленных к любому моменту смещений те конечные упругие смещения, которые происходят только из-за выемки полос угля в лаве. Остальные же, развившиеся во время технологических простоев, условно считались проявлениями ползучести пород.
Рис. 38. Наблюдения на шахте «Комсомольская» (блок Южный):
а — сечение вкрест простирания пластов; б — замерный пункт; 1 — пласт Тройной, m = 2 м; 2 — пласт Четвертый, m = 1,3 м; 3 — конвейерный штрек 215-с
Рис. 39. Системы наблюдательных станций на шахте «Комсомольская» (блок Южный):
- выработки пласта Тройного; 
- то же, Четвертого; 1, 2,
3, 4 — участок n единичных подвиганий лавы 315-с пласта
Тройного, во время которых производились наблюдения
перемещений \Delta(V_{1} - V_{2}) на станциях соответственно 14, 15, 16, 23; 5,
6, 7, 8 — участки штрека 215-с пласта Четвертого, охваченные
замерными пунктами соответственно станций 14, 15, 16, 23
Таким образом, для заранее намеченных значений ширины 2x0 выработки на пласте Тройном можно было провести сопоставление накопленных конечных упругих перемещений V1 — V2 и проинтегрированных элементарных упругих перемещений \Delta(V_{1} - V_{2}) , измеренных на уровне пласта Четвертого. Такое сопоставление, естественно, явилось бы экспериментальной проверкой теоретически доказанного [19] положения о том, что распределение величин \Delta(v_{1} - V_{2})/\Delta x_{0} есть распределение наклонов конечных перемещений V1 — V2. Пример сопоставления, касающийся станции 14, показан на рис. 40. Заметно, что кривые 1 и 2, от замерного пункта 23 и вплоть до середины выработки, почти совпадают. Аналогичный результат был получен на станциях 15 и 16. Таким образом, доказано, что можно получать конечные перемещения путем интегрирования элементарных перемещений, не прибегая к длительным наблюдениям.
Рис 40. Результаты наблюдений на шахте «Комсомольская» (блок Южный):
- измеренные перемещения V1 — V2 (станция 17);
- результат интегрирования элементарных перемещений
(станция 14); 
- измеренные суммарные («упругость» +
«ползучесть») перемещения V1 — V2 (станция 17)
На рис. 41 на примере станции 14 приведено сравнение измеренных и расчетных элементарных перемещений с точностью «до множителя», так как в расчет заложено условное значение E (прил. 5). Следовательно, здесь можно говорить только о качественной оценке реологического поведения надрабатываемых пород. Для количественной оценки, как указано в прил. 5, можно, в частности, использовать абсолютные разности \delta абсцисс критических точек (см. рис. 5) экспериментальных и аналитических кривых \Delta V(x) , отнесенные к полуширине выработки x0. При этом надо учитывать длину лавы 315-с 2l = 100 м, так как при центральных положениях лавы для станций 15 и 16 размеры x0 и l становятся соизмеримыми, т.е. выработанное пространство по форме становится близким к квадрату и в значение x0 надо вводить поправку на пространственный характер условий надработки. В итоге получаем приведенные значения 2x0 и среднеквадратичные отклонения \delta/x_{0} для разных станций (табл. 5).
Рис. 41. Результаты наблюдений на шахте «Комсомольская» (блок Южный):
- измеренные элементарные перемещения (станция 14);
- аналогичная расчетная кривая (плоская задача
теории упругости)
| Номер станции | Ширина выработки 2x0, м | \delta/x_{0} , % | |
| реальная | приведенная | ||
| 14 | 43 | 43 | -4,5 |
| 15 | 81 | 60 | +15 |
| 16 | 121 | 74 | +3,5 |
| 23 | 203 | 82 | +4 |
Среднее значение \delta/x_{0} по всем станциям составляет 6,75%.
В прил. 5 отмечен условный характер величины \delta/x_{0} . Кроме того, поправка, вводимая в значение x0, учитывает только соотношение сторон очистной выработки пласта Тройного на разрабатываемом подэтаже. Однако лишь на начальном этапе движения от разрезной печи (протяженностью около 50 м) эта выработка была окружена массивом угля как со стороны падения, так и со стороны восстания. В дальнейшем, как это схематически показано на рис. 42, лава граничила с обширным выработанным пространством вышележащих подэтажей, от которого ее отделял ленточный целик шириной 4 — 6 м. Это значит, что линия замерных пунктов I-I (см. рис. 42) на пласте Четвертом находилась под совместным влиянием разгрузки от выработанного пространства лавы 315-с и пригрузки от опорного давления, действующего по контуру этой лавы, а также по контуру выработанного пространства вышележащих подэтажей. Ввиду сложности горно-технической обстановки был выполнен аналитический расчет конечных деформаций \epsilon y , адекватных измеренным на станциях 14, 15, 16, в рамках пространственной задачи теории упругости по программе «Planes» [32]. Программа учитывала наличие обоих выработанных пространств на пласте Тройном (см. рис. 42), поэтому результаты счета по ней, представленные на рис. 43, можно считать более объективными. Правда, и здесь сравнение производится с точностью «до множителя». Оценим разброс отношений p ординат кривых 1 и 2 (см. рис. 43) сначала по абсциссам в зоне разгрузки (\epsilon y>0) , а затем — в зоне опорного давления. В прил. 5 этот разброс предложено рассматривать как меру отклонения надрабатываемых пород от линейно-упругой среды.
Рис. 42. Схема к пространственному характеру условий наблюдения на шахте «Комсомольская» (блок Южный):
- угольный массив пласта Тройного; 
- выработанное
пространство на этом пласте; 
- направление движения
лавы 315-с; I-I — профильная линия замерных пунктов
на пласте Четвертом
Рис. 43. Сравнение измеренных величин с вычисленными на базе решения пространственной задачи (наблюдения на шахте «Комсомольская», блок Южный):
а, б, в — соответственно станции 14, 15, 16; - 
кривая
\epsilon_{y} = (V_{1} - V_{2})/\Delta y , где V1 — V2 — результат интегрирования измеренных
в шахте элементарных перемещений; \Delta y — расстояние
между реперами 1 и 2; 
- аналогичная расчетная кривая
Естественно, что оценку «упругости» правомерней производить в зоне разгрузки, особенно в той ее части, где градиент функции \epsilon_{y}(x) не слишком высок. Дело в том, что даже при постоянной разнице ординат кривых 1 и 2 отношение p изменяется по мере приближения к абсциссе. Цифры, стоящие в среднем столбце табл. 6, получены с учетом последней оговорки. Они свидетельствуют в пользу «упругого» поведения надрабатываемой толщи.
| Номер станции | Значения p, %, в зонах | |
| разгрузки | опорного давления | |
| 14 | 14 | 7,7 |
| 15 | 2,6 | 49 |
| 16 | 3,3 | 6,5 |
| Среднее | 6,7 | 21 |
Средневзвешенное значение E пород, попавших в измеряемый интервал между реперами 1 и 2, как указывалось в прил. 5, можно оценить, используя максимальную деформацию разгрузки \epsilon_{y}^{max} . Результаты соответствующих расчетов по формуле:
E = \frac{1}{\epsilon_{y}} (\sigma_{y} - \lambda\sigma_{x}), -
сведены в табл. 7.
В среднем по пяти станциям E = 0,92 \times 10^{4}\text{МПа} \approx 1 \times 10^{4}\text{МПа} . Графики (см. рис. 40) говорят о том, что на станции 14 деформации ползучести под серединой выработки составили 70% от деформаций, которые считаются «чисто» упругими. На станции 15 имеем \epsilon_{\text{полз}} = 0,9 \cdot \epsilon_{\text{упр}} и т.п. Если в соответствии с рассуждениями, содержащимися в прил. 5, начать оперировать суммарными («упругость» + «ползучесть») деформациями интервала, то значение, учитывающее не только способность пород к упругому восстановлению, но и к разуплотнению, уменьшится примерно вдвое, т.е. E \approx 0,5 \times 10^{4}\text{МПа} .
На шахте «Комсомольская» (блок Южный) были, кроме того, проведены наблюдения в мощном слое крепкого монолитного песчаника: измерены деформации \epsilon_{y} , \epsilon_{x} и \epsilon_{x\prime} (см. табл. 1 и рис. 2) при интервалах длиной 6 — 8 м, а также смещения стенок скважины диаметром 76 мм, в которой под углом 120° друг к другу были установлены три репера-деформометра. Слой песчаника надрабатывался той же лавой 315-с пласта Тройного, причем расстояние между почвой очистной выработки и реперами не превышало 8 м. В результате (аппарат расчета описан в прил. 5) оказалось, что при изменении базы измерения на два порядка — от 6 — 8 м (глубинные реперы) до 76 мм (диаметр скважины со струнными датчиками) — значение E увеличилось более чем в два раза: от 1,8 x 104 МПа до 3,8 x 104 МПа. Испытание образцов того же песчаника дало E \approx 5,5 \times 10^{4}\text{МПа} . Естественно, что образцы еще в большей степени, чем стенки скважины, отражают свойства монолитного материала, в то время, как деформирование больших интервалов отражает структурные особенности всего массива. Таким образом, подтверждается положение о том, что значение E последовательно уменьшается при постепенном переходе от куска породы к слоистой толще пород.
5. Региональное исследование защитного действия на шахте «Центральная» (Воркутское месторождение)
Инструментальные наблюдения, выполненные в 1974 — 76 гг. совместно ВНИМИ и ПО Воркутауголь с участием институтов ПечорНИИпроект и ИПКОН (АН СССР), отличались большим объемом работ, методической и целевой многоплановостью, комплексным подходом к изучению факторов горного и газового давления. Основным средством изучения проявлений горного давления являлся метод глубинных реперов.
Объем работ был следующим. Комплекс наблюдений состоял из 16-ти наблюдательных станций (рис. 44), в каждой из которых от пяти до 23-х замерных пунктов. Пробурено 6,5 км скважин для закладки глубинных реперов и герметизации камер для измерения газовых характеристик. Заложено более 350-ти глубинных и около 100 контурных реперов. Для оборудования наблюдательных станций пройдена специальная подготовительная выработка — западный экспериментальный штрек (ЭШ) пласта Восьмого — длиной 170 м. Извлечено около 2 т породных кернов из скважин для последующего испытания образцов. Выполнено 19 прецизионных шахтных нивелирных съемок.
Рис. 44. Схема расположения комплекса наблюдательных станций в поле шахты «Центральная» (ПО Воркутауголь):
1 — западный экспериментальный штрек пласта Восьмого (станции 1 — 6); 2 — вентиляционный штрек лавы 523-з пласта Пятого (станции 10, 14); 3 - диагональная вентсбойка лавы 523-з пласта Мощного (станции 7, 14); 4 — конвейерный штрек лавы 523-з пласта Мощного (станции 8, 9); 5 — газомерные скважины; 6 — конвейерный штрек лавы 623-з пласта Мощного (станции 13, а и 14); 7 — конвейерный штрек лавы 523-з пласта Пятого (станции 11, 12, 16); 8 — конвейерный уклон пласта Восьмого (станция 13, б). Выработки 1 и 3 и скважины станций 4, 13, 14 показаны в данном сечении условно
В ЭШ (рис. 45) были заложены станции первой очереди (1 — 6). Станции 1 и 2 представляли собой систему из 30-ти замерных пунктов, предназначенных для измерения перемещений пород, надрабатывавшихся лавой 523-з пласта Пятого; это станции третьего типа. Центральные положения лавы 523-з для этих станций соответствовали отходу ее от разрезной печи на 40 м (станция 1) и на 83 м (2). Совокупность всех 30-ти замерных пунктов этих станций составляла станцию 3 — первого типа («универсальную»). Режим наблюдений на станции 3 аналогичен режиму на станции 17 в предыдущем примере. Как и в том случае, ставилась задача сравнить измеренные разности перемещений реперов (см. рис. 45, б, станция 3) с аналогичной величиной, полученной интегрированием измеренных элементарных перемещений (станции 1, 2). Сразу можно заметить, что результат сопоставления оказался положительным в той же мере, как на станциях 14, 15 и 16 в поле шахты «Комсомольская» (см. предыдущий пример). Теоретическое положение [19, 20] о том, что V = \int \frac{\Delta V}{\Delta x_{0}} dx , получило дополнительное экспериментальное подтверждение. В ЭШ, кроме того, исследовались условия поддержания подготовительной выработки при надработке (станция 5), параметры зоны опорного давления на пласте Пятом (станция 6) и разуплотнение надрабатываемой толщи (станция 4 <*>).
<*> На станции 4 применялась колонна шарнирных реперов с жесткими связями и направляющими втулками, описанная в прил. 2.
Рис. 45. Наблюдения на шахте «Центральная» Воркутского месторождения. Комплекс станций в экспериментальном штреке (ЭШ) пласта Восьмого:
а — аксонометрия; б — сечение по простиранию; ОР — опорный
репер для нивелирования;
\cdot — репер; 
- измерительное устройство; 1, ... 30 — номера
замерных пунктов
ЭШ расположен примерно под серединой лавы на глубине 750 м от поверхности. Наклонная длина лавы 190 м. Средняя глубина очистных работ 730 м. Лава оборудована механизированным комплексом «Донбасс»; ширина захвата комбайна около 0,7 м. Управление кровлей полным обрушением. Лава изолированная: выработанное пространство со всех четырех сторон окружено массивом угля. Замерные пункты станций 1, 2, 3 находились в условиях плоской деформации. Выработанное пространство лавы 423-з пласта Мощного (см. рис. 44) вряд ли оказывало заметное влияние на смещения реперов.
Наблюдения в ЭШ производились с момента пуска лавы до момента, соответствующего ширине выработки 2x0 = 270 м, т.е. около семи месяцев.
Главное отличие станций в ЭШ от станций шахты «Комсомольская» заключалось в том, что реперы не «обнимали» пласт, по которому пройдена экспериментальная подготовительная выработка, а были заложены в породах почвы этого пласта. Применяли реперы шарнирного типа с плоским корпусом (прил. 1), жесткие связи в виде ставов штоков и дюралевых труб, измерительные устройства со стационарными индикаторами часового типа, закрепленными в отверстиях упорных площадок (прил. 3). Другая особенность наблюдений в шахте «Центральная»: по всем замерным пунктам ЭШ систематически производили нивелирные съемки. Опорные реперы (см. рис. 45) были расположены на 45 м западнее разрезной печи лавы 523-з пласта Пятого и на 40 м ниже плоскости этого пласта.
Поднятия надрабатываемых пород (рис. 46) достигли 185 мм при форме очистной выработки, близкой к квадрату. Характерно образование своего рода «плоского дна» кривой V3; это говорит о затухании перемещений в связи с ростом влияния границ очистной выработки со стороны падения и восстания («пространственный» характер горно-технической обстановки). Плоское дно начинается примерно в 50 м позади забоя. Аналогичная форма кривой V(x) была получена на шахте им. Поченкова в Донбассе [35]. Максимальные поднятия хорошо согласуются с результатами, полученными на шахте Чайкино-Глубокая (пример 2 данного приложения).
Рис. 46. Наблюдения на шахте «Центральная» Воркутского месторождения. Динамика поднятий надрабатываемых пород:
1, ... 30 — замерные пункты; I, II, III — этапы надработки пород лавой пласта Пятого (глубина разработки 730 м; длина лавы 190 м)
Максимальные поднятия V при ширине выработки 40, 80 и 132 м (см. рис. 46) были использованы для расчета средневзвешенного значения E надрабатываемых пород по методу, изложенному в прил. 5. Получено E \approx (1,1 - 1,2) \times 10^{4}\text{МПа} . Различие значений E, полученных на шахтах «Центральная» и «Комсомольская» (0,5 x 104 МПа), объясняется тем, что доля угля в интервале между реперами во втором случае составляет примерно 20%, в то время как в обычной угленосной осадочной толще доля угля в составе пород, деформации которых вносят «вклад» в поднятия почвы, регистрируемые нивелированием (шахта «Центральная»), не превышает 1 — 1,5%. Известно, что модуль деформации угля примерно на порядок меньше, чем у боковых пород.
Поднятия пород на шахте им. Изотова (пример 3) также были использованы для расчета модуля деформаций, при этом был получен аналогичный результат: E \approx 1,2 \times 10^{4}\text{МПа} .
Максимальные конечные упругие деформации \epsilon_{\text{упр}} на станциях 1, 2, 3 в ЭШ и соответствующие деформации ползучести \epsilon_{\text{полз}} связаны условием \epsilon_{\text{полз}} \approx 1,35\epsilon_{\text{упр}} . Причиной повышенного уровня ползучести по сравнению с шахтой «Комсомольская» может служить весьма низкая средняя скорость подвигания забоя лавы 523-з пласта Пятого.
Максимальные поднятия пород V1 = 5 см, V2 = 13,5 см, V3 = 18,5 см (см. рис. 46) были также использованы для оценки «упругости» надрабатываемых пород по способу, данному в прил. 5. Результаты такой оценки (табл. 8) показывают, что рост абсолютных поднятий пород почвы пласта Пятого происходит в количественном соответствии с законами линейной теории упругости.
Анализ результатов наблюдений по методу глубинных реперов, представленных в примерах 2, 3, 4, 5, показывает подобие кинематики надрабатываемых пород на разных шахтных полях одного месторождения и даже на разных месторождениях. На этой основе можно сделать следующие важные заключения:
- разность элементарных перемещений реперов, отнесенная к единичному подвиганию \Delta x_{0} надрабатывающего забоя, есть производная от конечной разности перемещений реперов, т.е. перемещений, обязанных образованию очистной выработки данной ширины 2x0. Это положение доказано теоретически [19] и подтверждено экспериментально в ходе описанных наблюдений;
- перемещения и деформации надрабатываемых пород можно приблизительно описать формулами линейной теории упругости, в которых условное значение E характеризует не только упругие свойства угленосной толщи пород, но и их склонность к разуплотнению на контактах;
- модуль упругости интервала обычных осадочных пород (аргиллиты, алевролиты, песчаники и т.д.), 20% мощности которого составляет угольный пласт, примерно равен E \approx 0,5 \times 10^{4}\text{МПа} . Для толщи пород, доля угля в составе которой, как правило, не превышает 1 — 1,5%, имеем E \approx (1,1 - 1,2) \times 10^{4}\text{МПа} . Значение E слоя крепкого монолитного песчаника при уменьшении базы измерения на два порядка (от 6 — 8 м до 70 — 80 мм) увеличивается более чем в два раза: от 1,8·104 до 3,8·104 МПа.
На станциях второй очереди (см. рис. 44) широко исследовался не только надрабатываемый, но и подрабатываемый пластом Пятым массив. На станциях 11 и 12, в частности, определяли границы разгружающего и защитного действия этого пласта на другие — Мощный (12 и 12') и Восьмой (11 и 11'). Эти станции представляли собой два замерных узла в виде «веера» скважин (рис. 47), пробуренных на упомянутые пласты. В каждую скважину закладывали по два шарнирных репера с плоским корпусом, которые включали в свой интервал соответствующий пласт. В станциях 11 и 12 применяли жесткие связи и стационарные измерительные устройства с индикаторами часового типа. В станциях 11' и 12', предназначенных для дублирования результата, применяли гибкие связи с измерительно-натяжными устройствами, закрепленными в кондукторе (см. прил. 3).
Рис. 47. Наблюдения на шахте «Центральная» Воркутского месторождения. Замерные узлы для определения границ защитного действия пласта Пятого на пласты Мощный и Восьмой в сечении вкрест простирания (со стороны падения):
AA — нормаль через границу выработанного пространства; OB и OC — границы защиты
На обоих пластах опорное давление от лавы 523-з пласта Пятого начинало сказываться примерно в 40 м впереди забоя лавы. Максимального значения оно достигало в 8 — 13 м впереди забоя. Деформации меняли знак при подходе лавы к камере на 3 — 7 м (начало зоны разгрузки). Точка максимума разгрузки находилась в 12 — 22 м позади лавы. В 60 м позади нее начиналось некоторое восстановление нагрузок. На разрезе вкрест простирания (см. рис. 47) после прохода лавой обеих камер (одна со станциями 11 и 12, другая — 11' и 12'; расстояние между камерами по простиранию около 20 м) были получены границы разгружающего действия на пласты Мощный (OB) и Восьмой (OC) и вычислены соответствующие углы разгрузки \beta_{2} = 77^{\circ} и \beta_{4} = 74^{\circ} (табл. 1 и рис. 2). В данном случае при значительной длине лавы (190 м) и сравнительно небольшой мощности междупластья границу разгрузки можно отождествить с границей защитного действия.
6. Примеры применения глубинных реперов на рудных месторождениях
Метод глубинных реперов вышел за отраслевые границы Минуглепрома СССР и все более широко применяется на рудных и нерудных месторождениях. Являясь средством регионального исследования деформированного состояния массива горных пород, находящегося под влиянием разработки того или иного полезного ископаемого, этот метод на горнодобывающих предприятиях разного профиля помогает решать многие технологические вопросы, связанные с проявлениями горного давления.
В рамках схемы наблюдательной станции, предназначенной для определения границ и оценки эффективности защитного действия опережающей отработки подкровельного слоя при слоевой системе разработки мощного пологопадающего рудного тела на Октябрьском руднике Норильского горно-металлургического комбината (рис. 48, а), — скважины 1 — 6 оборудованы глубинными реперами шарнирного типа с жесткими связями, а скважины 7 — 11 — реперами-деформометрами, плоскости чувствительных элементов которых были ориентированы вертикально. Предварительно в скважинах 7 — 11 была произведена оценка удароопасности по выходу кернового материала и выполнены лабораторные испытания образцов керна для определения прочностных и упругих характеристик материала.
Рис. 48. Наблюдения на Октябрьском руднике (Норильский ГМК):
- 1978 г.; 
- 1979 г.; 
- 1980 г.;
а — схема наблюдательной станции; б — графики изменения
диаметра скважин; в — графики деформаций интервалов;
1, ... 11 — номера скважин; \Delta D — изменение диаметра
скважины; 
- глубинный репер; 
- репер-деформометр
Начальные серии наблюдений, а также выход кернового материала показали, что наиболее напряженным является участок рудного массива протяженностью по падению до 16 м в районе 10 — 12-й выемочных лент. В этих местах отмечены максимальные уменьшения диаметра скважины (см. рис. 48, б, кривая 1). Выемка под- и надработанных запасов в 10-й ленте характеризовалась ростом деформаций сжатия в призабойной зоне (кривая 2), а проведение выработок подкровельного слоя в 12-й и 14-й выемочных лентах сопровождалось динамическими явлениями и вызвало деформации восстановления в надработанном ими массиве руды (кривая 3).
Аналогичные результаты получены по глубинным реперам в скважинах 1 — 4 (см. рис. 48, в).
Варианты наблюдательных станций, оборудованных на этом же руднике (в 6-й и 8-й западных панелях) крестообразными замерными узлами показаны на рис. 49.
Рис. 49. Наблюдательные станции на Октябрьском руднике НГМК:
а — панель 6-запад; б — панель 8-запад; 
- глубинный
репер-деформометр; 
- контурный репер
Примеры, приведенные в данном приложении, подобраны с таким расчетом, чтобы показать пути и возможности использования глубинных реперов для решения практических (углы разгрузки и защиты), частных исследовательских (изменение деформаций с удалением от разрабатываемого пласта), широких геомеханических (модель среды, пригодная для описания реального массива горных пород; значения модуля деформаций слоистой толщи как функции масштаба наблюдений) задач. Наиболее обширный справочный материал, касающийся применения метода глубинных реперов в различных угольных бассейнах страны с целью изучения защитного действия опережающей отработки пластов, содержится в монографии [36].
ЛИТЕРАТУРА
1. Петухов И.М. Некоторые новые методы и приборы для определения сдвижения горных пород и угля. — Тр. ВНИМИ, сб. 27, 1953, с. 189 — 205.
2. Нестеренко Г.Т. Наблюдения за сдвижением горных пород в их толще с помощью скважин. — Горный журнал, 1953, № 2, с. 35 — 36.
3. Петухов И.М. Методы изучения сдвижения горных пород и угля в массиве. М.: Изд-во БТИ МУП СССР, 1954. 30 с.
4. Петухов И.М. О механизме и границах защитного действия. — В сб.: Использование защитных пластов для борьбы с горными ударами и внезапными выбросами. Л., ВНИМИ, 1966, с. 89 — 197.
5. Нестеренко Г.Т. Методы и приборы, разработанные рудной лабораторией для исследования сдвижения горных пород и проявлений горного давления. — Тр. ВНИМИ, сб. 66, 1966, с. 33 — 67.
6. Петухов И.М., Воскобоев Ф.Н. Опыт применения глубинных реперов для изучения сдвижений и деформаций горных пород в массиве. М.: Недра, 1967. 39 с.
7. Инструкция по безопасному ведению горных работ на шахтах, разрабатывающих пласты, склонные к горным ударам (дополнение к § 117 Правил безопасности в угольных и сланцевых шахтах). Л., ВНИМИ, 1981. 116 с.
8. Инструкция по безопасному ведению горных работ на рудных и нерудных месторождениях, склонных к горным ударам. Л., ВНИМИ, 1980. 148 с.
9. Инструкция по безопасному ведению горных работ на пластах, склонных к внезапным выбросам угля, породы и газа. М.: Недра, 1977, с. 38 — 47.
10. Техническая инструкция по производству маркшейдерских работ. Л.: Недра, 1973. 359 с.
11. Инструкция по наблюдениям за сдвижением земной поверхности и за подрабатываемыми сооружениями на угольных и сланцевых месторождениях. Л., ВНИМИ, 1958. 174 с.
12. Инструкция по наблюдению за сдвижением горных пород и земной поверхности при подземной разработке рудных месторождений. Л., ВНИМИ, 1959. 146 с.
13. Общие методические положения комплексного исследования проблем горной геомеханики. — Тр. ВНИМИ, сб. 81, 1970. 330 с.
14. Методические указания по исследованию горного давления на угольных и сланцевых шахтах. Л., ВНИМИ, 1973. 102 с.
15. Расчет и экспериментальная оценка напряжений в целиках и краевых частях пласта угля. (Методические указания). Л., ВНИМИ, 1973, с. 53 — 69.
16. Методические указания по статистической обработке и анализу результатов исследований проявлений горного давления. Л., ВНИМИ, 1976. 164 с.
17. Билик Ш.М. и др. Приборы и аппаратура для исследования проявлений горного давления. М.: Углетехиздат, 1958. 360 с.
18. Ардашев К.А. и др. Методы и приборы для исследования проявлений горного давления. (Справочник). М.: Недра, 1981. 128 с.
19. Фельдман И.А. Экспериментально-аналитический метод расчета защищенных зон. — ФТПРПИ, 1969, № 6, Новосибирск: Наука, с. 11 — 18.
20. Фельдман И.А., Зубков В.В., Якубсон Г.Г. К интерпретации измеренных в шахте перемещений надрабатываемых пород. — В сб.: Аналитические методы и вычислительная техника в механике горных пород. Новосибирск: Изд-во ИГД СО АН СССР, 1975, с. 132 — 137.
21. А. с. 157511 /СССР/. Глубинный репер с шарнирным устройством /Э.Г. Аврушкин, В.П. Киян — Заявл. 23.11.62, № 804479/22-3; Опубл. в Б.И., 1963, № 18, МКИ G01b.
22. А. с. 183461 /СССР/. Струнный датчик для измерения деформаций скважин/В.А. Генкин, В.Н. Земисев, В.С. Троицкий — Заявл. 7.04.65, № 1002725/25-28; Опубл. в Б.И., 1966, № 13, МКИ G01e.
23. Руководство по наблюдению за сдвижением горных пород в толще массива с помощью радиоактивных изотопов/Канлыбаева Ж.М. и др. Алма-Ата: Изд-во АН Каз. ССР, 1962. 32 с.
24. Турчанинов И.А. Радиометрические наблюдения за деформациями горных пород. — Вопросы технологии разработки рудных месторождений Кольского полуострова. М. — Л.; Изд-во АН СССР, 1961. 154 с.
25. Методическое пособие по применению радиографических приборов для измерения сдвижений и деформаций толщи горных пород/Мандриков С.Г., Земисев В.Н. Л., ВНИМИ, 1970. 18 с.
26. Методические указания по новому методу измерения смещений горных пород в массиве/Петухов И.А. и др. Л., ВНИМИ, 1972. 30 с.
27. Петухов И.А. и др. Магнитогерконовый датчик для определения местоположения глубинных реперов, заложенных в скважины. — Тр. ВНИМИ, сб. 89. Л., 1973, с. 47 — 52.
28. Нестеренко Г.Т. и др. Исследование устойчивости обнажений боковых пород и руды на Алтын-Топканском руднике. — Тр. ВНИМИ, сб. 62. Л., 1966, с. 258 — 267.
29. Нестеренко Г.Т. Методика и некоторые результаты исследований параметров камерно-столбовой системы разработки. — В сб.: Методы определения размеров опорных целиков и потолочин. М.: Изд-во АН СССР 1962, с. 34 — 59.
30. Расчет границ защищенных зон. (Методические указания)/Петухов И.М., Линьков А.М. и др. Л., ВНИМИ, 1969, с. 31 — 43.
31. Теория защитных пластов/Петухов И.М., Линьков А.М. и др. М.: Недра, 1976, с. 74 — 84.
32. Методические указания по использованию программ для расчета и графического построения напряжений в массиве горных пород около выработок/Под ред. Петухова И.М., Л., ВНИМИ, 1981. 50 с.
33. Heerden van, W.L., Grant F. Comparison of two methods for measweing stress in rock. — «Intern. Journal of Rock Mech, and Min. Sci»., 1967, vol. 4; October, pp. 367 — 382.
34. Кузнецов Г.Н. и др. Моделирование проявлений горного давления. Л.: Недра, 1968. 42 с.
35. Шевелев Г.А., Мякенький В.И. и др. Исследование влияния пластовой надработки на изменение ряда параметров выбросоопасных песчаников. — В сб.: Вопросы теории выбросов угля, породы и газа. Киев: Наукова думка, 1973, с. 111 — 119.
36. Защитные пласты/Петухов И.М., Линьков А.М., Фельдман И.А. и др. Л.: Недра, 1972. 413 с.