Для регистрации перемещений пород во времени применяют чаще всего реперные устройства, которые устанавливают на различной глубине в шпурах (скважинах), пробуренных вокруг выработки.
Различают контурные репера и глубинные, которые подразделяются по следующим признакам: по способам передачи и регистрации данных о деформировании и перемещении точек в породном массиве; по способам закрепления реперных устройств в скважине; по числу одновременно работающих реперов; по возможностям измерения относительных и абсолютных перемещений.
Наибольшее распространение получили реперы механического типа. При их использовании из выработки бурят серию шпуров (скважин), в каждый из которых устанавливают комплект реперов, состоящий из опорного репера, закрепляемого в забое шпура, и контурного репера, по которому регистрируют перемещения контура выработки. Проволоки (стрежни) от отдельных реперов проходят через все реперы, расположенные ближе к устью шпура. Пример установки реперов в шпуре (скважине) и результаты замеров смещений пород приведены на рис. 5.16.
Непосредственным признаком проявлений горного давления являются смещения поверхности выработки. Для измерения относительного смещения боковых пород в очистных и подготовительных выработках применяют контурные реперы, измерительные универсальные стойки, нивелиры, оптические измерительные устройства.
Рисунок 5.16- Схема установки реперов (а) и график их смещения Д/ во времени! (б): №1-5 -номера реперов
|
Контурные реперы представляют собой металлические штыри, устанавливаемые в шпуры, пробуренные в кровлю, почву и бока выработки на глубину 0,3-0,5м. Закрепление реперов производится цементированием или с помощью деревянных пробок. На конце реперов для фиксации рулетки или измерительных стоек делаются крючки и отверстия. Измерительные стойки состоят из двух труб, одна из которых перемещается относительно другой. Между верхними и нижними трубами устанавливается регистрирующее измерительное устройство (самописец, индикатор часового типа или индуктивный датчик).
Разрушение горных пород под действием горного давления связано с образованием микро- и макротрещин, которое сопровождается излучением акустических, электромагнитных и тепловых импульсов. Методы, которые используют это явление, носят название эмиссионных. Наиболыне распространение на практике получил метод акустической эмиссии. Применение метода акустической эмиссии в исследованиях позволяет фиксировать в пространстве и во времени процесс деформирования и разрушения пород, устанавливать их предельные механические характеристики, определять степень усталости при многоцикловых нагрузках, оценивать выробросоопасноть массива и пр.
Измерение сдвижений земной поверхности и толщи горных пород. Изучение характера и измерение параметров сдвижения земной поверхности и толщи горных пород ведут с помощью наблюдательных станций, состоящих из системы реперов, закладываемых в грунт на земной поверхности, подрабатываемые здания и сооружения, породное обнажение горных выработок, специальные скважины, пробуренные в пределах предполагаемой области сдвижения. По мере развития горных работ по реперам ведут систематические наблюдения посредством нивелирования и измерения горизонтальных расстояний между ними с привязкой к опорным реперам, располагаемым за пределами области сдвижений.
Реперы наземных наблюдательных станций располагают в створах профильных линий с таким расчетом, чтобы обеспечить получение необходимых данных о границах области сдвижения и параметрах процесса сдвижения земной поверхности.
Для детального изучения механизма процесса сдвижения породного массива необходимо сочетать наблюдения за сдвижением земной поверхности с наблюдениями за сдвижением пород вокруг очистной выработки и деформированием толщи горных пород.
Скважины для наблюдений бурят с земной поверхности и горных выработок. В скважинах размещают и закрепляют в выбранных точках глубинные реперы, которые представляют собой металлические патрубки или деревянные клинья, закрепляемые посредством расклинивания или цементирования. От репера по скважине на поверхность или в выработку выводится тросик, по которому следят за перемещением репера относительно устья. Так как само устье скважины тоже смещается, то ведут также измерения смещений устья, привязывая их к реперам, расположенным вне пределов области сдвижения. Одним из вариантов наблюдений является применение радиоактивных реперов, представляющих собой стальные контейнеры, в которые помещено радиоактивное вещество. Использование радиоактивных реперов позволяет разместить в одной скважине достаточно большое их количество.
ЛЕКЦИЯ 14 ТЕМА 6. ОБРАБОТКА И ОБОБЩЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ
6.1.Графический анализ результатов эксперимента
После получения результатов измерений и оценки их точности, данные сводят в таблицы. Однако по табличным данным трудно установить закономерности присущие, изучаемым явлениям, поэтому результаты обрабатывают графическими методами. Графическое изображение одновременно дает наглядное представления о результатах эксперимента, позволяет глубже понять физическую сущность исследуемого процесса, дает возможность выявить общий характер функциональной зависимости и позволяет судить о качестве выполненного эксперимента. Графическим методом особенно удобно исследовать зависимости одного параметра от другого. Кроме того, метод получил широкое распространение при оценке степени согласования экспериментальных и теоретических исследований.
При обработке результатов эксперимента необходимо иметь в виду, что связи между изучаемыми параметрами имеют не только функциональный, а стохастический (вероятностный) характер. В этом случае для изучения зависимости между исследуемыми величинами необходимо использовать методы корреляционного анализа, с помощью которых можно оценить степень близости корреляционной зависимости и функциональной. Следует заметить, что корреляционную связь между величинами можно искать только в том случае, если диапазон изменения величин, по меньшей мере, в 4-5 раз превышает разброс данных.
Чтобы графически установить зависимость одних величин от других, необходимо нанести опытные данные на график. Для графического изображения результатов измерений, как правило, применяют систему прямоугольных координат. Если анализируется функция у = f(х), то по оси абсцисс наносят значения аргумента х, а по оси ординат - значения функции у от данного аргумента (рис. 6.1).
Масштаб выбирается так, чтобы размеры диаграмм по горизонтали и вертикали были приблизительно одинаковыми. Каждую пару табличных значений xi, yi. принимают за координаты точки, которые наносят на график. Если соединить точки прямыми отрезками, то получим ломаную, характеризующую непосредственные результаты эксперимента, а границы разброса данных дают представление о погрешности измерений. Для получения аппроксимационной зависимости точки нужно соединить плавной кривой, чтобы она по возможности проходила наиболее близко по всем экспериментальным точкам.
Рисунок 6.1 - Графическое изображение функции y=f(x): - результаты эксперимента;
- аппроксимационная кривая.
Однако могут быть и исключения из этого правила. Допустим, установлено скачкообразное изменение одной из координат, которое объясняется сущностью физико-химических процессов. Осреднение всех точек в этом случае может привести к тому, что скачек функции будет принят за погрешности измерений.
Часто при графическом изображении результатов экспериментов приходится иметь дело с тремя переменными, т.е. с функцией b= f(х, у, z ) в этом случае для построения графика применяют метод разделения переменных. Одной из величин (z) в пределах интервала измерений (z1 – z2) задают несколько последовательных значений, а для двух остальных переменных х и у (при zi = const) строят графики у =fi (х). В результате на одном графике получают семейство кривых.
Большую роль при графическом изображении играет выбор системы координат. Координатные сетки бывают равномерными и неравномерными, логарифмическими и вероятностными.Назначение неравномерных сеток различное. В большинстве случаев их применяют для более наглядного изображения функций, например, криволинейные функции спрямляют на логарифмических сетках.
Для облегчения систематических расчетов с использованием сложных теоретических или эмпирических формул строят номограммы, с помощью которых можно представить любые алгебраические выражения. В результате сложные математические выражения можно заменить графиками. Построение номограмм является трудоемким процессом. Существует несколько методов, наиболее эффективным является способ, в котором переменные представляются как безразмерные критерии.