Библиотечный каталог авторефератов Украины

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ УКРАЇНИ

УКРАЇНСЬКИЙ ТРАНСПОРТНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

ШИЛІН  ІГОР  ВОЛОДИМИРОВИЧ

УДК  625.7 : 662.2

ОСОБЛИВОСТІ ВПЛИВУ ПІДЗЕМНИХ ГІРНИЧИХ РОБІТ НА ГЕОМЕТРИЧНІ ПАРАМЕТРИ АВТОМОБІЛЬНИХ ДОРІГ

05.22.11 - Автомобільні шляхи та аеродроми

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

КИЇВ – 1999

Дисертація є рукопис

Робота виконана в Українському транспортному університеті

Науковий керівник: - доктор технічних наук, професор, Білятинський Олександр Антонович, Український транспортний університет, завідувач кафедрою “Проектування доріг”, м. Київ

Офіційні опоненти: - доктор технічних наук, професор, Білеуш Анатолій Іванович., Київський міжнародний університет цивільної авіації, кафедра “Аеропорти”, м. Київ

- кандидат технічних наук, Осяэв Юрій Миколайович., заступник керівника управління корпорації “Укравтодор”, м. Київ

Провідна організація: - Київський державний технічний університет будівництва і архітектури, кафедра “Міського будівництва”, Міністерство освіти України, м. Київ

Захист відбудеться  "14"  жовтня    1999 р. о   1200   на засіданні спеціалізованої вченої ради  Д 26.059.02 при Українському транспортному університеті за адресою: 252010, м. Київ, вул. Суворова 1, ауд. 333-а

  З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Українського транспортного університету, 252103, м. Київ, вул. Квіквідзе, 42

Автореферат розісланий "  08  "  09  1999 р.

Вчений секретар

спеціалізованої ради                                                                Дзюба О.П.

ЗАГАЛЬНА   ХАРАКТЕРИСТИКА  РОБОТИ

Актуальність роботи. Одним із найважливіших чинників, що виз­на­чають якісний стан автомобільної дороги в цілому, є стійкість геометричних парамет­рів елементів поздовжнього профілю з момен­ту будування на увесь період її експлуатації.

Оптимальність вибору геометричних параметрів елементів поз­довж­­нього профілю автомобільної дороги характеризується багатьма факторами: рельєфом місцевості, гірничо-геологічними, гідрогеоло­гіч­ними і природно-кліматичними умовами і т.п. Але в процесі експлуатації автомобільної до­ро­­ги та внаслідок жит­тєдіяльності людини відбувається зміна геометрич­них параметрів поздовж­нього профілю, а та­кож і деформація всієї автомо­більної дороги аж до її руй­ну­вання. Так, в результаті роз­робки корисних копалин підземним способом (ПГР) у надрах землі утворю­ються порожнечі великих розмірів, які заповнюються породою під впливом сили тяжіння та обрушен­ня маси порід, що утворюють кровлю розроблюваного пласта. Від зрушен­ня гірничих порід на поверхні землі утворюється вирва – мульда зрушення яка істотно впливає як на рельєф місцевості так і на автомобільну дорогу.

Погіршення якісного стану автомобільної дороги при­зводить до додат­кових збитків, як в експлуатації дорожнього господарства так і в автомо­біль­них пере­везеннях, які обумовлені істотним збільшенням со­бі­вар­­тості, зменшенням про­дуктивності праці і т. п.

Таким чином врахування впливу розробки корисних копалин підзем­ним способом на автомобільну дорогу є актуальною задачею, яка потребує розробки нау­ко­вих основ та  практичних  методів її вирішення.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота ви­ко­нана згідно тематики загально-державного значення з приоритетних нап­рямків нау­ко­вих досліджень в університеті, яка розроблена та зат­верд­жена вченою радою університету до 2000 року включно:

• прогресивні напрямки розвитку транспортного будівництва в умо­вах переходу до ринкової економіки.

Мета та задачі роботи. Визначити вплив розробки корисних копалин під­зем­ним способом на геометричні параметри характерних ділянок авто­мо­більної доро­ги при різноманітних умо­вах за­лягання розроблюваного вуг­летримаючого пласта  і геометричних особливостях ха­рак­терних елементів дороги до дефор­мації. Дослідити вплив зміни геометричних пара­­мет­­рів дефор­ма­ції автомо­більної дороги на її техніко-експ­луа­та­ційні показники.

Задачі дослідження включали такі питання:

– вибір та обгрунтування факторів, які істотно впливають на процес осі­дан­­ня  ав­то­мобільної  дороги  внаслідок  розробки  корисних  копалин   підзем­ним способом;

• розробка загальної моделі зміни геометричних параметрів харак­терних ділянок дороги від підземних гірничих робіт;
• розробка теоретичних основ та практичних методів реалізації моде­лі процесу осідання автомобільної дороги внаслідок підземних розробок;
• розробка загальної моделі впливу зміни геометричних параметрів на технічні показники дороги;
• розробка методики по отриманню результатів деформації за допо­мо­­гою машинної реалізації.

Наукова  новизна. Розроблено теоретичні основи розрахунку парамет­рів деформації автомобільної дороги на підроблюваних територіях.

Практична цінність. Розроблено методику практичної реалізації мате­ма­­тич­ної моделі розрахунку параметрів деформації автомобільної дороги з вра­хуванням підготовки вхідних даних, їхньої трансформації, одержання роз­рахункових залежностей і техніко-експлу­аційної оцінки результатів рішення.

Апробація роботи. Основні положення дисертаційної роботи викла­далися на: галузевій науково-практичній конференції “АВТОДОРОЖНІЙ КОМПЛЕКС УКРАЇНИ У СУЧАСНИХ УМОВАХ: ПРОБЛЕМИ І ШЛЯХИ РОЗВИТКУ” м. Київ - 1998 р.; міжнародній науково-технічній конференції “ПРОБЛЕМЫ СТРОИТЕЛЬНОГО И ДОРОЖНОГО КОМПЛЕКСА”м.Брянськ,-1998 р

Особистий внесок здобувача. За допомогою сучасних методів матема­тич­­ного планування створена модель впливу підземних гірничих робіт на автомобільну дорогу. Виконано машинне моделювання процесу деформації дороги при різноманітних умовах розробки вугільного пласта. У результаті математичної об­ро­б­ки результатів моделювання отримані регресійні залеж­ності розрахунку величи­ни похилів від умов залягання пласта.

Публікації.  По темі дисертаційної роботи опубліковано 7 статей.

Обсяг і структура роботи. Дисертація викладена на 103 сторінках ос­нов­ного тексту, має 41 рисунок, 7 таблиць,  складається з вступу, чотирьох розді­лів, загального висновку,  списку літератури, що включає 124 найме­нування, додат­ків, які складаються  з 18 рисунків.

ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обгрунтовується актуальність теми, визначається мета та мето­доло­гічні засоби дослідження, наукова новизна і практична цінність отриманих результатів.

У першому розділу    розглянуто  стан  питання  по  врахуванню впли­ву ПГР на автомобільні дороги та задачі його дослідження. Розглянуто стан вив­чен­ня процесу зрушення гірських порід і земної поверхні..

Виконаний короткий опис понять та розрахункових формул, що вико­ристовуються для визначення зрушення земної поверхні під впливом ПГР. При­ведено узвича­єні розрахункові схеми і графіки розподілу параметрів дефор­мації, які отри­мані в результаті багаторічних натурних спостережень за дефор­маціями земної поверхні внаслідок ПГР.

У зв'язку з відсутністю опублікованих матеріалів про спостереження за деформаціями автомобільних доріг під впливом ПГР, коротко розгля­нуто стан вивченості даної проблеми в інших галузях будівництва, тобто у трубо­про­від­ному, залізничнному та енергетичному будівництвах та ін.

Виходячи із різниці у вимогах до проектування, будівництва та експ­лу­атації між різноманітними типами лінійних інженерних  споруд,  для  зас­тосу­ван­ня до питання врахування деформації автомобільної дороги і штуч­них спо­руд на них, доцільно застосувати, з деякими змінами та допов­неннями зумо­вленими особливостями експлуатації транспортної системи, накопичений досвід в:

- залізничному будівництві – влаштування земляного полотна і висо­ких насипів на підроблюваних територіях, розрахунок напружень в грунто­вому масиві, передача зусиль і гірського тиску, дренажні і водопропускні споруди;

- трубопровідному транспорті - проектування і будівництво пересічень траси автомобільної дороги з комунальними інженерними спорудами, влаш­­тування компенсаторів і гасителів напруги в штучних металевих спорудах на деформованих територіях;

- будівництві високовольтних ЛЕП - розробка засобів захисту від ви­никнення в спорудах на площі автомобільної дороги (опори телеграфних та електричних мереж) небезпечних по величині нахилів і тривалість конструкцій;

• будівництві промислових і житлових будинків та споруд – проекту­вання, будівництво та експлуатація будинків дорожнього господарства.

Наведено характеристики систем “Автомобільна дорога” і “Мульда осідання” земної поверхні під впливом ПГР, виділені об'єкти моделювання. Розглянуто їх структурні схеми окремо й у взаємодії (рис. 1).

Складено блок-схеми для визначення деформації поздовжнього про­філю автомо­біль­ної дороги під впливом ПГР, похилу формотворної лінії об­ри­су деформо­ваної поверх­ні, показник рівності покриття за поштов­хоміром, витрати пального по пря­му­ван­ню на деформованих ділянках.

Виділено першочергове завдання вивчення впливу ПГР на автомо­біль­ні  дороги, тобто визначення  ступеня  впливу  ПГР на поздовжній про­філь авто­мобільної дороги вздовж мульди осідання від розробки одиночного пласта,  на  ділянці  мульди  яка  прирівню­ється  до  пікету   автомобільної дороги -100м та у окремо взятому інтервалі спостережень за деформаціями – 15-30м.

Другий розділ містить в собі теоретичні передумови розрахунку пара­мет­рів деформації автомобільних доріг під впливом підземних розробок.

Розрахункові залежності визначення розмірів і форми мульди осідання земної поверхні під впливом підземних гірничих робіт ухвалені відповідно до існуючих нормативних документів та опублікованих матеріалів дослід­жень. Основною відмінністю від застосовуваної в маркшейдерській справі, є виз­начення значень вертикальних осідань у перетинах, тобто замість функ­ції Гауса використовується залежність, яка була запропонована С.П. Кол­бен­ковим. Це дозволило спростити процес розрахунку без утрати точ­ності результатів, тобто замість дискретних значень вертикальних осідань у до­віль­ному перетину деформованої ділянки маємо функціональну залеж­ність, яку було використано для визначення інших параметрів деформації.

У розділі приведені розрахун­кові залежності для визначення значень параметрів деформації формоутво­рю­ючої лінії обрису деформованої по­верх­ні, які враховують геометричні особли­вос­ті характерних ділянок поз­довж­нього профілю й умови залягання вуглетри­маючого пласта, тобто пря­молінійних (горизонтальної і нахиленої)  та  криво­ліній­них (верти­каль­них опук­­лої й угнутої колових кривих) ділянок профілю, потуж­ності, кута на­хи­лу пласта та глибини розробки.

При деформації прямолінійних ділянок розрахункові залеж­ності визна­чення локальних значень геометричних параметрів деформації у напівмульдах за падінням та за повстанням будуть мати виг­ляд:

- вертикальне осідання у довільній точці

де, ηmax – величина максимального осідання у мульді зрушення, м;

   Ln – довжина напівмульд (L1– за падінням та L2–за повстанням) , м;

   x – відстань від точки з максимальним осіданням до перетину, м.

   ідор –похил нахиленої ділянки дороги до деформації, в долях одиниці;

   b – коефіцієнт який дорівнює відрізку, що відсікається прямою на осі ординат, відраховуючи від початку системи координат.

– похил у довільній точці

Розрахункові залежності для визначення параметрів деформації при розробці під вертикальними угнутою та опуклою коловими кривими будуть мати вигляд:

- у напівмульді за падінням

де, hх – значення перпендикуляру у розрахунковому перетину, проведеного від хорди до дуги кривої (стрілка дуги колової кривої), м;

ηх – осідання у розрахунковому перетині мульди осідання, м;

      R – радіус колової кривої, м.

      і – похил у розрахунковому перетину колової кривої, в долях одиниці;

де, Кмул – кривизна лінії обрису мульди осідання;

      Крад – кривизна колової кривої до деформації.

- у напівмульді за повстанням

Також, у розділі наведені залежності розрахунку показника рівності покриття за пош­товхоміром при деформації прямолінійної горизонтальної ділянки, які грун­туються на залежності показника рівності за поштов­хоміром від просвіту під трьох метровою рейкою. 

Для техніко-експлуатаційної оцінки впливу ПГР на автомобільну до­ро­гу наведені залежності для розрахунку величини витрати пального при ру­ху автомобілів по дефор­мованій ділянці (двома методами, які були прис­тосовані до даних умов і дозволяють отримати величину витрати пального в залежності від зміни швидкості руху та коефіцієнту протидії коченню).

Завдяки тому, що розробка корисних копалин підземним способом приз­во­дить не тільки до зміни похилів, але й до зміни величини показника рівності було визначено для кожної характерної дільниці :

– швидкість руху автомобіля, в залежності від зміни похилу і рівності;

• коефіцієнт опору коченню, в залежності від рівності і швидкості;
• коефіцієнт мас, що обертаються, в залежності від швидкості руху;
• динамічний фактор автомобіля, в залежності від похилу, приско­рення, і коефіцієнта опору кочення;
• витрату пального, в залежності від динамічного фактору і швидкості автомобіля (аналітичним і графоаналітичним способами).

У третьому розділі приведені розрахункові схеми деформації харак­тер­них ділянок автомобільної дороги та методичні основи вирішення  зада­чі побудови розрахунку параметрів деформації.

Вхідні дані для розрахунків деформації поздовжнього профілю авто­мо­­більної дороги умовно можна поділити на дві групи:

• гірничо-геологічні – дані, що характеризують залягання вуглетри­маючого пласта, тобто кут падіння пласта, його потужність і глибина заля­ган­ня, які мо­жуть бути отримані у фахівців маркшейдерських служб в орга­нізаціях, ведучих підземні розробки на даній території або в підрозділах,

що виконують спостере­жен­ня за даного роду деформаціями;

– проектні – дані, що характеризують положення проектної лінії авто­мо­­більної дороги, тобто: висотні відмітки проїзної частини; поздовжній по­хил ділянки дороги та її довжину; радіуси колових кривих та похил у її край­ніх точках, які можуть бути отримані або з робочих проектів на будів­ництво або на реконструкцію дороги, а так же відновлені шляхом вишу­ку­ваних робіт .

При моделюванні варіантів взаємодії приймалися середні значення (для райо­нів Донбасу) гірничо-геологічні вхідні дані (згідно нормативних доку­ментів і результатів натурних спостережень фахівців за зрушенням гірсь­ких порід, які були опубліковані) та граничні значення проектних вхідних даних (згідно діючих нормативних документів).

В зв'язку з відсутністю результатів натурних спостережень за дефор­маціями автомобільних доріг під впливом ПГР були прийняті допущення, які грунтуються на результатах досліджень проведених в залізничній, тру­бо­провідній, енергетич­ній і гідротехнічній будівельних галузях, а також на підставі існуючих норматив­них документів :

1. формоутворююча лінія обрису деформації повздовжнього профілю автомобільної дороги подібна лінії осідання земної поверхні;
2. вісь дороги розміщена на головних перетинах мульди осідання зем­ної поверхні від розробки корисних копалин підземним способом;
3. дорога проходить в “нульових” відмітках, тобто відсутнє підняття бровки грунтового полотна над поверхнею землі;
4. в розрахунках не розглядаються питання суцільності основ і пок­рит­­­тя  проїзної  частини,   також не враховуються модулі пружності ша­рів дорожнього одягу.

Виконано моделювання деформації автомобільної дороги у локальних (на пґятнадцяти метровому інтервалі) та середньозважених (у напів­муль­дах) межах в залежності від умов залягання пласта та геометричних особ­ливостей харак­терних ділянок поздовжнього профілю.

У випадку деформації горизонтальної прямолінійної ділянки змінюва­ними величинами були тільки умови залягання пласта, тобто потужність розроблюваного пласта (від 1м до 5м), кут нахилу пласта (від 0о до 60о) та глибина розробки (від 75м до 600м). Розрахункова схема наведена на рис.2.

При розгляді деформації нахиленої прямолінійної ділянки (рис. 3) до умов залягання пласта додається поздовжній похил ділянки до деформації  (в межах від 30о/оо до 90о/оо). 

У випадках розрахунку криволінійних ділянок (рис. 4) до умов заля­ган­ня пласта додається радіус колової кривої (від 1000м до 10000м) та похил у крайніх точках дуги (від 30о/оо до 90о/оо).

По  результатам  моделювання процесу деформації характерних діля­нок  автомобільної дороги внаслідок ПГР побудовані графіки  розподілу ло­каль­них значень параметрів деформації по довжині деформованої ділянки та залежність їх середньозважених величин від зміни умов залягання та гео­мет­ричних властивостей поздовжнього профілю до деформації.

На основі даних, отриманих в результаті машинного моделювання варіантів деформації горизонтальної ділянки під впливом ПГР, здійснили розрахунок параметрів множинної регресії, яка характеризує залежність між потужністю пласта m (м), глибиною підроблювання Н (м) та середньо­зва­женим похилом у напівмульдах в  бік  простилання пласта ic  (проміле)  при  різноманітних значеннях кута падіння пласта α(град). Тобто отримали рег­­ресійні залежності похилу деформованої поверхні від умов залягання пла­с­та з метою використання їх у апріорних розрахунках при пошуку варі­ан­тів положення автомобільної дороги на деформованій поверхні з подаль­шим більш детальним розрахунком параметрів деформації по залежностям 1-12.

Було розглянуто озглянуто випадок впливу мульди осідання на гори­зон­тальну ділянку авто­мо­більної дороги при куті падіння вугільного плас­та α=00.

Задача полягає в пошуку по результатах даних спостережень над змін­ни­ми потужності пласта m та глибини залягання пласта H. Пошук пара­мет­рів регресії b0, b1, b2 здійснювали за допомогою способу най­менших квад­ра­тів. Умовою мінімуму досліджуваної функції іс (b0, b1, b2) є рівність нулю її часткових похідних.

Після відповідних алгебраїчних перетворень, отримали наступну сис­те­му нормальних рівнянь, відносно параметрів регресії (середньовзважений похил на деформованій ділянці від потужності та глибини розробки вугільного пласта)

де,   ix, mx, Hx - емпіричні дані, що аналізуються;

Цю систему лінійних алгебраїчних рівнянь зручно вирішувати матрич­ним способом.

Таким чином, значення середньозваженого похилу у напівмульді зру­шення, потужність пласта, що розробляється і глибина залягання вугільного пласта зв'язані рівнянням.

                                    ic=b0+b1•m+b2•H

Аналогічно виведені залежності для напівмульди за падінням та напів­мульди за повстанням при модифікації кута падіння від 00 до 600.

Також були виведені регресійні залежності для розрахунку середньо­зва­же­ного похилу у напівмульдах при деформації нахиленої прямолінійної ділянки від розробки одиничного пласта. Проведено аналіз точності отри­ма­них рег­ресійних залежностей.

Результати розрахунків деформації автомобільної дороги, які отримані за допомогою машинного моделювання, дозволяють стверджувати, що при деформації автомобільної дороги деякі властивості притаманні для всіх ха­рак­терних ділянок, але є і такі, що є особис­тою відзнакою для окремих діля­нок.

Таблиця 1.

Регресійні залежності розрахунку середньозваженого похилу.

Так загальними особливостями для всіх ділянок можна вважати:

• збільшення потужності розробляємого пласта завжди призводить до пропор­ційної модифікації параметрів деформації;
• збільшення глибини залягання зменшує значення параметрів дефор­мації;
• збільшення кута падіння пласта майже не виявляє впливу на мак­си­маль­ні значення величин деформації, але впливає на характер розподілу у на­пів­мульдах за падінням та за  повстанням;
• протягом напівмульди значення похилів мають однаковий знак (функ­ція монотонно зменшується або зростає в залежності від розта­шу­ван­ня у напів­мульдах за падінням або за повстанням).

Характерними властивостями для прямолінійних ділянок можна вважати:

• утворення “уявного” радіусу кривизни на деформованих ділянках;
• обрис графіків кривизни підкоряється косінусоїдальному закону розподілу, з точками екстремуму у ј та ѕ довжини напівмульд;

Властивостями, які притаманні для підроблювання вертикальних коло вих кривих, можна вважати:

• із збільшенням радіусів колової кривої інтенсивність модифікації зна­чень параметрів деформації зменшується;
• при величині хорди колової кривої меншої за довжину напівмульди осі­дан­ня на графіках присутня точка перегину, що “плаває”, яка харак­тери­зує крайню точку колової кривої;
• при величині хорди колової кривої меншої за довжину мульди осі­дан­ня на графіках завжди присутня точка перегину, яка розташована на ј та ѕ довжини мульди осідання;
• при величині кратності підроблювання меншої ніж 100 крива розпо­ділу се­ред­ньо­зважених значень локальних радіусів приймає “хвиле­подіб­ний” характер, якщо же більше 100 - лінійний;
• розташування точок екстремуму параметрів деформації змінюється в за­леж­ності від умов залягання вуглетримаючого пласта і геометричних ха­рак­­теристик колових кривих;
• похил в крайніх точках колової кривої не виявляє впливу на вели­чину се­ред­ньо­зваженого значення локальних радіусів по довжині дефор­мованої ділянки, але впливає на характер розподілу вздовж  напівмульди;

– у випадку коли хорда колової кривої більше довжини мульди осі­дан­ня максимальне значення похилу не перевищує максимального проект­ного.

Є і специфічні властивості для кожної окремої характерної ділянки:

– для нахиленої прямолінійної ділянки – похил прямолінійної ділянки виявляє незначний  вплив  на  розміри мульди осідання, але значно впливає на загальний похил ділянки, що деформувалася;

• для угнутої колової кривої – незалежно від умов взаємодії значення радіусів ділянки, що деформувалася, завжди менше проектного радіусу ко­ло­вої кривої; у випадках, коли хорда колової кривої менше довжини муль­ди осідання, похили в точках поєднання колової кривої з прямолінійною ділянкою завжди більше проектних;
• для опуклої колової кривої - незалежно від умов взаємодії значення радіусів деформованої ділянки завжди більше проектного радіусу колової кривої; у випадках, коли хорда колової кривої менше довжини мульди осі­дан­ня, похили у точках поєднання колової кривої з прямолінійною ділян­кою завжди менше проектних до деформації.

У четвертому розділі представлено практичне застосування резуль­та­тів дос­­лідження зміни геометричних параметрів поздовжнього профілю авто­мо­більної дороги під впливом підземних гірничих робіт.

Маючи результати розрахунків локальних параметрів деформації горизонтальної ділянки в залежності від гли­бини розробки  та  кута  нахилу пласта, обчислюємо величини показника рівності покриття за поштовхо­міром. По даним розрахунків побудовані графіки, аналіз яких дає можли­вість розглянути характер розподілу локального показника рівності пок­риття за поштовхоміром вздовж деформованої ділянки автомобільної доро­ги від глибини розробки одиничного горизонтального пласта  при потуж­ності m=1м та m=2м.

Характер розподілу локального показника рівності показує, що місця розташування максимальних значень збігаються із місцями максимальних значень кривизни, тобто вони розташовані у ј та ѕ  довжини напівмульди.

Зростання потужності пласта з 1м до 2м призвело до збільшення значення показника рівності майже удвічі. Збільшення глибини розробки вуглетри­маючого пласта призводить  до збільшення  довжини деформо­ва­ної ділянки та до змен шення величини показники рівності.

Розгляд графіків залежності середньозваженого значення показника рівності від умов залягання пласта доводить, що із збільшенням потужності пласта збільшується і середньозважений показник рівності. Але збільшення глибини розробки зменшує його значення.

Збільшення значення кута нахилу пласта призводить до зменшення показника рівності, причому у напівмульді за падінням більш інтенсивно ніж у напівмульді за повстанням (найбільш вагоме при збільшенні кута падіння пласта). Важливо відзначити той факт, що при любому значенні потуж­ності та кута нахилу пласта, який розробляється, при глибині роз­робки менш 250м відбувається стрімке зростання показника рівності пок­риття за поштовхоміром, але із збільшенням глибини розробки відбу­ва­ється уповільнення зміни значень показника рівності.

Результати моделювання виниклих під впливом ПГР змін геомет­рич­них параметрів та вплив цих змін на показник рівності покриття за поштов­хо­міром були використані для техніко-експлуатаційної оцінки деформації автомобільної дороги.

Аналіз публікацій показав, що вплив дорожніх умов на техніко-експлу­атаційні параметри автомобілів істотний. За основний критерій оцін­ки впли­ву ПГР на автомобільні дороги прийнято витрату пального, оскіль­ки по його зміні можна судити про режими роботи транспортних засобів, умови експлуатації автомобілів та доріг і т.п. Але застосування існуючих способів розрахунку витрати пального у районах схильних до деформацій від ПГР скрутно (нерівномірність осідань призводить до коливань висотних відмі­ток, які викликають зміну цілого ряду технічних параметрів дороги), тому бу­ла проведена спроба адаптувати існуючі методики розрахунку до місце­вих умов. Структурна схема для розрахунку витрати пального в умовах деформації автомобільної дороги приведена на рис. 5.

При цьому розглядається: горизонтальна прямолінійна ділянка автомо­більної дороги IV технічної категорії; кут падіння вугільного пласта прий­мався α=00 та α=600; потужність пласта m=1м і m=5 м; глибина залягання вугільного пласта Н=400м; автомобілі марок МАЗ-500а та ЗІЛ-130. Для розрахунку витрати пального автомобілем МАЗ-500а було використано графоаналітичний метод, для ЗІЛ-130 - ана­лі­тичний.

Розгляд результатів розрахунків показує, що із зростанням потужності відпрацьованого пласта з 1м до 5м зростає й витрата пального при руху автомобілів на деформованій ділянці за даних умов розробки. Так, у порівнянні з рухом автомобіля протягом недеформованої ділянки дороги, для МАЗ-500а витрата пального збільшилась на ≈18% при α=00  та на ≈13% при α=600. Для ЗІЛ-130 зміна збільшення витрати пального дорівнює: при α=00 ≈11% для порожнього та ≈15% для завантаженого автомобіля, а при α=600 ≈9% для порожнього та  ≈14% для завантаженого автомобіля. Але, при незмінному значенні потужності пласта, збільшення  кута падіння зменшує зміну витрати пального на 3...5%.

Розгляд розрахунку причин зміни витрат пального доводить, що збільшення відбувається не стільки від зменшення швидкості руху (у нашому випадку від 5 до 24%), як від зміни режиму руху (тобто, від передачі, на якій здійснюється рух і т.п.).

Одже,проведене моделювання деформації автомобільної дороги від ПГР дозволило визначити перелік даних, необхідних для розрахунку пара­метрів деформації.  Важливе значення мають відомості про  ведення  гірни­

чих робіт на даній території і планах на перспективу, тому що вони впливають на вибір прийнятих рішень. До них належать: район місцевості, у залежності від якого з нормативних документів визначаються кути зрушення і максимальних осідань; потужність одиничного вугільного пласта, або свити пластів приведених до еквівалентного; кут нахилу пласта, що дозволяє визначити просторове положення вироблення, яке впливає на форму мульди осідання; глибина розробки; управління стріхою і швидкість розробки, які необхідні для визначення термінів повних деформацій і вибору розрахункових залежностей. 

Маючи дані про умови розробки  (глибину,  потужність і кут падіння пласта), довжину мульди осідання та її напівмульд, геометричні параметри поз­довжнього профілю автомобільної дороги (похил і довжину прямо­ліній­них ділянок, радіус вертикальних кривих і похил у крайніх точках) за допо­мо­гою залежностей можемо визначити параметри дефор­мації у довіль­ному перетині, або інтервалі спостережень.

   Отримані резуль­тати дозволять оцінити прийняті проектні рішення при проектуванні або реконструкції ав­то­мобільних доріг.  Тобто, знаючи характер розподілу пара­метрів дефор­ма­ції на характерних ділянках можна визначити проектне рі­шен­ня про засто­су­вання такого поздовжнього профілю який би найбільш підходив би до даних умов деформації автомобільної дороги внаслідок ПГР.

Головним критерієм процесу оптимізації прийняття рішень по розроб­ці проектних рішень є мінімізація наслідків впливу ПГР на автомобільні дороги, тобто поздовжній профіль повинен зберігати геометричні парамет­ри, або зазнавати незначних змін, протягом всього терміну експлуатації. Від цього залежіть тривалість строку служби дороги і технічних харак­теристик, та собівартості утримання якісного стану в задовільному стані.

Із проведеного дослідження бачимо, що використання прямолінійних ділянок при проектуванні поздовжнього профілю не має сенсу, у звґязку із значними змінами величин геометричних параметрів деформованої ділянки (значення похилу та кривизни лінії обрису деформованої ділянки значно більше проектних).

Використання колових кривих доцільно при значних величинах радіусів заокруглення, що дозволяє значно компенсувати шкідливий вплив ПГР. Причому, збільшення похилу в крайніх точках колових кривих змен­шує мінімальну межу значення радіусу, при якому здійснюється незначна зміна геометричних параметрів поздовжнього профілю. Так, при похилу в крайній точці дуги і=30о/оо мінімальне значення радіусу, що пропонується, R=10000м, при і=60о/оо величина радіусу вже складає R=5000м, а при і=90о/оо радіус має значення R=4000м.

ЗАГАЛЬНІ  ВИСНОВКИ  РЕЗУЛЬТАТІВ  ДОСЛІДЖЕННЯ

Аналіз результатів моделювання деформації характерних ділянок автомобільної дороги внаслідок ПГР показує, що розробка корисних копа­лин підземним способом завжди виявляє значний негативний вплив на геометричні параметри автомобільної дороги. В результаті процесу осідан­ня змінюється не тільки рельєф місцевості, на якій розміщена дорога, але і поз­довжній профіль автомобільної дороги. Причому, в деяких випадках де­фор­­мації при отриманому поліпшенні деяких геометричних параметрів тра­си (так, підроблювання опуклої колової кривої призводить до збільшення ра­діу­су деформованої ділянки і зменшення величини максимального похи­лу) відбувається значне погіршення якісного стану покриття проїзної части­ни дороги та грунтового полотна (зміна щільності дорожнього одягу і щіль­ності грунтового полотна, погіршення рівності покриття, плавності проект­ної лінії дороги і т. п.)

На підставі проведених теоретичних та експериментальних дослід­жень зроблено наступні висновки:

1. Визначено основні фактори, які впливають на процес деформації поз­довж­нього профілю автомобільної дороги під впливом розробки корис­них копалин підземним способом.
2. Встановлено, що вертикальні деформації від ПГР прямо пропорці­й­ні потужності розробляємого пласта і обернено пропорційні глибині роз­робки і кута падіння пласта;
3. Розроблена математична модель деформації автомобільної дороги від ПГР, яка дозволяє визначити зміни характерних ділянок поздовжнього профілю в залежності від умов залягання вугільних пластів.
4. На основі математичної моделі отримані регресійні залежності виз­начення зміни поздовжнього похилу характерних ділянок від умов заля­ган­ня розроблюваного пласта і геометричних параметрів траси до деформації
5. Визначено відповідність результатів математичної моделі да­ним отри­маним за допомогою практичного спостереження за деформа­ці­ями еле­ментів поздовжнього профілю.
6. При проектуванні автомобільних доріг на підроблюваних тери­то­ріях рекомендується обходити райони де глибина розробки пласта менше 250м та кратність прироблення менше 100 одиниць, зменшити максимально допустимі похили на 20% у відповідності категорій доріг, та збільшити мінімальний проектний радіус вертикальних кривих до 5000м;
7. Результати даних досліджень можуть використовуватись при про­ектуванні автомобільних доріг на підроблюваних територіях внаслідок під­земних гірничих робіт на основі прогнозу можливої деформації їх еле­ментів.

Основні положення дисертації опубліковані в роботах:

• Білятинський О.А., Пеньков В.А., Шилін І.В. Концепція науково-технічної програми “Автомобільні дороги на техногенно-деформованих територіях “// Автошляховик України. 1996. -№3. – С.35-37
• Білятинський О.А., Пеньков В.А., Шилін І.В., Губанова М.Г. Вплив підземних гірничих робіт на профіль автомобільної дороги //  Автомобільні дороги і дорожнє будівництво.  1997. - Вип.54. -С.173-178
• Білятинський О.А., Пеньков В.А., Шилін І.В. Про вплив підземних гірничих робіт на трасу автомобільної дороги //  Автомобільні дороги і дорожнє будівництво.  1998. - Вип.55. -С.93-99
• Білятинський О.А., Пеньков В.А., Шилін І.В. Про вплив підземних гірничих робіт на профіль дороги і витрату палива //  Автомобільні дороги і дорожнє будівництво.  1998. - Вип.56. -С.118-125
• Шилин И.В. Особенности проектирования автомобильных дорог в Донбассе // Автодорожній комплекс України в сучасних умовах: проблеми і шляхи розвитку : Зб. наук. Праць. –К.:УТУ, -1998р. -С.97-98.
• Пеньков В.А., Шилин И.В. Автомобильные дороги на подрабаты­ваемых территориях // Автодорожній комплекс України в сучасних умовах: проблеми і шляхи розвитку : Зб. наук. Праць. –К.:УТУ, -1998р. -С.98-99.
• Пеньков В.А., Шилин И.В. Состояние и перспективы исследований автомобильных дорог на подрабатываемых территориях // Автодорожній комплекс України в сучасних умовах: проблеми і шляхи розвитку : Зб. наук. праць. –К.:УТУ, -1998р. -С.101-104.

Шилин И.В. Особенности влияния подземных горных работ на геомет­рические параметры автомобильных дорог. Диссертация на соискание ученой сте­пени кандидата технических наук по специальности 05.22.11 – автомо­бильные дороги и аэродромы, Украинский транспортный университет, Киев, 1999г.

Определены факторы, которые оказывают наиболее значимое влияние на процесс изменения геомет­рических параметров автомобильной дороги под воздействием разработок полезных ископаемых подземным способом.  Сфор­мулирована принци­пи­аль­ная расчетная схема сдвижения земной поверх­ности на основании которой получены расчётные схемы осе­да­ния харак­терных элементов продольного  профиля автомобильных до­рог под воздейст­вием горных разработок. Разработан математический аппарат определения парамет­ров дефор­мации характерных участков автомобильной дороги дороги при различных условиях залегания углесодержащего пласта и геометрических осо­бен­­ностей рассматриваемых участков продольного профиля.  Предложенная ме­то­дика расчёта параметров деформации автомо­бильной дороги согласована с действующими нор­мативными документами,  и адекватна методикам, применя­емым для аналогичных расчетов величин деформации в смежных от­раслях стро­ительства и адаптирована к особен­ностям процесса оседания автомо­бильной дороги в следствии подземных горных разработок. Проведено машин­ное моделирование процесса деформации прямо­линейных и кри­волинейных участков продольного профиля автомобильной дороги, с учё­том различных условий подработки. Результаты расчетов бы­ли исполь­зованы для выявления закономерностей распределения локаль­ных значений параметров деформации по длине деформированного участка, а также их средневзвешенных величин в зависимости от условий залегания пласта и геометрических особенностей характерных элементов дороги. Полученные данные моделирования деформа­ции прямолинейных участ­ков авто­мобильных дорог были использованы для выведения регрес­сионных за­ви­­си­­мостей расчетов продольных уклонов от усло­вий залегания разрабаты­ваемого пласта, которые рекомендуется использовать в прики­дочных расчетах для определения оптимального пространственного по­ло­­жения трассы на тер­ри­ториях подверженых деформациям в следствии под­земных горных работ. Оп­ре­делив оптимальное расположение трассы относи­тель­но выработанного прост­ранства значения параметров дефор­мации уточненяются по предложенной методике.

Проведен технико-экономический анализ влияния подземных горных разработок на качественное состояние автомобильной дороги. Так  предложены методики по практическому использованию результатов моделирования деформации геометрических параметров продольного про­филя автомобильной дороги  под воздействием сдвижения земной поверхности, в частности опре­деление величины показателя ровности покрытия по толчкомеру (основаного на зависимости показателя ровности покрытия по толчкомеру от просвета под трех метровой рейкой) и расхода топлива грузовыми автомобилями при движе­нии по деформированному гори­зон­тальному участку.

Ключевые слова: разработка полезных ископаемых подземным спо­собом, мульда оседания земной поверхности от подземных горных работ, подработка автомобильной дороги, деформация продольного профиля, вертикальное оседа­ние, продольный уклон, кривизна поверхности, радиус закругления, показатель ровности покрытия по толчкомеру, расход топлива.

Шилін І.В. Особливості впливу підземних гірничих робіт на геомет­ричні параметри автомобільних доріг. Дисертація на здобуття ученого ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.22.11 - автомобільні шляхи та аеродроми, Український транспортний університет, Київ, 1999 р.

Визначено основні фактори, які впливають на процес деформації авто­мо­більної дороги під впливом підземних гірничих робіт, а також розглянуті розрахункові схеми осідання характерних елементів поздовжнього профілю від підземних гірничих робіт.

Розглянуто характер розподілу локальних значень параметрів дефор­мації по довжині деформованої поверхні. Визначено залежності  розподілу вели­чи­ни   парамет­рів   деформації (локальних та середньозважених)  від   умов залягання пласта і геомет­рич­них ха­рак­теристик ді­ля­нок поздовжнього профілю.

От­римано регресійні залежності похилів від умов залягання ву­гільного пласта.  Запропоновано  методику  по  практичному використанню результатів мо­де­лю­вання зміни геометричних параметрів поздовжнього профілю автомо­більної дороги під впливом підземних розробок.

Ключове слово: розробка корисних копалин підземним способом, мульда осідання земної поверхні від підземних гірничих робіт, підро­б­лювання автомо­більної дороги, деформація поздовжнього профілю, верти­кальне осідання, поз­довжній похил, кривизна поверхні, радіус заокруг­лення, показник рівності пок­рит­тя за поштовхоміром, витрата пального.

Shilin I.V. Features of influence of underground mountain works on geometrical parameters of highways. The dissertation on competition of a scientific degree of the candidate of engineering science on a speciality 05.22.11 - highways and air stations, Ukrainian transport university, Kiev, 1999.

Are certain (determined) basic рarameters deformations, influencing process, of a highway under influence of underground mountain works and the settlement circuits interactions of characteristic elements of a longitudinal structure and funnel deformation of a terrestrial surface are considered. Offered the technique of account of parameters of deformation takes into account geometrical features of sites of a longitudinal structure and uses operating time in similar branches of construction with reference to conditions of process of deformation and showed requirements to a longitudinal structure of a highway. The techniques on practical use of results of modeling сhanges of geometrical parameters of a longitudinal structure of a highway under influence of underground development, in particular definition of a parameter equals of a covering and charge of fuel by automobiles are offered at movement on deformations to a horizontal site.

Key words: development of minerals by a underground way, funnel deformation of a terrestrial surface from underground mountain works, development under highways, deformation of a longitudinal structure, vertical deformation, longitudinal inclination, curvature of a surface, radius сurve, parameter equals of a covering, charge of fuel.