Изменение параметров уплотнения массива горных пород в области обрушения на длительных временных интервалах

Провалы на земной поверхности, образующиеся вследствие ведения горных работ, представляют угрозу для наземной инфраструктуры и хозяйственной деятельности. Известны многочисленные случаи проявления внезапных провалов грунта над старыми горными выработками через много лет после прекращения их функционирования. Поэтому для любых видов деятельности на подработанных территориях необходимо тщательно оценивать возможные риски от развития процесса сдвижения горных пород. В данной работе исследуется развитие процесса воронкообразования при подземной разработке месторождений в условиях скальных массивов горных пород. В качестве полигона для исследований используется Северопесчанское железорудное месторождение. Методика исследований базируется на анализе объемов горных выработок и провалов c возрастом от 5 до 50 лет и определении коэффициента разрыхления обрушенных пород, по изменению которого с течением времени можно судить о возможном завершении процесса воронкообразования в горном массиве. Для определения объемов провалов земной поверхности применяется фотограмметрическая съемка с использованием беспилотных летательных аппаратов. Результаты наблюдений отражают взаимосвязь показателей уплотнения обрушенного массива и времени существования воронки. Установлено, что в течение нескольких десятилетий после появления воронки обрушения скорость деформирования массива горных пород существенно снижается. Значение коэффициента разрыхления на уровне 1,12—1,14 свидетельствует о достаточном уплотнении массива и стабилизации объемов провалов.

Ефремов Е. Ю., Коновалова Ю. П. Изменение параметров уплотнения массива горных пород в области обрушения на длительных временных интервалах // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2021. — № 5—2. — С. 53—63. DOI: 10.25018/0236_1493_2021_52_0_53.

Работа выполнена в рамках Государственного задания № 075—00581—19— 00. Тема №0405—2019—007

Ефремов Евгений Юрьевич¹ — научный сотрудник лаборатории сдвижения горных пород, e-mail: efremov-eu@mail.ru;
Коновалова Юлия Павловна¹ — старший научный сотрудник лаборатории сдвижения горных пород, e-mail: lisjul@mail.ru;
¹ Институт горного дела Уральского отделения Российской академии наук (ИГД УрО РАН), Екатеринбург, Россия.

1. Ведерников А. С., Зуев П. И. Районирование подработанных территорий города Берёзовский // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2020. — №3—1. — C.37—45. DOI 10.25018/0236—1493—2020—31—0-37—45.

2. Усанов С. В. Подработанные подземными работами территории в г. Березовский и оценка возможности их использования // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2010. — № 10. — C. 349 — 352.

3. Чистяков Е. П., Федоренко А. И., Чистяков Д. Е., Мошинский В. И. Горнотехнические и геомеханические аспекты сдвижения пород на горнорудных предприятиях Кривбасса // Горный вестник. — 2013. — Т. 1. — №1(96). — С. 109—112.

4. Феофанов А. Н. Проблема старых горных выработок и пути ее решения // Наукові праці Донецького національного технічного університету. Серія: Проблеми екології. — 2007. — №1—2. — С. 104—115.

5. Longoni L., Papini M., Brambilla D., Arosio D., Zanzi L. The risk of collapse in abandoned mine sites: the issue of data uncertainty // Open Geosciences, 2016, Vol. 8, Iss. 1, pp. 246—258. DOI 10.1515/geo-2016—0022.

6. Al Heib, M., Duval, C., Theoleyre, F. et al. Analysis of the historical collapse of an abandoned underground chalk mine in 1961 in Clamart (Paris, France). // Bulletin of Engineering Geology and the Environment, 2015, Vol.74, pp.1001—1018. DOI 10.1007/ s10064—014—0677—6.

7. Strozik G., Jendrus R., Manowska A., Popczyk M. Mine subsidence as a post-mining effect in the Upper Silesia coal basin // Polish Journal of Environmental Studies, 2016, Vol. 25, no 2, pp. 777—785. DOI 10.15244/pjoes/61117.

8. Sainsbury D. P., Sainsbury B. L., Lorig L. J. Investigation of caving induced subsidence at the abandoned Grace Mine // Mining Technology, 2010, Vol. 119, no 3, pp. 151—161. DOI 10.1179/174328610X12820409992336.

9. Харисова О. Д., Харисов Т. Ф. Анализ многолетних инструментальных наблюдений и прогноз развития аварийных событий на Сарановском месторождении // Проблемы недропользования. — 2020. — №2(25). — С. 134—143. DOI 10.25635/2313— 1586.2020.02.134.

10. Далатказин Т. Ш., Коновалова Ю. П. Прогноз последствий затопления Березовского рудника // Проблемы недропользования. — 2017. — №3(14). — С. 60—66.

11. Белодедов А. А., Должиков П. Н., Легостаев С. О. Анализ механизма образования деформаций земной поверхности над горными выработками закрытых шахт // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. — 2017. — № 1. — С. 160—169.

12. Кожогулов К. Ч., Тажибаев К. Т., Абдибаитов Ш. А. Анализ влияния систем разработок на сдвижение горных пород и образование провалов земной поверхности. // Наука и новые технологии. — 2008. — №7—8. — С. 24—26.

13. Абдибаитов Ш. А., Исаев Б. А., Абдиев А. Р. Влияние физико-механических свойств и структурных нарушений пород на процесс образования провалов земной поверхности. // Вестник Кыргызско-Российского Славянского университета. — 2017. — Т. 17. — №8. — С. 140—143.

14. Зеленцов С. Н., Кутепов Ю. Ю., Боргер Е. Б. Изучение провалов и механизма их образования на подрабатываемой земной поверхности шахты им. А. Д. Рубана // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). — 2017. — №5. — С. 271—280.

15. Должиков П. Н., Прокопова М. В., Хамидуллина Н. В. Натурные исследования провалов над горными выработками закрытых шахт // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. — 2018. — № 4. — С. 3—11.

16. Лобанова Т. В. Особенности обрушения земной поверхности над выработанным пространством слепых рудных тел юго-восточного участка Таштагольского месторождения // Фундаментальные и прикладные вопросы горных наук. — 2019. – T.6. — №1. — c. 169—175. DOI 10.15372/FPVGN2019060129.

17. Hui, X., Ma, F., Zhao, H. et al. Monitoring and statistical analysis of mine subsidence at three metal mines in China. // Bulletin of Engineering Geology and the Environment, 2019, Vol.78,pp.3983—4001. DOI 10.1007/s10064—018—1367—6.

18. Xia, K., Chen, C., Yang, K. et al. A case study on the characteristics of footwall ground deformation and movement and their mechanisms. // Natural Hazards, 2020, Vol.104, pp.1039—1077. DOI 10.1007/s11069—020—04204—4.

19. Cui, X., Gao, Y. & Yuan, D. Sudden surface collapse disasters caused by shallow partial mining in Datong coalfield, China. // Natural Hazards, 2014, Vol.74, pp.911—929. DOI 10.1007/s11069—014—1221—5.

20. Szwedzicki T. Geotechnical precursors to large-scale ground collapse in mines // International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences. — 2001. — V.38. — № 7. — P. 957—965.

21. Славиковский О. В., Славиковская Ю. О. Экологические и социальные аспекты технической рекультивации техногенных пустот недр // Известия высших учебных заведений. Горный журнал. — 2008. — №8. — С. 71—76.

22. Колчина М. Е., Коновалов В. Е., Колчина Н. В. Вопросы безопасности и организации рационального использования земель промышленных городов в зонах влияния подземных горных выработок // Известия Уральского государственного горного университета. — 2017. — №1(45). — С. 37—43. DOI 10.21440/2307—2091—2017—137—43.

23. Marschalko, M., Yilmaz, I., Kubečka, K. et al. Utilization of an underground mining evaluation map incorporating the effect of landslides and surface flooding for land-use purpose. // Bulletin of Engineering Geology and the Environment , 2014, Vol. 73, pp.1117— 1126. DOI 10.1007/s10064—014—0634—4.

24. Правила охраны сооружений и природных объектов от вредного влияния подземных разработок на месторождениях рудных металлов Урала и Казахстана: утверждены Минметом СССР 02.08.1990 г.; согласованы Госпроматомнадзором СССР от 21.06.1990 г. № 4. — Свердловск, 1990.

25. Федеральные нормы и правила в области промышленной безопасности “Правила безопасности при ведении горных работ и переработке твердых полезных ископаемых”: утверждены Федеральной службой по экологическому, технологическому и атомному надзору РФ 11 декабря 2013 г. № 599. — 186 с.

26. Ефремов Е. Ю. Обоснование критерия завершения процесса воронкообразования // Известия Тульского государственного университета. Науки о земле. — 2018. — №4. — C.12—22.

27. Ефремов Е. Ю. Дорохов Д. В. Оценка состояния и мониторинг процесса воронкообразования при подземной разработке системами с обрушением кровли // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. — 2020. — Т. 331. — № 4. — С.170 — 178. DOI 10.18799/24131830/2020/4/2604.