№78-7
Кількісна оцінка ємнісного ресурсу підземних вод та геомеханічної стійкості порушеного гірського масиву
I.О. Садовенко1, В.І.Тимощук1, А.М. Загриценко1, Є.А. Шерстюк1
1Національний технічний університет «Дніпровська політехніка», Дніпро, Україна
Coll.res.pap.nat.min.univ. 2024, 78:78–89
Full text (PDF)
https://doi.org/10.33271/crpnmu/78.078
АНОТАЦІЯ
Мета. Оцінка ємнісних ресурсів виробленої і затопленої ділянки шахтного поля для визначення гідрогеомеханічних ризиків, попередження проявів аварійних водопритоків та обґрунтування інженерних заходів захисту в зоні впливу водного об’єкту.
Методика. Прогнозні розрахунки виконані з використанням методів чисельного математичного моделювання гідродинамічних та геомеханічних процесів, що реалізовані методом кінцевих різностей та кінцевих елементів, відповідно. Методика моделювання передбачає рішення серії обернених задач, що в умовах багатофакторності впливу та невизначеності стану гірського масиву, дозволяє отримуватипрогнози високої достовірності.
Результати. Домінуючий вплив на формування водопритоків до проектних виробок в зоні впливу затопленої ділянки шахтного поля мають пісковики основної покрівлі вугільного пласту. Затоплені гірничі виробки в умовах підвищеної гідравлічної проникності виконують роль контуру забезпеченого живлення, що виражається у збереженні гідравлічних напорів над проектованими штреками.
Залучення в зону позамежного деформування запроектованих виробок відбувається при їх розташуванні на відстані менше ніж 20,0 м від затопленого контуру, а вихід поза межі зони деформацій зрушень – при віддаленні на відстань до 30,0 м. Розрахунковий варіант, де проектні виробки проводяться на відстані 20 м від контуру затоплення, за гідрогеомеханічним станом породного масиву є найбільш оптимальним.
Оскільки геотехнічна ситуація визначається значною кількістю вірогіднісних характеристик (властивості порід, показники водопритоків, межа затоплення і терміни її формування, точність відображення геологічної будови ділянки), а також суттєвим впливом структурно-текстурної будови порід навколо затоплених виробок, розроблені технологічні заходи проведення гірничих виробок під захистом гідродинамічної депресії.
Наукова новизна. Встановлені закономірності формування складових водного балансу на ділянці впливу затоплених виробок та залежність геомеханічних параметрів стійкості масиву від стану виробленого простору, величин напорів, розмірів бар’єрного цілика.
Практична значимість. Обґрунтовані параметри бар’єрного цілика, що дозволяють мінімізувати гідрогеомеханічні ризики та втрати корисних копалин. Надані рекомендації щодо порядку ведення гірничих робіт у зоні впливу затоплених виробок під захистом гідродинамічної депресії.
Ключові слова: затоплені виробки, геофільтрація, гідрогеомеханічний стан, математичне моделювання, водозахисні заходи.
Перелік посилань
1. Vladyko, O., Kononenko, M., & Khomenko, O. (2012). Imitating modeling stability of mine workings. Geomechanical Processes During Underground Mining, 147–150. https://doi.org/10.1201/b13157-26
2. Babets, D.V., Sdvyzhkova, O.O., Larionov, M.H., & Tereshchuk, R.M. (2017). Estimation of rock mass stability based on probability approach and rating systems. Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu, (2), 58–64
3. Bondarenko, V., Kovalevs’ka, I., & Fomychov, V. (2012). Features of carrying out experiment using finite-element method at multivariate calculation of mine massif – combined support system. Geomechanical Processes During Underground Mining, 7–13. https://doi.org/10.1201/b13157-3
4. Bazaluk, O., Rysbekov, K., Nurpeisova, M., Lozynskyi, V., Kyrgizbayeva, G., & Turumbetov, T. (2022). Integrated monitoring for the rock mass state during large-scale subsoil development. Frontiers in Environmental Science, (10), 852591. https://doi.org/10.3389/fenvs.2022.852591
5. Sudakov, А., Dreus, A., Kuzin, Y., Sudakova, D., Ratov, B. & Khomenko, O. (2019) A thermomechanical technology of borehole wall isolation using a thermoplastic composite material. E3S Web of Conferences 109 00098 Essays of Mining Science and Practice. https://doi.org/10.1051/e3sconf/201910900098
6. Chudyk, І.І., Femiak, Ya.M., Orynchak, М.І., Sudakov, A.K. & Riznychuk, А.І. (2021). New methods of preventing crumbling and collapse of the borehole walls Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu, 4, 17–22. https://doi.org/10.33271/nvngu/2021-4/017
7. Педченко, С.В. (2013) Обґрунтування гідрогеомеханічних параметрів стійкості бар′єрних ціликів при затопленні вугільних шахт Донбасу.Кременчук: Кременчуцький національний університет ім. М. Остроградського: Вісник КрНУ ім. М. Остроградського, 1/2013(78), 80–84.
8. 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
9. Zahrytsenko, A., Podvigina, O., & Dereviahina, N. (2018) Scientific and methodological foundations to develop numerical hydrodynamical models of mine fields in Donbas. E3S Web of Conferences, 60, 00034 https://doi.org/10.1051/e3sconf/20186000034
10. Sadovenko, I., Tymoshchuk, V., Zahrytsenko, A., Rodríguez, F., Sherstiuk, Y., Vlasov, V., & Chushkina, I. (2024). Hydrotechnical and ecological principles of water resources management for a mined-out mine field. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 1348(1), 012069. https://doi.org/10.1088/1755-1315/1348/1/012069
11. Tymoshchuk, V., Sherstiuk, Y., Niedbalski, Z., & Morozova, T. (2017). Modeling the drainage facilities operation at the prospective construction site on the Dnipro floodland. Mining Of Mineral Deposits, 11(2), 34–40 https://doi.org/10.15407/mining11.02.034
12. Sadovenko, I., Rudakov, D., Zahrytsenko, A., & Derevaygina, N. (2020). Optimization of environmental engineering protection and water resource use at the most watered mine in Ukraine. Resource-saving technologies of raw-material base development in mineral mining and processing, 501–513. https://doi.org/10.31713/m931
13. Langevin, C. D., Hughes, J. D., Banta, E. R., Niswonger, R. G., Panday, S., & Provost, A. M. (2017). Documentation for the MODFLOW 6 Groundwater Flow Model. Techniques and Methods. https://doi.org/10.3133/tm6a55
14. United States Geological Survey, 2022. MODFLOW-6 – Description of Input and Output (Version 6.4.1). United States Geological Survey, Water and Science Availability and Use Science Program, MODFLOW 6 Development Team. Dec 2022. PMWIN (Processing Modflow for Windows) help, http://www.pmwin.net/index.htm
15. Pivnyak, G., Dychkovskyi, R., Bobyliov, O., Cabana, E. C., & Smoliński, A. (2018). Mathematical and Geomechanical Model in Physical and Chemical Processes of Underground Coal Gasification. Solid State Phenomena, (277), 1–16. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/ssp.277.1
16. Duncan, J.M. (2000). Factors of safety and reliability in geotechnical engineering. J. Geotechnical & Geoenvironmental Engineering, April, 307–316.
17. Kinzelbach, W. (1986). Groundwater modeling. Amsterdam: Elsevier.
18. McDonald, M.G., & Harbaugh, A.W. (1984). A modular three-dimensional finite-difference ground-water flow model. Open-File Report. https://doi.org/10.3133/ofr83875
