Прогноз зміни стану підробленого гірничого масиву при закритті вугільних шахт

Апробація роботи. Основні результати роботи та її окремі наукові положення доповідались та отримали позитивну оцінку на технічних радах ВО “Артемвугілля” і “Дзержинськвугілля” та на вчених радах ВФТГП ДонФТІ НАНУ (1997-1999рр.) 

Публікації. За темою дисертації опубліковано 6 наукових робіт, в тому числі 1 книжка та 5 статей у фахових виданнях. 

Структура та об’єм роботи. Дисертація складається з вступу, 5 розділів, висновку, списку використаних джерел із 118 найменувань і містить 151 сторінки машинописного тексту, 47 рисунків, 26 таблиць.

 

 

Дослідженнями стану гірничого масиву при розробці пластів та особливостям протікання геомеханічних процесів, розробці методів їх прогнозування на різних стадіях розробки вугільних родовищ та в різних гірничо-геологічних умовах присв’ячені роботи К.А. Ардашева, А.Д. Алексєєва, А.Ф. Булата, О.О. Борисова, С.Г. Авершина, Г.М. Кузнецова, М.А. Іофіса, Д.М. Оглобліна, В.М. Земисева, Ф.М. Воскобоєва, А.М. Зоріна, Ю.М. Гавриленко, Ю.Ф. Креніди, К.Ф. Сапицького, М.П. Зборщика, В.Д. Слєсарєва, Б.М. Усаченко, К.К. Софійського, С.С. Гребьонкіна, Л.Н. Ширіна, В.М. Ревви, Є.І. Піталенко, В.В. Назимко, Г.Г. Літвінського, Л.Я. Парчевського, В.І. Черняєва, В.О. Дрібана, І.А. Садовенко, Ю.Ф. Розумного, С.Б. Кулібаби та інш. 

Найбільш складно протікають ці процеси при відробці свит крутих та крутопохилих вугільних пластів у Центральному районі Донбасу, коли накладуються зони впливу від кількох одночасно відроляємих вугільних пластів на різних глибинах. Великий вплив на ці процеси чине і тектонічна порушенність вугільних пластів. 

В процесі тривалого періоду роботи вугільних шахт в ЦРД вуглепородний масив у значній мірі змінив свої властивості: збільшилась анізотропія порід з приникності за рахунок створення тісного гідравлічного зв’язку між водоносними горизонтами в результаті багаточислених збійок та квершлагів, а в результаті його підробки над виробленим простором лав утворилась система водопровідних тріщин, яка має висоту до 30-40 потужностей відробляємого пласта, та внаслідок малих відстаней між пластами у світах також є загальною водопровідною системою. Крім того змінились і фізико-механічні властивості гірничого масиву: зменшилась міцність складаючих його породних шарів, збільшились його пластичні властивості. Як показав аналіз раніше виконаних робіт, геомеханічні процеси у вуглепородному масиві при відробці крутих вугільних пластів вивчались при інтенсивному проведенні гірничих робіт з постійним збільшенням глибини. Разом з тим, залишаються недостатньо вивченими параметри процесу деформування масиву при припиненні проведення гірничих робіт і, особливо, при затопленні виробленого простору шахтною водою в зв’язку з “мокрою” консервацією шахт. Інструментальні спостереження за деформаціями поверхні над затопленими шахтами за весь період проведення гірничих робіт у Донбасі не виконувались, хоча, як показав досвід відновлення шахт у післявоєнний період та закриття їх у Стаханівському регіоні, затоплення гірничих виробок спричинило не тільки зміну гідрогеологічного режиму в масиві, але і привело до підтоплення значних територій. 

Практично не вивчено зміну фізико-механічних властивостей гірничих порід та вугілля при збільшенні їх вологості, особливо в умовах їх інтенсивної порушеності в зонах підробки. Також не досліджені геомеханічні процеси у раніш відроблених лавах в умовах заповнення їх водою, не вивчений вплив застосованих способів управління покрівлею на характер активізації процесу зсування. 

Відповідно з цим були сформульовані мета та задачі роботи, які містяться в наступному: 

вивчення режиму шахтної води при припиненні експлуатації шахт; 

дослідження фізико-механічних властивостей гірничих порід при їх зволоженні шахтною водою в результаті затоплення виробленого простору; 

дослідження геомеханічних процесів в раніш підробленому гірничому масиві; які відбуваються в результаті припинення проведення гірничих робіт та зміни гідрогеологічного режиму; 

вивчення параметрів активізації процесу зсування та деформації земної поверхні і розробка методів їх прогнозу. 

Відробка вугільних пластів у ЦРД, яка здійснюється на протязі більше 100 років привела до існуючої зміни гідродинамічної обстановки в зоні впливу вугільних шахт. В результаті багаторічної відкачки шахтної води у межах шахтних полів утворились депресійні воронки, які досягають глибини на деяких шахтах 600-700 м. Особливості фільтрації підземної води важливі для визначення водоприпливів не тільки на діючих шахтах, їх значення зростає при закритті шахт, коли відкачка води з шахти припиняється, а весь водоприплив розподіляється між суміжними шахтами. Як показали дослідження, які виконані в умовах шахт ВО “Артемвугілля” та “Орджонікідзевугілля”, швидкості фільтрації підземної води можуть досягати від сотої частини до кількох десятків літрів на добу, що свідчить про рух води уздовж тектонічних тріщин та виробленому простору суміжних шахт. Встановлені залежності між величинами коефіцієнта фільтрації глибиною проведення гірничих робіт, яка для діапазону глибин від 500 до 1000 м має вигляд: 

 

Кф=ав-Н,

 

де а та в – емпірічні коефіціенти, значення яких для умов ЦРД а=0, 89-0, 90; в=9900-9950; Н – глибина проведення робіт, м. 

Швидкість затоплення виробленого простору залежить від його об’єму з включенням техногенної тріщинуватості, а також від ємкістних параметрів кам’яно-вугільних порід. З досвіду затоплення вугільних шахт у 1941-1944 роках відомо, що ємкість техногенно-порушених порід в зоні відроблених вугільних пластів оцінюється у 1, 5-2% від їх загального об’єму. Аналіз даних про швидкості та час затоплення ряду шахт показав, що підвищення рівня води у шахтах відбулось значно швидше, чим це повинно було б відбутися при