Статья

Наименование	Форма и параметры мульды сдвижения подработанного породного массива
Авторы	Литвинский Г. Г., д. т. н., проф.
Раздел	Недропользование
Год	2024	Выпуск	80	Страницы	5 - 16
УДК	622.83:622.023.23			EDN	NMPKGP
Аннотация	На основе анализа существующих методов расчета параметров мульды сдвижения показана перспективность использования геомеханических моделей ее описания. Выполнен обзор базовых положений таких моделей и основных влияющих факторов. Задача исследований — разработка теоретического подхода к описанию мульды сдвижений подработанного массива пород на основе решения дифференциального уравнения для S-кривой полумульды вертикальных смещений земной поверхности. Решение проводилось в относительной системе переменных. Решение дифференциального уравнения было выражено в виде функции Ферхюльста, нашедшей применение в различных явлениях и процессах. Проведено исследование основного уравнения полумульды сдвижения и её параметров пространственного позиционирования. Впервые показано, что основные параметры S-кривой полностью предопределяют углы граничного сдвижения и полного опускания подработанного породного массива. Приведены оценки расположения центра полумульды и параметра её крутизны для типичных условий отработки пологих пластов в Донбассе. Проанализированы недостатки полученного решения, сформулированы нерешенные проблемы и задачи дальнейших исследований.
Реферат	Цель исследования. Разработка теоретического подхода к описанию мульды сдвижений подработанного массива пород на основе решения дифференциального уравнения для S-кривой полумульды вертикальных смещений земной поверхности. Объект. Мульда, сдвижения на земной поверхности над подработанным массивом горных пород. Предмет исследований. Подработанный породный массив, мульда сдвижения на земной поверхности, её параметры и пространственное позиционирование. Методика и основная идея работы. Базируясь на экспериментальных данных, разработать геомеханическую модель описания мульды сдвижения с помощью решения дифференциального уравнения для S-кривой полуволны вертикальных оседаний земной поверхности. Результаты. Выполнен обзор базовых положений существующих методов расчета параметров мульды сдвижения и основных влияющих на её параметры факторов. Разработан теоретический подход к описанию мульды сдвижений подработанного массива пород на основе геомеханической модели в виде решения дифференциального уравнения для S-кривой полумульды вертикальных смещений земной поверхности. Решение проводилось в относительной системе координат с использованием безразмерных переменных. S-кривая полумульды сдвижения была получена из решения дифференциального уравнения в виде функции Ферхюльста. Получено основное уравнение полумульды сдвижения и обоснованы её параметры с пространственным позиционированием на земной поверхности. Впервые показано, что основные параметры S-кривой полностью предопределяются углами граничного сдвижения и полного опускания подработанного породного массива. Приведены оценки расположения центра полумульды и параметра её крутизны для типичных условий отработки пологих пластов в Донбассе. Проанализированы недостатки полученного решения, сформулированы нерешенные проблемы и задачи дальнейших исследований. Научная новизна. Предложена новая геомеханическая модель для описания S-кривой полумульды сдвижения, впервые показано, что основные её параметры полностью зависят от угла граничных сдвижений и угла полных опусканий в подработанном массиве пород, получены функциональные соотношения для пространственного позиционирования S-кривой полуволны мульды сдвижения. Практическая значимость. Полученные результаты исследования позволяют пересмотреть или уточнить ряд положений нормативных документов, регламентирующих методы расчета и прогноза сдвижений земной поверхности при разработке угольных месторождений.
Ключевые слова	сдвижение, земная поверхность, породный массив, классификация факторов, геомеханическая модель, подработка, S-кривая, полумульда сдвижения, параметры сдвижения.
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. Гавриленко Ю. Н. Математическое описание динамики процесса сдвижения на угольных шахтах Донбасса // International Society for Mine Surveying. XIII International Congress, Budapest, Hungary, 24–28 September. 2007. Report 032. 6 p. 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. 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. 17. Литвинский Г. Г. Геомеханические модели процессов сдвижения подработанного горного массива. Труды РАНИМИ. 2024. Т. 1. № 3 (41). С. 101–128. 18. Литвинский Г. Г. К теории сдвижения подработанного породного массива // Наукоемкие технологии и оборудование в промышленности и строительстве. 2024. № 22 (79). С. 5–20. 19. Verhulst P. F. Notice sur la loi que la population poursuit dans son accroissement // Correspondance mathématique et physique. Vol. 10. 1838. P. 13–121. 20. Sensors 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 21. Jahanmiri S., Noorian-Bidgoli M. Land subsidence prediction in coal mining using machine learning models and optimization techniques // Environ Sci Pollut Res Int. 2024. Vol. 31 (22). Р. 31942–31966. DOI: 10.1007/s11356-024-33300-2 22. Cao J., Huang Q., Guo L. Subsidence prediction of overburden strata and ground surface in shallow coal seam mining // Sci Rep. 2021. Vol. 11 (1). Article number: 18972. DOI: 10.1038/s41598-021-98520-9
Полный текст