Геодинамическая и геомеханическая безопасность

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РФ
№ 4787
Университет науки и технологий МИСИС
ГОРНЫЙ ИНСТИТУТ
Кафедра безопасности и экологии горного производства
А.С. Батугин 
С.С. Шерматова
ГЕОДИНАМИЧЕСКАЯ 
И ГЕОМЕХАНИЧЕСКАЯ 
БЕЗОПАСНОСТЬ
Практикум
Рекомендовано редакционно-издательским  
советом университета
Москва 2023

УДК 622.83 
 
Б28
Р е ц е н з е н т 
канд. техн. наук, доц., ректор Автономной некоммерческой  
организации дополнительного профессионального образования  
«Институт промышленной безопасности» А.А. Шилов
Батугин, Андриан Сергеевич.
Б28  
Геодинамическая и  геомеханическая безопасность  : 
практикум / А.С. Батугин, С.С. Шерматова. – Москва : 
Издательский Дом НИТУ «МИСиС», 2023. – 58 с.
Практикум содержит задания по  практическим инженерным 
расчетам по  разделам курса «Геодинамическая и  геомеханическая безопасность» и пояснения к ним, а также задания по оценке 
опасности проявления динамических явлений в  угольных шахтах и  рудниках, оценке опасности подработки промышленных 
и природных объектов, устойчивости склонов. Дисциплина «Геодинамическая и геомеханическая безопасность» относится к специальным в  образовательном процессе студентов, обучающихся 
по  программе специалитета направления подготовки 21.05.04 
«Горное дело» по  специализации «Промышленная и  экологическая безопасность».
Ддя студентов, обучающихся по  программе специалитета направления подготовки 21.05.04 «Горное дело» по специализации 
«Промышленная и экологическая безопасность».
УДК 622.83
Батугин А.С., 
Шерматова С.С., 2023
Университет МИСИС, 2023

СОДЕРЖАНИЕ
Практическая работа №  1.  Расчет ожидаемых сдвижений 
и деформаций земной поверхности под влиянием горных 
работ.............................................................................. 4
Практическая работа №  2.  Построение поверхности 
скольжения в однородных породах и расчет устойчивости 
склона............................................................................ 9
Практическая работа №  3.  Прогноз степени  
выбросоопасности и расчет параметров управления 
напряженным и газодинамическим состоянием угольных 
пластов для предотвращения внезапных выбросов  
в шахтах....................................................................... 17
Практическая работа №  4.  Прогноз удароопасности  
угольных пластов по выходу буровой мелочи..................... 27
Практическая работа №  5.  Построение зон повышенного 
горного давления и планирование мероприятий 
по безопасности............................................................. 32
Практическая работа №  6.  Построение защищенных зон.
... 39
Лабораторная работа №  1.  Определение степени износа 
здания.......................................................................... 47
Библиографический список.
............................................ 57

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА №  1   
Расчет ожидаемых сдвижений и деформаций 
земной поверхности под влиянием горных работ
Цель работы: получить представление о порядке проведения расчетов ожидаемых деформаций земной поверхности от 
влияния горных работ и  выполнить расчеты в  соответствии 
с заданием.
Общие сведения
Процесс развития деформации в  массиве пород и  земной 
поверхности над  выработанным пространством (сдвижение) 
является одним из важных геомеханических процессов, изменяющих состояние окружающей среды. Деформации земной 
поверхности под  влиянием горных работ в  пределах мульды 
сдвижения выражают через оседание, наклоны, кривизну, горизонтальные сдвижения и деформации [1]. Границы зон влияния подземных разработок на земную поверхность выражают через угловые и линейные параметры (рис.  1.1).
L1
L2
max


0

Рис.  1.1. Схема к расчету деформаций земной поверхности 
при подработке
Задания
1.  Определить значение граничных углов сдвижения земной поверхности.
4

2.  Построить вертикальный разрез вкрест простирания 
угольного пласта.
3.  Произвести расчеты оседаний, наклонов, кривизны, горизонтальных сдвижений, горизонтальных деформаций и построить графики деформаций.
4.  Определить контуры и размеры опасных зон для сооружений и природных объектов.
5.  Составить отчет.
Методические указания
По заданию  1 в соответствии с действующими Правилами 
охраны сооружений определяют значение граничных углов 
сдвижения по формулам
 
0
0
70
0,8
; 
90
0,5
; 
70 ,
b =
°−
⋅a q =
°−
⋅a ϒ =
°
где a – угол падения пласта;
По заданию  2:
• строят вертикальный разрез вкрест простирания в  масштабе 1:2000;
• на вертикальном разрезе проводят от границ выработки линии под углами b0 и ϒ0, а из середины выработки – под углом q. 
Места пересечения этих линий с земной поверхностью являются 
границами полумульд сдвижения. Размеры полумульд определяют графически;
• определяют величину максимального оседания hmax в каждой из полумульд по формуле
 
max
0
1
2
cos
,
q
m
n
n
h
=
⋅
⋅
a⋅
⋅
где q0 = 0,8;
 
1
2
1
2
ср
ср
0,9
1; 
0,9
1,
D
D
n
n
H
H
=
⋅
≤
=
⋅
≤
где D1 и D2 – длина лавы соответственно по падению и по простиранию.
5

По заданию  3:
• определяют, используя табличные безразмерные функции 
S, S′, S″, F, F′, оседание, наклоны, кривизну, горизонтальные 
сдвижения и деформации в точках мульды сдвижения по формулам
 
( )
max
;
z
S z
h = h
⋅
 
( )
max
;
z
i
S z
L
h
′
=
⋅
h
′′
=
⋅
 
( )
max
2
;
z
k
S
z
L
 
( )
max
0,15
;
z
F z
z =
⋅h
⋅
 
( )
max
0,15
,
z
F z
L
⋅h
′
e =
⋅
где iz, kz, zz, ez – наклоны, кривизна, горизонтальные сдвижения и деформации в точках Z.
Соответственно Z = x / L, x – текущая координата. Начало координат располагают в точке максимального оседания, определяемого углом q. Коэффициенты, характеризующие распределение деформаций в  мульде сдвижения в  соответствии [1] 
принимаются согласно табл.  1.1;
• разбивают полумульды сдвижения на 10 равных частей и 
в каждой точке, соответствующей Z = 0,1, 0,2, … 1,0, откладывают в выбранном масштабе вычисленные значения hz, iz, kz, 
zz, ez, при  этом знаки сдвижения и  деформации принимаются в соответствии с табл.  1.2. Полученные точки по каждому 
виду деформации соединяют плавными кривыми;
• определяют суммарные деформации с  учетом взаимной 
компенсации деформаций разных знаков. Для этого ординаты 
в одноименных точках складывают с учетом их знака. Полученные точки суммарных координат соединяют плавными 
кривыми.
6