Изучение геомеханических и геофильтрационных процессов в подработанных обводненных горных массивах. Оценка особенностей формирования критических областей подработанных обводненных массивов

В рамках реструктуризации угольной промышленности Донбасса осуществляется остановка работы подземных водоотливных комплексов ликвидируемых шахт с переходом на управление гидродинамическим режимом с помощью погружных насосов, предполагающая частичное или полное затопление выработанного пространства. Затопление выработанного пространства приводит к водонасыщению и обводнению нарушенных массивов и изменению физико-механических свойств вмещающих горных пород. Это неизбежно влечет за собой активизацию негативных геомеханических и гидрогеологических процессов, проявляющихся в виде сдвижения земной поверхности, миграции вредных загрязняющих веществ, подтопления территорий и самоизлива шахтных вод, возникновения сейсмической активности, угрозы смежным действующим горнодобывающим предприятиям. При этом ключевым вопросом устойчивости и безопасной эксплуатации горных массивов является изучение и оценка особенностей геомеханических и геофильтрационных процессов, возникающих при обводнении подработанного горного массива. Целью данного этапа работы является выявление и оценка особенностей формирования критических областей подработанных массивов горных пород в условиях обводнения (или инверсии техногенного режима подземных вод). Метод исследования – комплексный, включающий анализ литературных источников и горно-геологической информации, статистическую обработку экспериментальных данных, аналитические методы механики и математического моделирования. При выполнении работы проведены экспериментальные и модельные исследования по изучению влияния обводнения на формирование критических областей в подработанном горном массиве. А именно, разработана гидродинамическая модель фильтрации и процессов водонасыщения в подработанных горных массивах, позволяющая прогнозировать изменения техногенного режима подземных вод в гетерогенных средах с учетом различия течений в крупных трещинах и внутри пористых блоков; предложен методический подход к оценке сорбционно-кинетических свойств вмещающих массив горных пород и проведены натурные наблюдения за процессом водонасыщения образцов различных типов горных пород; предложен новых подход к оценке пустотности подработанного массива горных пород в различных горно-геологических условиях; обоснован механизм провалообразования над старыми горными выработками неглубокого заложения и предложены геомеханические модели для изучения напряженно-деформированного состояния горного массива; на основании собранной горно-графической и горнотехнической информации разработана структура базы данных геоинформационной системы провалоопасных зон районов г. Донецка и реализован базовый проект ГИС. Результаты работы отражены в 14 научных публикациях. Сделано семь докладов на четырех конференциях.