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

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. Задачі, вирішені в дисертаційній роботі, зводяться до наступного: Обґрунтувати концепцію прогнозування різномасштабних багатофакторних фізико-хімічних процесів у геотехнічних системах гірничопромислових регіонів з урахуванням неповноти і невизначеності вихідних даних. 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 гідрогазодинаміки та масопереносу, методи теорії імовірності, математичне моделювання, факторно-діапазонний аналіз, інженерний аналіз природно-технічних обєктів та пропонованих технологічних рішень. Гідродинамічний режим шахтного поля формується детермінованою нерівномірністю перетоків через слабопроникні шари в період проведення розкривних виробок до глибин 600-800 м, а на етапі відпрацювання круто спадаючих пластів - розподіленими параметрами розкриття, орієнтації та густоти тріщин з досягненням швидкостей водної міграції в них до 700 м/добу, що дозволяє оцінити розміри зон міграції в порушеному масиві навколо хімічно небезпечних обєктів та регулювати режим їх знешкодження.Процеси, що представлені на схемі, не обмежені відокремленим шахтним полем і формують геотехнічну систему більшого масштабу завдяки: 1) гідравлічним звязкам між сусідніми шахтами, фільтрації через зони підвищеної проникності в ціликах; 2) водній міграції важких металів, хімічно токсичних органічних сполук, радіонуклідів до глибоких горизонтів з утворенням однорідних зон на суміжних шахтах; 3) повітряній міграції та осадженню твердих часток і газів на поверхні землі з накладанням протяжних зон впливу окремих підприємств; 4) технологічними та транспортними звязками між окремими шахтами. Фізико-хімічний стан геотехнічних систем в гірничопромислових регіонах визначається, в першу чергу, їх динамічними змінами в ході відпрацювання запасів та закриття шахт, які характеризуються гідрогазодинамічними та міграційними процесами, що формують умови ведення гірничих робіт, проживання населення та функціонування біосфери. Підвищення ефективності засобів управління станом геотехнічних систем може бути забезпечено шляхом розробки та практичного використання адекватних моделей гідрогазодинамічних та міграційних процесів під час технічного впливу на масив, адаптованих до неповноти вихідних даних, оптимізацією їх параметрів моделюванням. Перший напрямок стосується прийняття технічних рішень в умовах нестачі інформації та обмежень обєктивного характеру відносно цілеспрямованого впливу на масив, наприклад, контролювання рівня шахтних вод і газопотоку на поверхню під час затоплення, що потребує визначення потужності водовідливу на гідравлічно повязаних шахтних полях та місць дегазації вуглепорідного масиву. Зміна рівня шахтних вод на етапі затоплення визначається на основі параметру площі вільної горизонтальної поверхні води у виробках Sh: ,(2) де Hs - рівень шахтних вод, Qw,S - сумарний водоприток до виробок, Dt - проміжок часу, , Vw - доля обєму порожнин в шарі товщиною Dz.Валявко “Північна” при проведенні виробок на горизонті 213 м в моделі додатково враховується надходження води горизонтальних виробок та зон завалення. Оцінена динаміка водопритоков під час проведення підготовчих виробок погоджується з фактичними даними протягом більшої частини періоду епігнозу з похибкою 3-15% при адекватному врахуванні обсягів ведення робіт і структури масиву. В результаті розвязання зворотних задач встановлено, що фактичній динаміці водопритоков і підйому рівня води при затопленні шахти “Центральна” ІНГОКУ відповідають результати розрахунку, що враховують зниження обєму порожнин у верхніх шарах підробленого масиву на 20% порівняно з обємами вийнятих при відпрацюванні порід. Спочатку на основі розподілених параметрів тріщинуватості та одновимірного рівняння масопереносу розраховується концентрація Свих сполук у воді, що надходить з тріщин до виробок На другому етапі розраховується концентрація речовин у водозбірнику за рахунок їхнього надходження з усіх виробок, причому Свих використовується як початкова умова в розвязанні рівняння міграції у відкритій течії на ґрунті виробок.Розроблена методика обґрунтування параметрів шахтного водовідливу адаптована до умов нестачі інформації щодо ступеня гідравлічної досконалості збійок і враховує динаміку рівня шахтних вод та суфозійні процеси в перешкодах, створених завалами порід. градіент напору, що визначається перепадом рівнів води на переш

1. Основний зміст роботи