Статья

Наименование	К теории сдвижения подработанного породного массива
Авторы	Литвинский Г. Г., д. т. н., проф.
Раздел	Недропользование
Год	2024	Выпуск	79	Страницы	5 - 20
УДК	622.83:622.023.23			EDN	EYAQPL
Аннотация	На основе анализа публикаций по проблеме подработки горного массива показана необходимость разработки геомеханических моделей его сдвижения. Впервые оценены параметры бегущих трещин разрыва в кровле и почве лавы, инициирующих обрушение кровли. Установлены метаморфозы формоизменения области полных оседаний при неполной и полной подработке земной поверхности. Установлено влияние размеров выемки пласта в плане на прогиб неподработанной толщи пород. Предложена геомеханическая модель трещинной пустотности пород для определения их оседания на произвольной глубине. Решение обобщено на структурно неоднородные массивы с помощью рекурсивных алгоритмов. Введен новый коэффициент степени подработки массива и показано, что при неполной подработке поверхности в толще пород возникают техногенные коллекторы газа.
Реферат	Цель исследования — разработка и обоснование геомеханических моделей сдвижения и деформирования массивов горных пород при их неполной и полной подработке движущимся очистным забоем по угольному пласту. Объект — подработанный очистными работами слоистый горный массив с земной поверхностью. Предмет исследований — процессы сдвижения и деформирования массива горных пород с учетом метаморфоз зон полных сдвижений над выработанным пространством. Методика и основная идея работы: на основе анализа существующих представлений о качественном характере процессов сдвижения подработанного горного массива обосновать и разработать математические модели геомеханических процессов разрушения и сдвижения горных пород на основе развития идей изменения трещиноватости и пустотности при ведении очистных работ. Результаты. На основе анализа публикаций по проблеме подработки горного массива показана необходимость разработки геомеханических моделей его сдвижения. Впервые оценены параметры бегущих трещин разрыва в кровле и почве лавы, инициирующих обрушение кровли. Установлены метаморфозы формоизменения области полных оседаний при неполной и полной подработке земной поверхности. Установлено влияние размеров выемки пласта в плане на прогиб неподработанной толщи пород. Предложена геомеханическая модель трещинной пустотности пород для определения их оседания на произвольной глубине. Решение обобщено на структурно неоднородные массивы с помощью рекурсивных алгоритмов. Введен новый коэффициент степени подработки массива и показано, что при неполной подработке поверхности в толще пород возникают техногенные коллекторы газа. Научная новизна. Установлены метаморфозы формоизменения области полных оседаний при неполной и полной подработке земной поверхности в процессе развития очистных работ. На основе решения уравнения Софи Жермен впервые выполнены теоретические оценки влияния размеров выработанного пространства в плане на прогиб многослойной толщи пород при удалении лавы от разрезной печи. Предложена новая геомеханическая модель трещиноватости и пустотности породного массива на основе коэффициента трещинной пустотности в виде дифференциального уравнения, решение которого впервые дает общую зависимость для определения оседания подработанного массива на произвольной глубине. Дано теоретико-экспериментальное обоснование закономерностей перехода от стадии неполной подработки дневной поверхности к полной через коэффициент степени подработки КСП. Практическая значимость. Определены основные параметры сдвижения подработанной многослойной породной массы, что позволяет дать прогноз ее поведения при ведении очистных работ и пересмотреть ряд нормативных документов, регламентирующих порядок разработки угольных месторождений. В частности, можно сделать ряд практических выводов о возникновении при неполной подработке земной поверхности техногенных газовых коллекторов в верхней части зоны полных сдвижений и судить об опасности миграции подземных газов и загазирования поверхностных зданий и сооружений, о технических аспектах дегазации подработанных толщ массива, дренирования или хозяйственного использования газа путем бурения в зону газового коллектора направленных скважин и отвода его по трубопроводам и др.
Ключевые слова	сдвижение, земная поверхность, геомеханические модели, подработка, трещиноватость, пустотность массива, оседания, прогиб, структурная неоднородность, коллекторы газа.
Финансирование
Список источников	1. Авершин С. Г. Сдвижение горных пород при подземных разработках. М.: Углетехиздат, 1947. 245 с. 2. Surface Subsidence Engineering: Theory and Practice / ed. by Syd S. Peng. CRC Press, 2020. 216 p. 3. Tajduś K. Numerical simulation of underground mining exploitation inﬂuence upon terrain surface // Archives of Mining Sciences. 2013. Vol. 58. № 3. P. 605–616. DOI: 10.2478/amsc-2013-0042 4. Kratzsch H. Mining Subsidence Engineering. Springer-Verlag Berlin Heidelberg New York, 1983. 551 р. 5. Механика сдвижения и разрушения горных пород / С. Д. Викторов, С. А. Гончаров, М. А. Иофис, В. М. Закалинский. М.: ИПКОН РАН, 2019. 360 с. 6. Surface Subsidence Monitoring of Mining Areas in Hunan Province Based on Sentinel-1A and DS-InSAR / L. Zhang [et al.] // Sensors (Basel). 2023. Vol. 23 (19). Article number: 8146. DOI: 10.3390/s23198146 7. Puertas J. J. G. Estimating highway subsidence due to longwall mining: Dissertation for the degree of Doctor of Philosophy. University of Pittsburgh, 2010. 160 p. 8. Prediction of mining-induced subsidence at Barapukuria longwall coal mine, Bangladesh / A. K. M. Badrul Alam [et al.] // Scientific Reports. 2022. Vol. 12 (1). Article number: 14800. DOI: 10.1038/s41598-022-19160-1 9. Cao J., Huang Q., Guo L. Subsidence prediction of overburden strata and ground surface in shallow coal seam mining // Scientific Reports. 2021. Vol. 11 (1). Article number: 18972. DOI: 10.1038/s41598-021-98520-9 10. Jahanmiri S, Noorian-Bidgoli M. Environ Sci Pollut. Land subsidence prediction in coal mining using machine learning models and optimization techniques // Environmental Science and Pollution Research. 2024. Vol. 31 (22). Р. 31942-31966. DOI: 10.1007/s11356-024-33300-2 11. Kulibaba S., Miletenko N. Inﬂuence of the mining depth factor on accuracy of the forecast of the earth’s surface subsidence in Kuzbass // Problems of Complex Development of Georesources: VIII International Scientiﬁc Conference. E3S Web of Conferences. 2020. Vol. 192. Article number: 04009. EDN QLYTPC. DOI: 10.1051/e3sconf/202019204009 12. Tajduś K., Misa R., Sroka A. Analysis of the surface horizontal displacement changes due to longwall panel advance // International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences. 2018. Vol. 104. P. 119–125. DOI: 10.1016/j.ijrmms.2018.02.005 13. Knothe S. Prediction of mining influence. Katowice, 1984. 214 p. 14. Strzałkowski P., Ścigała R., Szafulera K. Some aspects of forecasting the post-mining substratum deformation for evaluation of its influence on constructions // E3S Web of Conferences. 2018. Vol. 36. Article number: 01008. 15. ГСТУ 101.00159226.001-2003. Правила подработки зданий, сооружений и природных объектов при добыче угля подземным способом. К.: УкрНИМИ НАН Украины, 2004. 128 с. 16. Литвинский Г. Г. Основы горной геомеханики. Т. 1: Механические свойства горных пород и массивов: учеб. пособ. Алчевск: ДонГТУ, 2012. 312 с. 17. Тимошенко С. П., Войновский-Кригер С. Пластинки и оболочки. М.: Наука, 1966. 640 с. 18. Всеволожский В. А. Основы гидрогеологии: учебник. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Изд-во МГУ, 2007. 448 с. 19. Ларченко В. Г., Маталкина Ю. А., Коваленко Е. В. Оперативный способ определения ожидаемых оседаний земной поверхности при добыче угля на больших глубинах // Сборник научных трудов ДонГТИ. 2021. № 22 (65). С. 29–34.
Полный текст