Обґрунтування параметрів захисних та ємнісних властивостей гірничого масиву відроблених родовищ корисних копалин - Автореферат

Мета роботи полягає в дослідженні фізичних і гідрогеохімічних закономірностей формування захисних і ємнісних параметрів гірничого масиву після відробки вугільних і рудних родовищ для їх подальшого геотехнологічного використання. Створити математичну модель, що відображає механізм і закономірності формування захисних властивостей гірничого масиву, який вміщує ядерні відходи. Ідея роботи полягає в розкритті механізму формування фізико-хімічних і ємнісних властивостей гірничого масиву при визначенні технологічних параметрів збереження ядерних продуктів і управлінні гідрогеохімічною обстановкою шахтних полів. Для досягнення мети і вирішення задач, поставлених у дисертаційній роботі, виконаний комплекс теоретичних та експериментальних досліджень, серед яких аналіз науково-практичних розробок щодо досліджень та використання ресурсів гірничого масиву, кількісна і якісна оцінка обєкта розміщення ядерних речовин у глибоких горизонтах шахт як аналога містилища ядерних відходів; математичне моделювання гідродинамічних і геомеханічних процесів, що відображають механізм і закономірності формування захисних властивостей гірничого масиву, який вміщує ядерні відходи; моделювання міграційних процесів, що супроводжують затоплення породного масиву; використання натурних та експериментальних даних ресурсних складових гірничого масиву та ядерно-фізичних іспитів. Багатошаровий гірничий масив вугільних шахт Центрального району Донбасу на глибинах більш 900 м містить потенційний ресурс протирадиаційних захисних властивостей в умовах зміни градієнтів фільтраційних течій та визначається локалізацією міграції найбільш активного радіонукліду у період, що перевищує період напіврозпаду, а також відповідає зоні уповільненого водообміну при його затопленні, що дозволяє закривати шахти і використовувати їх для збереження радіоактивних речовин.Розглядаючи відроблені підземні обєми як потенційний обєкт для повторного використання та можливість регулювання ємнісними ресурсами підземних вод з метою зменшення гідрогеохімічного навантаження та підвищення технічної безпеки ведення гірничих робіт, слід відзначити важливість вивчення процесів, що супроводжують стадію консервації гірничих виробок. Так, встановлений механізм формування рівневої поверхні при затопленні шахт Донбасу на 60% визначається процесами пружного насичення, що дозволяє оцінювати ємнісні ресурси масиву після відробки родовищ корисних копалин та регулювати рівневі режими (А.М. Сажнєва та ін. досліджуються геотехнічні властивості гірничих масивів щодо раціонального згортання гірничих робіт та конструктивних рішень використання підземного простору. Якісний та кількісний аналіз складу радіонуклідів на поверхні порожнини і тріщинуватої зони показує, що загальна залишкова активність обєкту не перевищує 60 кюрі, а найбільш активними компонентами радіаційної небезпеки є цезій і стронцій. З метою дослідження геомеханічного стану породного масиву навколо обєкту радіаційної небезпеки створена чисельна кінцево-елементна модель, що відображає напружено-деформований стан масиву гірничих порід в осушеному і затопленому режимах з урахуванням швидкості затоплення.Дисертація є завершеною науково-дослідною роботою, в якій вирішена актуальна наукова і прикладна задача обґрунтування параметрів гірничого масиву на основі розкриття механізму формування його фізико-хімічних захисних і ємнісних властивостей після відробки родовищ корисних копалин, що дозволяє визначати технологічні параметри зберігання ядерних продуктів і управляти гідрогеохімічним режимом та фільтраційним навантаженням суміжних шахт і карєрів. Вперше глибокі горизонти шахт Центрального району Донбасу, де перешаровуються аргіліти, алевроліти, піщаники та вугілля, досліджені як гірничий масив, що після відробки запасів вугілля містить потенційний ресурс захисних властивостей для обєктів радіаційного збереження. Кінцево-елементна геомеханічна модель гірничого масиву навколо порожнини ядерного вибуху відображає напружено-деформований стан в осушеному і затопленому режимах з урахуванням швидкості затоплення. Фільтраційна течія за найкоротшою відстанню між обєктом радіаційної небезпеки і гірничими виробками відтворює міграційну траєкторію у вигляді аналітичної експоненціальної залежності інтенсивності надходження радіонуклідів з урахуванням констант розпаду і напіввиділення, а також врахуванням сорбції піщаників згідно величини ефективної пористості. Регуляторами процесу формування фільтраційних навантажень на борти карєру і гідрогеохімічного фону в системі «затоплений гірничий масив - карєр - природна регіональна дрена» є обєми ставків-накопичувачів, системи нагорного водовідводу, положення фронту гірничих робіт у карєрі, що у підсумку визначає техніко-економічну ефективність використання ресурсів гірничого масиву.

Основний зміст роботи