Прогноз зміни стану підробленого гірничого масиву при закритті вугільних шахт

НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ

МІНІСТЕРСТВО ВУГІЛЬНОЇ ПРОМИСЛОВОСТІ

ВІДДІЛЕННЯ ФІЗИКО-ТЕХНІЧНИХ ГІРНИЧИХ ПРОБЛЕМ ДОНЕЦЬКОГО ФІЗИКО-ТЕХНІЧНОГО ІНСТИТУТУ ім. О.О. ГАЛКІНА

 

Єрмаков Віктор Миколайович

 

УДК 622. 834

 

 

05.15.11. - Фізичні процеси гірничого виробництва

 

 

Донецьк-1999

 

Дисертацією є рукопис. 

Робота виконана у Відділенні фізико-технічних гірничих проблем ДонФТІ ім. О.О. Галкіна НАН України та Мінвуглепрому України.

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор директор Відділення фізико-технічних гірничих проблем ДонФТІ ім. О. О. Галкіна НАН України та Мінвуглепрому України Алексєєв А. Д.

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор заступник директора СКТБ Інституту геотехнічної механіки НАН України (м. Дніпропетровськ)  Софійський К.К. кандидат технічних наук, старший науковий співробітник, завідувач лабораторії гірничого тиску Українського державного науково-дослідного та проектно-конструкторського інституту гірничої геології, геомеханіки і маркшейдерської справи НАН України Дрібан В. О.

Провідна установа – державне підприємство “Комплексний науково-дослідний і проектно-конструкторський інститут з проблем Центрального району Донбасу” (ДонНДІ), м. Горлівка.

 

 

Актуальність теми дисертації. В процесі реструктуризації вугільної промисловості України намічено закриття більше 50 вугільних шахт, експлуатація яких в сучасних умовах є нерентабельною. Хоча за більш 200 річну історію Донбасу було закрито та затоплено більше 150 шахт, разом з тим відсутній необхідний досвід з оцінки впливу виникаючих при цьому процесів на зміни стану гідрогеологічної обстановки у гірничому масиві та його геомеханічного стану. Як показав досвід закриття шахт у м. Краснодоні та Стаханівському регіоні, найбільш складно ці процеси протікають при крутопохилому та крутому заляганні вугільних пластів. Зволоження гірничих порід та зміна їх фізико-механічних властивостей вивчені недостатньо. Також не розроблені надійні способи прогнозування гідрогеологічних та геомеханічних процесів у гірничому масиві і на поверхні, що при наявності сусідніх діючих вугільних підприємств та великої густини забудови поверхні можуть привести до виникнення аварійних ситуацій: заболочення та засолення територій, зміна режимів поверхневих водоприпливів, небезпечних деформацій будинків та споруд і т. д. 

Тому актуальним для вугільної промисловості та регіону взагалі є вивчення процесів, які відбуваються у гірничому масиві при закритті вугільних шахт, та створення методики прогнозування небезпечних ситуацій, що дозволять вибрати потрібні варіанти закриття шахти або групи шахт. 

Зв’язок теми дисертації з планом науково-дослідних робіт інституту. Основні результати дисертаційної роботи отримані в процесі виконання НДР, які проведені у Відділенні фізико-технічних гірничих проблем ДонФТІ НАН України (№ ДР 0199U002103 та № ДР 0197U008905), де автор приймав безпосередню участь. 

Мета роботи. Розробка методики прогнозування деформацій та осідання земної поверхні над полями закритих шахт, яка базується на урахуванні зміни фізико-механічних властивостей гірничих порід при їх намоканні та активізації геомеханічних процесів в масиві над виробленим простором. 

Ідея роботи міститься у використанні особливостей проявлення геомеханічних процесів у лавах крутого падіння при різних способах управління гірничим тиском та впливу їх на активізацію процесів зсування при затопленні виробленого простору. 

Методи досліджень. В дисертації був використаний комплексний метод, який включає до себе: аналіз та узагальнення досвіду вивчення гідрогеологічних та геомеханічних процесів при відробці пластів крутого падіння у ЦРД з включенням періоду припинення гірничих робіт; аналітичні, лабораторні та шахтні методи досліджень; обробку результатів вимірювань за допомогою методів математичної статистики. 

Наукові положення, які винесено на захист, їх новизна. 

Вперше встановлено, що водонасичення гірничих порід і вугілля при невеликій зміні їх об’ємної міцності відбувається значне (більше чим у 2 рази) зменшення тріщиностійкості. Це приводе до різкої втрати стійкості ціликів. 

Встановлено, що в результаті зменшення міцності гірничих порід та їх пластифікації при зволоженні, процес обвалення покрівлі над виробленим простором найбільше активізується в тих лавах, які були відроблені з застосуванням способів управління гірничим тиском “утримання на кострах” та при щитовій виїмці, що буде причиною додаткового зсування земної поверхні. 

Встановлено, що період згасання геомеханічних процесів в масиві гірничих порід та на земній поверхні при виїмці свит крутоспадних вугільних пластів Центрального району Донбасу на деформації поверхні складає 7-10 років. 

Обгрунтованність та вірогідність наукових положень, висновків та рекомендацій підтверджується: 

використанням апробованих методик та апаратури для вивчення фізико-механічних властивостей гірничих порід, гідрогеологічних та геомеханічних процесів в гірничому масиві; 

великим об’ємом експериментальних досліджень на представницьких дільницях спостережень; 

збігом отриманих результатів при виконанні як експеріментальних, так і аналітичних досліджень. 

Наукове значення роботи міститься у встановленні закономірностей протікання геомеханічних процесів у гірничому масиві при припиненні гірничих робіт та обгрунтування способу їх прогнозу. 

Практичне значення роботи міститься у використанні запропонованих автором методів аналізу стану гірничого масиву при закритті шахт для створення методики прогнозу геомеханічних процесів. 

Реалізація висновків та рекомендацій роботи. Основні результати використані при складенні галузевого нормативного документа Мінвуглепрому “Типовий план управління навколишнім середовищем (ПУНС) шахт, що закриваються (вимоги до проектування та організації робіт з зниження негативного впливу закриття шахт на екологічну ситуацію вуглепромислових районів) ”, КД 12. 12. 201-97. 

Особистий внесок автора. Автором сформульовані мета, ідея та наукові положення роботи.