Document 2110799

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ГОРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Согласовано
Утверждаю
___________________
Руководитель ООП
по направлению 130400
декан ГФ проф. О.И. Казанин
_______________________
Зав. кафедрой МД
проф. В.Н. Гусев
ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
«ГЕОМЕХАНИКА»
Направление подготовки: 130400 Горное дело
Специализация: Маркшейдерское дело
Квалификация (степень) выпускника: специалист, специальное звание
"горный инженер"
Форма обучения: очная
Составитель: профессор каф. МД В.Н. Гусев
САНКТ-ПЕТЕРБУРГ
2013
ГЕОМЕХАНИКА
1. Цели и задачи дисциплины
Цель дисциплины – обеспечить подготовку студентов маркшейдерской
специальности в области
таких геомеханических процессов как сдвижение и
деформации горных пород, происходящих вследствие ведения горных работ.
Задача дисциплины – изучить механизм деформирования и разрушения горных
пород под влиянием горных разработок, а также методы прогнозирования и оценки
геомеханических процессов в подработанной толще и на земной поверхности и на этой
базе освоить методы и способы снижения вредного воздействия сдвижений и
деформаций горных пород на здания, сооружения и природные объекты.
2. Место дисциплины в структуре ООП
Учебная дисциплина «Геомеханика» является дисциплиной, обязательной для
изучения студентами и относится к базовой части Профессионального цикла С3.Б. Для
освоения этой учебной дисциплины требуется предварительная подготовка в объѐме
полной средней школы, освоение дисциплин «Физика», «Геология» базовой части
Математического и естественнонаучного цикла С2.Б, «Начертательная геометрия,
инженерная и компьютерная графика», «Теоретическая механика», «Прикладная
механика», «Сопротивление материалов», «Материаловедение», «Основы подземной
разработки месторождений», «Основы маркшейдерского дела» (3, 4 семестры) базовой
части Профессионального цикла С3.Б.
Дисциплина является предшествующей для освоения отдельных разделов
учебных дисциплин «Моделирование геомеханических процессов» выборной части
Математического и естественнонаучного цикла С2.В, «Основы маркшейдерского дела»
(8 семестр) и «Маркшейдерское обеспечение устойчивости бортов карьеров, отвалов»
базовой части Профессионального цикла С3.Б, «Мониторинг сдвижений и деформаций
горных пород и геодинамические полигоны» Профессионального цикла С3.ДВ11
Дисциплины по выбору.
3. Требования к результатам освоения дисциплины
Процесс изучения дисциплины направлен на формирование следующих компетенций:
а) общекультурных (ОК):
- способность к обобщению и анализу информации, постановке целей и выбору
путей их достижения (ОК-1);
- умение логически последовательно, аргументировано и ясно излагать мысли;
- правильно строить устную и письменную речь (ОК-3);
- готовность к кооперации с коллегами, работе в коллективе (ОК-4);
- умение вести переговоры, устанавливать контакты, устранять (урегулировать)
конфликты интересов (ОК-5);
- способность к поиску правильных технических и организационноуправленческих решений и нести за них ответственность (ОК-6);
- использование нормативных правовых и инструктивных документов в своей
деятельности (ОК-7);
- стремление к саморазвитию, повышению своей квалификации и
мастерства (ОК-9);
- готовность к реализации прав и соблюдению обязанностей гражданина, к
взвешенному и ответственному поведению в обществе (ОК-19);
б) профессиональных (ПК), в том числе
б1) общепрофессиональных:
- готовностью с естественнонаучных позиций оценить строение, химический и
минеральный состав земной коры, морфологические особенности и генетические типы
2
месторождений твердых полезных ископаемых при решении задач по рациональному и
комплексному освоению георесурсного потенциала недр (ПК-1);
- готовностью использовать научные законы и методы при геологопромышленной оценке месторождений твердых полезных ископаемых и горных
отводов (ПК-2);
- демонстрировать пользование компьютером как средством управления и
обработки информационных массивов (ПК-4);
- владением методами анализа, знанием закономерностей поведения и
управления свойствами горных пород и состоянием массива в процессах добычи и
переработки твердых полезных ископаемых, а также при строительстве и эксплуатации
подземных сооружений (ПК-6);
б2) в области производственно-технологической деятельности:
владение
навыками
анализа горно-геологических
условий
при
эксплуатационной разведке и добыче твердых полезных ископаемых, а также при
строительстве и эксплуатации подземных объектов (ПК-7);
- готовность демонстрировать навыки разработки планов мероприятий по
снижению техногенной нагрузки производства на окружающую среду при
эксплуатационной разведке, добыче и переработке твердых полезных ископаемых, а
также при строительстве и эксплуатации подземных объектов (ПК-11);
- способность определять пространственно-геометрическое положение объектов,
осуществлять необходимые геодезические и маркшейдерские измерения, обрабатывать
и интерпретировать их результаты (ПК-13);
- готовность принимать участие во внедрении автоматизированных систем
управления производством (ПК-14);
- использование нормативных документов по безопасности и промышленной
санитарии при проектировании, строительстве и эксплуатации предприятий по
эксплуатационной разведке, добыче и переработке твердых полезных ископаемых и
подземных объектов (ПК-12);
б3) в области организационно-управленческой деятельности:
- владением методами геолого-промышленной оценки месторождений полезных
ископаемых, горных отводов (ПК-15);
- владением законодательными основами недропользования и обеспечения
безопасности работ при добыче, переработке полезных ископаемых, строительстве и
эксплуатации подземных сооружений (ПК-16);
б4) в области научно-исследовательской деятельности:
- владение навыками организации научно-исследовательских работ (ПК-24);
- готовность участвовать в исследованиях объектов профессиональной
деятельности и их структурных элементов (ПК-20);
- способность изучать научно-техническую информацию в области
эксплуатационной разведки, добычи, переработки твердых полезных ископаемых,
строительства и эксплуатации подземных объектов (ПК-21);
- готовность выполнять экспериментальные и лабораторные исследования,
интерпретировать полученные результаты, составлять и защищать отчеты (ПК-22);
б5) в области проектной деятельности:
- способность разрабатывать необходимую техническую и нормативную
документацию в составе творческих коллективов и самостоятельно, контролировать
соответствие проектов требованиям стандартов, техническим условиям и других
нормативных документов промышленной безопасности; разрабатывать, согласовывать
и утверждать в установленном порядке технические, методические и иные документы,
регламентирующие порядок, качество и безопасность выполнения горных,
горностроительных и взрывных работ (ПК-26);
3
- готовность работать с программными продуктами общего и специального
назначения для моделирования месторождений твердых полезных ископаемых,
технологий эксплуатационной разведки, добычи и переработки твердых полезных
ископаемых, при строительстве и эксплуатации подземных объектов, оценке
экономической
эффективности
горных
и
горно-строительных
работ,
производственных, технологических, организационных и финансовых рисков в
рыночных условиях (ПК-28).
в) компетенции по специализации № 4 "Маркшейдерское дело":
- готовность осуществлять производство маркшейдерско-геодезических работ,
определять
пространственно-временные
характеристики
состояния
земной
поверхности и недр, горнотехнических систем, подземных и наземных сооружений и
отображать информацию в соответствии с современными нормативными требованиями
(ПСК-4-1);
- готовность осуществлять планирование развития горных работ и
маркшейдерский контроль состояния горных выработок, зданий, сооружений и земной
поверхности на всех этапах освоения и охраны недр с обеспечением промышленной и
экологической безопасности (ПСК-4-2);
- способность составлять проекты маркшейдерских и геодезических работ (ПСК4-3);
- способность анализировать и типизировать условия разработки месторождений
полезных ископаемых для их комплексного использования, выполнять различные
оценки недропользования (ПСК-4-5);
- способность организовывать деятельность подразделений маркшейдерского
обеспечения недропользования, в том числе в режиме чрезвычайных ситуаций (ПСК-46).
В результате изучения дисциплины студент должен:
знать
о
естественно-напряженном
состоянии
горного
массива,
геомеханические процессы, происходящие в результате производства горных работ,
методы оценки напряженно-деформированного состояния массива, а также методы
прогноза состояния подработанной земной поверхности;
уметь прогнозировать последствия подработки толщи горных пород и земной
поверхности с целью обеспечения безопасности производства горных работ и
эксплуатации подрабатываемых сооружений;
иметь представление о своеобразии протекания геомеханических процессов в
различных горно-геологических условиях, а также при различных применяемых
технологиях ведения горных работ.
4. Объѐм дисциплины и виды учебной работы
Общая трудоѐмкость учебной дисциплины составляет 4 зачѐтные единицы.
Вид учебной работы
Всего часов
Всего
144
Аудиторные занятия: в том числе
Лекции
Практические занятия (ПЗ), в том числе в
интерактивной форме
Лабораторные занятия (ЛЗ)
Самостоятельная работа: в том числе
68
Семестры
5
6
95
49
67
34
1
76
33
28
Курсовая работа
Расчетно-графические работы
1
48
48
20
4
Реферат
Другие виды самостоятельной работы:
Изучение литературы
Вид промежуточной аттестации (зачѐт, защита КР)
Общая трудоѐмкость
час
зач. ед.
144
8
зач.
95
защ.
49
4
2,6
1,4
5. Содержание дисциплины
5.1. Содержание разделов дисциплины
№
п/п
1
1.
2.
3.
Наименование
раздела
дисциплины
2
Естественнонапряженное
состояние
горного массива
Геомеханические
процессы,
происходящие в
горном массиве
и на земной
поверхности при
проведении
горных работ
Методы
наблюдений за
сдвижением
горных пород и
земной
поверхности при
подземной
отработке
4.
Методы
прогноза
последствий
подработки
горного массива
и земной
поверхности
5.
Условия
безопасной
подработки
гражданских
зданий и меры
их охраны
Содержание раздела
3
Деформационные, прочностные, реологические свойства горных
пород, механические свойства грунтов. Классификации физикомеханических особенностей горного массива применительно к
вопросам сдвижения горных пород под влиянием подземной
разработки. Характеристика естественно-напряженного состояния
горного массива.
Геомеханические процессы вокруг выработок и подземных
сооружений под влиянием горных работ. Зоны механических
разрушений
подработанного
массива.
Зоны
сдвижений
подработанной земной поверхности. Влияние физико-механических
свойств пород и условий залегания. Полная и неполная подработка
массива. Параметры процесса сдвижения: угловые, временные
показатели сдвижений и деформаций и их распределение в мульде
сдвижения.
Классификация методов изучения и наблюдений за процессами
сдвижения горных пород и земной поверхности при подземной
разработке. Наблюдательные станции на земной поверхности. Расчет
и конструкция профильных линий. Обработка наблюдений и
определение параметров процесса сдвижения. Наблюдательные
станции для контроля состояния подрабатываемых объектов.
Методика измерений. Наблюдательные станции в подземных горных
выработках. Изучение сдвижения толщи горных пород посредством
глубинных реперов. Исследования сдвижения горных пород на
моделях из эквивалентных материалов.
Основные понятия, термины и обозначения параметров
сдвижения земной поверхности. Условия применения методики
расчѐта. Метод типовых кривых: функции распределения сдвижений
и деформаций. Граничные углы, угол максимального оседания, углы
полных сдвижений, относительное максимальное оседание,
относительная величина максимального горизонтального сдвижения.
Расчет ожидаемых сдвижений и деформаций земной поверхности в
главных сечениях мульды сдвижения. Сдвижения и деформации в
заданных точках мульды сдвижения.
Безопасная и предельная глубина разработки. Допустимые и
предельные деформации для гражданских зданий. Условия
применения мер охраны подрабатываемых объектов. Классификация
мер охраны. Горные меры охраны. Охрана предохранительными
целиками. Способы построения предохранительных целиков под
гражданские
здания.
Конструктивные
меры
защиты
подрабатываемых зданий гражданского назначения. Прогноз
последствий подработки зданий.
5
5.2 Разделы дисциплины и междисциплинарные связи с обеспечиваемыми
(последующими) дисциплинами
Разделы дисциплины «Геомеханика» являются базовым обеспечением цикла
дисциплин «Основы маркшейдерского дела», читаемых в 8 семестре (1. «Охрана
промышленных зданий и сооружений, стволов, транспортных сооружений, ЛЭП», 2.
«Маркшейдерское обеспечение безопасности вблизи опасных зон») и дисциплины
«Мониторинг сдвижений и деформаций горных пород и геодинамические полигоны»,
читаемой в «В» семестре.
5.3. Разделы дисциплин и виды занятий
№
п/п
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Наименование
дисциплины
раздела
Лекц.
Практ.
зан.
Лабор.
зан.
-
-
5
19
-
8
5
19
-
7
6
21
-
6
6
20
-
12
6
16
1
-
48
49
5 семестр
Естественно-напряженное
6
состояние горного массива
Геомеханические процессы,
происходящие в горном массиве и
8
на земной поверхности при
проведении горных работ
Методы
наблюдений
за
сдвижением горных пород и
8
земной
поверхности
при
подземной отработке
Методы прогноза последствий
подработки горного массива и
8
земной поверхности
Условия безопасной подработки
гражданских зданий и меры их
4
охраны
6 семестр
Курсовая работа
-
СРС*
Всего
час.
Примечание: СРС – самостоятельная работа студентов
6. Лабораторные занятия.
№
п/п
№ раздела
дисциплины
1.
2, 3
2.
3
3.
4
4.
5
5.
5
Тематика лабораторных занятий
Трудоемкость
(час.)
Проект наблюдательной станции
8
Обработка результатов наблюдений по реперам
профильной линии
Расчѐт ожидаемых сдвижений и деформаций
7
Определение безопасных условий подработки
гражданского здания
Построение предохранительного целика под здание
двумя способами для оптимизации его размера
6
6
6
7. Практические занятия
6
№
п/п
№ раздела
дисциплины
1.
3-5
Тематика практических занятий (семинаров)
Постановка задачи в Курсовой работе
Трудоемкость
(час.)
1
8. Примерная тематика курсовой работы: «Охрана подрабатываемого объекта
(гражданского здания) от вредного влияния подземных горных разработок».
9. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины:
а) Основная литература
1. Певзнер М.Е., Попов В.Н. Маркшейдерия: Учебник. – МГГУ. М., 2003. – 419с.
2. Макаров А.Б. Практическая геомеханика. Пособие для горных инженеров. М.:
2006. –391с. / ISBN 5-9867-2038-5
3. Гусев В.Н., Волохов Е.М. Сдвижение и деформации горных пород: Учеб.
пособие / СПГГИ (ТУ). СПб, 2008. – 83 с.
б) Дополнительная литература
1. Маркшейдерское дело. Учебник для Вузов. Под редакцией И.Н.Ушакова. М.:
Недра, 1989.
2.Маркшейдерское дело. Учебник для Вузов. Под ред. Д.Н.Оглоблина,
Г.И.Герасименко, А.Г.Акимова и др. М.: Недра, 1981.
3. Журавков М.А. Математические моделирование деформационных процессов в
твердых деформируемых средах (на примере задач механики горных пород и
массивов): Курс лекций / Минск: БГУ, 2002. – 456 с. / ISBN 985-445-746-X/
4. Правила охраны сооружений и природных объектов от вредного влияния
подземных горных разработок на угольных месторождениях. СПб, ВНИМИ, 1998.
5. Методические указания по определению углов наклона бортов, откосов
уступов и отвалов строящихся и эксплуатируемых карьеров. Л. изд. ВНИМИ, 1972.
6. Гусев В.Н., Волохов Е.М. Расчет ожидаемых сдвижений и деформаций земной
поверхности. / Метод. указания для студентов спец. 090100 / СПГГИ (ТУ). СПб, 2004. –
22 с.
в) Программное обеспечение:
- программа MathCAD для производства вычислений;
- программа AutoCAD для графических построений;
- программа PLAXIS 3D для моделирования геомеханических процессов.
10. Материально-техническое обеспечение дисциплины:
Для освоения материала дисциплины могут быть использованы фонды
университетской библиотеки, электронный конспект лекций по дисциплине,
литература, выдаваемая студентам на кафедре Маркшейдерского дела, слайды,
презентации и учебные плакаты в специализированных аудиториях, а также Internet.
Чтение лекций в виде презентаций с показом фильмов осуществляется в
аудиомедийном классе кафедры маркшейдерского дела (ауд. 3416А).
Для выполнения расчѐтно-графических заданий и курсовой работы имеется
кафедральный компьютерный класс (ауд. 3416) на 14 мест с необходимым набором
программного обеспечения.
Кафедра оснащена следующими маркшейдерско-геодезическими электронноцифровыми приборами и системами:
- лазерно-сканирующими системами (Riegl Z420i - 1 комплект; IMAGER 5006 –
1 комплект; Quarryman Pro LR - 2 комплекта);
- спутниковыми навигационными системами (GNSS Trimble R8 - 3 комплект;
GNSS Trimble R3 - 1 комплект);
7
- роботизированными тахеометрами (Trimble S8 (1″) VISION Robotic - 1
комплект; Trimble VX Scan (1″) - 2 комплекта);
-электронными тахеометрами (Sokkia SET 1130 R3 – 4 прибора; Trimble M3 –
3 прибора)
- гироскопическими станциями (Sokkia GP-1X - 1 комплект; Sokkia GIRO-1X –
1 комплект);
- высокоточной гироскопической системой (GIROMAT 3000 - 1 комплект);
- гирокомпасы (МВТ-2 – 5 приборов; МВГ-1 – 1 прибор);
- цифровыми нивелирами (DINI 11 – 1 прибор; Sokkia SDL30M - 2 прибора);
- лазерными рулетками (20 шт.);
- светодальномерами (СТ-5 – 3 прибора);
Также имеются в наличии маркшейдерско-геодезические оптико-механические
приборы: теодолиты (40 единиц), нивелиры (40 единиц).
11. Методические рекомендации по организации изучения дисциплины:
На основе характеристики естественно-напряженного состояния горного массива
показать, как протекают геомеханические процессы вокруг выработок и подземных
сооружений под влиянием горных работ. Затем выделить зоны механических разрушений
подработанного массива и земной поверхности. В этих зонах слои горных пород над
выработанным пространством формируются в виде мульд сдвижений, последняя из которых
хорошо интерпретируется на земной поверхности.
Для описания этих зон и распределения деформаций в мульде сдвижений существуют
угловые и деформационные параметры сдвижения, на которых необходимо заострить внимание
студентов. На этой стадии изложения материала показать как, пользуясь угловыми
параметрами процесса сдвижения, можно прогнозировать границы мульды сдвижения, точки с
максимальными оседаниями, границы плоского дна мульды, границы критических (для зданий
и сооружений) деформаций, где в мульде на земной поверхности следует ожидать появление
трещин.
Далее, на базе изложенного выше материала, рассмотреть методы прогнозных расчѐтов
сдвижений и деформаций земной поверхности в мульде сдвижения, в еѐ заданных точках.
Подробно изложить, как рассчитываются допустимые и предельные деформации для
гражданских зданий и как на основе сравнительного анализа расчѐтных деформаций с
допустимыми и предельными решаются вопросы безопасной подработки зданий, попавших в
мульду сдвижений. Показать, как можно сделать прогноз последствий подработки
зданий на предмет образования трещин в конструкциях зданий, их интенсивность,
раскрытие и др.
Подробно рассмотреть условия применения мер охраны подрабатываемых гражданских
зданий, к которым относятся горные меры охраны и конструктивные меры защиты. Отдельно
рассмотреть такую радикальную горную меру как охрана предохранительными целиками,
способы построения предохранительных целиков под гражданские здания.
8