Обґрунтування фізико-хімічних параметрів стану і управління геотехнічними системами в гірничопромислових регіонах - Автореферат

Сучасний стан гірничопромислових регіонів вимагає системного підходу в управлінні параметрами гідро-газодинамічного режиму, які впливають на умови ведення гірничих робіт, проживання населення і стан біосфери. Ефективність управління визначається вірогідністю прогнозування показників фізико-хімічного стану геотехнічних систем, що відображають процес ведення та згортання гірничих робіт і проведення заходів стабілізації та відновлення елементів порушеного масиву. Мета дисертаційної роботи полягає в обґрунтуванні динамічних моделей фізико-хімічних процесів в елементах геотехнічних систем гірничопромислових регіонів для визначення технічних рішень щодо управління їх станом. Для досягнення мети і вирішення поставлених задач використаний комплексний метод, що включає аналіз теоретичних досліджень геотехнічних систем та їх співставлення з результатами моніторингу в гірничопромислових регіонах, аналітичні і чисельні методи розвязання рівнянь гідро-газодинаміки та масопереносу, методи теорії імовірності, математичне моделювання, факторно-діапазонний аналіз, інженерний аналіз природно-технічних обєктів та пропонованих технологічних рішень. Динаміка емісії метану з вуглепорідного масиву визначається домінантним впливом гідродинамічних чинників і газовиділенням при відпрацюванні шахтного поля, а затоплення виробок супроводжується короткочасним збільшенням тиску рудникової атмосфери в ізольованих порожнинах до 1.5 МПА, що визначає першочерговість регулювання параметрів гідро-газодинамічного режиму в період закриття шахт;Підвищення ефективності засобів управління станом геотехнічних систем може бути забезпечено шляхом розробки та практичного використання адекватних моделей гідро-газодинамічних та міграційних процесів під час технічного впливу на масив, адаптованих до неповноти вихідних даних, оптимізацією їх параметрів моделюванням. Зміна рівня шахтних вод на етапі затоплення визначається на основі параметру площі вільної горизонтальної поверхні води у виробках Sh: Апробація моделі в гірничотехнічних і гідрогеологічних умовах, типових для Центрального району Донбасу, дозволила встановити динаміку формування депресії в зонах відпрацювання запасів вугілля до глибин 600-800 м. зі стабілізацією середнього водопритоку, та підйому рівня підземних вод після відключення водовідливу. Згідно з розподілом тріщин за розмірами швидкість течії vj в різних системах тріщин визначається на основі емпірично обґрунтованих формул гідравлічного потоку в щілинах різного розміру: Побудова тріщин при моделюванні та визначенні місць їх виходу на поверхню до джерел інфільтрації виконується за допомогою випадкових функцій відповідно до розташування виробок. Зміни фізико-хімічного стану підробленого масиву внаслідок технологічного переміщення порід на поверхню та порушення гідродинамічного режиму описуються комплексом моделей міграції у ланцюгу елементів геотехнічної системи “шахтні породи на поверхні - зона аерації - водоносний горизонт - поверхневі водотоки (водойми)”. Розроблені моделі ґрунтуються на виконаних в дисертації аналітичних розвязаннях рівняння масо переносу: Реалізація алгоритмів моделювання забезпечує адекватне вихідним даним комплексне врахування в єдиній моделі динаміки вилуговування та розчинення з відвалів порід і хвостосховищ на поверхні, міграцію в зону аерації, просторову зміну гідрохімічних параметрів шляхом їх осереднення уздовж стрічок току фільтрації, масообмін між сусідніми горизонтами в умовах різнонаправленої фільтрації в них.Дисертація є завершеною науково-дослідною роботою, в якій вирішена науково-практична проблема обґрунтування параметрів фізико-хімічного стану та управління геотехнічними системами (ГТС) гірничопромислових регіонів шляхом розробки та застосування математичних моделей гідро-газодинамічних та гідрохімічних процесів у порушеному масиві, що визначає раціональні діапазони і інженерні схеми технічного впливу на динамічно змінювані елементи у складових ГТС: 1. Розроблена концепція моделювання гідро-газодинамічних та міграційних процесів на шахтних полях, що базується на зєднанні аналітичних, чисельних та стохастичних моделей різного масштабу, адаптованих до неповноти та недостатньої точності вихідних даних на реальних обєктах, що дозволяє кількісно оцінювати вплив детермінованих та випадкових чинників; З використанням розробленої чисельної гідродинамічної моделі шахтного поля та її аналітичної деталізації враховані шарувата неоднорідність та нерівномірність водопритоков у залежності від обєму виробленого простору, встановлена інтенсивність зменшення шахтного водопритоку у 5-7 разів при заглибленні виробок до 600-800 м., що підтверджується зіставленням з даними моніторингу в Центральному районі Донбасу; Стохастична модель фільтрації в порушеному масиві, що відображує його неоднорідність розподіленими параметрами тріщинуватості, вперше використана для оцінювання характеристик міграції навколо хімічно та радіоактивно небезпечних обєктів у межах гірничих відводів на полях шахт Центрального району Донбасу. Розр

. ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ