Инструментальные наблюдения за сдвижением горных пород

Для определения методом инструментальных наблюдений характера и величин сдвижения толщи массива, земной поверхности и расположенных на ней объектов закладывают наблюдательные станции, состоящие из сети реперов. Реперы, как правило, закладывают по профильным линиям, расположенным по простиранию и вкрест простирания разрабатываемой залежи. Число профильных линий на станции должно быть не менее двух по направлению вкрест простирания и одной по простиранию залежи [1].

Конструкция реперов и способы их закладки в грунте должны обеспечить прочную связь реперов с грунтом, надежную их сохранность на весь срок службы станции [2]. Головки реперных знаков должны иметь форму полусферы с отверстием диаметром 1 – 1,5 мм и глубиной 5 мм.

Производство наблюдений на станции включает:

• а)    измерение расстояний между реперами вдоль створов;

• б)    измерение поперечных отклонений реперов от створов;

• в)    определение высотного положения всех реперов;

• г)    фиксацию всех явлений, сопутствующих процессу сдвижения поверхности (определение мест и размеров трещин в грунте и в сооружениях, положение очистных забоев, способ управления кровлей и т. д.).

Измерение расстояний между реперами чаще всего производят стальной компарированной рулеткой, светодальномером или длиномером в прямом и обратном направлениях [3].

Необходимость измерений поперечных сдвижений рабочих реперов от створа возникает только в профильных линиях по простиранию, при крутом залегании залежи и особенно при диагональном расположении самой профильной линии, когда возможны значительные горизонтальные поперечные сдвижения реперов. Поперечные смещения рабочих реперов в этих случаях измеряют с помощью теодолита и ординатометра.

Высотное положение реперов определяют геометрическим нивелированием, а в гористой местности – тригонометрическим нивелированием в прямом и обратном направлениях.

Перед началом наблюдений производят привязку опорных реперов к ближайшим пунктам плановой и высотной геодезической сети и определяют их координаты.

Наблюдения на станции делятся на первичные, сторожевые и периодические [4].

Первичные наблюдения обязательно производят до начала подработки горными работами обычно два раза через 5 – 10 дней после бетонирования реперов. При этом измеряют все расстояния между реперами и производят нивелирование реперов. Нивелирование реперов производят замкнутыми ходами или по профильным линиям в прямом и обратном направлениях. Высотные невязки при этом не должны превышать ±15 L мм, где L – длина хода, км.

Сторожевые наблюдения заключаются в производстве нивелирования рабочих реперов с целью выявления наличия сдвижения поверхности после начала ведения очистных горных работ.

Периодические наблюдения производят через разные промежутки времени в зависимости от интенсивности сдвижений. В период активной стадии проявления процесса сдвижения наблюдения производят через каждые 15 дней, а в остальные периоды – через 1 - 6 мес. Наблюдения прекращают тогда, когда между двумя последними сериями измерений скорость оседаний реперов не превышает 5 мм/мес. Обработка данных измерений заключается в следующем.

• 1.    Вычисляют горизонтальные расстояния между реперами, расстояния каждого рабочего репера от крайнего опорного репера данной профильной линии и высотные отметки всех рабочих реперов.

• 2.    Составляют ведомости по каждой профильной линии, в которые записывают вычисленные значения оседаний рабочих реперов η; горизонтальных сдвижений рабочих реперов ξ относительно неподвижного опорного репера; скорости оседаний реперов; горизонтальных деформаций ε (растяжение или сжатие) интервалов между реперами; наклоны i и кривизну К земной поверхности по профильной линии.

Значения величин i, ε и К вычисляют по формулам;

• • _ П п —П - ± _с - l n ^- l n - 1 i n - i n - 1

• ⁱ = I , ^S = I ^, K = 1/, , A " ⁿ j( l n ⁺ 1 , - 1 )

По этим данным для каждой профильной линии строят графики вертикальных и горизонтальных деформаций, которые используют для графического определения величин углов сдвижения, граничных углов, углов разрыва и угла θ.

Полученные данные величин оседаний при всех циклах наблюдений с известными промежутками времени между ними позволяют построить для любого репера график изменения скорости его оседания.

Продолжительность процесса сдвижения определяют по скорости оседания реперов в точках максимальных оседаний.