MA Exam 10 July 2017, questions and answers PDF

Preview

Summary

MA exam - chapter 5...

Description

1. Charakterystyka przyczyn i skutków oddziaływania podziemnych robót górniczych na powierzchnię terenu. Przyczyny: a) czynniki techniczne :  Kształt i wymiary wyrobiska - obniżenia i nachylenia powierzchni rosną wraz z wielkością pola, aż do wartości maksymalnych, które osiągają nad polem o dużych wymiarach (w przeciętnych warunkach nie mniejszych niż trzykrotna głębokość),  Głębokość wyrobiska - przy małej głębokości istnieje możliwość wystąpienia deformacji nieciągłych a im większa głębokość tym wpływy są łagodniejsze,  Sposób urabiania skał - rabianie MW powoduje powstawanie stref spękań, które zwiększają przemieszczeni i odkształcenia skał pod wpływem nacisku górotworu. Mechaniczne urabianie pozwala zachować górotwór w otoczeniu wyrobiska w stanie nienaruszonym, nie pogarszając jego stateczności.  Szybkość wykonania wyrobiska - szybkie drążenie wyrobisk powoduje szybkie zmiany stanu naprężenia górotworu. Przy powolnym urabianiu skały w przybliżony sposób zachowują się jak ciała plastyczne, zdolne do dużych odkształceń.  Sposobu wypełnienia pustki poeksploatacyjnej – zastosowanie materiałów podsadzkowych o małej ściśliwości powoduje znaczące zmniejszenie deformacji b) czynniki naturalne:  nachylenie pokładu –wpływy ulegają przesunięciu w stronę upadu, większe deformacje występują nad niżej zalegającą częścią pokładu.  budowa geologiczna nadległego górotworu – im bardziej zwięzły górotwór tym większy jest zasięg wpływów, ale mniejsze deformacje, natomiast zaburzenia w formie uskoków tektonicznych mogą przyczyniać się do powstawania deformacji nieciągłych,  warunki hydrogeologiczne - naruszenia warunków hydrologicznych przez wyrobiska są różne. Jednym z najczęstszych jest osuszanie górotworu.  własności odkształceniowe i wytrzymałościowe skał – drążenie w mocnych skałach praktycznie nie ma żadnego wpływu na powierzchnię w przeciwieństwie do skał słabych takich jak iły  obecność poprzednio wykonanych wyrobisk podziemnych i naturalnych kawern i pustek w górotworze – zlikwidowane wyrobiska mogą prowadzić do powstania nowych przemieszczeń i zawałów w nowych wyrobiskach na większych głębokościach (reaktywacja stałych zrobów). Może to spowodować powstanie sumarycznych przemieszczeń. c) czynniki związane z budowlami podziemnymi  ciężar budowli - obciążenie zmienia charakter przemieszczeo górotworu w najbliższym sąsiedztwie fundamentów budowli i powoduje na ogół zagłębiania się fundamentu w podłoże gruntowe.  rozmiary budowli - zachowanie się powierzchni zależy w pewnym stopniu od poziomych rozmiarów fundamentów budowli.  sztywność budowli - sztywność budowli na zginanie w przekrojach pionowych odgrywa istotną rolę we współdziałaniu podstawy budowli i podłoża, osiadającego oraz odkształcającego się w wyniku wykonania wyrobiska podziemnego.

Skutki: Skutki podziemnej eksploatacji górniczej obserwowane na powierzchni mają złożony charakter zjawisk ciągłych lub nieciągłych w czasie i przestrzeni. Przebieg przemieszczeo na powierzchni (poziomych i pionowych) może byd łagodny i długotrwały, może też występować nagle, w postaci zapadlisk terenu. Przemieszczenia i ruchy górotworu objawiają się na powierzchni terenu deformacjami. a) deformacje nieciągłe - powstają przy wybieraniu odpowiednio dużych pól pokładu na małych i średnich głębokościach. Dochodzi do nich w skutek zawalenia się słabych załamujących się skał stropowych. Deformacje nieciągłe mają zasięg lokalny, nie towarzyszą każdej eksploatacji i mogą występować zarówno w trakcie eksploatacji, jak po niej. Stanowią duże zagrożenie ze względu na swą formę oraz nieprzewidywalność i szybki przebieg (najczęściej nagły). Deformacje nieciągłe dzielą się na: powierzchniowe, zwykle w formie lejów lub nieregularnych zapadlisk liniowe występujące jako pęknięcia i szczeliny terenu oraz progi, garby, rowy i osuwiska. b) def. ciągłe – narastają powoli osiągając stadium intensywne po czym powoli zamierają. Powstają na wskutek eksploatacji na większych głębokościach niezależnie od rodzaju skał.  

Przemieszczenie punktów powierzchni dzieli się na składowe pionowe (obniżenie lub osiadanie) i składowe poziome (przesunięcie). Obszar , na którym występują skutki robót górniczych na powierzchni, nosi nazwę niecki wpływów eksploatacji, przy czym gdy bierze się pod uwagę obszar obniżeo punktów powierzchni, mówi się o niecce obniżeń lub osiadania. W zależności od wielkości powierzchni wyeksploatowanej partii pokładu, głębokości zalegania pokładu lub odległości rozpatrywanego poziomu od pokładu i własności górotworu, rozróżnia się niecki: Niepełne, powstaje w wyniku wybrania pokładu w obszarze, którego powierzchnia jest odpowiednio mała, największe obniżenie w dnie niecki jest wtedy mniejsze od maksymalnego możliwego obniżenia Pełne, które powstają w miare powiększania się pola wyeksploatowanego. Niecka obniżeniowa powiększa się i wzrasta obniżenie w dnie niecki, osiągając dla pewnej wielkości tego pola wartośd

.

Nadpełne, przy dalszym powiększaniu pola, wykazując w pewnym płaskim obszarześrodkowym obniżenia maksymalne

2. Wielkości opisujące deformacje powierzchni terenu spowodowanie wpływem eksploatacji podziemnej – na podstawie wyników pomiarów i na podstawie prognozy. O wielkości uszkodzeń obiektu chronionego decydują przede wszystkim maksymalne wartości deformacji. W przypadku ,gdy front eksploatacji przesuwa się pod obiektem, przesuwaja sie również brzeżna cześć niecki obniżeniowej i przesuwają sie związane z nią rozkłady przemieszczeń i deformacji, tak że w określonym momencie obiekt jest narażony na maksymalne deformacje. Maksymalne wartości deformacji są miarodajne dla określenia stopnia zagrożenia, konieczności profilaktycznych zabezpieczeńobiektu.

Uwzględniając wzór na maksymalne nachylenie oraz maksymalnym odkształceniem otrzymujemy :

3. Metody modelowania deformacji powierzchni wywołanych wpływem podziemnej eksploatacji złóż.

terenu

Teorie opisujące wpływ wykonania wyrobiska na ruchy górotworu, w szczególności na przemieszczenia i odkształcenia, można podzielić na cztery grupy: a)

Teorie geometryczne – oparte na geometrycznych założeniach odnośnie przemieszczeń poszczególnych elementów górotworu. Teorie te można podzielić na dwie podgrupy:

 prowadzące bezpośrednio do wzorów sumacyjnych lub całkowych,  prowadzące do równań różniczkowych. b) Teorie mechaniczne – podstawą są postulaty mechaniki środowisk ciągłych, oparte są na założeniach teorii sprężystości lub plastyczności c) Teorie stochastyczne – ujmują górotwór jako środowisko w którym dominującą rolę odgrywają zdarzenia losowe rządzone prawami prawdopodobieństwa. d) Teorie empiryczne - polegają na aproksymowaniu wyników badań i pomiarów. W ich wyniku otrzymujemy wzór, stabelaryzowane wyniki lub nomogram. Ad. a. Przemieszczenia poziome wyznacza się korzystając z dodatkowych założeń w zakresie relacji obniżeń (przemieszczeń pionowych) i przemieszczeń poziomych - są to założenia natury geometrycznej. Cechą wspólną formuł całkowych jest wyróżnienie owej funkcji wpływów, która przyjmowała różne formy:  stałą (model Schmitza),  funkcję przedziałami ciągłą (model Keinhorsta, Balsa) do "ograniczonej",  funkcji Gaussa Szczególne miejsce wśród formuł całkowych zajmują rozwiązania polskich badaczy S. Knothego i T. Kochmańskiego Ad.b. Prace oparte na teorii mechaniki ośrodka ciągłego, gdzie górotwór wyspecjalizowany został jako ośrodek reologiczny. Określenie naprężeń i przemieszczeń uzyskuje się tu na podstawie równań różniczkowych równowagi dynamicznej z równaniami stanu przy ustalonych warunkach brzeżnopoczątkowych. Ad.c. Koncepcje ośrodka stochastycznego. Przyjęto tu założenie (co potwierdzają wielorakie badania), że górotwór w sąsiedztwie robót górniczych odznacza się dużą niejednorodnością tworząc makrogruzowisko. Na tym założeniu J. Litwiniszyn zdefiniował model górotworu zwany teorią ośrodka stochastycznego. Górotwór jako ośrodek podlega procesom losowym. Podstawowym pojęciem tego modelu jest pojęcie przemieszczenia. Jeżeli przez S oznaczymy element powierzchniowy, to przez ten element przemieszcza się objętość ośrodka V(S).

4. Teoria Knothego-Budryka jako metoda prognozowania deformacji

5. Rozkład wskaźników deformacji nad polemeksploatacyjnym według teorii Knothego-Budryka.

Parametry teorii należy wyznaczać na podstawie wyników geodezyjnych pomiarów deformacji w danym rejonie lub w rejonie o podobnych warunkach geologiczno – górniczych, gdy spełnione są następujące warunki:      

pole eksploatacyjne ma kształt półpłaszczyzny linia obserwacyjna jest usytuowana prostopadle do prostoliniowej krawędzi eksploatacyjnej, górotwór nie jest zaburzony uskokami, wykształciła się pełna niecka obniżeniowa, sposób eksploatacji i likwidacji pustki poeksploatacyjnej jest jednolity, w danym polu jest prowadzona jednokrotna eksploatacja.

W większości przypadków nie są spełnione wszystkie podane warunki do wyznaczania parametrów. Wówczas parametry teorii wyznacza się na podstawie wyników geodezyjnych pomiarów obniżeń i odkształceo poziomych przez kolejne przybliżenia przy założonych różnych kombinacjach parametrów.

7. Kategorie terenu górniczego i kategorie odporności obiektów budowlanych na deformacje powierzchni. Kategorie terenu górniczego ze względu na deformacje ciągłe powierzchni

Wartość spodziewanej deformacji Kategoria

Nachylenie Tmax Promień krzywizny Rmax [mm/m]

[km]

0

T ≤ 0,5

40 ≤│R│

I

0,5 < T ≤2,5

20 ≤ │R│ < 40

II

2,5 < T ≤ 5

12 ≤ │R│ < 20

III

5 < T ≤ 10

6 ≤ │R │ < 12

IV

10 < T ≤ 15

4 ≤ │R│ < 6

V

15 < T

│R│< 4

Odkształcenie poziome εmax [mm/m]

│ε│≤ 0,3

0,3 < │ε │≤1,5

1,5...