Способ построения охранного целика

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для защиты поверхностных и/или подземных объектов от подработки. Способ предусматривает определение местоположения границы 4 охраняемой площадки 5 объекта 2 в виде геометрического места точек, удаленных от контура 3 объекта 2 на расстояние, равное ширине b предохранительной бермы, и от фиксированной в пределах границы 4 точки-центра О на расстояние r_i и r_j по заданным радиус-векторам и , пересекающим вертикальную ось (ВО), проходящую через указанную точку-центр О, построение боковой поверхности (БП) охраняемой зоны (03) 8 образующими (ОЛ) 9, ориентированными по указанным радиус-векторам и , проводимыми от границы 4 под углами сдвижения в массивах наносов (МН) 10 и коренных пород (МКП) 13, определяемыми для каждого направления и , построение о линии пересечения БП с поверхностями кровли (ПК) 13 и почвы (МП) 15 залежи полезного ископаемого (ЗПИ) 6 границ 16 и 17 ОЦ по упомянутым ПК и ПП в виде геометрического места точек, удаленных по направлениям и от ВО на расстояния и , и до границы 16 и на расстояния и до границы 17, причем величины упомянутых расстояний определяют из функциональных зависимостей, учитывающих углы сдвижения МН и МКП, углы падения ПК и ПП ЗПИ и поверхности почвы МН, расстояния r_i и r_j от ВО до границы 4 по направлениям соответственно, глубину залегания ПК и ПП ЗПИ и мощность наносов под плоскостью ОП и ВО, разницу высотных отметок основания ОП (или дневной поверхности) в точке-центре О на ВО и точках и на пересечении границы 3 с радиус-векторами и соответственно. Функциональные зависимости определены на основе геометрических построений и имеют один вид для области ОЦ 1, располагаемой со стороны падения от проходящей через ВО линии простирания (ЛП) 7 ЗПИ 6 и другой - для области, располагаемой со стороны восстания от ЛП 7. Изобретение позволяет обеспечить достаточную одинаковую степень безопасности защищаемого от подработки объекта по любому относительно него направлению. 4 ил. 1 табл.

 

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для защиты от подработки подземных и (или) поверхностных природных и техногенных объектов.

Известен способ построения охранного целика, предусматривающий определение местоположения границы охраняемой площадки защищаемого объекта путем построения плана защищаемого объекта в виде прямоугольной площадки со сторонами, направления которых не совпадают с направлениями линий падения и простирания отрабатываемой залежи полезного ископаемого, и последующего проведения на удаление ширины предохранительной бермы линий, параллельных сторонам вышеупомянутой прямоугольной площадки; построение границы охраняемой зоны на уровне контакта наносов с коренными породами путем проведения линий, параллельных границе охраняемой площадки на расстоянии, равном M·ctgϕ (где М - мощность наносов, ϕ - угол сдвижения в наносах), построение границы охранного целика путем проведения прямых через точки, удаленные от угловых точек границы охраняемой зоны на уровне контакта наносов с коренными породами на расстояния, вычисляемые по известным формулам:

а) в сторону восстания залежи

g_A=Н_А·ctgβ^|/(1+ctgβ^|·cosθ·tgα),

б) в сторону падения залежи

l_A=Н_А·ctgγ^|/(1-ctgγ^|·cosθ·tgα),

где Н_А - глубина залегания почвы (кровли) под угловой точкой А границы охраняемой зоны на уровне контакта наносов с коренными породами; β^| и γ^| - углы сдвижения коренных пород по направлениям, совпадающим с направлением сторон прямоугольной охраняемой площадки защищаемого объекта; θ - угол между направлением оси прямоугольной площадки объекта и простиранием залежи; α - угол падения залежи; построение боковой поверхности охраняемой зоны путем проведения плоскостей через границы охраняемой площадки, охраняемой зоны на уровне контакта наносов с коренными породами и охранного целика на уровне почвы (лежачего бока) залежи [Справочник по маркшейдерскому делу: 2-е изд. испр. и перераб. М.: Углетехиздат, 1955, - с.488-491].

Недостатками этого известного способа являются назначение излишней охраняемой площади (в угловых частях) и отсутствие учета (за исключением направлений, совпадающих с направлением сторон охраняемой площадки) изменчивости углов сдвижения при изменении направления относительно защищаемого объекта. Эти недостатки обуславливают излишние потери полезного ископаемого в недрах и неодинаковую степень безопасности защищаемого объекта по различным относительно него направлениям.

Известен способ построения охранного целика, предусматривающий определение местоположения границы охраняемой площадки защищаемого объекта путем построения на плане через выступающие (угловые) точки защищаемого объекта прямоугольной площадки со сторонами, параллельными линиями падения и простирания отрабатываемой залежи и последующего проведения на удалении ширины предохранительной бермы линий, параллельных сторонам упомянутой прямоугольной площадки; построение проходящих через центр охраняемой площадки вертикальных разрезов по простиранию и вкрест простирания залежи; построение на упомянутых разрезах границ охраняемой зоны (охранных линий) в наносах и коренных породах под углами сдвижения в них по направлениям падения, восстания и простирания залежи; построение на плане границы охранного целика в виде четырехугольника путем проведения прямых линий через точки пересечения охранных линий в коренных породах с поверхностью почвы (лежачего бока) залежи и последующей коррекции охранного целика в угловых частях упомянутого четырехугольника построением кривых из угловых точек охраняемой площадки по радиус-векторам, длина которых вычисляется по известным формулам:

а) в сторону восстания залежи

r_в=[Н_в-h(1+tgα·ctgϕ)]/(tg²β·cos²ω+tg²δ·sin²ω+tgα·cosω)^0,5+h·ctgϕ,

б) в сторону падения залежи

r_п=[Н_п-h(1-tgα·ctgϕ)]/(tg²γ·cos²ω+tg²δ·sin²ω-tgα-cosω)^0,5+h·ctgϕ,

где Н_в и Н_п - расстояние по вертикали на разрезе вкрест простирания от угловой точки границы охраняемой площадки со стороны восстания и падения соответственно до почвы (лежачего бока) залежи; h - мощность наносов; ϕ - угол сдвижения в наносах; α - угол падения залежи; ω - переменный угол между радиус-вектором и направлением восстания или падения залежи; β, γ и δ - углы сдвижения в коренных породах в направлении падения, восстания и простирания соответственно; построение (при необходимости) боковой поверхности охраняемой зоны путем проведения поверхностей через границу охранного целика, охранные линии в наносах и коренных породах и границу охраняемой площадки объекта [Борщ-Компониец В.И., Навитный A.M., Кныш Г.М. Маркшейдерское дело: Учебник для техникумов. - 2-е изд. перераб. и доп., М.: Недра, 1985, - с.332-337].

Недостатками этого известного способа являются назначение излишней охраняемой площади и отсутствие учета (за исключением упомянутых угловых частей) изменчивости углов сдвижения при изменении направления относительно защищаемого объекта. Эти недостатки обуславливают излишние потери полезного ископаемого в недрах, а также неодинаковую степень безопасности объекта по различным относительно него направлениям.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению и выбранным в качестве прототипа является способ построения охранного целика, предусматривающий определение границы охраняемой площадки защищаемого объекта путем расположения ее от контура защищаемого объекта на расстоянии постоянной по величине предохранительной бермы по всей длине упомянутого контура в виде геометрического места точек, удаленных от фиксированной в пределах границы охраняемой площадки точки-центра на расстоянии r_i и r_j по заданным радиус-векторам (направлениям) и соответственно в стороны падения и восстания залежи полезного ископаемого от проходящей через упомянутую точку-центр линии простирания залежи; построение боковой поверхности охраняемой зоны образующими (охранными линиями) путем проведения последних на вертикальных разрезах, ориентированным по проходящим через упомянутую точку-центр вертикальной оси и упомянутых радиус-векторов и от границы охраняемой площади под углами сдвижения в массивах наносах и коренных пород в направлениях упомянутых радиус-векторов и до пересечения с поверхностью почвы (лежачего бока) и (или) кровли (висячего бока) залежи полезного ископаемого; построение по линии пересечения образующих (охранных линий) с поверхностью почвы (кровли) залежи границы охранного целика в виде геометрического места точек, удаленных по направлениям и от упомянутой вертикальной оси на расстояния и , определяемых по формулам:

а) для области охранного целика, располагаемой со стороны падения от проходящей через вертикальную ось линии простирания залежи полезного ископаемого

б) для области охранного целика, располагаемой со стороны восстания от проходящей через вертикальную ось линии простирания залежи полезного ископаемого

где и - расстояния от указанной вертикальной оси до границ охранного целика по поверхностям кровли или почвы залежи по направлениям и соответственно, м, причем для границы целика по кровле залежи и , а для границы по почве и ; Н^* - глубина залегания поверхностей кровли или почвы залежи под плоскостью охраняемой площади по указанной вертикальной оси, м, причем для построения границы целика по кровле залежи Н^*=Н_к, а для границы по почве Н^*=Н_п; М - глубина залегания поверхности почвы массива наносов под плоскостью охраняемой площадки по указанной вертикальной оси, м; α_нi и α_нj - углы падения поверхности почвы наносов по направлениям и соответственно, градус; r_i и r_j - расстояния от упомянутой вертикальной оси до границы охраняемой площадки объекта по направлениям и соответственно, м; и - углы падения поверхностей кровли или почвы залежи по направлениям и соответственно, градус, причем для построения границы целика по кровле залежи и , а границы по почве - и ; ϕ_i и ϕ_j - углы сдвижения в массиве наносов по направлениям и соответственно, градус; γ_i и β_j - углы сдвижения в массиве коренных пород по направлениям и соответственно, градус [Патент РФ №1810543, опубл. 1993; БИ №15].

Недостатком прототипа является отсутствие учета рельефа дневной поверхности в пределах охраняемой площадки защищаемого объекта (или разности высотных отметок границы охраняемой площадки и точки-центра, расположенной на упомянутой вертикальной оси на уровне основания охраняемой площадки защищаемого объекта). Этот недостаток обуславливает неодинаковую и в некоторых направлениях даже недостаточную степень безопасности защищаемого от подработки объекта.

Задачей изобретения является разработка способа построения охранного целика, учитывающего рельеф дневной поверхности в пределах охраняемой площадки защищаемого объекта (или разности высотных отметок границы охраняемой площадки и точки-центра, расположенной на упомянутой вертикальной оси на уровне основания охраняемой площадки защищаемого объекта).

Техническим результатом, который может быть получен при реализации заявляемого изобретения, является обеспечение достаточной и одинаковой степени безопасности подрабатываемого объекта по любому относительно него направлению.

Решение поставленной задачи и достижение ожидаемого технического результата достигнуто тем, что в известном способе построения охранного целика, предусматривающем определение местоположения границы охраняемой площадки защищаемого от подработки объекта, удаленной от его контура на ширину предохранительной бермы, построение боковой поверхности охраняемой зоны образующими, ориентированными по радиус-векторам, пересекающим вертикальную ось, проходящую через точку, расположенную в пределах границы охраняемой площади защищаемого объекта, и под углами сдвижения массивов наносов и коренных пород, определяемых по величине для каждого из упомянутых радиус-векторов, и определение границы охранного целика по линии пересечения боковой поверхности с почвой и кровлей отрабатываемой залежи, определение местоположения границы охранного целика по линии пересечения боковой поверхности охраняемой зоны с почвой и кровлей отрабатываемой залежи дополняют операцией учета разности высотных отметок точки-центра, расположенной в пределах границы охраняемой площадки объекта на вертикальной оси и точек пересечения радиус-векторов с границей основания охраняемой площадки защищаемого от подработки объекта.

Изобретательским шагом является введение дополнительной операции учета разности высотных отметок точки-центра, расположенной в пределах границы охраняемой площадки объекта на вертикальной оси, и точек пересечения радиусов-векторов с границей основания охраняемой площадки защищаемого от подработки объекта. Введение этого существенного признака в заявляемую совокупность признаков изобретения позволяет обеспечить достаточную и одинаковую по любому относительно защищаемого объекта направленную степень безопасности от подработки.

Поскольку не выявлены источники информации, содержащие совокупность признаков, отличающих предлагаемое техническое решение от прототипа, то предлагаемый способ построения охранного целика удовлетворяет критерию «Существенные отличия».

Изобретение иллюстрируют следующие чертежи и таблица:

- фиг.1 - представляет контур плана защищаемого от подработки объекта; границу охраняемой площадки объекта, границы охранного целика по почве и кровле отрабатываемой залежи и геометрические параметры радиус векторов и ;

- фиг.2 - представляет вертикальный разрез А-А (фиг.1) с геометрическими параметрами построения боковой поверхности охраняемой зоны и образующие (охранные линии) упомянутой зоны;

- фиг.3 - представляет контур плана защищаемого объекта, границу охраняемой площадки объекта, высотные отметки поверхности основания охраняемой площадки в упомянутых точке-центре (О) и точках (i; j) пересечения радиус-векторов (; ) с границей охраняемой площадки;

- фиг.4 - представляет границы охранного целика защищаемого объекта по почве залежи построенные по предлагаемому способу и по прототипу.

Способ построения охранного целика (ОЦ) 1 (фиг.1, 2) для защищаемого от подработки объекта (ЗО) 2, имеющего на плане контур 3 (фиг.1), осуществляют следующим образом.

Отстраивают на удалении (расстоянии) от контура 3 ЗО 2, постоянном по всей длине контура 3 и равном ширине b предохранительной бермы, границу 4 охраняемой площадки (ОП) 5 в виде геометрического места точек, удаленных от фиксированной в пределах границы 4 точки-центра О на расстояние r_i, по заданному радиус-вектору (направлению) (в сторону падения залежи полезного ископаемого (ЗПИ) 6 от проходящей через упомянутую точку-центр О линии простирания (ЛП) 7 ЗПИ 6) и на расстоянии r_j, по заданному радиус-вектору (направлению) (в сторону восстания ЗПИ 6 от упомянутой ЛП 7).

Отстраивают боковую поверхность (БП) охраняемой зоны (ОЗ) 8 образующими (охранными линиями (ОЛ) 9) путем проведения последних на разрезах, ориентированных по проходящей через упомянутую точку-центр О вертикальной оси (ВО) 10 и упомянутым радиус-векторам и , от точек i и j дневной поверхности (или основания ОП 5) на границе 4 ОП под углами сдвижения ϕ_i и ϕ_j в массиве наносов (МН) 11 до пересечения с поверхностью 12 почвы МН 11 и от упомянутого пересечения под углами сдвижения γ_i и β_j в массиве коренных пород (МКП) 13 до пересечения с поверхностями кровли (ПК) 14 и почвы (ПП) 15 ЗПИ 6.

Отстраивают по линии пересечения БП с ПК 14 и ПП 15 ЗПИ 6 границы 16 и 17 ОЦ 1 по упомянутым ПК 14 и ПП 15 в виде геометрического места точек, удаленных по направлениям и от ВО 10 на расстояния и до границы 16 и на расстояния и до границы 17, причем величины упомянутых расстояний рассчитываются по следующим формулам:

а) для области ОЦ 1, располагаемой со стороны падения от проходящей через ВО 10 ЛП 7 ЗПИ 6

б) для области ОЦ 1, располагаемой со стороны восстания от проходящей через ВО 10 ЛП 7 ЗПИ 6

где и - расстояние от указанной ВО 10 до границ 16 и 17 по направлениям и соответственно, м, причем для границы 16 и , a для границы 17 и ; H^* - глубина залегания ПК 14 или ПП 15 ЗПИ 6 под поверхностью ОП 5 по указанной ВО 10, м, причем для построения границы 16 Н^*=Н_к, а для границы 17 Н^*=Н_п; М - глубина залегания поверхности 12 почвы МН 11 по указанной ВО 10 (мощность МН 11), м; α_нi и α_нj - углы падения поверхности 12 почвы МН 11 по направлениям и соответственно, градус; r_i и r_j - расстояние от упомянутой ВО 10 до границы 4 ОП 5 30 2 по направлениям и соответственно, м; и - углы падения ПК 14 или ПП 15 ЗПИ 6 по направлениям и соответственно, градус, причем для построения границы 16 и , а границы 17 и ; h₀ - абсолютная высотная отметка дневной поверхности (или основания ОП 5) в точке-центре О, м; h_i - абсолютная высотная отметка дневной поверхности (или основания ОП 5) в точке i пересечения границы 4 ОП 5 и радиус-вектора , м; h_j - абсолютная высотная отметка дневной поверхности (или основания ОП 5) в точке j пересечения границы 4 ОП 5 и радиус-вектора , м. Остальные обозначения те же, что и выше по тексту.

В формулах (1) и (2) нижний знак перед tgα_нi (tgα_нj) для случая, когда падение поверхности 12 совпадает с падением ПК 14 и ПП 15 ЗПИ 6 по заданным направлениям и .

Для наиболее характерных условий практического применения защиты объектов от подработки с помощью ОЦ (ЗПИ 6 имеет выдержанный по падению и простиранию угол падения α, а и , поверхность 12 имеет выдержанный по падению и простиранию угол падения (α_н=const и угол сдвижения в МН 11 по всем направлениям одинаков, т.е. ϕ_i=ϕ_j=ϕ) в формулах (1) и (2) будет:

a)

б)

в)

г)

д)

где χ₁ и χ_j - углы между линией простирания 18 поверхности 12 и заданными направлениями и соответственно, градус; θ_i и θ_j - углы между ЛП 7 ЗПИ 6 и заданными направлениями и соответственно, градус; γ, β и δ - углы сдвижения МКП 13 по главным направлениям мульды сдвижения, т.е. по направлениям восстания, падения и простирания ЗПИ 6 соответственно, градус.

В случае, когда часть построенного ОЦ 1 оказывается расположенной ниже безопасной глубины Н_б отработки (Н_б=K_б·m, м, где K_б - коэффициент безопасности, регламентируемый правилами охраны объектов от подработки; m - вынимаемая мощность ЗПИ 6, м), границы 16 и 17 со стороны падения ЗПИ 6 проходят по линии 19 (фиг.1), отстроенной параллельно ЛП 7 на расстоянии, м:

Практическая применимость заявляемого способа показана на примерах конкретного применения.

Пример 1.

На фиг.4 представлена построенная по заявляемому способу граница 17 ОЦ 1 для ЗО 2 (план ЗО 2, граница 4 ОП 5 ЗО 2, представлены на фиг.3, а высотные (относительные) отметки дневной поверхности в упомянутых точке-центре О и точках и пересечения радиус-векторов и с границей 4 ОН 5 ЗО 2 представлены в таблице 1 подлежащего охране от подработки на угольном пласте мощностью m=2,0 м, при следующих других условиях: Н_п=300 м, М=30 м, α_н=0, α=15°, ϕ=60°, γ=δ=75°, β=65°. На фиг.4 представлены также: граница 4 ОП 5 ЗО 2, ЛП 7 угольного пласта, проходящее через точку-центр О, и для сравнения граница 20 ОЦ 1, построенная по известному способу (прототипу). Из приведенной фиг.4 очевидно, что на участке А-Б-В границы 17 ОЦ 1 удалена от точки-центра О (граница 4 ОП 5) на большее расстояние, чем граница 20, поскольку высотные отметки точек границы 4 на этом участке больше, чем в точке-центре О, а на участке А-Г-В граница 17 ОЦ 1 удалена от точки-центра О (границы 4 ОП 5) на меньшее расстояние, чем граница 20, поскольку высотные отметки границы 4 на этом участке меньше, чем в точке-центре О.

Пример 2.

По примеру 1.

Способ построения охранного целика выполнен по прототипу. Для сравнения на фиг.4 представлена построенная граница 20 ОЦ 1.

Из приведенной фиг.4 очевидно, что на участке А-Б-В границы 17 ОЦ 1 удалена от точки-центра О (граница 2 ОП 5) на большее расстояние, чем граница 20, поскольку высотные отметки точек границы 4 на этом участке больше, чем в точке-центре О, а на участке А-Г-В граница 17 ОЦ 1 удалена от точки-центра О (границы 4 ОП 5) на меньшее расстояние, чем граница 20, поскольку высотные отметки границы 4 на этом участке меньше, чем в точке-центре О.

Таким образом видно, что заявляемая совокупность существенных признаков способа построения охранного целика позволяет обеспечить достаточную и одинаковую по любому относительно защищаемого объекта направлению степень безопасности от подработки.

Таблица 1.
Значения высотных отметок дневной поверхности (или основания охраняемой площадки) в точке-центре (h0) и точках пересечения радиус-векторов с границей охраняемой площади защищаемого объекта h0=165,3 м
θij	hi, м	hj, м
0	170,3	170,3
10	169,3	170,3
20	167,3	171,1
30	165,3	171,3
40	163,3	172,1
50	161,3	172,4
60	160,3	172,3
70	159,3	172,2
80	157,2	163,2
90	156,4	163,4
100	157,1	162,2
110	157,3	170,4
120	158,2	168,2
130	159,4	166,4
140	159,2	165,2
150	160,4	164,2
160	161,4	163,3
170	161,2	162,4
180	161,3	161,3

Способ построения охранного целика, предусматривающий определение местоположения границы охраняемой площадки защищаемого от подработки объекта, удаленной от его контура на ширину предохранительной бермы, построение боковой поверхности охраняемой зоны образующими, ориентированными по радиус-векторам, пересекающим вертикальную ось, проходящую через точку, расположенную в пределах границы охраняемой площади защищаемого объекта, и под углами сдвижения массивов наносов и коренных пород, определяемых по величине для каждого из упомянутых радиусов-векторов, и определение границы охранного целика по линии пересечения боковой поверхности с почвой и кровлей отрабатываемой залежи, отличающийся тем, что определение местоположения границы охранного целика по линии пересечения боковой поверхности охраняемой зоны с почвой и кровлей отрабатываемой залежи дополняют операцией учета разности высотных отметок точки-центра, расположенной в пределах границы охраняемой площадки объекта на вертикальной оси и точек пересечения радиус-вектора с границей основания охраняемой площадки защищаемого от подработки объекта.