Размещено на http://www.allbest.ru/

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

НАЦІОНАЛЬНИЙ ГІРНИЧИЙ УНІВЕРСИТЕТ

УДК 622.272.5/.6

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

ОБҐРУНТУВАННЯ ПАРАМЕТРІВ ВИЇМКОВИХ ПОЛІВ ВУГІЛЬНИХ ПЛАСТІВ У СКЛАДНИХ ГІДРОГЕОЛОГІЧНИХ УМОВАХ

Спеціальність: 05.15.02 - Підземна розробка родовищ корисних копалин

ДЕМЧЕНКО ЮРІЙ ІВАНОВИЧ

Дніпропетровськ - 2008

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана на кафедрі підземної розробки родовищ Національного гірничого університету Міністерства освіти і науки України (м. Дніпропетровськ).

Науковий керівник:

САДОВЕНКО ІВАН ОЛЕКСАНДРОВИЧ, доктор технічних наук, професор, завідувач кафедри гідрогеології та інженерної геології Національного гірничого університету Міністерства освіти і науки України (м. Дніпропетровськ).

Офіційні опоненти:

ПІТАЛЕНКО ЄВГЕН ІВАНОВИЧ, доктор технічних наук, старший науковий співробітник, завідувач відділу охорони надр і зрушення земної поверхні Українського державного науково-дослідного і проектно-конструкторського інституту гірничої геології, геомеханіки і маркшейдерської справи НАН України (м. Донецьк).

ВАСИЛЬЄВ ВІТАЛІЙ ЄВГЕНОВИЧ, кандидат технічних наук, директор шахти "Степова" ВАТ "Павлоградвугілля", Міністерства вугільної промисловості України (м. Павлоград).

Захист відбудеться "16" травня 2008 р. о 12-30 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 08.080.03 із захисту дисертацій при Національному гірничому університеті Міністерства освіти і науки України за адресою: 49005, м. Дніпропетровськ, просп. К. Маркса,19, тел.(0562) 47-24-11.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Національного гірничого університету Міністерства освіти і науки України.

Автореферат розісланий "16" квітня 2008 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради Д 08.080.03, кандидат технічних наук, доцент В.І. Тимощук.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. В більшості діючих шахт України розробляються вугільні родовища в складних гідрогеологічних умовах. Це стосується Західного Донбасу, Львівсько-Волинського басейну, східної частини Донбасу. Закриття шахт Центрального району Донбасу в Донецькому басейні призвело до того, що цей район потрібно віднести до найбільш складних за гідрогеологічними факторами в зв'язку з затопленням шахт. Зафіксовані ускладнення й аварії в гірничих виробках, що обумовлені водопроявленнями, склали за 2007 рік понад 60 випадків. В останні роки в гірничій справі в зв'язку з цим вживається поняття "гідробезпека гірничих робіт". Дуже істотно, що водопритоки в шахти й особливо випадки водопроявлень з аномально великими водопритоками (до 200 м³/год в окремі виробки) обумовлені гамою природно-технологічних умов, що визначають поєднання технічних і екологічних аспектів вуглевидобутку.

На даний час є актуальною задача уточнення й удосконалення науково-методичної основи, що поєднує комплекс гідрозахисних технологічних заходів, необхідних для розвитку підземної розробки вугільних пластів.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконана в рамках досліджень кафедри підземної розробки родовищ і кафедри гідрогеології та інженерної геології Національного гірничого університету і є складовою частиною держбюджетних і договірних НДР (номера держреєстрації 0103U001286, 0104U000785, 0105U000513).

Мета роботи полягає в обґрунтуванні параметрів виїмкових полів при підземній розробці вугільних пластів, що забезпечують гідрозахист гірничих виробок шляхом управління фільтрацією в масиві шахтного поля.

Задачі дослідження полягають у наступному.

1. Встановити закономірності динаміки підземних вод у масиві шахтного поля і на його поверхні під впливом процесів зрушення гірських порід.

2. Обґрунтувати параметри управління водопритоками в шахти з урахуванням впливу технологічних схем підземної розробки вугільних пластів.

3. Установити додаткові резерви водозахисних властивостей масиву, що підроблюється, для збільшення повноти виїмки запасів вугілля.

4. Обґрунтувати й апробувати на реальних об'єктах технологічні рекомендації з гідрозахисту шахт при підземному видобутку вугілля.

Ідея роботи полягає в урахуванні динаміки фільтраційних потоків у масиві і на поверхні шахтного поля та виборі на цій основі раціональних параметрів виїмкових полів.

Об'єкт дослідження - процеси фільтрації на поверхні й у вуглевміщуючому масиві під впливом підземної розробки вугільних пластів.

Предмет дослідження - закономірності взаємовпливу параметрів виїмкових полів і параметрів фільтраційних потоків у масиві і на поверхні шахтного поля.

Методи дослідження. Для досягнення поставленої в роботі мети застосований комплексний підхід, що включає аналітичні методи рішення задач геомеханіки, підземної гідродинаміки і гідрології русел, аналіз натурних даних водопроявлень у виробках і гідродинамічних вимірів, методи регресійного аналізу, чисельне моделювання, інженерний аналіз.

Наукові положення, що виносяться на захист.

1. Границі виїмкових полів у зонах концентрації перетоків по палеоруслам вуглевміщуючої товщі регулюються гідравлічним опором вугільних цілин, що зменшує фільтрацію в межах шахтного поля за гіперболічною залежністю до величини, обумовленої конкуруючими процесами збільшення водопровідності над водотривом, що просідає, і її зниження за рахунок збільшення випару з поверхні ґрунтових вод.

2. Контури виїмкових полів за фактором безпечного ведення гірничих робіт під пливуном розширюються на 16 % при використанні резерву водозахисних властивостей вуглевміщуючих порід за рахунок внутрішнього тертя по поверхні "пливун - вугленосна порода", а при підробці затопленого масиву гідрозахисний резерв формується за рахунок його фільтраційного опору навколо пропускних свердловин при залишковому напорі, що складає 10 % від початкового.

Наукова новизна отриманих результатів:

- уперше встановлено, що кількісні зміни режиму ґрунтових вод на підробленій поверхні шахтного поля формуються під впливом двох конкуруючих факторів - зміни водопровідності і випару з поверхні ґрунтових вод;

- оцінена роль палеорусел вуглевміщуючої товщі як основного фактора перетоків у шахту з покривного водоносного комплексу, а також встановлені параметри вугільних цілин, що визначають контури виїмкових полів і регулюють величини водопритоків;

- уточнено, що кількісні показники резерву водозахисних властивостей гірського масиву за рахунок внутрішнього тертя по поверхні "пливун - вуглевміщуюча товща" дозволяють розширити границі виїмкових полів на 16 %;

- уперше встановлений механізм нестаціонарних перетоків через вугільні цілини по тріщинах, що формуються при вертикальному гідророзриві і через водоперепускні свердловини з впливом фільтраційного опору затопленого масиву.

Обґрунтованість і вірогідність наукових положень, висновків і рекомендацій підтверджується використанням фундаментальних законів і положень динаміки підземних вод, гідрології поверхневих течій та геомеханіки гірських масивів; постановкою і вирішенням чисельних обернених та прямих задач фільтрації і деформування гірських порід методами математичного моделювання, застосуванням інженерного аналізу, збіжністю фактичних і модельних результатів у межах відхилень до 15 %.

Наукове значення роботи полягає у встановлених закономірностях взаємовпливу границь відпрацювання вугільних пластів і гідрогеомеханічних процесів формування водопритоків у масиві та на поверхні шахтного поля, що в цілому визначає гідробезпеку гірничих робіт.

Практичне значення роботи полягає в обґрунтованому і реалізованому методичному підході до оцінки резерву гідробезпеки гірничих робіт під пливуном, установленні контурів гідрозахисних цілин як регуляторів водопритоків у шахту і визначенні послідовності відпрацювання вугільних пластів у складних гідрогеологічних умовах.

Практична цінність роботи полягає в:

- визначенні границь гідробезпеки ведення гірничих робіт при підробці пливунів з урахуванням внутрішнього тертя по поверхні "пливун - вуглевміщуюча товща";

- розробленій послідовності й етапах відпрацювання блоку шахтного поля зі складними гідрогеологічними і гідрологічними умовами, де застосоване сполучення дренажів і рекультиваційного відновлення поверхні.

Реалізація роботи. Результати дисертаційної роботи використані для підготовки і впровадження спецпроектів відпрацювання 850-ї лави ш. "Тернівська" і 530-ї лави ш. "Самарська".

Особистий внесок автора. Автором сформульовані мета, ідея роботи та її наукові положення, виконані аналітичні оцінки параметрів гідрозахисту гірничих робіт, проведене чисельне моделювання й узагальнені його результати, розроблені практичні рекомендації для шахт.

Апробація результатів досліджень. Основні положення дисертаційної роботи доповідались й одержали позитивну оцінку на міжнародних наукових конференціях і симпозіумах: "XXI сторіччя - проблеми і перспективи освоєння родовищ корисних копалин" (Дніпропетровськ, 1998 р.), "Проблеми і перспективи освоєння підземного простору великих міст" (Дніпропетровськ, 1998 р.), "Тиждень гірника - 98" (Москва, 1998 р.), "Школа підземної розробки" (Дніпропетровськ, 2007 р.), а також обговорювались на наукових семінарах в інституті "Дніпродіпрошахт" і на ш. "Самарська" ДХК "Павлоградвугілля".

Публікації. Основні наукові положення і результати досліджень викладені в 9 друкованих роботах, а саме: 4 - в спеціалізованих виданнях, 5 - праці конференцій.

Обсяг і структура дисертації. Дисертація складається з вступу, чотирьох розділів, висновків, списку використаних джерел з 125 найменувань, і містить 123 сторінки машинописного тексту, 49 рисунків, 13 таблиць та двох додатків.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У першому розділі дисертації розглянутий стан науково-методичної і технологічної бази з гідрозахисту при веденні гірничих робіт, а також сформульовані задачі досліджень. Відзначені науково-практичні розробки відомих наукових шкіл ВНДМІ, УкрНДМІ, ІГТМ, НГУ й ін. Аналіз показав, що при врахуванні фільтраційних процесів, які супроводжують гірничі роботи, можна виділити чотири основних напрямки: прогнозування водопритоків, оцінка зони водопровідних тріщин з погляду безпеки гірничих робіт, прогнозування гідродинамічних процесів у гірському масиві навколо виробок, розробка технологічних засобів боротьби з водопритоками при веденні гірничих робіт.

Розрахунки водопритоків у гірничі виробки виконуються, як правило, на стадії проектування шахт і нових горизонтів. Найбільш прийнятним представляється напівемпіричний аналіз функцій притоку в зону ведення гірничих робіт з відомими гідродинамічними параметрами формування ресурсів підземних вод. У такому варіанті є зручними для розгляду природоохоронні аспекти підземної гідросфери при розробці родовищ.

Вивчення зони водопровідних тріщин у покрівлі виробок носить здебільшого прикладний характер. У дослідженнях превалює емпіричний аналіз натурних і експериментальних даних про розміри зони водопровідних тріщин у гірських породах, що розділяють водні об'єкти і гірничі виробки. Контурами цієї зони обмежується наближення гірничих робіт до водоносних порід з пливунними властивостями.

Серед технологічних засобів боротьби з водопритоками при веденні гірничих робіт найбільш поширені дренажні схеми попереднього осушення водоносних порід. В умовах підвищеної водоємності вуглевміщуючої товщі це є вкрай необхідним заходом забезпечення процесів очисної виїмки.

Перспективними, на наш погляд, є гірничо-технічні способи управління водопроявами при веденні очисних робіт. На відміну від дренажних схем вони не є обов'язковими, але містять значні резерви підвищення ефективності роботи вугільних шахт. Сутність цих способів полягає в урахуванні гідрогеомеханічних і структурно-геологічних особливостей у системі "водоносні породи - гірничі виробки". Водопрояви розглядаються в ряді домінуючих факторів гірничих робіт, що їх ускладнюють, тому раціональні параметри схем підготовки, систем розробки, механізації що використовується, обумовлені урахуванням цих факторів.

Виконаний аналіз формування водопритоків у гірничі виробки й аналіз стану науково-методичної і технологічної бази з управління фільтрацією в гірському масиві показує, що водопрояви при веденні гірничих робіт (рис. 1) відносяться до ряду домінуючих, які ускладнюють підземну розробку вугільних пластів. Проте, відомі розробки щодо гідрозахисту гірничих робіт носять фрагментарний характер. У зв'язку з цим сформульовані задачі дослідження, які наведені вище.

Рис. 1. Формування зон гідравлічного розвантаження у водоносному піщанику: 1 - очисний вибій; 2 - зона обвалення; 3 - водоносні шари; 4 - водотривкі породи; 5 - порожнина розшарування; 6 - зони стиску; 7 - зони розтягання; 8 - шляхи руху води.

Узагальнений алгоритм дослідження представлений структурною схемою на рис. 2.

У розділі 2 викладені результати дослідження з встановлення закономірностей фільтрації підземних вод у масиві шахтного поля, закономірних змін гідрології потоків на його поверхні, а також взаємозалежне з цими процесами формування водопритоків у шахту. Методична основа у вирішенні цих задач складалася з адаптації аналітичних схем фільтрації до реального діапазону геологічних і гідротехнічних параметрів, що зафіксовані за даними моніторингу геологічного середовища і вимірами технічним персоналом шахт. За базову основу були прийняті дані з шахт Західного Донбасу в період 1990-2005 років.

Оцінка змін рівня підземних вод для згаданих умов представлена співвідношеннями, де - і - розрахункові кроки за часом і в просторі; - інтенсивність інфільтрації; і - потужність обводненої підробленої товщі в розрахункових перетинах; і - те ж, на попередній і наступний моменти часу; - зниження рівня при збільшенні випару; - початковий рівень; - коефіцієнти рівнепровідності та випаровування; - коефіцієнт фільтрації; - безрозмірний фільтраційний опір.

Встановлено, що зміна рівнів ґрунтових вод у межах шахтного поля в процесі підробки визначається положенням границь області фільтрації і природної (чи штучної) дрен. Це призводить до уповільнення руслових потоків при інтенсифікації фільтрації із суміжних площ, а також до одночасного збільшення випару за рахунок механічного підйому рівнів на відроблених ділянках шахтного поля.

Аналітичні оцінки показали, що просідання підробленої осадової товщі приводить до опускання водотриву і зв'язаному з цим зростанню потужності першого від поверхні водоносного горизонту. При зміні величини осідання від 1 до 5 м, перепад напорів на границях ділянки, що просідає, змінюється в межах 0,3-0,5 м. Просідання шахтного поля разом із граничним водотоком призводить до рівномірного підвищення рівня ґрунтових вод і його зниження в напрямку границі шахтного поля.

Зниження рівня ґрунтових вод при просіданні підроблюваного водотриву і зв'язане з цим збільшення випару різні для піску і суглинку - у суглинках витрата води на випар більше змінює рівень, ніж осідання водотриву. Управляючим фактором у цьому процесі є зміна границь підробки на суміжних вугільних пластах.

На прикладі найбільш зводненої в Україні шахти ім. М.І. Сташкова доведено, що формування інтенсивних водопритоків і зменшення ресурсів підземних вод обумовлені гідродинамічним взаємовпливом сучасних русел і палеорусел вуглевміщуючої товщі (рис. 3), що є основою для мінімізації шахтних водопритоків за допомогою гідрозахисних цілин. Контури цілин визначаються на апробованій у роботі чисельній моделі. Модель побудована на кінцево-різницевому рішенні рівняння планової фільтрації з урахуванням опору розділяючих шарів, у яких потік погоджується з передумовою Мятієва-Гиринського. Варіантне моделювання дозволило встановити основні закономірності фільтрації в шахту, а також виявити роль древніх піщаних палеорусел у вугленосній товщі і регуляторів фільтраційних опорів у виді вугільних цілин. Це дозволяє забезпечувати необхідний рівень гідрозахисту шахти положенням контурів гірничих робіт (рис. 4).

Рис. 3. Геометрія залягання вугільних пластів і піщаників руслових розмивів у покрівлі пласта з глибиною (Н) та довжиною шахтного поля (L): 1 - гіпсометрія покрівлі пласта ; 2 - гіпсометрія покрівлі пласта ; 3 - гіпсометрія покрівлі піщаників; 4 - потужність піщаників.

Рис. 4. Зміна водопритоків Q по контуру виїмкового поля в зоні поширення піщаників залежно від ширини цілин (С): 1 - при потужності піщаників 60 м; 2, 3, 4 - те ж при потужності 40, 20, 10 м відповідно; 5 - пластовий приток по вугільному пласту при відсутності піщаників.

У багатьох випадках умови гідрозахисту шахт зв'язані з гідрологічною динамікою руслових потоків на поверхні шахтного поля. З застосуванням розробок точність прогнозних оцінок величин поверхневого стоку на відроблених шахтних полях визначається відхиленнями від фактичних даних на 3-12 % з використанням авторегресії ковзного середнього типу. Це дуже важливо для врахування і регулювання балансу підземних і поверхневих вод на шахтних полях (дивися зміст розділу 4).

У третьому розділі показано, що гідрозахист гірничих виробок поєднує комплекс технологічних заходів, що спрямовані на зниження водопритоків, запобігання втрати стійкості гірничих виробок при фільтраційному впливі на гірські породи, а також упередження у затопленні виробок. Фактори, що домінують у процесах фільтрації і складають основу гідрозахисту відрізняються за структурно-геологічною, технологічною і конструктивною ознаками. На кінцево-елементній багатошаровій моделі середовища з контактним зчепленням, що розмінюється, досліджувалося водопровідне розпушення. При підробці контакту пухких і вуглевміщуючих порід у зоні найбільших горизонтальних напружень, що розтягують, за рахунок внутрішнього тертя величини деформацій, які формують водопровідні тріщини, знижуються на 20...25 % на висоті кратній 11...13 виїмковим потужностям вугільного пласта. При кутах залягання пластів до 15є водозахисні властивості товщі, що підроблюється, зменшуються при відпрацюванні виїмкових стовпів по повстанню, при цьому тріщинне розпушення кількісно характеризується зменшенням горизонтальних деформацій на 0,002...0,003. Наведені параметри є підставою для перенесення границі безпечного ведення гірничих робіт на 16 % і відповідного підвищення повноти виїмки запасів вугілля.

Приток води через вугільну цілину може різко збільшуватися за рахунок вертикального гідророзриву, що веде до швидкого зниження напору і змиканню тріщин. Отримані критеріальні співвідношення з оцінки стійкості цілин враховують появу фази нестаціонарного гідрогеомеханічного стану в системі "цілина - затоплений масив", а умовою цього є модифікований критерій.

к _п Н _вh_в, (2)

де - коефіцієнт Пуассона; Н - глибина залягання цілини; h_в - напір води; _п, _в - питома вага порід і води; к - коефіцієнт концентрації напружень.

Для типових випадків _п =25 КН, 0,2; к 2 співвідношення (2) виконується. Це є вирішальним при оцінці можливості ведення гірничих робіт у шахті, що граничить із затопленою шахтою.

Напір над устям пропускної свердловини (рис. 5) залежить від горизонту затоплення суміжної шахти, а також нелінійний щодо коефіцієнта фільтрації затопленого масиву, довжини і діаметра свердловини. Максимально можлива величина перетоку, яку необхідно враховувати при плануванні гірничих робіт визначається величиною напору над свердловиною не більш 10 % від потужності зони затоплення.

Рис. 5. Схема гідравлічного зв'язку гірничих виробок: h - висота зони затоплення; d_в - діаметр затопленої виробки (1), приведений до кругового перетину; d_c - діаметр свердловини (2); L_c - довжина свердловини; Н ₀ - залишковий напір у затопленому виробленні; 3 - виробки працюючої шахти; k - коефіцієнт фільтрації.

Функція (3) напору над пропускною свердловиною випливає з аналітичного зіставлення гідравліки перетоку у свердловині і фільтраційного потоку в порушеному масиві. Графічне відображення результатів аналізу функції (3) для умов шахти "Центральна-Макіївська" відображує рис. 6. Параметри за координатними вісями графіків надані варіаційною зміною їх значень у можливих діапазонах, що відповідають реальним умовам шахти.

З аналізу графіків можна зробити висновок, що напір над перепускною свердловиною утримується без значних змін у порівнянні з затоплення при к? 10м/доб. Це є за межами реальних значень одержаних шляхом фільтраційних випробувань свердловин, тому визначене зниження напору до 10 % є безпечним. виїмкове поле параметр гірнича

Рис. 6. Графіки залежності Н ₀=f(h,L_в) за умови довжини L_в - 100, 250 м (а); - 500, 1000, 2000 м (б): d_c=0,1м, L_с=20 м, d_в=4 м, К=10^-7 м/с.

У четвертому розділі на основі застосування адаптованих чисельних моделей і їхньої практичної апробації викладені результати обґрунтувань щодо гідрозахисту гірничих робіт. При моделюванні процесів синхронізації гірничих робіт і управління фільтрацією на шахті "Самарська" доведено, що підробка комплексу обводнених відкладень у заплаві річки повинна включати етапи водорегулювання на шахтному полі, які визначаються часом підготовки і відпрацювання кожного із пластів. Роботи по першому пласту синхронізуються з горизонтальним дренажем, а наступні пласти відпрацьовуються в умовах 10 % забезпеченості затоплення мульди зрушення і нівелюванням цього, як горизонтальним так і вертикальним дренажами у межах річного гідрологічного циклу. Це орієнтує завершальний етап відпрацювання на відновлювальну рекультивацію поверхні шахтного поля.

Наявність додаткових резервів водозахисних властивостей поблизу поверхні "пливун - карбон" і їхня кількісна оцінка дозволили робити виїмку запасів по пласту С ₈ шахти "Тернівська" вище нормативної границі під бучакським водоносним горизонтом зі зменшенням кратності підробки до 13 виїмкових потужностей (рис. 7). Спецпроект відпрацювання пласта передбачав спорудження вертикальних перемичок і резервування легких тампонажних подушок.

Розроблені і реалізовані підходи до складання програм гірничих робіт, що враховують гідрозахист виробок і охорону водних ресурсів, застосовані на шахтах "Тернівська" і "Самарська" та підтверджені сумарним економічним ефектом близько 500 тис. грн.

Рис. 7. Положення контурів гірничих робіт з урахуванням нових параметрів гідрозахисту (фрагмент плану гірничих виробок по пласту С ₈ ш. "Тернівська"): -20 - ізолінії покрівлі пласту С ₈; 15m - ізолінії кратності підробки бучакського водоносного горизонту.

ВИСНОВОК

Дисертація є завершеною науково-дослідною роботою, в якій на основі встановлених закономірностей динаміки фільтраційних потоків у масиві і на поверхні шахтного поля обґрунтовані параметри виїмкових полів при розробці вугільних пластів у складних гідрогеологічних умовах, що сприяє ефективності та гідробезпеці гірничих робіт і знижує екологічне навантаження на підземну гідросферу.

Основні наукові і практичні результати роботи полягають у наступному.

1. Вперше встановлені кількісні співвідношення в зміні режиму ґрунтових вод на шахтному полі, що визначаються положенням границь області фільтрації і природної (чи штучної) дрен, уповільненням руслових потоків із суміжних площ, а також одночасним збільшенням випару за рахунок підйому рівнів. Домінуючим фактором у цьому процесі є зміна границь підробки.

2. На прикладі найбільш зводненої в Україні шахти ім. М.І. Сташкова доведено, що формування інтенсивних шахтних притоків і зменшення ресурсів підземних вод обумовлено гідродинамічним взаємовпливом сучасних русел і палеорусел вуглевміщуючої товщі. Це є основою для мінімізації водопритоків гідрозахисними цілинами, а їхні контури визначаються апробованою кінцево-різницевою чисельною моделлю.

3. Доведено, що контури виїмкових полів по фактору безпечного ведення гірничих робіт під пливуном розширюються на 16 % при використанні резерву водозахисних властивостей вуглевміщуючих порід за рахунок внутрішнього тертя по поверхні "пливун - вугленосна порода".

4. Установлена нестаціонарність перетоків через міжшахтні цілини по тріщинах вертикального гідророзриву і через водоперепускні свердловини з дією фільтраційного опору затопленого масиву.

5. Обґрунтовано етапи водорегулювання на шахтному полі, що визначаються часом підготовки і відпрацювання кожного із пластів. Це досягається раціональним сполученням гідрологічних і гідродинамічних факторів водорегулювання між поверхнею шахтного поля й вуглевміщуючим масивом.

6. Розроблені і реалізовані методичні підходи до програм гірничих робіт, що враховують гідрозахист гірничих виробок і охорону природних ресурсів. Застосування цих розробок на шахтах "Тернівська" і "Самарська" підтверджена сумарним економічним ефектом близько 500 тис. грн.

ОСНОВНІ ПОЛОЖЕННЯ ДИСЕРТАЦІЙНОЇ РОБОТИ ОПУБЛІКОВАНІ У РОБОТАХ

К вопросу о комплексности природоохранных мероприятий при подземной добыче угля / В.И. Бондаренко, И.А. Садовенко, В.Г. Пасичный, Ю.И. Демченко // Науковий вісник НГАУ. - 1998. - №1. - С. 15-17.

Исследование формирования техногенного режима водных ресурсов при дренаже шахтных полей Западного Донбасса / В.И. Бондаренко,

В.Г. Пасичный, И.А. Садовенко, Ю.И. Демченко // Науковий вісник НГАУ. - 1999. - №3. - С. 5-8.

Садовенко И.А., Демченко Ю.И., Улицкий О.А. Оценка геомеханической устойчивости междушахтных целиков // Сб. научн. тр. / НГУ. - 2003. - Т.1, №17. - С. 40-43.

Особенности гидрохимического режима подземных вод в зоне влияния затопленной шахты / А.Н. Загриценко, Ю.И. Демченко, В.В. Тишков, В.И. Тимощук // Науковий вісник НГУ. - 2007. - №3. - С. 41-43.

Пасичный В.Г., Садовенко И.А., Демченко Ю.И. К вопросу о расчете водоохранных целиков угля при отработке гидродинамически открытых шахтопластов // Горный информационно-аналитический бюллетень. - М.: МГГУ, 1999. - №3. - С 73-74.

Влияние физико-механических свойств плывунов и разделяющей толщи на безопасность ведения горных работ / И.А. Садовенко, В.И. Тимощук, Ю.И. Демченко, В.Г. Пасичный // Сб. науч. тр. Международной научно-практической конференции "ХХ 1 столетия - проблемы и перспективы освоения месторождений полезных ископаемых" / НГАУ. - 1998. - Т.3, № 3. - С. 28-34.

Садовенко И.А., Тимощук В.И., Демченко Ю.И. Роль палеорусел продуктивной толщи в формировании водопритоков шахт Западного Донбасса и техногенного режима гидросферы // Сб.научн. тр. Ш Международной научно-технической конференции "Проблемы и перспективы освоения подземного пространства крупных городов" / НГАУ. -1998. - №1. - С. 202-204.

Садовенко И.А., Демченко Ю.И., Пасичный В.Г. Учет физико-механических свойств плывунов при оценке безопасности ведения горных работ // Горный информационно-аналитический бюллетень. - М.: МГГУ, 1999. - №3. - С. 73-74.

Управление гидродинамическим режимом подземных вод на подработанных горными работами участках шахтного поля / И.А. Садовенко, В.И. Тимощук, Ю.И. Демченко, В.В. Тишков // Сб. научн. тр. Международной научно-практической конференции "Школа подземной разработки". - Д., 2007. - С. 197-200.

Особистий внесок здобувача в роботах, що написані в співавторстві:

[1,2,4] - дослідження закономірностей динаміки фільтраційних потоків в порушеному гірському масиві;

[3,5] - постановка та проведення геофільтраційних розрахунків, аналіз результатів моделювання;

[6,7,8,9] - обґрунтування параметрів водорегулювання в межах виїмкових полів вугільних пластів.

АНОТАЦІЯ

Демченко Ю.І. "Обґрунтування параметрів виїмкових полів вугільних пластів у складних гідрогеологічних умовах". - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.15.02 - "Підземна розробка родовищ корисних копалин". Національний гірничий університет України Міністерства освіти і науки України, Дніпропетровськ 2008.

У дисертації на основі встановлених закономірностей динаміки фільтраційних потоків у масиві і на поверхні шахтного поля обґрунтовані параметри виїмкових полів при підземній розробці вугільних пластів, що обумовлюють гідробезпеку гірничих робіт і знижують екологічне навантаження на підземну гідросферу в складних гідрогеологічних умовах.

Встановлені кількісні співвідношення в зміні режиму ґрунтових вод на шахтному полі, що визначаються положенням границь області фільтрації і природної (чи штучної) дрен. Ці зміни супроводжуються уповільненням руслових потоків із суміжних площ, а також одночасним збільшенням випару за рахунок підйому рівнів. Домінуючим фактором у цьому процесі є цілеспрямована зміна границь відробки вугільних пластів. Доведено, що формування інтенсивних шахтних притоків підземних вод обумовлене гідродинамічним взаємовпливом сучасних русел і палеорусел вуглевміщуючої товщі, що є основою для мінімізації водопритоків гідрозахисними цілинами, а їхні контури визначаються апробованою чисельною моделлю.

Досліджено додатковий резерв водозахисних властивостей вуглевміщуючої товщі, за рахунок внутрішнього тертя на контакті "пливун - вугленосна порода", що розширює виїмкове поле.

Встановлена нестаціонарність перетоків через цілини по тріщинах вертикального гідророзриву та через водоперепускні свердловини з дією фільтраційного опору затопленого масиву. Обґрунтовані етапи водорегулювання на шахтному полі, що визначаються часом підготовки і відпрацювання кожного із пластів.

Розроблені і реалізовані методичні підходи до програм гірничих робіт, що враховують гідрозахист гірничих виробок. Застосування цих розробок на шахтах "Тернівська" і "Самарська" підтверджені економічним ефектом близько 500 тис. грн.

Ключові слова: підземні води, виїмкові поля, гідрозахист, ефективність і безпека гірничих робіт.

АНОТАЦИЯ

Демченко Ю.И. "Обоснование параметров выемочных полей угольных пластов в сложных гидрогеологических условиях". - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.15.02 - "Подземная разработка месторождений полезных ископаемых". Национальный горный университет Украины Министерства образования и науки Украины, Днепропетровск 2008.

В диссертации на основе установленных закономерностей динамики фильтрационных потоков в массиве и на поверхности шахтного поля обоснованы параметры выемочных полей при подземной разработке угольных пластов, которые обеспечивают эффективность и гидробезопасность горных работ, а также снижают экологическую нагрузку на подземную гидросферу в сложных гидрогеологических условиях залегания угольных пластов.

Установлены количественные соотношения в изменении режима грунтовых вод на подработанном шахтном поле, которые определяются положением границ области фильтрации и природной (или искусственной) дрен. Особенности режима характеризуются затуханием русловых потоков из смежных площадей, а также одновременным увеличением испарения за счет подъема уровней. Управляющим фактором в этом процессе является целенаправленное изменение границ подработки.

На примере наиболее водообильной в Украине шахты им. Н.И. Сташкова в Западном Донбассе доказано, что формирование интенсивных шахтных притоков и сработка ресурсов подземных вод обусловлены гидродинамическим взаимовлиянием современных русел и палеорусел углевмещающей толщи. Это является основой для минимизации водопритоков гидрозащитными целиками, а их контуры определяются апробированной конечно-разностной численной моделью. Модель отражает баланс притоков и оттоков в многослойной толще горного массива, где ведется отработка угольных пластов.

На основе анализа фактических данных и моделирования с применением конечно-элементной геомеханической модели слоистого массива установлен дополнительный резерв водозащитных свойств углевмещающей толщи. Доказано, что контуры выемочных полей по фактору безопасного ведения горных работ под плывуном расширяются на 16 % за счет учета внутреннего трения по контакту "плывун - угленосная порода".

Установлена нестационарность перетоков через целики по формирующимся трещинам вертикального гидроразрыва на основе модифицированного критерия. Перетоки из затопленных горизонтов через водоперепускные скважины с влиянием фильтрационного сопротивления затопленного массива не приводят к снижению уровней менее 10 % от начального, что дает основания для надежного проектирования водоотливов.

Обоснованы этапы водорегулирования на шахтном поле, которые определяются временем подготовки и отработки каждого из пластов. При этом найдено рациональное сочетание гидрологических и гидродинамических факторов водорегулирования между поверхностью шахтного поля и углевмещающим массивом.

Разработаны и реализованы методические подходы к программам горных работ, которые учитывают гидрозащиту горных выработок и охрану природных ресурсов. Применение этих разработок на шахтах "Терновская" и "Самарская" подтверждены суммарным экономическим эффектом около 500 тыс. грн.

Ключевые слова: подземные воды, выемочные поля, гидрозащита, эффективность и безопасность горных работ.

SUMMARY

Demchenko Y.I. "Substantiation of parameters of mine section of coal seams in the difficult gidro-and-geological conditions". - Manuscript.

Dissertation on competition of a scientific degree of candidate of technical sciences on a specialty 05.15.02 - "Underground development of mineral deposits". National mining university of Ukraine of the Ministry of Education and Science of Ukraine, Dnepropetrovsk 2008.

In the dissertation on the basis of the established laws of dynamics of filtration streams in a massif and on a surface of a mine field parameters of mine sections are proved at a underground extraction of coal seams which provide a mine safety and reduce an ecological load on underground hydrosphere in difficult hydro-geological conditions.

Quantitative parities in change of a mode of ground-waters on under-working a mine field which are defined by position of boundaries of area of a filtration and natural (or artificial) drains that is expressed by damping channeling streams from the adjacent areas, and also are established by simultaneous increase in evaporation due to hoisting levels. Managing factor in this process is purposeful change of boundaries of a under-working. It is proven that the generation of intensive mine inflow of underwaters is conditioned by hydrodynamic interference of modern channel and old channel of coalcontained thickness which is a base for minimization inflow of water by gidroprotectional pillars, and their contour is defined by tested numeral model.

The additional reserve of waterproof characteristics of coalcontained thickness are investigated, due to internal friction on contact "quicksand coalcontained rock" which expand the mine section.

The unstationarity of crossflow through the pillars on the vertical cracks of fluid fracturing is established, and through drainage wells with the effect of filtrational resistance of the overflowed massive. The stages water-regulation on the mine field are established, which are defined by times of preparation and working each of seams.

Methodical approaches to programs of mining operations are developed and realized which take into account hydroprotection of mine workings and protection of mining resources. Application of these designs on mines "Ternovskay" and "Samarskay" are confirmed with total economic benefit about 500 thousand griven.

Keywords: underground waters, mine sections, hydroprotection, efficiency and a mine safety.

Размещено на Allbest.ru

...