№62-06

Обгрунтування варіантів екологічного захисту шахтного поля в умовах відновлення рівнів підземних вод

І.О. Садовенко1, А.М. Загриценко1, Н.І. Деревягіна1

1Національний технічний університет «Дніпровська політехніка», Дніпро, Україна

Coll.res.pap.nat.min.univ. 2020, 62:65-76

https://doi.org/10.33271/crpnmu/62.065

Full text (PDF)

АНОТАЦІЯ

Мета. Обґрунтування екологічних заходів захисту зон потенційного підтоплення в умовах ліквідації шахти шляхом адаптації методики прогнозування фільтрації у техногенному середовищі підробленого масиву гірських порід.

Методика дослідження Найбільш універсальним і достовірним методом прогнозування складних та багатофакторних гідродинамічних процесів є математичне моделювання.На чисельній моделі шахтного поля, реалізованій методом кінцевих-різностей, враховується природна та техногенна неоднорідність гірських порід, складна геометрія геологічних утворень, зміна граничних умов в часі, вплив експлуатації суміжних шахт та інші фактори, що мають вирішальне значення для надійних прогнозних оцінок та ефективного інженерного захисту. Методика моделювання включає відтворення на моделі хронології відпрацювання вугільних запасів за періодами (епігноз) та прогнозні розрахунки на всіх стадіях функціонування підприємства.

Результати дослідження. Для природно-техногенного середовища шахтного поля встановлені закономірності зміни у часі фільтраційних та ємнісних параметрів гірського  масиву, площі розповсюдження зон підвищеної водопроникності та кількісно оцінені складові водного балансу карбонової та покривної водоносних товщ. Прогнозні гідродинамічні рішення отримані для умов закриття і затоплення шахтного поля. Кількісно оцінені технічні ризики роботи суміжних шахт та екологічні наслідки на поверхні. Встановлено, що період повного відновлення рівня підземних вод відбувається впродовж трьох років з формуванням на поверхні зон потенційного підтоплення і заболочення в заплаві річки Самари.

Наукова новизна. Встановлені фактори формування підвищених притоків води в шахту та закономірності зміни фільтраційних та ємнісних  параметрів гірського масиву впродовж всього періоду її експлуатації. Це дозволило довести неефективність використання занурювальних насосів для захисту від підтоплення заплави річки Самари і обґрунтувати найбільш раціональний варіант будівництва водозабору в товщі палеоруслових пісковиків підвищеної проникності.

Практичне значення. Розглянуті варіанти екозахисту шахтного поля шляхом визначення горизонту підтримки водовідливу стаціонарними або занурювальними насосами, їх ефективність, економічність та екологічність. Обґрунтований альтернативний варіант захисту заплави від підтоплення шляхом будівництва водозабору в продуктивній товщі палеоруслових пісковиків підвищеної проникності.

Ключові слова: чисельне моделювання, гідродинаміка шахтного поля, затоплення шахти, підтоплення заплави, екозахист

Перелік посилань:

  1. Wolkersdorfer, C., & Bowell, R. (2004). Contemporary Reviews of Mine Water Studies in Europe, Part 1. Mine Water and the Environment, 23(4), 162–182.
    https://doi.org/10.1007/s10230-004-0060-0
  2. Sadovenko, I., Zagrytsenko, A., Podvigina, O., & Dereviagina, N. (2016). Assessment of environmental and technical risks in the process of mining on the basis of numerical simulation of geofiltration. Mining of Mineral Deposits, 10 (1), 37-43.
    http://dx.doi.org/10.15407/mining10.01.037
  3. Younger,P.L., Jenkins,D.A., Rees,B., Robinson,J., Jarvis,A.P., Ralph,J., Johnston, D.N., & Coulton, R.H. (2004). Mine waters in Wales: pollution, risk management and remediation. Urban Geology in Wales, National Museum of Wales Geological Series, (23).
  4. Mine closure and post-mining management. International state-the-art (2008). International Commission on Mine Closure. International Society for Rock Mechanics. ISRM.
  5. Babu D.K., & Pinder G.F.(1984) A finite element-finite difference alternating direction algorithm for three dimensional groundwater transport. Finite Elements in Water Resources. Springer
    https://doi.org/10.1007/978-3-662-11744-6_15
  6. Quiros, A. G., & Fernández-Álvarez, J. P. (2019). Conceptualization and finite element groundwater flow modeling of a flooded underground mine reservoir in the Asturian Coal Basin, Spain. Journal of Hydrology, 578, 124036.
    https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2019.124036
  7. DMT GmbH & Co. KG (2011). BoxModel Concept: ReacFlow3D, Program description accompanying BoxModel documentation, Germany.
  8. Sadovenko, I., & Rudakov, D. (2010). Dynamics of groundwater flow mass transfer during active and closing mining operations. National Mining University.
  9. Westermann, S., Rudakov, D., Reker, B., & Melchers, C. (2019). Ein neuer Blick auf Grubenwasseranstiegsprozesse – ausgewählte Beispiele aus dem deutschen Steinkohlenbergbau. Markscheidewesen, 126(1), 30-38.
  10. Banks, D. (2001). A variable-volume, head-dependent mine water filling model. Ground Water, 39(3), 362-365.
    https://doi.org/10.1111/j.1745-6584.2001.tb02319.x
  11. Sadovenko, I., Zahrytsenko, A., Podvigina, O., Dereviahina, N., & Brzeźniak, S. (2018). Methodical and Applied Aspects of Hydrodynamic Modeling of Options of Mining Operation Curtailment. In Solid State Phenomena (Vol. 277, pp. 36-43). Trans Tech Publications Ltd.,
    https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/SSP.277.36
  12. Norvatov, Y. A., Petrova, I. B., Kotlov, D. I., & Saveliev, D. I. (2010). Scientific and methodological principles of the analysis and prediction of hydrogeological conditions of mine abandonment. In International mining conference (pp. 597-600).
  13. Zahrytsenko, A., Podvigina, O., & Dereviahina, N. (2018). Scientific and methodological foundations to develop numerical hydrodynamical models of mine fields in Donbas. In E3S Web of Conferences (Vol. 60, p. 00034). EDP Sciences.
    https://doi.org/10.1051/e3sconf/20186000034
  14. Sadovenko, I., Rudakov, D., & Podvigina, O. (2010). Analysis of hydrogeodynamics in a mining region during exploitation till closure of coal mines. New Techniques and Technologies in Mining: School of Underground Mining 2010, 61-69.
    https://doi.org/10.1201/b11329-12