Исследование влияния вида крепи на водоприток в горную выработку в сложных гидрогеологических условиях перехода тектонического нарушения
Цель. Целью работы является изучение влияния вида применяемой крепи на водоприток в горную выработку, проводимую в сложных гидрогеологических условиях перехода тектонического нарушения. Методика. При решении задачи о фильтрации воды в деформируемом массиве использовался разработанный ранее автором...
Gespeichert in:
| Datum: | 2019 |
|---|---|
| 1. Verfasser: | |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Інститут фізики гірничих процесів НАН України
2019
|
| Schriftenreihe: | Физико-технические проблемы горного производства |
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/162811 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Исследование влияния вида крепи на водоприток в горную выработку в сложных гидрогеологических условиях перехода тектонического нарушения / Ю.А. Виноградов // Физико-технические проблемы горного производства: Сб. научн. тр. — 2019. — Вип. 21. — С. 55-66. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-162811 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-1628112020-01-18T01:26:02Z Исследование влияния вида крепи на водоприток в горную выработку в сложных гидрогеологических условиях перехода тектонического нарушения Виноградов, Ю.А. Прогнозирование и управление состоянием горного массива Цель. Целью работы является изучение влияния вида применяемой крепи на водоприток в горную выработку, проводимую в сложных гидрогеологических условиях перехода тектонического нарушения. Методика. При решении задачи о фильтрации воды в деформируемом массиве использовался разработанный ранее автором способ исследования состояния слоистого породного массива с горной выработкой при наличии в ее окрестности обводненных слоев, а также метод конечных элементов. Результаты. Приведены результаты расчетов проницаемости приконтурных пород и давления воды на разных участках проведения горной выработки, которая пересекает геологическое нарушение: за пределами влияния геологического нарушения на некотором расстоянии и вблизи геологического нарушения. Показано, что применение анкерной крепи препятствует развитию процесса трещинообразования в кровле выработки, сохраняет породы в природном состоянии. Создание анкерно-породной конструкции, которую формируют за счет пространственного расположения сталеполимерных анкеров, предоставляет возможность управлять уровнем монолитности, а значит и проницаемости, горных пород вокруг выработки в различных гидрогеологических условиях. Как следствие, сдерживается процесс фильтрации воды из водоносных породных слоев, что предотвращает или значительно снижает водопритоки в горную выработку. Показана и обоснована эффективность применения анкерной крепи при прохождении выработки вблизи тектонического нарушения. Научная новизна. Впервые выполнено моделирование водопритоков в горную выработку в зоне влияния тектонического нарушения, при различных видах крепления выработки, обосновано применение анкерного крепления в сложных гидрогеологических условиях. Практическая значимость. Использование анкерной крепи эффективно препятствует водопритоку в выработку, расположенную даже в нарушенных водопроницаемых породах вблизи тектонического нарушения. Мета. Метою роботи є вивчення впливу виду застосованого кріплення на водоприплив в гірничу виробку, що проводиться в складних гідрогеологічних умовах переходу тектонічного порушення. Методика. При вирішенні задачі про фільтрацію води в деформованому масиві використовувався розроблений раніше автором метод вивчення стану шаруватого породного масиву з гірничою виробкою при наявності в її околі обводнених шарів, а також метод скінченних елементів. Результати. Наведено результати розрахунків проникності приконтурних порід і тиску води на різних ділянках проведення гірничої виробки, яка перетинає геологічне порушення: за межами впливу геологічного порушення на деякій відстані і поблизу геологічного порушення. Показано, що застосування анкерного кріплення перешкоджає розвитку процесу утворення тріщин в покрівлі виробки, зберігає породи в природному стані. Створення анкерно-породної конструкції, яку формують за рахунок просторового розташування сталевополімерних анкерів, надає можливість керувати рівнем монолітності, а значить і проникності, гірських порід навколо виробки в різних гідрогеологічних умовах. Як наслідок, стримується процес фільтрації води з водоносних породних шарах, що запобігає або значно знижує водоприпливи в гірничу виробку. Показано і обґрунтовано ефективність застосування анкерного кріплення при проведенні виробки поблизу тектонічного порушення. Наукова новизна. Вперше виконано моделювання водоприпливів в гірничу виробку в зоні впливу тектонічного порушення, при різних видах кріплення виробки, обґрунтовано застосування анкерного кріплення в складних гідрогеологічних умовах. Практична значимість. Використання анкерного кріплення ефективно перешкоджає водоприпливам в виробку, розташовану навіть в порушених водопроникних породах поблизу тектонічного порушення. Purpose. The purpose of the work is research of the support effect on the water inflow to the mine working that driving in difficult hydrogeological conditions at the crossing of tectonic displacement. Methods. A method for studying the state of layered rocks with a mine working in the presence of watered layers in its vicinity, previously developed by the author, as well as the finite element method were used to solve the problem of water filtration in a deformable rocks. Findings. The results of calculating the permeability of near-edge rocks and water pressure at different sites of mining, which crosses a geological disturbance: beyond the influence of a geological disturbance, are presented. at a certain distance and near a geological disturbance. It is shown that the use of anchor supports prevents the development of the process of crack formation in the roof of the mine, and keeps the rocks in a natural state. Creating an anchor-rock structure, which is formed due to the spatial arrangement of steel-polymer anchors, makes it possible to control the level of monolithicity, and hence permeability, of rocks around the mine in various hydrogeological conditions. As a result, the process of filtering water from aquiferous rock strata is restrained, which prevents or significantly reduces water inflows into mining. The effectiveness of the use of anchor support during the passage of a mine near a tectonic disturbance is shown and substantiated. Originality. For the first time, modeling of water inflows into a mine working in the zone of influence of tectonic disturbance was carried out for various types of fastening of the working, the use of anchor fastening in difficult hydrogeological conditions is justified. Practical implications. The use of anchor supports effectively prevents water inflow into a mine working even in disturbed permeable rocks near a tectonic displacement. 2019 Article Исследование влияния вида крепи на водоприток в горную выработку в сложных гидрогеологических условиях перехода тектонического нарушения / Ю.А. Виноградов // Физико-технические проблемы горного производства: Сб. научн. тр. — 2019. — Вип. 21. — С. 55-66. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. 2664-1771 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/162811 622.841:622.833.5:622.281.74 ru Физико-технические проблемы горного производства Інститут фізики гірничих процесів НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| topic |
Прогнозирование и управление состоянием горного массива Прогнозирование и управление состоянием горного массива |
| spellingShingle |
Прогнозирование и управление состоянием горного массива Прогнозирование и управление состоянием горного массива Виноградов, Ю.А. Исследование влияния вида крепи на водоприток в горную выработку в сложных гидрогеологических условиях перехода тектонического нарушения Физико-технические проблемы горного производства |
| description |
Цель. Целью работы является изучение влияния вида применяемой крепи на водоприток в горную выработку, проводимую в сложных гидрогеологических условиях перехода тектонического нарушения.
Методика. При решении задачи о фильтрации воды в деформируемом массиве использовался разработанный ранее автором способ исследования состояния слоистого породного массива с горной выработкой при наличии в ее окрестности обводненных слоев, а также метод конечных элементов.
Результаты. Приведены результаты расчетов проницаемости приконтурных пород и давления воды на разных участках проведения горной выработки, которая пересекает геологическое нарушение: за пределами влияния геологического нарушения на некотором расстоянии и вблизи геологического нарушения. Показано, что применение анкерной крепи препятствует развитию процесса трещинообразования в кровле выработки, сохраняет породы в природном состоянии. Создание анкерно-породной конструкции, которую формируют за счет пространственного расположения сталеполимерных анкеров, предоставляет возможность управлять уровнем монолитности, а значит и проницаемости, горных пород вокруг выработки в различных гидрогеологических условиях. Как следствие, сдерживается процесс фильтрации воды из водоносных породных слоев, что предотвращает или значительно снижает водопритоки в горную выработку. Показана и обоснована эффективность применения анкерной крепи при прохождении выработки вблизи тектонического нарушения.
Научная новизна. Впервые выполнено моделирование водопритоков в горную выработку в зоне влияния тектонического нарушения, при различных видах крепления выработки, обосновано применение анкерного крепления в сложных гидрогеологических условиях.
Практическая значимость. Использование анкерной крепи эффективно препятствует водопритоку в выработку, расположенную даже в нарушенных водопроницаемых породах вблизи тектонического нарушения. |
| format |
Article |
| author |
Виноградов, Ю.А. |
| author_facet |
Виноградов, Ю.А. |
| author_sort |
Виноградов, Ю.А. |
| title |
Исследование влияния вида крепи на водоприток в горную выработку в сложных гидрогеологических условиях перехода тектонического нарушения |
| title_short |
Исследование влияния вида крепи на водоприток в горную выработку в сложных гидрогеологических условиях перехода тектонического нарушения |
| title_full |
Исследование влияния вида крепи на водоприток в горную выработку в сложных гидрогеологических условиях перехода тектонического нарушения |
| title_fullStr |
Исследование влияния вида крепи на водоприток в горную выработку в сложных гидрогеологических условиях перехода тектонического нарушения |
| title_full_unstemmed |
Исследование влияния вида крепи на водоприток в горную выработку в сложных гидрогеологических условиях перехода тектонического нарушения |
| title_sort |
исследование влияния вида крепи на водоприток в горную выработку в сложных гидрогеологических условиях перехода тектонического нарушения |
| publisher |
Інститут фізики гірничих процесів НАН України |
| publishDate |
2019 |
| topic_facet |
Прогнозирование и управление состоянием горного массива |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/162811 |
| citation_txt |
Исследование влияния вида крепи на водоприток в горную выработку в сложных гидрогеологических условиях перехода тектонического нарушения / Ю.А. Виноградов // Физико-технические проблемы горного производства: Сб. научн. тр. — 2019. — Вип. 21. — С. 55-66. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. |
| series |
Физико-технические проблемы горного производства |
| work_keys_str_mv |
AT vinogradovûa issledovanievliâniâvidakrepinavodopritokvgornuûvyrabotkuvsložnyhgidrogeologičeskihusloviâhperehodatektoničeskogonarušeniâ |
| first_indexed |
2025-07-14T15:18:41Z |
| last_indexed |
2025-07-14T15:18:41Z |
| _version_ |
1837636068591009792 |
| fulltext |
Физико-технические проблемы горного производства 2019, вып. 21
55
Раздел 2. Прогнозирование и управление состоянием горного массива
УДК 622.841:622.833.5:622.281.74 https://doi.org/10.37101/ftpgp21.01.005
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ВИДА КРЕПИ НА ВОДОПРИТОК В
ГОРНУЮ ВЫРАБОТКУ В СЛОЖНЫХ ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИХ
УСЛОВИЯХ ПЕРЕХОДА ТЕКТОНИЧЕСКОГО НАРУШЕНИЯ
Ю.А. Виноградов1*
1Институт физики горных процессов Национальной академии наук
Украины, г. Днепр, Украина
*Ответственный автор: e-mail: my_pochta_1r@ukr.net
INVESTIGATION OF THE SUPPORT EFFECT ON THE WATER
INFLOW TO THE MINE WORKING IN DIFFICULT
HYDROGEOLOGICAL CONDITIONS AT THE CROSSING OF
TECTONIC DISPLACEMENT
Y.O. Vynohradov1*
1Institute for Physics of Mining Processes the National Academy Sciences of
Ukraine, Dnipro, Ukraine
*Corresponding author: e-mail: my_pochta_1r@ukr.net
ABSTRACT
Purpose. The purpose of the work is research of the support effect on the water
inflow to the mine working that driving in difficult hydrogeological conditions at
the crossing of tectonic displacement.
Methods. A method for studying the state of layered rocks with a mine working in
the presence of watered layers in its vicinity, previously developed by the author,
as well as the finite element method were used to solve the problem of water filtra-
tion in a deformable rocks.
Findings. The results of calculating the permeability of near-edge rocks and water
pressure at different sites of mining, which crosses a geological disturbance: beyond
the influence of a geological disturbance, are presented. at a certain distance and
near a geological disturbance. It is shown that the use of anchor supports prevents
the development of the process of crack formation in the roof of the mine, and keeps
the rocks in a natural state. Creating an anchor-rock structure, which is formed due
to the spatial arrangement of steel-polymer anchors, makes it possible to control the
level of monolithicity, and hence permeability, of rocks around the mine in various
hydrogeological conditions. As a result, the process of filtering water from aqui-
ferous rock strata is restrained, which prevents or significantly reduces water in-
flows into mining. The effectiveness of the use of anchor support during the passage
of a mine near a tectonic disturbance is shown and substantiated.
https://doi.org/10.37101/ftpgp21.01.005
Физико-технические проблемы горного производства 2019, вып. 21
56
Originality. For the first time, modeling of water inflows into a mine working in
the zone of influence of tectonic disturbance was carried out for various types of
fastening of the working, the use of anchor fastening in difficult hydrogeological
conditions is justified.
Practical implications. The use of anchor supports effectively prevents water in-
flow into a mine working even in disturbed permeable rocks near a tectonic dis-
placement.
Keywords: water inflow into mine working, rock permeability, water filtration, nu-
merical simulation
1. ВВЕДЕНИЕ
Сегодня угольными предприятиями вскрываются более глубокие гори-
зонты со сложными геологическими, инженерно-геологическими, геоморфо-
логическими и гидрогеологическими условиями. К сложным гидрогеологи-
ческим условиям относится поведение выработки в устойчивых трещинова-
тых весьма водообильных породах, представленных песчаниками, известня-
ками, мергелями и т.п. [1]. Сложными в эксплуатации оказываются месторож-
дения, вмещающие породы, которые содержат напорные воды, трещинного
или карстового типа. При таких условиях водопритоки в подземные горные
выработки могут быть крупномасштабными, вследствие чего водозащитные
мероприятия представляют собой крупные дренажные и водоотводящие со-
оружения. На таких месторождениях часто имеют место прорывы горных по-
род при проходке в обводненных зонах тектонических нарушений и экзоген-
ной трещиноватости [2].
Угольные шахты Украины отличаются сложными горно-геологическими
условиями, наличием большого количества тектонических нарушений. Эти
нарушения окружены зонами, где горные породы имеют нарушенную струк-
туру, пониженную прочность, очень перемяты и измельчены. При проведе-
нии горных выработок такие участки грозят обрушением пород кровли и про-
рывами воды. Поэтому необходимо локально, в зоне влияния тектонических
нарушений, укрепить массив, вернуть ему монолитность, уменьшить его
фильтрационную проницаемость и таким образом обеспечить устойчивость
горной выработки в течение срока ее эксплуатации [3].
2. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ
Когда жидкость в водоносных пластах находится под давлением, фильтра-
ция происходит из областей с более высоким давлением в области более низ-
кого давления [4]. Источником давления, которому подвергается жидкость в
трещинно-поровом пространстве, является обжатие горных пород после началь-
ного осадкообразования под действием силы тяжести [5]. В этом случае в каче-
стве неизвестной величины будем рассматривать давление воды p.
( ) 0x y
p p
K K q t
x x y y
,
Физико-технические проблемы горного производства 2019, вып. 21
57
где
xK ,
yK – коэффициенты проницаемости твердого тела, мДа; ( )q t – ин-
тенсивность источника (стока) воды.
Граничные условия:
1
2
1
2
;
,
p p
p p
где
1 – контур выработки;
2 – водонасыщенные слои горных пород; p1 –
давление воды на контуре выработки, равно атмосферному, р1=0,1 МПа; p2 –
давление воды в водонасыщеных породах, МПа.
По обе стороны от нарушения породы нарушены и имеют начальную про-
ницаемость. Технологическая проницаемость k, которая возникает при про-
ведении выработки и зависит от компонент тензора напряжений, накладыва-
ется на поле начальной, тектонической проницаемости ktect:
K = k + ktect.
Для расчета технологической проницаемости k в горном массиве вокруг
выработки с учетом его напряженного состояния будем считать, что [6]:
- в нетронутом горном массиве 0 k при * 0,6;Q
- в зоне упругих деформаций и равнокомпонентного сжатия (при
* 0,7; * 0,25Q P ) 0 k ;
- в области начального трещинообразования отдельные трещины не свя-
заны друг с другом, при 0,7 * 0,8Q
mink k ;
- в области интенсивного трещинообразования имеет место неуправляе-
мый рост трещин, на данной стадии быстро увеличиваются деформации за
счет распространения трещин и разрыхления. В области интенсивного тре-
щинообразования происходит рост коэффициента проницаемости на 2-3 по-
рядка в различных породах и материалах. В этой зоне при Q*> 0,8
0,26 * 4,65Qk e ;
- в области разрушения горных пород происходит резкое увеличение про-
ницаемости
max ,k k при * 0,1;P * 0,8.Q
Рассмотрим горную выработку, в кровле которой расположены алевролит
водонепроницаемый мощностью m1,2 м; обводненный угольный пропла-
сток m0,4 м, давление воды в котором р=3.5МПа;
Для сравнения возьмем разные участки проведения горной выработки, ко-
торая пересекает геологическое нарушение, рисунок 1:
- за пределами влияния геологического нарушения, начальная проницае-
мость ktect = 0;
- на некотором расстоянии от геологического нарушения, участок 4, где
начальная проницаемость составляет ktect = 0,01 мДа;
- вблизи геологического нарушения, участок 3, где начальная проницае-
мость будет максимальна ktect = 0,1 мДа.
Физико-технические проблемы горного производства 2019, вып. 21
58
Для каждого из перечисленных случаев рассмотрим сначала выработку, за-
крепленную рамной, затем анкерной крепью.
1 - тектоническое нарушение; 2 - породный слой; 3 - участок тектониче-
ского нарушения; 4 – участок влияния тектонического нарушения; L1 - длина
участка влияния тектонического нарушения, L2 - длина участка тектониче-
ского нарушения
Рисунок 1. Пример участка тектонического нарушения
3. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Ранее автором была разработан способ исследования состояния слоистого
породного массива с горной выработкой при наличии в ее окрестности обвод-
ненных слоев [7]. Преимуществами предлагаемого способа является учет вли-
яния напряженно-деформированного состояния породного массива на его
фильтрационную проницаемость, учета изменения физико-механических
свойств пород при размокании, одновременное исследование двух связанных
процессов – деформирования пород и фильтрации воды. С помощью этого
способа можно рассчитать параметры напряженно-деформированного состо-
яния и фильтрации воды вокруг горной выработки.
Расчеты проводились с использованием метода конечных элементов [5, 8],
конечно-элементная сетка показана на рис. 2.
Рисунок 2. Центральный фрагмент конечно-элементной сетки
Физико-технические проблемы горного производства 2019, вып. 21
59
4. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
С использованием приведенных выше соотношений были получены рас-
пределения значений коэффициентов проницаемости породного массива во-
круг выработок с рамной (рис. 3) и анкерной крепью (рис. 4) на различные
участки вблизи тектонического нарушения и за его пределами, при различных
значениях начальной проницаемости.
а) ktect = 0; б) ktect = 0,01; в) ktect = 0,1
Рисунок 3. Распределение значений коэффициентов проницаемости породного
массива, выработка с рамной крепью
Видно, что после проведения выработки вокруг нее образуется водопрони-
цаемая область, она захватывает водоносный угольный пропласток (рис. 3),
вода из которого начинает перемещаться внутрь выработки. Так как водонос-
ный слой расположен близко к выработке, это происходит довольно быстро.
На участке за пределами влияния тектонического нарушения (рис. 3а) видим,
что начальная проницаемость равна нулю (показано белым цветом). По мере
приближения исследуемых участков к геологическому нарушению начальная
проницаемость возрастает на участке L1, и является максимальной на участке
L2.
На рисунке 4 видно, как изменяются контуры области фильтрации, если в
кровле и боках выработки установлены анкера. Область пересечения обвод-
ненного пропластка и повышенной проницаемости (темно-серый цвет) очень
Физико-технические проблемы горного производства 2019, вып. 21
60
мала даже при ktect = 0,1 мДа. Проницаемая зона в кровле выработки не пре-
вышает 0,3-0,6 м вглубь массива.
Анкерная крепь существенно изменяет напряженно-деформированное со-
стояние вмещающих пород. Применение анкерного крепления сдерживает
развитие процесса трещинообразования в зоне влияния выработки. В этом
случае в кровле образуется породно-анкерное перекрытие, в котором макси-
мально сохранена монолитность нетронутого массива (рис. 4). Размеры обла-
сти фильтрации значительно сокращаются, проницаемость внутри нее снижа-
ется, что приводит к уменьшению интенсивности фильтрационного движения
жидкости в нарушенных породах и предупреждению или снижению водопри-
тока в горные выработки с анкерной крепью.
а) ktect = 0; б) ktect = 0,01; в) ktect = 0,1
Рисунок 4. Распределение значений коэффициентов проницаемости породного
массива, выработка с анкерной крепью
Далее были получены распределения значений давления воды, р , МПа, в
исследуемой области, вокруг выработки с рамной крепью, на различные
участки вблизи тектонического нарушения и за его пределами, при различных
значениях начальной проницаемости (рис. 5). При возрастании значений
Физико-технические проблемы горного производства 2019, вып. 21
61
начальной проницаемости возрастает интенсивность процесса фильтрации
воды, давление воды в подрабатываемом обводненном пропластке начинает
падать, вода перемещается из областей с более высоким давлением в область,
где давление минимально – в выработку.
На участке, который находится вне зоны влияния тектонического наруше-
ния, начальная проницаемость равна нулю. Однако выработка проводится в
непосредственной близости к водонасыщеному пропластку, из-за чего моно-
литность естественного породного перекрытия нарушается, через трещины
происходит небольшая фильтрация воды в выработку (рис. 5а).
На участке L1 изменений практически нет, начальная проницаемость прак-
тически не влияет на водоприток в выработку, начальная проницаемость
ktect = 0,01 мДа является несущественной (рис. 5б).
На участке L2 в кровле выработки с рамной крепью активно происходит
процесс фильтрации воды при начальной проницаемости ktect = 0,1 мДа
(рис. 5в). Можно увидеть, что давление в водонасыщеном пропластке падает, то
есть вода перемещается в выработку, так как там давление минимально.
а) ktect = 0; б) ktect = 0,01; в) ktect = 0,1
Рисунок 5. Распределение значений давления воды, выработка с рамной крепью
Рассмотрим выработку, закрепленную с помощью анкерной крепи.
Создание анкерно-породной конструкции, которую формируют за счет
пространственного расположения сталевополимерних анкеров, предостав-
ляет возможность управлять уровнем монолитности, а значит и проницаемо-
сти горных пород вокруг выработки в различных гидрогеологических усло-
виях.
Физико-технические проблемы горного производства 2019, вып. 21
62
В результате сокращения области фильтрации и существенного снижения
значений коэффициентов проницаемости приконтурных пород при использо-
вании анкерной крепи давление воды в подрабатываемом пропластке практи-
чески не изменяется при начальной проницаемости ktect = 0 и ktect = 0,01 мДа
(рис. 6а-б). В сравнении с рамной крепью (рис. 5а-б) практически отсутствует
переток воды из водонасыщенного пропластка в выработку. При начальной
проницаемости ktect = 0,1 мДа вода начинает перетекать в выработку, но за-
метно слабее в сравнении с выработкой, закрепленной рамной крепью
(рис. 6в). В целом процесс фильтрации носит слабо выраженный характер,
водоприток в выработку будет незначительным.
а) ktect = 0; б) ktect t = 0,01; в) ktect = 0,1
Рисунок 6. Распределение значений давления воды, выработка с анкерной
крепью
Сравним значения водопритока в выработку на различных участках влия-
ния геологического нарушения, в зависимости от значений начальной прони-
цаемости (рис. 7). На рисунке видно, что анкерная крепь снижает водоприток
практически в два раза по сравнению с выработкой, закрепленной анкерной
крепью.
Физико-технические проблемы горного производства 2019, вып. 21
63
5. ВЫВОДЫ
Исследовано и изучено влияние различных значений начальной проницае-
мости на водоприток в горные выработки в зоне влияния тектонического
нарушения и за ее пределами. Показано, что возрастание значений начальной
проницаемости значительно усложняет гидрогеологические условия, водо-
приток в выработку из водонасыщеного угольного пропластка над кровлей
выработки возрастает, однако анкерная крепь снижает пагубный эффект ис-
следуемого негативного фактора. Водоприток в выработку на различных
участках вблизи тектонического нарушения и за его пределами с анкерной
крепью в два раза меньше в сравнении с рамной крепью.
Рисунок. 7. Сравнение водопритока в выработку в зависимости от значений
начальной проницаемости
Применение анкерной крепи позволяет максимально сохранить монолит-
ность нетронутого массива, предотвращает развитие процесса трещинообра-
зования в зоне влияния выработки. Значительное сокращение размеров обла-
сти фильтрации и снижение проницаемости внутри нее приводит к снижению
интенсивности фильтрационного движения жидкости и предупреждению или
снижению водопритока в горные выработки с анкерной крепью из располо-
женных выше обводненных пород в горную выработку даже вблизи тектони-
ческого нарушения.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Картозия, Б. А., & Корчак, А. В. (1996). Классификация и критерии
оценки сложных горно-геологических условий при строительстве подземных
сооружений. Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-
технический журнал), (1), 15-23.
Физико-технические проблемы горного производства 2019, вып. 21
64
2. Пургина Д. В. (2018). Изменение гидродинамических условий при
освоении угольных месторождений на примере Никитинского месторожде-
ния (Kузбасс). Дисс. к-та геолого-минералогических наук. Томск: ТулГТУ.
3. Круковский А. П., & Круковская, В.В. (2017). Технология анкерного
крепления горной выработки при переходе геологического нарушения. Гео-
техническая механика, (132), 17-26.
4. Маскет М. (2004). Течение однородных жидкостей в пористой среде.
М.-Ижевск: ИКИ.
5. Аликин, В.Н., Литвин, И.Е., Щербаков, С.М., & Бородавкин, В.П.
(1992). Метод конечных элементов в задачах газонефтепромысловой меха-
ники. М.: Недра.
6. Круковская, В.В. (2015). Моделирование связанных процессов, про-
исходящих в углепородном массиве при ведении горных работ. Геотехниче-
ская механика, (121), 48-99.
7. Круковська, В.П., Круковський, О.П., & Виноградов, Ю.О. (2017).
Спосіб дослідження стану обводненого гірського масиву навколо гірничої ви-
робки. Патент №114572, Україна.
8. Zienkiewicz, O.C. (2000). The finite element method. Butterworth-Heine-
mann, Т. 1, 690 p.
REFERENCES
1. Kartoziya, B. A., & Korchak, A. V. (1996). Klassifikatsiya i kriterii otsenki
slozhnykh gorno-geologicheskikh usloviy pri stroitel'stve podzemnykh sooruzheniy.
Gornyy informatsionno-analiticheskiy byulleten' (nauchno-tekhnicheskiy zhurnal), (1),
15-23.
2. Purgina, D. V. (2018). Izmenenie gidrodinamicheskikh uslovij pri osvoenii
ugol`ny`kh mestorozhdenij na primere Nikitinskogo mestorozhdeniya (Kuzbass). PhD. Sc.
Tomsk: TulGTU.
3. Krukovskiy, A.P., & Krukovskaya, V.V. (2017). Tekhnologiya ankernogo
krepleniya gornoy vyrabotki pri perekhode geologicheskogo narusheniya. Geotekhnich-
eskaya mekhanika, (132), 17-26.
4. Alikin, V.N., Litvin, I.E., Scherbakov, S.M., & Borodavkin, V.P. (1992). The fi-
nite element method in the problems of gas-petroleum field mechanics. Moskva: Nedra.
5. Masket, M. (2004). Flow of homogeneous fluids in a porous medium. Moskva-
Izhevsk: IKI.
6. Krukovska, V.V. (2015) Simulation of coupled processes that occur in coal-rock
massif during mining operations, Geotekhnicheskaya mekhanika, (121), 48-99.
7. Krukovskaja, V.V., Krukovskyj, A.P., & Vynogradov, Yu.A. (2017). Sposib
doslidzhennja stanu obvodnenogo girs'kogo masyvu navkolo girnychoi' vyrobky. Patent
No. 114572, Ukraine.
8. Zienkiewicz, O.C. (2000). The finite element method. Butterworth-Heinemann,
Т. 1, 690 p.
Физико-технические проблемы горного производства 2019, вып. 21
65
ABSTRACT (IN UKRAINIAN)
Мета. Метою роботи є вивчення впливу виду застосованого кріплення на во-
доприплив в гірничу виробку, що проводиться в складних гідрогеологічних
умовах переходу тектонічного порушення.
Методика. При вирішенні задачі про фільтрацію води в деформованому ма-
сиві використовувався розроблений раніше автором метод вивчення стану
шаруватого породного масиву з гірничою виробкою при наявності в її околі
обводнених шарів, а також метод скінченних елементів.
Результати. Наведено результати розрахунків проникності приконтурних по-
рід і тиску води на різних ділянках проведення гірничої виробки, яка перети-
нає геологічне порушення: за межами впливу геологічного порушення на де-
якій відстані і поблизу геологічного порушення. Показано, що застосування
анкерного кріплення перешкоджає розвитку процесу утворення тріщин в по-
крівлі виробки, зберігає породи в природному стані. Створення анкерно-по-
родної конструкції, яку формують за рахунок просторового розташування
сталевополімерних анкерів, надає можливість керувати рівнем монолітності,
а значить і проникності, гірських порід навколо виробки в різних гідрогеоло-
гічних умовах. Як наслідок, стримується процес фільтрації води з водоносних
породних шарах, що запобігає або значно знижує водоприпливи в гірничу ви-
робку. Показано і обґрунтовано ефективність застосування анкерного кріп-
лення при проведенні виробки поблизу тектонічного порушення.
Наукова новизна. Вперше виконано моделювання водоприпливів в гірничу
виробку в зоні впливу тектонічного порушення, при різних видах кріплення
виробки, обґрунтовано застосування анкерного кріплення в складних гідро-
геологічних умовах.
Практична значимість. Використання анкерного кріплення ефективно пере-
шкоджає водоприпливам в виробку, розташовану навіть в порушених водоп-
роникних породах поблизу тектонічного порушення.
Ключові слова: водоприплив в виробку, проникність порід, фільтрація води,
чисельне моделювання
ABSTRACT (IN RUSSIAN)
Цель. Целью работы является изучение влияния вида применяемой крепи на
водоприток в горную выработку, проводимую в сложных гидрогеологиче-
ских условиях перехода тектонического нарушения.
Методика. При решении задачи о фильтрации воды в деформируемом мас-
сиве использовался разработанный ранее автором способ исследования со-
стояния слоистого породного массива с горной выработкой при наличии в ее
окрестности обводненных слоев, а также метод конечных элементов.
Результаты. Приведены результаты расчетов проницаемости приконтурных
пород и давления воды на разных участках проведения горной выработки, ко-
торая пересекает геологическое нарушение: за пределами влияния геологиче-
ского нарушения на некотором расстоянии и вблизи геологического наруше-
ния. Показано, что применение анкерной крепи препятствует развитию про-
Физико-технические проблемы горного производства 2019, вып. 21
66
цесса трещинообразования в кровле выработки, сохраняет породы в природ-
ном состоянии. Создание анкерно-породной конструкции, которую форми-
руют за счет пространственного расположения сталеполимерных анкеров,
предоставляет возможность управлять уровнем монолитности, а значит и
проницаемости, горных пород вокруг выработки в различных гидрогеологи-
ческих условиях. Как следствие, сдерживается процесс фильтрации воды из
водоносных породных слоев, что предотвращает или значительно снижает
водопритоки в горную выработку. Показана и обоснована эффективность
применения анкерной крепи при прохождении выработки вблизи тектониче-
ского нарушения.
Научная новизна. Впервые выполнено моделирование водопритоков в гор-
ную выработку в зоне влияния тектонического нарушения, при различных ви-
дах крепления выработки, обосновано применение анкерного крепления в
сложных гидрогеологических условиях.
Практическая значимость. Использование анкерной крепи эффективно
препятствует водопритоку в выработку, расположенную даже в нарушенных
водопроницаемых породах вблизи тектонического нарушения.
Ключевые слова: водоприток в выработку, проницаемость пород, фильтра-
ция воды, численное моделирование
ABOUT AUTHORS
Vynohradov Yurii, Candidate of Technical Science, Junior Researcher, Institute for
Physics of the Mining Processes of National Academy of Sciences of Ukraine, 2A Simfe-
ropolskaya Street, Dnipro, Ukraine, 49600. E-mail: my_pochta_1r@ukr.net
|