Прогноз зміни стану підробленого гірничого масиву при закритті вугільних шахт

К3 – коефіцієнт, який залежить від обводненності гірничих порід; 

К4 – коефіцієнт, який залежить від глибини гірничих порід; 

К5 – коефіцієнт, який залежить від способу управління покрівлею; 

mв – вийнята потужність пласта. 

Виконані розрахунки за розробленою методикою для умов шахти “Кочегарка” показали, що при затопленні виробленого простору величина максимального осідання від кожного горизонту (в діапазоні 500-1100 м) складає 0, 4-0, 5 м, що визиває приріст висоти уступу 20-30 мм. 

Це надає можливість заздалегідь оцінити рівень затоплення виробленого простору з урахуванням мінімальних пошкоджень забудов. 

Також маловивченим параметром процесу зсування на крутоспадних пластах є період, під час якого виникає вплив гірничих робіт на деформації земної поверхні. 

 

 

В результаті виконання дисертаційної роботи вирішена актуальна науково-практична задача, що зв’язана з прогнозуванням активізації геомеханічних процесів при затопленні шахт в Центральному районі Донбасу. 

Основні наукові та практичні результати містяться у наступному: 

Прогнозування очікуємих деформацій земної поверхні за методиками існуючих нормативно-методичних документів здійснюється з значними помилками. Це викликано слабкими надійністю та обгрунтованістю процесу зсування від окремих виробок. 

В процесі відробки вугільних пластів у ЦРД різко змінився гідрогеологічний режим, який характеризується утворенням депресійних воронок глибиною до 700 м та підвищеною проникністю вуглепородної товщі внаслідок розкриття її виробками уздовж простягання та навхрест простягання, а також інтенсивною підробкою очисними вибоями з утворенням системи техногенних тріщин. 

Коефіцієнт фільтрації гірничого масиву для пластів крутого падіння та глибини у діапазоні від 500 до 1000 м можливо визначити з емпіричної залежності Кф = а в-Н, де а та в – емпіричні коефіцієнти; Н – глибина робіт, м. 

В процесі водонасичення гірничих порід та вугілля зменшуються їх пружні та міцністні характеристики, що приводе до пластифікації гірничого масиву. 

Водонасичення гірничих порід та вугілля викликає схильність їх до більш в’язкого руйнування. 

При збільшенні вологості гірничих порід та вугілля до 6% рівень їх тріщиностійкості зменшується до 8 разів. 

Зміна міцністних властивостей гірничих порід приводе до поновлення процесу обвалення бокових порід. 

Активізация геомеханічних процесів при зволоженні гірничих порід може привести до додаткового осідання земної поверхні у середньому до 500 мм від кожного відробленого горизонту з 500 до 1200 м. 

Запропонована методика розрахунку деформацій земної поверхні внаслідок активізації геомеханічних процесів у виробленому просторі, яка дозволяє урахувати гірничо-геологічні та фізико-механічні властивості вуглепородного масиву, а також способи управління гірничим тиском в очисних вибоях. 

 

 

Ермаков В.Н., Улицкий О.А., Спожакин А.И. Изменение гидродинамического режима шахт при затоплении // Уголь Украины. – 1998. – №6. – С. 11-13. 

Ермаков В.Н., Петренко С.Я. Об изменении концепции принятия проектных решений в целях снижения расходов на ликвидацию шахт // Уголь Украины. – 1998. – №6. – С. 7-10. 

Вопросы управления горным давлением на тонких крутых пластах Донбасса / В.Г. Александров, А.В. Аксенов, Н.А. Алышев, Н,А. Шаповал, Е.И. Питаленко, Ю.А. Пивень, Б.И. Курицын, Ю.Г. Литвинов, Э.В. Борисенко, Д. М. Житленок, В.Н. Ермаков, – Донецк: Лебедь, 1998. – 288 с. 

Алексеев А.Д., Питаленко Е.И., Маевский В.С., Ермаков В. Н. Деформационные процессы в горном массиве при закрытии угольных шахт // Физико-технические проблемы горного производства. – Донецк, ДонФТИ. – 1998. – С. 5-9. 

Ревва В. Н., Недодаев Н. В., Ермаков В. Н., Улицкий О. А. Изменение физико-механических свойств угля и вмещающих пород при водонасыщении // Известия Горного Института. – 1999. – № 1. – С. 31-32. 

Ермаков В. Н., Петренко С. Я., Касимов О. И., Кочерга В. Н. О предотвращении выделения газов из ликвидируемых шахт Стахановского региона // Уголь Украины. – 1999. – №5. – С. 15-17. 

 

 

Єрмаков В.М. Прогноз зміни стану підробленого гірничого масиву при закритті вугільних шахт – Рукопис. 

Дисертація на здобуття вченого ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05. 15. 11 – фізичні процеси гірничого виробництва. – Відділення фізико-технічних гірничих проблем ДонФТІ НАНУ ім. О. О. Галкіна, Донецьк, 1999. 

Дисертаційна робота містить рішення нової актуальної наукової і технічної задачі, що полягає у встановленні механізму активізації геомеханічних процесів у районі відробленого гірничого масиву, яка викликана затопленням закритих вугільних шахт, із метою прогнозу можливих аварійних ситуацій. 

Експериментальними дослідженнями встановлено, що при зволоженні гірничих порід їхня тріщиностійкість зменшується в 8 разів, причому одночасно збільшуються пластичні властивості масиву. Оцінено гідрогеологічну ситуацію в районі шахт вугільних пластів, якы відпрацьовують свити крутих пластів у Центральному районі Донбасу, можливі варіанти її зміни при закритті шахт. У результаті аналізу експериментальних досліджень геомеханічних процесів у лавах крутих пластів і процесу деформування гірничого масиву розроблена методика прогнозу розміру осідання земної поверхні над виробленим простором, яке викликане активізацією. 

Ключові слова: вугільна шахта, гідрогеологія, фізико-механічні властивості, геомеханічні процеси, деформування земної поверхні. 

 

 

Ермаков В.Н. Прогноз изменения состояния подработанного горного массива при закрытии угольных шахт – Рукопись. 

Диссертация на соискание степени кандидата технических наук по специальности 05. 15. 11 – физические процессы горного производства. – Отделение физико-технических горных проблем ДонФТИ НАНУ им. А. А. Галкина, Донецк, 1999. 

Диссертационная работа содержит новое решение актуальной научной и практической задачи – установление особенностей протекания геомеханических процессов в ранее подработанном горном массиве при затоплении выработанного пространства с целью прогнозирования характера и величины оседания земной поверхности, вызванного активизацией процесса сдвижения. 

В настоящее время в рамках программы реструктуризации угольной промышленности происходит массовое закрытие шахт, в том числе с прекращением водоотлива из выработанного пространства, что приведет к его затоплению и изменение гидрогеологической обстановки и геомеханического состояния горного массива. До сих пор не разработано надежных способов прогнозирования этих процессов. 

В процессе длительного периода работы угольных шахт в ЦРД углепородный массив в значительной мере изменил свои свойства: увеличилась анизотропия пород по проницаемости за счет создания тесной гидравлической связи между водоносными горизонтами в результате многочисленных сбоек и квершлагов и зон трещиноватости над выработанным пространством, достигающих в высоту до 10-40 мощностей отрабатываемого пласта. Помимо этого изменились и физико-механические свойства горного массива: уменьшилась прочность слагающих его породных слове, увеличились его пластические свойства. Возникает необходимость в изучении физико-механических свойств горных пород при увлажнении их шахтными водами. 

Экспериментальные исследования проводились на установке неравнокомпонентного трехосного сжатия, разработанной и созданной в Отделении физико-технических горных проблем ДонФТИ. 

В результате экспериментальных исследований было оценено влияние влагонасыщенности на основные механические и энергетические характеристики горных пород и углей такие, как: прочность на одноосное сжатие и объемная прочность, модуль Юнга, коэффициент Пуассона, модуль сдвига, объемный модуль деформации, модуль спада, плотность энергии формоизменения, плотность энергии изменения объема, плотность энергии разрушения, эффективная поверхностная энергия и др. 

Так для песчаников с ростом влажности их до 3% уменьшаются модуль упругости, модуль сдвига в 1, 3-1, 5 раза, а энергия разрушения в 3, 4 раза. Уменьшение уровней упругих модулей, плотности энергии изменения объема и увеличения коэффициента Пуассона и плотности энергии формоизменения свидетельствуют о пластификации пород и склонности к более вязкому разрушению. Прочность углей на одноосное сжатие с увеличением влажности от 0, 15 до 3% уменьшается в 2, 8-3, 5 раза. 

Изменение влажности и физико-механических свойств горных пород влечет за собой возобновление процесса деформаций и обрушений боковых пород над выработанным пространством лав. Это связано в первую очередь со способами управления горным давлением на пластах крутого падения и особенностями происходящих при этом геомеханических процессов. Наиболее распространенным способом управления горным давлением при отработке нижних 3-4 горизонтов (т. е. глубины 500-1100 м) является способ удержания на кострах. Объем его применения в разные годы составлял от 70% до 50%. Также большой объем применения у способа плавного опускания (12%) и обрушения на щитовой агрегат – 22%. При способе удержания на кострах в выработанном пространстве остается большое количество призабойной и специальной крепи, которая хотя и интенсивно деформирована в выработанном пространстве, тем не менее сохраняет остаточную несущую способность и поддерживает часть кровли, прилегающую к крепи. При уменьшении прочности пород кровли и почвы из-за увлажнения произойдет потеря контакта крепи с породами, что явится причиной возобновления процесса обрушения пород кровли и активизации геомеханических процессов в вышележащем горном массиве. 

В выработанном пространстве, отработанном щитовыми агрегатами, как показали исследования ВНИМИ и ОФТГП ДонФТИ НАНУ, под монтажной нишей образуются пустоты, не заполненные породой на высоту до 6 мощностей пласта и размерами по падению до 20-30 м. Остальное выработанное пространство заполнено обрушенными породами различных по размерам обрушенных кусков и степени уплотнения: наиболее мелкие фракции с наибольшим уплотнением находятся в нижней части отработанной полосы. В случае затопления следует ожидать возобновление перепуска пород вниз по выработанному пространству с увеличением размеров полости под вентиляционным горизонтом как по падению, так и вверх на 20-30%. 

В результате анализа выполненных исследований предложена методика определения величины дополнительных деформаций поверхности, вызванных активизацтей геомеханических процессов при увлажнении горного массива. Для ЦРД следует ожидать при затоплении только одного горизонта шахты дополнительных оседаний земной поверхности до 500 мм, что соответствует приращению высоты уступа до 30 мм. Время затухания процесса сдвижения при полном прекращении горных работ может составить около 10 лет. 

Ключевые слова: угольная шахта, гидрогеология, физико-механические свойства, геомеханические процессы, деформация земной поверхности. 

 

 

Ermakov V.N. Forecasting the modification of underworked rock mass condition due to abandonment of coal mines – Manuscript. 

The thesis submitted for a candidate of technical science degree in the field 05. 15. 11 – physical processes in mining – The Department of Physico-Technical mining problems DonPTI, Ukrainian National Academy of sciences, Donetsk, 1999. 

The dissertation includes a solution, with the aim of forecasting possible emergent conditions, of new urgent research and technological problem consisting in deferminig the activation mechanism of geomechanical processes in underworked rock mass due to flooding of abandoned coal mines. 

It has been established experimentally that moistening of rocks reduces their fracture touphness up to of initial value, plasticity of the mass being increased. The hydrogeological condition in mine field with pitching coal seam suites in Central region of Donbass is estimeted as well as possible alternatives of its modification due to abandonment of the mines. A forecasting method is developed for earth surface subsidence amount over the goaf due to activation, based on analysis of experimental study of geomechanical processes in faces of pitching seams as well as rock mass deformation process. 

Key words: a colliery, hydrogeology, mechanical properties, geomechanical processes, deformation of a terrestrial surface.