КАТЕГОРИИ:
АстрономияБиологияГеографияДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника
|
З ДИСЦИПЛІНИ «МОНІТОРИНГ ДОВКІЛЛЯ» (ДЛЯ СТУДЕНТІВ СПЕЦІАЛЬНОСТІСтр 1 из 2Следующая ⇒ МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ ДО ВИКОНАННЯ ЛАБОРАТОРНИХ РОБІТ З ДИСЦИПЛІНИ «МОНІТОРИНГ ДОВКІЛЛЯ» (ДЛЯ СТУДЕНТІВ СПЕЦІАЛЬНОСТІ 7.04010601 «ЕКОЛОГІЯ ТА ОХОРОНА НАВКОЛИШНЬОГО СЕРЕДОВИЩА»)
Горлівка – 2012 МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ, МОЛОДІ ТА СПОРТУ УКРАЇНИ ДЕРЖАВНИЙ ВИЩИЙ НАВЧАЛЬНИЙ ЗАКЛАД «ДОНЕЦЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ» АВТОМОБІЛЬНО-ДОРОЖНІЙ ІНСТИТУТ «ЗАТВЕРДЖУЮ» Директор АДІ ДВНЗ «ДонНТУ» М. М. Чальцев . .20 р.
Кафедра «Екологія та безпека життєдіяльності» МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ
Горлівка – 2015 УДК 50(07) Методичні вказівки до виконання лабораторних робіт з дисципліни «Моніторинг довкілля» (для студентів спеціальності 7.04010601 «Екологія та охорона навколишнього середовища») [Електронний ресурс] / укладачі Сірик О. Г., Грабар О. В. – Електрон. дані. Горлівка: ДВНЗ «ДонНТУ» АДІ, 2015. – 1 електрон. опт. диск (CD); 12 см. – Систем. вимоги: Pentium; 32 MB RAM; WINDOWS 98/2000/NT/XP; MS Word 97 – 2000. – Назва з титул. екрану. У методичних вказівках наведено методику розрахунку очікуваних деформацій на ділянці розташування громадського будинку, що підроблена підземними гірничими роботами в трьох лавах пологого пласта й допустимих деформацій для даної споруди в умовах її експлуатації. Після порівняння розрахункових і допустимих деформацій у основі будівлі приймається рішення про умови подальшої безпечної експлуатації. Методика розроблена на основі діючого галузевого стандарту України. Укладачі: Сірик О. Г. , Грабар О. В., к.т.н. Відповідальний за випуск: Висоцький С. П., д.т.н., проф. Рецензент: Герасименко В. Г., к. т. н., доц.
© Державний вищий навчальний заклад «Донецький національний технічний університет» Автомобільно-дорожній інститут, 2012 ЗМІСТ ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 1 «Дослідження умов підробки будівлі» ….....5 ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 2 «Зона впливу гірничих робіт на будівлю» ...7 ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 3 «Визначення величини осідання земної поверхні» ……………………………………………………………………........9 3.1 Визначення величини максимального осідання земної поверхні………...9 3.2 Визначення величини осідань земної поверхні під будівлею, що охороняється…………………………………………………………………….11 ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 4 «Визначення величин нахилів, кривизни та її радіусів» ………………………………………………………………………...13 4.1 Визначення величин нахилів………………………………………………13 4.2 Визначення кривизни……………………………………………………….14 4.3 Визначення радіуса кривизни………………………………………...........15 ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 5 «Визначення величин горизонтальних зрушень і горизонтальних деформацій» ………………………………..…….16 5.1 Визначення горизонтальних зрушень……………………………………..16 5.2 Визначення горизонтальних деформацій …………………………………17 5.3 Таблиця величин очікуваних деформацій від 1 західної лави……..........17 ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 6 «Розрахунок сумарних деформацій від трьох лав» ……………………………………………………………………………...19 ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 7 «Визначення розрахункових показників деформацій земної поверхні для підроблюваних будівель і споруд» ….......22 7.1 Види заходів охорони………………………………………………………22 7.2 Визначення розрахункових деформацій земної поверхні……………….22 ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 8 «Визначення допустимих показників деформацій земної поверхні для підроблюваних будівель і споруд» ….......24 8.1 Визначення допустимого показника сумарних деформацій…………….24 8.2 Визначення безпечних умов підробки і заходів охорони підробленої будівлі……………………………………………………………………………25 ПЕРЕЛІК ВИКОРИСТАНИХ ЛІТЕРАТУРНИХ ДЖЕРЕЛ………………….26 ДОДАТОК А…………………………………………………………………….27 ДОДАТОК Б…………………………………………………………………….31
ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 1 «ДОСЛІДЖЕННЯ УМОВ ПІДРОБКИ БУДІВЛІ»
Завдання Дослідити умови підробки громадської будівлі від шкідливого впливу гірничих робіт пластом l1 шахти «Куйбишевська» ПО Донецьквугілля. План розв'язання задачі: 1. Скласти проект (календарний план) підробки будинку; 2. Обчислити очікувані деформації земної поверхні при наміченій схемі підробки. Вихідні дані за варіантами наведено в додатку А.
1. Гірничо-геологічні параметри: 1.1 Потужність пласта – 1,9 м; 1.2 Кут падіння пласта – 8°; 1.3 Потужність наносів – 20 м; 1.4 Довжина лави вхрест простягання D1 – 200м; 1.5 Довжина по простяганню лави D2 – 1200 м; 1.6 Швидкість просування забою – 50 м/місяць; 1.7 Глибина відкотного штреку – (– 500 м); 1.8 Відмітка поверхні – 200 м; 1.9 Відстань S1 – 300 м; 1.10 Відстань S2 – 600 м.
2. Характеристика будинку: 2.1 Найменування будівлі – поліклініка. 2.2 Етажність будівлі – 4 поверхи. 2.3 Форма будівлі – П-подібна. 2.4 Довжина будівлі – 60 м. 2.5 Ширина будівлі – 20 м. 2.6 Розмір П-подібних прибудов – 20 м. 2.7 Кількість швів, що розділяють основний корпус – 1 шов. 2.8 Матеріал і товщина стін – цегла, RСТ = 380 мм 2.9 Конструкція перекрить – з/б плити. 2.10 Ступінь деформацій будівлі – ІІІ. 2.11 Ґрунт під фундаментом – пластичні глини. 2.12 Висота будівлі від підошви фундаменту до верха карниза – 22 м. Згідно з даними завдання будуємо план гірничих робіт по пласту l1. Наносимо на план будівлю, що охороняється та по заданій швидкості просування забою лави (V = 50 м/міс) встановлюємо календарні терміни впливу гірничих робіт на будівлю (рис. 1.1). Для цього від останнього пройденого відкаточного штреку гірничих робіт 2005 р. (відмітка – 500 м) на аркуші формату А4 відкладаємо вниз по осі У довжину лави вхрест простягання D1 = 200 м у масштабі 1:5000 і на симетрично довгій стороні аркуша – довжину лави по простяганню – D2 = 1200 м – перша західна лава. Відкладаючи від відкочувального штреку задані відстані до будівлі S1 = 300 м (вкрест), S2 = 600 м (по простяганню), одержуємо координати будівлі. Відповідно до форми та розмірів будівлі показуємо на плані її горизонтальну проекцію. Оскільки будівля виявилася за межами 1-ї західної лави, будуємо в плані 2 і 3 західні лави, відкладаючи щоразу D1 і D2 в плані.
Рисунок 1.1 – План гірничих робіт по пласту l1 ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 2 «Зона впливу гірничих робіт на будівлю» Побудуємо зону впливу гірничих робіт на охоронювану будівлю, для чого виконаємо вертикальний розріз 1-1 через будівлю та плановані гірничі роботи. Для цього на аркуші А4 проводимо умовно земну поверхню (рис. 2.1). Відкладаємо від неї вниз глибину старих гірничих робіт останнього відкоточного штреку – 500 м. Від горизонту отриманої точки А відкладаємо кут падіння пласта й будуємо розріз пласта потужністю m = 1,9 м. Потужність пласта зображуємо умовно, товщиною 2–3 мм, оскільки вона не виражається в масштабі креслення. Від точки А послідовно по падінню відкладаємо довжини всіх трьох лав D1 = 200 м, вхрест простягання. Намічаємо точки центрів лав. Обчислюємо граничні кути по мульдах зрушення за форулами: (2.1) (2.2) при . Відкладаємо ці кути від крайніх точок вхрест простягання кожної лави й одержуємо три мульди зрушення. За даними плану, наносимо на лінію поверхні розрізу охоронювану будівлю. Будівля потрапила в зону впливу від кожної лави та приблизно в центр загальної мульди зрушення від 3-х лав. Але вплив кожної з лав буде неоднаковий. Для оцінки ступеня цього впливу необхідно обчислити та побудувати на розрізах кути повних зрушень, кути максимальних осідань і довжини напівмульд по падінню й повстанню. Величини кутів максимального осідання й повних зрушень визначаємо за формулами, наведеними у [1, табл. 19]. Приймаємо схему рис. 20б [1], припускаючи, що товща порід вже була раніше підроблена лавами вище лежачих шарів. Тоді (2.3) при – кут повних зрушень з боку падіння; – кут повних зрушень з боку повстання; – кут повних зрушень по простиранню. Рисунок 2.1 – Зона впливу гірничих робіт на будівлю Відклавши кути повних осідань q одержуємо графічно на розрізі (рис. 2.1) напівмульди по падінню L1, по повстанню L2 для кожної з 3-х лав.
ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 3 «Визначення величини осідання земної поверхні» 3.1 Визначення величини максимального осідання земної поверхні Величини максимального осідання земної поверхні для кожної лави визначаємо за формулою: (3.1) де g0 = 0,8 – відносна величина максимального осідання; m – потужність пласта, що виймається, м; α – кут падіння пласта; N1, N2 – умовні коефіцієнти, що характеризують ступінь підробленості земної поверхні відповідно вхрест простягання та за простяганням, безрозмірні величини. Коефіцієнти N1 і N2 визначають за формулами: (3.2) (3.3) де ∆DП – поправка до відносної довжини лави за рахунок цілика зі сторони падіння; ∆DВ – поправка до відносної довжини лави за рахунок цілика зі сторони підйому; ∆DПР – поправка до відносної довжини лави за рахунок цілика зі сторони простягання; ∆DОПР – поправка до відносної довжини лави за рахунок цілика зі сторони протилежної простяганню. У разі значень коефіцієнтів N1 чи N2 при обчисленнях за формулами (3.2), (3.3) більше ніж 1,0 їх треба приймати рівними 1,0. У разі значень N1і N2 при обчисленнях за зазначеними формулами менше ніж 0,20 їх приймають 0,20. Для умов Донецького басейну поправки до відносної довжини лави необхідно визначати відповідно до таблиці 3.1 з урахуванням розміру цілика (l) поблизу відповідної границі, середньої глибини лави (Н), марки вугілля та потужності наносів.
Таблиця 3.1 – Значення поправок ∆D для Донбасу
Для 1-ої західної лави Нср = 520 м. Визначаємо коефіцієнти N1 і N2 за формулами (3.2) і (3.3) для 1-ої західної лави: , . Визначаємо максимальне осідання для 1-ої західної лави: 3.2 Визначення величини осідань земної поверхні під будівлею, що охороняється Оскільки будівля потрапила під напівмульду по падінню від 1-ої західної лави, то осідання земної поверхні під нею обчислюється за формулою: м, (3.4) де функція, що виражає закономірність зміни величини осідань по довжині напівмульди L, приймається згідно з таблицею 3.2. Для цього напівмульду L поділяємо на 10 рівних частин. Перша точка з z = 0 знаходиться в точці максимальних осідань. Далі йдуть точки з z = 0,1; 0,2; 0,3; 0,4 – 1,0. Візьмемо на будівлі 3 розрахункові точки 1, 2, 3. Їм відповідають точки розподілу: точка 1 z = 0,4; точка 2 z = 0,5; точка 3 z = 0,6. Таблиця 3.2 – Значення функцій S(z)
З таблиці 3.2 при Визначаємо осідання від 1 західної лави в точках 1, 2, 3: ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 4 «Визначення величин нахилів, кривизни та радіусів кривизни» 4.1 Визначення величин нахилів Обчислимо нахили в напрямку вхрест простягання в різних точках будівлі від гірничих робіт 1 західної лави за формулою: (4.1) де L1 – довжина відповідної напівмульди; S´(z) – значення функції, що виражає закономірність зміни нахилу в різних точках напівмульди (таблиця 4.1). Таблиця 4.1 – Значення функції S/(z)
точка 1: z = 0,4; S´(z) = 1,85; точка 2: z = 0,5; S´(z) = 1,49; точка 3: z = 0,6; S´(z) = 1,04; 4.2 Визначення кривизни Обчислимо кривизну в розрахункових точках будівлі за формулою: (4.2) де функція, що виражає закономірність зміни кривизни (таблиця 4.2). Таблиця 4.2 – Значення функції S//(z)
точка 1: z1 = 0,4; L1 = 300 м; S//(z) = 2,3; точка 2: z2 = 0,5; L1 = 300 м; S//(z) = 4,3; точка 3: z3 = 0,6; L1 = 300 м; S//(z) = 4,6; 4.3 Визначення радіуса кривизни Обчислимо радіуси кривизни за формулою:
(4.3) де ky – кривизна в розрахункових точках будівлі, км. Тоді значення радіуса кривизни в трьох точках будівлі дорівнює: ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 5 «Визначення величин горзонтальних зрушень і горизонтальних деформацій» 5.1 Визначення горизонтальних зрушень Горизонтальні зрушення визначаються за формулою: (5.1) де α0 – відносна величина максимального горизонтального зрушення з табл. А.1 [1], α0 = 0,3 для вугілля марки (Д–Г, Ж, К, ОС, Т). (5.2) де В – коефіцієнт, що визначається за формулою: (5.3) де α0 – відносна величина максимального горизонтального зрушення; α – кут падіння пласта, градус; h – потужність наносів, м; hM – потужність горизонтально залягаючих (а ≤ 5°) мезозойських відкладів, м; (у нашому прикладі мезозойських відкладень нема); Н – середня глибина розробки, м. Коефіцієнт В дорівнює: . Функції F(z) для трьох точок будівлі: точка 1: z = 0,4; F(z) = 1,85+2·0,34·0,46 = 2,16; точка 2: z = 0,5; F(z) = 1,49+2·0,34·0,29 = 1,69; точка 3: z = 0,6; F(z) = 1,04+2·0,34·0,16 = 1,15. Горизонтальні зрушення: 5.2 Визначення горизонтальних деформацій Горизонтальні деформації визначаються за формулою: (5.4) (5.5) Функції F´(z): точка 1: z = 0,4; F´(z) = 2,3+2·0,34·1,85 = 3,56; точка 2: z = 0,5; F´(z) = 4,3+2·0,34·1,49 = 5,31; точка 3: z = 0,6; F´(z) = 4,6+2·0,34·1,04 = 5,31. Горизонтальні деформації: точка 1: z = 0,4; точка 2: z = 0,5; точка 3: z = 0,6; 5.3 Таблиця величин очікуваних деформацій від 1 західної лави Обчислені значення очікуваних зрушень деформацій земної поверхні заносимо в таблицю. Таблиця 5.1 – Величини очікуваних деформацій від 1 західної лави
Аналогічно обчислюються деформації від 2-ї західної лави і, якщо необхідно (будинок попадає в зону впливу) то й від 3-ї. Деформації від дії трьох лав сумуються, крім радіусів кривизни, які обчислюються один раз від сумарної кривизни для кожної точки. ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 6 «Розрахунок сумарних деформацій від трьох лав» Деформації ручним розрахунком достатньо обчислити від однієї першої лави. Деформації від кожної з трьох лав, а також сумарні деформації в кожній точці будинку від трьох лав разом необхідно обчислити на комп’ютері в редакторі Excel за програмою, що розроблена у 2004 р. студентом гр. ЕКС-01 Фасєєм К. С. Щоб почати роботу з програмою треба відкрити файл «Подработка.xls». Якщо з’явиться запит про макроси, то натиснути кнопку «Не отключать макросы» (це стандартний засіб запобіганню зараження вірусами, які можуть міститися в макросах. У даній програмі вірусів не має, а без макросів вона працювати не буде). На листі «Розрахунок» (рис. 6.1) у відповідні ячейки (1) вводяться гірничо-геологічні параметри та характеристика будівлі.
Рисунок 6.1 – Лист «Вихідні дані»
Програма надає можливість розрахунку деформацій земної поверхні внаслідок гірничих робіт від будь-якої кількості лав одного пласта (кількість лав змінюється в межах від 1 до ∞). Розрахунок проводиться для необмеженої кількості точок однієї споруди (кількість точок може задаватися в межах від 2 до ∞). У випадку, коли задається 2 точки, їх координатами вважаються координати початку й кінця будівлі. Якщо задається кількість точок більше 2, то перша й остання точки мають координати початку й кінця будівлі, а всі інші розташовуються між ними на рівній відстані одна від одної. Після введення усіх даних треба натиснути кнопку «Почати розрахунок». Внаслідок цього відкриється лист «Розрахунок» (рис. 6.2) на якому містяться вихідні данні та сумарні результати розрахунку: результати для кожної точки будівлі сумарно від усіх лав даного пласта. Щоб побачити вплив кожної лави на кожну точку окремо треба натиснути кнопку «Більше >». З’явиться лист «Більше». Щоб повернутися на лист «Розрахунок» треба натиснути кнопку «Повернутися». Роздрукувати отримані дані можна за допомогою засобів Microsoft Excel. Якщо треба зберігати електронну версію розрахунку тривалий час, то доцільно зберегти файл з отриманими результатами під іншим ім’ям.
Рисунок 6.2 – Лист «Розрахунок» Для нашого прикладу розрахунок на комп’ютері дає результати, які наведені в таблиці 6.1. Таблиця 6.1– Величини очікуваних деформацій від усіх лав для точок будівлі (сумарно)
ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 7 «Визначення розрахункових показників деформацій земної поверхні для підроблюваних будівель і споруд» 7.1 Види заходів охорони Розрізняють наступні основні види заходів охорони: 1. Гірничі заходи – зміна технології видобутку вугілля, порядку відпрацьовування чи розмірів виробок з метою зниження деформацій земної поверхні; 2. Конструктивні заходи – посилення (зміна) конструкції несучих елементів будівлі чи збільшення її піддатливості з метою пристосування до великих величин деформації; 3. Післяосадовий ремонт будівель і споруд; 4. Тимчасова зміна характеру експлуатації підроблюваного об'єкта на період небезпечних деформацій земної поверхні; 5. Залишення під об'єктами передохоронних ціликів. Метод застосовується тільки у випадку, коли інші заходи охорони не гарантують безпечну експлуатацію об'єкта. До гірничих заходів охорони відносяться: - закладка виробленого простору матеріалом, доставленим із-за меж зони впливу; - часткова виїмка вугілля по площі чи потужності; - застосування визначеного порядку відпрацьовування лав; - зміна розмірів чи розташування очисних виробок. До конструктивних заходів охорони відносяться: поділ будівель деформаційними швами на відсіки, посилення будівель або їхніх елементів металевими стяжками, залізобетонними поясами, додатковими зв'язками та розпірками, установка компенсаторів на трубопроводах, рихтування устаткування, зняття напруги шляхом розрізки трубопроводів. 7.2 Визначення розрахункових деформацій земної поверхні Розрахункові деформації земної поверхні одержуємо множенням очікуваних (ймовірних) зрушень деформацій на коефіцієнт перевантаження. hp = h∙nh , ip = i∙ni , k = k∙nk, (7.1) x = x∙nx, ep= e∙ne, де h, i, k, x, e – очікувані деформації земної поверхні, отримані розрахунком; nh = 1,2; ni = 1,4; nk = 1,8; nx = 1,2; n = 1,4 – коефіцієнти перевантаження. Максимальні розрахункові значення деформацій визначаються за найбільш небезпечним для об'єкта напрямком. У нашому випадку – це лінія вхрест простячання. Величини розрахункових деформацій наведені в таблиці 7.1 Таблиця 7.1– Максимальні розрахункові деформації
Для громадських будівель у якості допустимих використовуються горизонтальні деформації (e) і показник сумарних деформацій (Dl), що враховує спільний вплив горизонтальних деформацій і кривизни. Розрахункові значення Dl визначаються за формулою: , м (7.2) де l – довжина відсіку будівлі, м; mε, mк – коефіцієнти умов роботи, прийняті по таблиці 4.5 [1]; mк = 0,70, mε = 0,85
ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 8 «Визначення допустимих показників деформацій земної поверхні для підроблюваних будівель і споруд» 8.1 Визначення допустимого показника сумарних деформацій Для безкаркасних будівель та будівель з неповним каркасом допустимий показник сумарних деформацій [Δl] у міліметрах визначають за формулами: (8.1) де [Δl]Н – нормативний допустимий показник сумарних деформацій, що приймають залежно від розряду та поверховості будівлі, відповідно до таблиці Б.1 додатку; kГ – коефіцієнт основи, відповідно до таблиці Б.2; kС – коефіцієнт конструкції зовнішніх несучих стін, відповідно до таблиці Б.3; kП – коефіцієнт конструкції перекриттів (якщо перекриття всіх поверхів збірні чи монолітні залізобетонні kП = 1,2; дерев'яні чи інші kП = 1; якщо частина перекриттів залізобетонні, а частина – дерев'яні чи інші kП визначають інтерполяцією); kФ – коефіцієнт форми будівлі у плані (для будівель прямокутної форми kФ = 1; для будівель складної форми – П, Г, Т-подібних та інші kФ = 0,8); kР – коефіцієнт залишкового деформаційного ресурсу будівлі, що приймають, відповідно до таблиці Б.4, залежно від виду допустимого показника деформацій та ступеня деформацій будівлі перед підробкою, який визначається відповідно до таблиці Б.5 на підставі результатів обстеження. Ступінь деформацій житлових і громадських безкаркасних будівель та будівель з неповним каркасом треба визначати з урахуванням характерних для підробки вертикальних і похилих тріщин у поясах і простінках зовнішніх несучих стін. Результати розрахунків зводимо в таблицю 8.1.
Таблиця 8.1 – Допустимі й граничні деформації земної поверхні
8.2 Визначення безпечних умов підробки й заходів охорони підробленої будівлі Питання можливості й умов підробки будинку встановимо, виконавши порівняння розрахункових і допустимих деформацій згідно з даними таблиці 8.1. Результати порівняння розрахункових і допустимих деформацій показують, що розрахункові значення перевищують допустимі. Ступінь перевищення незначна: Таким чином не потрібно проведення гірничих і конструктивних заходів, а тріщини, що з’являться на стінах будівлі будуть усунуті в період поточного ремонту.
|