Исследование устойчивости и трансформации напряженно-деформированного состояния обводненных массивов горных пород. Оценка экологических последствий обводнения на приповерхностную зону многократно подработанных массивов

Идея исследования заключается в том, что деформирование обводненного породного массива при подземной разработке месторождений следует рассматривать как интегральный процесс, включающий две составляющие – деформирование под действием извлечения полезного ископаемого, и деформирование системы "обводненный массив – горная выработка" вследствие изменения как физико-механических характеристик массива, так и параметров горных выработок подверженных влиянию затопления. В сочетании с построением многоуровневых моделей напряженно-деформированного состояния, которое возникает в обводненных массивах вокруг горной выработки в процессе разрушения, совместно с учетом конкретных особенностей горных пород при обводнении (крепость и деформационные характеристики, степень нарушенности, фильтрационные свойства и т.п.) это позволит получить строгие геомеханические критерии устойчивости обводненных массивов. Метод исследования – комплексный, состоящий из экспериментальных и аналитических составляющих, а именно разработку математических моделей напряженно-деформированного состояния обводненного массива горных пород; организация и проведение инструментальных наблюдений за сдвижением и деформированием горных выработок и земной поверхности под воздействием геомеханических процессов при увеличении водопритоков. Существующие методы прогноза деформаций земной поверхности от активизации процесса сдвижения при затоплении выработанного пространства не подразумевают появление отрицательных оседаний (соответствующих поднятию земной поверхности). Однако на практике поднятия неоднократно зафиксированы по результатам фактических инструментальных наблюдений. Данное обстоятельство свидетельствует о несовершенстве применяемой методики расчета параметров сдвижения и требует изучения активизации процесса сдвижения и деформаций при затоплении. Получение достоверных прогнозных данных о параметрах сдвижения массива горных пород и земной поверхности в условиях многократно подработанного и длительно обводненного массива является актуальной научно-технической задачей. Повышение достоверности прогноза деформаций земной поверхности необходимо для оптимизации затрат на определение конструктивных мер защиты строящихся и восстанавливаемых объектов. В процессе выполнения работы проведены экспериментальные и модельные исследования по изучению деформирования обводненных массивов; разработана аналитическая модель формирования и трансформации напряженного состояния обводненного массива горных пород при отработке свиты пластов; определены характеристики и параметры геомеханических процессов, протекающих в обводненных горных массивах; выполнена оценка степени опасности участков земной поверхности по выделению рудничных газов при затоплении; разработана модель образования техногенных коллекторов в затопленном горном массиве, доступных для фильтрации синтетических смол; разработана модель деформирования приповерхностной зоны сдвижения массива горных пород в условиях обводнения; определены оптимальные параметры гидроизоляции горных объектов и объектов поверхностной инфраструктуры. Результаты проведенных исследований в 2024 году опубликованы в 30 научных статьях и доложены на 6 конференциях (сделано 16 докладов).