Гидрогеомеханические процессы в водонасыщенных рыхлых отложениях при ведении подземных работ на угольных месторождениях: На примере освоения новых месторождений Подмосковного буроугольного бассейна тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.15.11, кандидат технических наук Панчуков, Николай Павлович

• Панчуков, Николай Павлович
• кандидат технических наук
• 1999

Оглавление диссертации кандидат технических наук Панчуков, Николай Павлович

вод

3.4. Эксперимент по изучению гидрогеомеханических процессов при ведении очистных работ в лаве 301

3.5. ВЫВОДЫ

4. РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ ЧИСЛЕННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ГИДРОГЕОМЕХАНИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

4.1.Схематизация гидрогеомеханических условий ведения очистных работ на шахтах Подмосковного буроугольного бассейна

4.2. Изучение на численных моделях гидрогеомеханических процессов

4.3 Результаты изучения гидрогеомеханических процессов на численных моделях

5. ГИДРОГЕОМЕХАНИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ИНЖЕНЕРНЫХ МЕРОПРИЯТИЙ ПО ОБЕСПЕЧЕНИЮ ЭФФЕКТИВНЫХ И БЕЗОПАСНЫХ УСЛОВИЙ ПОДЗЕМНЫХ РАЗРАБОТОК

5.1. Особенности формирования прорывоопасных условий при ведении очистных работ на новых шахтах Подмосковного угольного бассейна

5.2. Использование восстающих скважин при осушении та-русско-окских известняков

5.3. Влияние технологических параметров ведения очистных работ на возникновение прорывоопасных условий

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

ЛИТЕРАТУРА

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Гидрогеомеханические процессы в водонасыщенных рыхлых отложениях при ведении подземных работ на угольных месторождениях: На примере освоения новых месторождений Подмосковного буроугольного бассейна»

ВВЕДЕНИЕ.

Уголь является важным сырьём для получения электроэнергии. Наряду с этим увеличивается использования бурого угля как сырья для химической промышленности [1].

В последние годы в топливно-энергетическом балансе нашей страны роль твёрдого топлива значительно уменьшилась, и эта тенденция, возможно, сохранится на перспективу. Вместе с тем необходимо отметить что рост объёмов добычи углей связан с уменьшением его себестоимости. Одним из факторов ведущих к удорожанию угля являются простои и потери при ведении горных работ в сложных горногеологических условиях.

В горнодобывающих странах мира накоплен большой научный и технический потенциал в борьбе с осложняющими факторами ведения горных работ, которые не только вызывают резкое удорожание каждой тонны полезного ископаемого, но иногда делают его добычу невозможной. Разработка качественных и количественных планов развития горных работ ведётся с учётом геологической, гидрогеологической и геомеханической обстановки месторождений. Выявление и построение на планах горных работ зон повышенного горного давления, зон опасных по прорывам воды и др.

Решая задачи повышения эффективности добычи угля при постоянном улучшении условий и безопасности труда, повышения извлечения запасов и уменьшения вредного влияния горных работ на окружающую среду, необходимо понимание физических процессов и явлений в углевмещающем массиве.

Напряженное состояние водонасыщенных массивов углевмещающих пород существенно зависит от гидростатического взвешивания и гидродинамического давления. При изменении соотношения этих силовых факторов получает развитие гидрогеомеханический процесс, который сопровождается изменением напряжений и деформациями обводненных породных массивов [2,3,4,5,6]. При строительстве и эксплуатации шахт совместное проявление

геомеханических и гидродинамических процессов зачастую приводят к деформациям крепи подземных горных выработок, прорывам в них воды и во-донасыщенных рыхлых отложений и другим осложняющим факторам [7].

Исследование гидрогеомеханических процессов, происходящих в горном массиве в результате проведения горных выработок в типичных горногеологических условиях, позволяет установить основные закономерности деформации водонасыщенных пород. Зависимость этих процессов от совокупности влияющих естественных и технологических факторов.

Общей гипотезы сдвижения массива позволяющей прогнозировать характер деформирования пород и оценивать приток воды в горные выработки при подработке водоносных горизонтов, в настоящее время нет. Однако накоплен богатый опыт исследований при решении различных вопросов в горнорудной практике, позволяющих оценить деформацию массива применительно к разработке месторождений под водоносными горизонтами [8].

Значительный вклад в изучение процессов сдвижения пород внесли С.Г.Авершин, И.М.Бахурин, В.Н.Земисов, Д.А.Казаковский, С.П.Колбенков,

A.Н.Медянцев, Д.Н.Оглоблин, И.А.Петухов, Н.Ф.Шалагинов и другие исследователи, рассматривавшие геомеханический процесс главным образом с позиций его геометризации. Исследованию процесса сдвижения массива с позиций механики горных пород посвящены работы А.А.Борисова,

B.Д.Слесарева, В.И.Борщ-Компаниеца, Ж.М.Канлыбаева, И.А.Турчанинова, Г.Н.Фисенко. Изучению изменения фильтрационных свойств массивов при их подработке посвящены работы, Н.Н.Коцнельсона, Б.Я.Гвирцмана, Е.В.Бошенятова, И.В.Хохлова, Ю.П.Шокина и других исследователей.

Механизм развития гидростатических давлений в подрабатываемом массиве песчано-глинистых пород рассмотрен в работах Ф.П.Стрельского.

Большой вклад в решение вопроса безопасной работы под водоносными горизонтами для особо сложных гидрогеологических условий Подмосковного буроугольного бассейна внесли П.Г.Лабазкин, В.С.Момчилов, В.А.Потапенко, Н.В.Подъёмщиков. Руководители геологических служб

угольных предприятий Минов М.А., Синиченко Н.И., Бордаков И.Д., Виноградов В.Г. Бурашников В.Н. и другие.

Вместе с тем, до настоящего времени закономерности деформирования массивов водонасыщенных горных пород недостаточно детально исследованы, в частности, недостаточно изучена связь трещиноватости и фильтрационных характеристик подрабатываемого массива. В работах Б.Я.Гвирцмана, В.Н.Земисова, Н.Н.Коцнельсона, Н.Н.Шалагинова, Ю.П.Шокина, И.В.Хохлова и ряда других, направленных на оценку безопасной глубины подработки водоносных горизонтов, исследования были направлены в основном к изучению характера и величины зоны развития трещиноватости в подрабатываемом массиве для исключения аварийных прорывов поверхностных и шахтных вод в горные выработки. Однако до настоящего времени вопрос определения безопасного напора в подрабатываемых песчано-глинистых толщах остаётся дискуссионным.

Задачей проведенных исследований являлось определение качественной и количественной оценки основных факторов и процессов, влияющих на формирование прорывоопасных условий в подрабатываемых водоносных горизонтах. Оценка влияния слоистого строения отложений разделяющих горную выработку от водоносного горизонта на защитные свойства этой толщи. На основании натурных наблюдений за сдвижением земной поверхности и деформациями отдельных слоев, за изменением гидродинамического режима и проницаемости водоносных горизонтов при их подработке предлагается качественные и количественные оценки прогноза формирования прорывоопасных условий на подготавливаемых к отработке участках шахтного поля.

Моделирование [9] напряженного состояния водонасыщенного слоистого массива позволило получить положение зон повышенного порового давления в слоистом углевмещающем массиве и зависимость возникновения зон повышенного порового давления от скорости развития горных работ.

Изучение и прогноз гидродинамических и геомеханических процессов, развивающихся в подрабатываемом водонасыщенном неоднородном массиве является актуальной проблемой. Эта проблема должна решаться на основе единого гидрогеомеханического подхода, который должен обеспечивать схематизацию напряженно-деформированного состояния подрабатываемых массивов с учётом горно-технологических факторов, физико-механических и фильтрационных свойств песчано-глинистых отложений, структурных особенностей массива.

Идеи и принципы гидрогеомеханического подхода к анализу состояния водонасыщенных массивов горных пород реализовались многими учеными и специалистами- практиками при решении различных прикладных задач горного дела, гидротехнического, гражданского строительства и других областей производственной деятельности в пределах геологической среды. Теоретическая и методическая база гидрогеомеханического подхода, как научного направления, была сформулирована в монографии В.А.Мироненко и В.М.Шестакова "Основы гидрогеомеханики" (М. Недра, 1974).

1. ИЗУЧЕННОСТЬ ГИДРОГЕОМЕХАНИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ПРИ ПОДЗЕМНОЙ РАЗРАБОТКЕ БУРОУГОЛЬНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ.

1.1. Состояние изученности гидрогеомеханических процессов.

При решении вопроса о безопасных условиях ведения подземных горных работ на обводненных месторождениях гидрогеологи сталкиваются с необходимостью изучения массивов горных пород и содержащихся в них подземных водах в неразрывной связи. Как отмечает М. В. Сыроватко [10] формирование водопритоков к участкам горных выработок при различных системах разработки зависит в первую очередь от характера деформаций пород, возникающих над очистным пространством. С. Г. Авершин [11,12] показывает, что приток может возрасти не только в случае открытых трещин, но и в областях растяжения без разрыва сплошности, где повышается пористость и изменяются фильтрационные свойства пород. 3. И. Поляк [13] на основании обобщения случаев подработки в Подмосковном угольном бассейне делает вывод, что прорывы происходили в тех случаях, когда водоем оказывался в зоне обрушения. И. А. Бабокиным [14,15] проведен анализ условий прорывов обводненных песков в горные выработки в Подмосковном бассейне. В работе [16] изучено 1329 прорывов воды и обводненных песков, 62 % из них зарегистрировано в подготовительных выработках. Наибольшее число (43 %) прорывов происходило из тульских, алексинских водоносных известняков. В лавах они составляли 327 случаев (57 % всех прорывов из этого горизонта). В 186 случаях прорывы сопровождались выносом песка в лавы. Обычно прорывы из известняков происходят при первых посадках кровли ( 2-8 циклов). Притоки воды чаще всего носят неравномерно убывающий характер, хотя некоторые из них (до 35 %) имеют пульсирующий характер. Г.Н.Шевелев так представляет динамику развития прорыва из тульских (алексинских) известняков в Подмосковном бассейне. В начале в лавах происходит обрушение непосредственной кровли и пластическое прогибание водоупорных глин,

подстилающих известняки. В пространстве, образующемся между водоупорными глинами и подошвой известняка накапливается вода. По мере подвига-ния лав наступает момент, когда стрела прогиба известняков переходит предел их прочности, известняки обрушаются, одновременно происходит нарушение сплошности водоупорных слоев и масса воды бурно устремляется в выработанное пространство лав (в большинстве случаев по трещинам обрезов кровли), размываются пески непосредственной кровли и уносит их в горные выработки. Для этого типа прорывов характерно наличие мощных пластов алексинских или тульских известняков, значительный напор в них воды, относительно небольшое расстояние известняков от кровли угольного пласта, выдержанное залегание водоупорного слоя и спокойная гипсометрия подошвы угольного пласта.

Согласно работам Подмосковного опорного пункта ВНИМИ [16], 87% всех прорывов, сопровождающихся выносом песка, приводят к образованию пустот в толще пород, покрывающих угольный пласт, и воронок на поверхности.

Обобщение прорывов воды с песком в лавах Подмосковного бассейна, возникших в 1960-1963 г. г. сделано В. С. Момчиловым [17]. За этот период зарегистрировано 336 таких случаев. Затраты на их ликвидацию составили 2 млн. руб. Отмечается возрастание числа прорывов в связи с комплексной механизацией добычи угля.

Об интересном явлении сообщается в работе Н. Н. Прокафьева, С.В.Комиссарова [18]. Ими описываются неожиданные прорвы воды с песком из тульских известняков при отработке столбов с обеих сторон граничащих с выработанным пространством. Бурением установлено, что вода скапливалась над отработанными соседними лавами, т. к. сплошность водоупо-ров не нарушалась. При отработке же оставшихся промежуточных столбов деформации глин превышали критические значения, в них возникали трещины, по которым происходили прорывы.

И. А. Чернышев, исследуя условия ведения горных работ под плывунами в Донбассе, приходит к выводу, что очистная выемка под ними не вызывает прорыва в горные выработки при минимальной кратности равной 15тв (где тв - вынимаемая мощность угольного пласта), но не менее 15 м от них.

В.Д. Натаров, Д.И. Бетин [19] отмечают, что методика расчета притоков воды в шахту через зону обрушения отсутствует. Ими предлагается метод расчета для ориентировочной оценки притоков воды из карбонатных пород через зону обрушения в шахту. Исходя из формулы Дарси и учитывая параметры зоны обрушения и высоты этажа в условиях Криворожского бассейна, выводится формула для расчета водопритоков в горные выработки. Коэффициент фильтрации породы в зоне обрушения предлагается определить по формулам H.H. Кацнельсона и М. Н. Никольской [20].

Ю.А. Шамшурин [21] занимался исследованиями проницаемости пород в зоне обрушения в связи с вопросами проветривания рудника. Он исследовал режим движения воздуха через кусковатый материал крупностью от 0,5 до 20 мм. В результате опытов им получена кривая зависимости показателя режима движения воздуха через кусковатый материал, выражающийся формулой:

п = 0,379^/а^+ 0,86 (1.1)

где п - показатель движения воздуха через слой кусковатого материала;

аср - средний диаметр зёрен.

Опытами с кусками материала различной крупности автор подтвердил, что в случае, когда частицы наименьшей фракции полностью перекрывают сечение потока любой трещины, то их диаметр определяет движение воздуха.

В работе [22] приводятся результаты исследований газопроницаемости угольного массива в зоне влияния горных работ. Установлено, что в приза-

и

бойной зоне, где пласт разрушен от горного давления, уголь обладает повышенной газопроницаемостью, а в зоне максимальных напряжений она снижается примерно в 5 раз по сравнению с зоной статического состояния газопроницаемости. Эта зона находится в З-КО м впереди забоя (рис. 1.1).

п □

ИЗ

гз Е и о г си а гт

л: о а_ с;

0 п

а гм

Е

1

ш гз гг гэ

-е-

П

о

0,80,60,40,20 ■

О)

' г и

(\>

си со гз ы и) а г:

г:

о

X

XI

с; о оо т

сО

80

60

40

тс п

£ 20 х

тс а. с: а

1 \ \ р=Нх)

1 Эст=УН

К=Г(Х)

§ 2 4 6 8 10 12 14 16 М х х X х У У х х Ух**' У У х х У х1 х'у'/у'у У Ух^х'х^/'у'у'xVУ>^x;xV'yV^^x*x*xJ;Xx'xV"'^у^/у^х^^^х^х*^

Расстояние от забоя, м рис. 1.1 Изменение газопроницаемости пласта Волковского в зависимости от распределения напряжений в угольном массиве.

Н. Н. Кацнельсон, Н. М. Никольская [20] на основании обобщения имевшихся случаев подработки, а также специальных исследований, проведенных ВНИМИ на Сучанском месторождении, по определению коэффициента фильтрации до и после подработки массива, пришли к выводу, что повышение водопроницаемости пород не распространяется на высоту более 50-кратной мощности пласта над выработкой. Затем авторы используя зависимость, установленную Г. М. Ломизе [21] между коэффициентами фильтрации (кьк2) и соответствующими раскрытиями трещин (ёьё2):

к2 \й2)

(1.2)

соотношение полученное С. Г. Авершиным [12], между максимальными величинами оседания мульд и их расстояниями от выработки, и делая некоторые допущения, получили формулу:

где к и ко- коэффициенты фильтрации массива, соответственно до и после подработки, м/сут;

Н - вертикальное расстояние от выработки, м; тв- вынимаемая мощность, м.

Формула (1.3) не нашла практического применения, так как в ней не учитывается строение месторождения и при выводе сделаны произвольные допущения о характере трещиноватости, вызванные подработкой. Под руководством И. В. Хохлова [23] проведены работы с целью комплексного исследования процессов сдвижения и его влияния на фильтрационные свойства массива горных пород. На основании этих исследований предполагалось определить безопасную глубину разработки угольных пластов в Печорском бассейне под водными объектами. Здесь, как и в предыдущей работе, исследования проводились с помощью вертикальных скважин и по той же методике. Опыты заключались в поинтервальном нагнетании воды в скважину до и после подработки. Причем для этой цели использовались различные скважины отстоящие друг от друга на несколько метров. После определения во-допоглащения до подработки в этих скважинах закладывались глубинные репера для определения оседания пород при подработке. Коэффициент фильтрации пород после подработки находился по данным нагнетания в скважины, пробуренные после прохождения активной фазы сдвижения. Как видим, опыты не охватывали наблюдениями период наиболее опасный в смысле прорывов воды в шахту. Из других недостатков этих наблюдений следует указать на невозможность однозначной интерпретации направления фильтрации.

(1.3)

Ю. Н. Нисковский [24] под руководством А. А. Борисова использовал метод моделирования эквивалентными материалами для определения безопасной глубины подработки водоемов ("метод гидроконтроля").

В работе [25] приводятся данные по оценке коэффициента фильтрации обрушенных пород с помощью эквивалентного моделирования, при этом эквивалентные материалы подбирались и по водным свойствам. Для изготовления и испытания моделей использовались специальные стенды [26], обеспечивающие возможность создания в модели подобия гидрогеологических условий при имитации отработки полезного ископаемого.

Анализ влияния различных факторов на изменение фильтрационных и физико-механических свойств углевмещающих пород в процессе ведения горных работ, выполненных ВНИМИ приводится в работах [27-34].

В работе Гвирцмана Б. Я. получена зависимость для определения высоты зоны водопроводящих трещин ( Н) в коренных породах:

Н= 2. 5 тв к г q

Я - максимальное относительное оседание земной поверхности, м;

кг - граничная кривизна;

тв - вынимаемая мощность, м.

коэффициент при шв при постоянном значении я является функцией от граничной кривизны, которая в свою очередь, зависит от процентного содержания в толще песчаников и известняков.

В работе Стрельского Ф. П. [27] изучались вопросы изменения проницаемости водоупорных слоев в результате ведения очистных работ.

В работе [35] приведены результаты модельных и численных решений позволивших проанализировать процесс снижения напоров в кровле очистной выработки и установить возможность использования наблюдений за по-ровым давлением для определения высоты зоны водопроводящих трещин.

В монографии [6] под редакцией В.А. Мироненко рассмотрены вопросы связанные с количественной оценкой влияния подземных вод на условия освоения месторождений. В части подземных разработок рассмотрены уело-

вия выемки полезного ископаемого под водными объектами, гидрогеологические работы, проведенные с целью борьбы с горными ударами, дренажные работы, выполнен прогноз возможностей прорыва воды в подготовительные горные выработки.

Основные принципы рассмотрения проблемы геомеханики и фильтрации подземных вод в рамках одной научной дисциплины - гидргеомеханики изложены в работе [2]. В этой работе при характеристике гидрогеомеханиче-ских процессов, развивающихся при подземных горных работах, рассматривается влияние защитных свойств относительных водоупоров и напоров в водоносных горизонтах на опасность получения прорыва в горную выработку. Приведены примеры использования подземных вод как индикатора геомеханических процессов. Дан анализ механизма осадки толщи горных пород в результате глубокого водопонижения и ее влияния на устойчивость горных выработок. Приведены основные методические подходы к проведению гид-рогеомеханической схематизации.

Основные направления в изучении, оценки и прогнозе инженерно геологических условий месторождений разрабатываемых подземным способом изложены в работе Иванова И. П. [35]. Проведены инженерно геологические исследования в подземных горных выработках и их результаты на примере Ленинградскского месторождения сланцев, Кашпирского месторождения.

Закономерности техногенного режима подземных вод, связанные с изменением условий дренирования и питания водоносных горизонтов при разработке месторождений твердых полезных ископаемых приведены в работе Ю. А. Норватова [3]. В этой работе рассмотрены условия исследований гидрогеомеханических процессов на конкретных месторождениях, приведен пример изучения гидрогеомеханических процессов на численных моделях.

Понятие гидрогеомеханические процессы вошло в обиход специалистов гидрогеологов в начале70 - годов. При этом одним из результатов этого процесса является прорыв подземных вод в горные выработки. Схема прорыва для условий ведения горных работ с поддержанием кровли, предложе-

на в работе [36]. Вероятность прорыва из кровли можно прогнозировать на основе анализа условий равновесия экранирующих слоев под действием гидродинамических сил, сил собственного веса экранирующих слоев и веса породы прорывоопасного слоя . В работе [37] приведена аналогичная схема. Предлагаемая схема образования прорывов не может быть использована для гидрогеологических условий ведения очистных работ на шахтах Подмосковного угольного бассейна. Наиболее близка к рассматриваемым условиям схема прорыва приведенная в работе [38], (рис. 1.2).

Понятие допустимый напор при рассмотрении гидрогеомеханических процессов приводящих к прорыву имеет физический смысл отличный от представления допустимого напора при рассмотрении гидрогеологических условий образования прорывов. Он в основном и используется при определении прорывоопасных условий в настоящее время.

Во втором случае мы имеем дело с постоянной величиной напора определенной исходя из условий сохранения механического равновесия сил сдвигающих водоупор в горную выработку и сил препятствующих этому. Увеличение напора сдвигает равновесие и вероятность прорыва возрастает.

Рассматривается следующая схема : водоносные горизонт с определенной величиной безопасного для ведения горных работ напора, водоупор (мощность, сопротивление сдвигу) и горная выработка ( геометрические параметры). В первом допустимый напор, это силовой фактор, возникающий в надугольном массиве, в различных слоях, при определенном соотношении геологических (мощности отдельных литологических разностей), гидрогеологических (напор, водоотдача, проницаемость) и технологических (длина, ширина выемочного столба, скорость развития горных работ, вынимаемая мощность) параметрах при ведении горных работ.

массиве на глубине Н (глубине залегания породы); часть линзы породы, временно находящаяся в состоянии упругого деформирования; 5- часть /¡инзы по роды с разрушающейся структурой (разжижающаяся); 6- граница зоны додопрододящих трещин над очистной выработкой.

рис. 1.2.. Схемы формирования прорывоопасных условий [66].

Основным недостатком является отсутствие подхода одновременности и взаимообусловленности в изучении гидрогеомеханических процессов, т.е. гидрогеологические геомеханические и технологические процессы рассматриваются как взаимообусловленные и рассмотрение их происходит одновременно.

Правомерность существующего подхода обусловлена большим количеством шахт отрабатываемых в уголевмещающем массиве представленным крепкими породами. В этом случае зона водопроводящих трещин является комплексным выражением геомеханических процессов и технологических параметров ведения горных работ, а допустимый напор, при конкретных параметрах проницаемости массива, отражением гидрогеологических процессов.

Шахты отрабатываемые в углевмещающем массиве представленным мягкими связными, раздельнозернистыми и крепкими породами требуют

взаимосвязанного рассмотрения гидрогеологических и геомеханических процессов.

Основной целью данной работы является изучение гидрогеомеханиче-ских процессов на новых шахтах Подмосковного бассейна для разработки схемы образования прорывоопасных условий при ведении очистных работ с полным обрушением кровли, прогнозирования этих условий и на их основе разработки инженерных мероприятий по защите горных выработок от подземных.

1.2. Краткий анализ методов изучения гидрогеомеханических процессов.

Изучение гидрогеомеханических процессов при ведении очистных работ в натурных условиях включает в себя два направления. Первое это наблюдение за изменением напряженно- деформируемого состояния надуголь-ного массива и второе- за изменением гидродинамического режима водоносных горизонтов.

Изучение характера и изменение параметров сдвижения земной поверхности и толщи горных пород проводят используя наблюдательные станции, состоящие из системы реперов, закладываемых в земную поверхность, устанавливаемые в горные выработки и в специально пробуренные скважины в пределах предполагаемой области сдвижения.

Репера наземных наблюдательных станций обычно располагают в створах профильных линий с таким расчетом, чтобы обеспечить получение необходимых данных о границах области сдвижения и об основных параметрах процесса сдвижения земной поверхности. По мере развития горных работ по реперам ведут систематические наблюдения посредством нивелирования и измерения горизонтальных растяжений между ними с привязкой к опорным реперам, располагаемым заведомо за пределами возможной области сдвижения.

При проведении исследований гидрогеомеханических процессов протекающих в водонасыщенном слоистом надугольном массиве необходимо сочетать наблюдения за сдвижением земной поверхнорсти с наблюдениями за сдвижением пород вокруг очистного пространства, за сдвижением и деформированием промежуточной толщи [6,39,40]. Для этой цели в различные точки массива бурят с земной поверхности и из горных выработок скважины. В скважинах размещают и закрепляют в выбранных точках глубинные репера [41].

В тех случаях, когда требуется проследить развитие процесса сдвижения пород с большей детальностью, используют радиометрические наблюдения за сдвижением массива пород [42,43].

Для определения участков и абсолютных величин расслоения пород при их сдвижении, т. е. нарушения сплошности породного массива, применяют также различные механические приборы и приспособления. Измерения ведут как по скважинам пробуренным с поверхности, так и из горных выработок.

Для изучения расслоения надугольных отложений в ПУБ [44] было предложено проводить нивелировку по гидронаблюдательным скважинам, оборудованным фильтровыми колоннами на окские пески. Фильтровая колонна устанавливается забоем в верхнетельских глинах и оседает совместно с тульскими отложениями, в то время как тарусско-окские известняки имеют больший шаг посадки. По разнице в оседании фильтровой и обсадной колонны, зацементированной в тарусско-окских известняках определяется величина полости расслоения.

В настоящее время все большее применение находят скважинные оптические приборы. С их помощью можно фиксировать на стенках скважин открытые трещины, измерять степень их раскрытия, определять местоположение трещин, а при использовании специальных приспособлений их фотографировать [45,46].

Следующим важным моментом изучения гидрогеологических процессов является характеристика зоны нарушенных пород, формирующейся вокруг очистной выработки. Для определения ее параметров применяют различные способы. В механике горных пород: реометрический, ультразвуковой, сейсмометрический, электрометрический, радиометрический и др. [47].

Наибольшее распространение определения протяженности зоны нарушенных пород получил реометрический метод [48]. Метод основан на измерении проницаемости пород. В пределах зоны нарушенных пород по сравнению с нетронутым массивом проницаемость многократно увеличивается. Существо метода состоит в подаче в изучаемый участок массива газа или жидкости, подводимых через скважину, и в регистрации показателей фильтрации подаваемого газа (жидкости) через рассматриваемый участок массива. Определяя границы областей повышенной проницаемости пород, устанавливают тем самым размеры зоны нарушенных пород.

В гидрогеологии для определения зоны водопроводящих трещин используют следующие методы разработанные во ВНИМИ: метод наблюдения за напорами в подработанных слоях [49], метод сравнения удельных водопо-глощений в подрабатываемых слоях до и после их подработки, метод расхо-дометрического каротажа скважин в подрабатываемых массивах, метод наблюдения за поровым давлением, метод сейсмического прозвучивания, метод сейсмического профилирования, метод наблюдения за температурами [50].

Одним из перспективных методов планирования натурных экспериментов и прогнозирования гидрогеомеханических процессов при ведении очистных работ является метод численного моделирования [2].

1.3 .Цели и задачи исследований.

Цель работы - разработка научно-методических основ управления гидродинамическим режимом и напряжённым состоянием подрабатываемого

песчано-глинистого водонасыщенного массива для оптимизации технологических параметров горных и дренажных работ.

Основная идея работы заключается в том, что для анализа и прогноза напряжённого состояния неоднородного водонасыщенного массива необходима организация специальных натурных наблюдений и интерпретация их результатов на численных гидрогеомеханических моделях.

Задачи исследований:

- изучить закономерности гидрогеомеханических процессов в подрабатываемом водонасыщенном массиве песчано-глинистых отложений, перекрытых мощной пачкой метаморфизованных прочных пород;

- установить характер связи изменения гидростатического давления в неоднородном надугольном массиве с горно-технологическими параметрами очистных работ;

- разработать численную гидрогеомеханическую модель;

- обосновать инженерные мероприятия по предотвращению прорывов подземных вод в горные выработки.

Методы исследований. Сформулированные задачи решались на основе результатов долговременных инструментальных наблюдений за сдвижением земной поверхности, деформациями неоднородного надугольного массива, гидростатическим давлением в нём при различных технологических параметрах очистных работ на шахтах. Оценка напряженного состояния массива, обусловленного параметрами горных выработок, физико-механическими и фильтрационными свойствами горных пород, выполнена с применением разработанных численных гидрогеомеханических моделей на базе компьютерной программы.

Научные положения, защищаемые в диссертации:

1. Установлен по результатам натурных наблюдений циклический характер деформирования отдельных пластов пачки песчано-глинистых отложений. Полное оседание этой пачки фиксируется при отходе забоя лавы от монтажной камеры на расстояние порядка Юме образованием полостей расслоения высотой порядка 1 м под толщей карбонатных пород. Деформирование карбонатной толщи начинается при отходе забоя лавы на 5080 м и сопровождается сокращением раскрытости полостей и повышением

гидростатических давлений в песчано-глинистых отложениях вблизи границ выработанного пространства.

2. Выявлено по результатам натурных наблюдений и численных экспериментов закономерное влияние скорости подвигания забоя лавы определенной длины на изменение гидростатических давлений и соответствующих эффективных напряжений в массиве песчано-глинистых отложений и возможность деформирования последних.

Установлено, что для характерных горно-геологических условий Подмосковного бассейна предотвращение деформаций относительных водоупоров, прорывов подземных вод и водонасыщенных песков обеспечивается при скорости подвигания забоя лавы, не превышающей 2,5 м/сутки.

3. Повышение эффективности изучения и прогноза гидрогеомеханических процессов может быть обеспечено за счет проведения комплексных натурных наблюдений в сочетании с использованием разработанных и апробированных численных моделей, учитывающих изменение напряженного состояния и деформирование водонасыщенных массивов горных пород в зависимости от их прочностных и фильтрационных характеристик, а также горно-технологических факторов.

Научная новизна работы состоит в следующем:

- установлены закономерности изменения напряженного состояния водонасыщенных массивов различной структуры в зависимости от скорости подвигания забоя лавы и параметров горных выработок;

- разработана численная гидрогеомеханическая модель, учитывающая взаимосвязь эффективных и нейтральных напряжений водонасыщенных неоднородных по прочностным и фильтрационным свойствам массивов;

- составлена компьютерная программа, практически реализованная для интерпретации выполненных натурных наблюдений, для численных экспериментов и прогноза гидрогеомеханических процессов.

2. ГОРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ ВЕДЕНИЯ ОЧИСТНЫХ РАБОТ НА ШАХТАХ ПОДМОСКОВНОГО БУРОУГОЛЬНОГО БАССЕЙНА.

2.1. Геологическое строение, гидрогеологические условия разработки месторождений Подмосковного буроугольного бассейна (ПУБ).

Геологический разрез бассейна сложен отложениями докембрия, среднего и верхнего девона, нижнего и среднего карбона, средней и верхней юры, нижнего и среднего отделов мела, некоторых горизонтов четвертичных отложений [51].

Докембрийские породы образуют кристаллический фундамент Русской платформы. В верхней части он представлен Архейскими породами-мигматитовыми и биотитовыми гнейсами, биотитовыми сланцами, красными микроклиновыми гранитами, в различной степени катаклазированными и милонитизированными.

Глубина залегания кристаллического фундамента колеблется от 712м до 1310м.

Девонские отложения имеют повсеместное распространение. Они представлены осадочными породами среднего и верхнего отделов. Средний отдел (живетский ярус) делится на три толщи: нижнюю терригенную, среднюю соленосно-сульфатно-карбонатную и верхнюю терригенную. Общая мощность отложений 280+375м. Верхний отдел представлен отложениями франского и фаменского ярусов. Общая мощность отложений изменяется от 460м на западе до 730м на юго-востоке.

Каменноугольные отложения залегают согласно на девонских породах. В пределах Подмосковного бассейна они представлены нижним и средним отделами. Полная мощность отложений 400-470м. Они представлены тремя ярусами: турнейским (Cit), визейским (Civ) и намюрским (Ci„). В турнейском ярусе выделяются четыре горизонта: заволжский, малевский, упинский и че-репетский.

В заволжском горизонте выделяется озерская толща и хованские слои. Первая представлена доломитизированными известняками, доломитами и гипсом. Мощность толщи около 60м. Вторая представлена серыми и светло серыми известняками.

Малевский горизонт (Clml) сложен плотными жирными зеленовато-серыми и голубовато-серыми глинами, в основании местами встречаются известковые песчаники и прослои мелкозернистых кварцевых песков. Мощность горизонта находится в пределах 5-г 10м.

Упинский горизонт (Ciup) представлен светло-серыми мелкокристаллическими известняками, иногда с тонкими прослоями глин и мергелей. В западной части бассейна, в упинском горизонте преобладают доломитовые и глинистые породы, а иногда пески. Мощность горизонта составляет 20ч-25м.

Черепетский горизонт разделяется на две толщи: агеевскую и черны-шенскую. Первая представлена мелкозернистыми кварцевыми песками и песчаниками с прослоями черной глины и рыхлого угля, а вторая - светлыми мелоподобными известняками с прослоями твердых разностей, а также зеленоватых и углистых глин. Отложения черепетского горизонта имеют ограниченное распространение.

Основными углевмещающими породами являются отложения визей-ского яруса, подразделяющиеся на три надгоризонта: яснополянский, окский и серпуховской.

Яснополянский надгоризонт (Сца) состоит из двух горизонтов: бобри-ковского и тульского.

Бобриковский горизонт (Cibr) представлен толщей переслаивающихся песков и глин, заключающих пластообразные залежи и линзы бурых углей. Глины обычные серые и черные, часто углистые, с обугленными растительными остатками и конкрециями пирита. Пески мелкозернистые, серые и буроватые, часто с тонкими глинистыми и углистыми прослойками, с конкрециями пирита и растительными остатками. Залежи угля ассоциируются с глинами, образуя углисто-глинистые комплексы, число которых в различных

районах различно. Общая мощность горизонта изменяется от Юн-15м до 25-н30м, а в депрессиях увеличивается до 80-^100м в основном за счет нижней песчаной (аллювиальной) толщи.

Тульский горизонт (Сш) распространен повсеместно и залегает с большим размывом на бобриковских, а местами непосредственно на лихвин-ских и даже девонских отложениях. Мощность его обычно находится в пределах 20-г25м, а в местах размыва бобриковского горизонта увеличивается до 80м за счет увеличения мощности песков. Горизонт разделяется на две тощи: нижнюю песчаную и верхнюю глинисто-известковую. Пески, в основном, мелкозернистые. Наблюдается слоистость- прослойки светлых песков чередуются с желтоватыми, бурыми и темно-бурыми. Мощность различных прослойков изменяется от нескольких миллиметров до 0,5м. Бурые ожелез-ненные прослойки песков по существу представляют рыхлые песчаники. Светлые пески чаще сцементированы глинистым или карбонатным материалом, но иногда они хорошо промыты и совершенно не сцементированы. Мощность песков обычно находится в пределах 5+20м. Верхняя толща отложений начинается примерно с подошвы нижнего пласта известняка. Она представлена переслоенными морскими глинами с пластами и линзами известняков, а в самой верхней части с участием алевролитистых глин, алевритов, песков и линз углей. Мощность толщи 15+20м.

Окский надгоризонт (С^к) сложен почти исключительно известняками, иногда с прослоями песков и глин. Окские отложения делятся на три горизонта: алексинский, Михайловский и веневский.

Алексинский горизонт (Сы) сложен твердыми массивными кристаллическими известняками темно-серой и коричневой окраски, чередующимися с более мягкими микрослоистыми известняками. Мощность известняков 12ч-14м.

Михайловский горизонт (С1т) сложен известняками аналогичными алексинским, которые чередуются с пятнистыми (при выветривании ноздреватыми) известняками. Мощность горизонта около 12м.

Веневский горизонт (Civn) литологически сходен с михайловским. Отличием является наличие кремниевых конкреций. Мощность горизонта изменяется от 5-нбм на западе до 20-г27м на юге и северо-западе.

Окские известняки повсеместно отличаются большой трещиновато-стью, кавернозностью и закарстованностью.

Серпуховский надгоризонт (Cisrp) разделен на два горизонта: тарус-ский(Сцг) и стешевский(С15г). Первый (Citr) представлен светло серыми твердыми, толсто- и среднеплитчатыми известняками, перемежающимися с землистыми известняками. Мощность отложений 6-П2м. второй (Cist) сложен

серыми, криноидными известняками и сланцеватыми глинами черной, серой и вишнево-красной окраски, содержащими тонкие прослои желтых доломи-тизированных известняков. Мощность горизонта 18ч-22м.

Намюрский ярус в бассейне представлен только одним нижним -протвинским горизонтом. Он сложен внизу плитчатыми, микрослоистыми с ленточным окремнением известняками, чередующимися с глинами типа стешевских и крупнокриноидными известняками. Мощность горизонта 15-т-22м.

Мезозойские отложения на южном крыле бассейна представлены средне- и верхнеюрскими, нижне- и верхнемеловыми отложениями.

Среднеюрские отложения встречаются на ограниченных участках. Они представлены в основном глинами и залегают линзовидно в мелких впадинах доюрского периода, мощность сильно меняется, достигая в отдельных случаях 4м. Верхнеюрские отложения представлены песками и мергелистыми глинами общей мощностью 2+ 10м.

Отложения меловой системы залегают трансгрессивно на различных горизонтах юрских, каменноугольных и девонских образований. Они представлены мелкозернистыми глауконитовыми и железистыми песками и песчаника с включением черных галек фосфорита, местами в основании встречаются прослои песчанистой оолитовой и слюдистой глины Мощность отложений колеблется от 0,5 до 30м.

Формирование четвертичных отложений связано с деятельностью материковых ледников окского, днепровского, московского и валдайского оледенений. Донные и конечные морены этих ледников сложены неоднородными суглинками, супесями и глинами с большим количеством гравия, щебня и валунов изверженных и местных осадочных пород.

В пределах угольных месторождений Подмосковного бассейна выделяются следующие основные водоносные горизонты: озерский, хованский, упинский, подугольный, тульский и окский. В обводнении горных выработок участвуют следующие водоносные горизонты.

Упинский водоносный горизонт. Вода в известняках обычно напорная за исключением значительных поднятий. Коэффициент фильтрации изменяется от 3 до 15м/сут [55]. Наибольшая проницаемость отмечается на месторождениях , расположенных в долинах рек или вблизи их (Утаковское, Ки-мовское, Ломинцевское и др. ), а также в зонах тектонических поднятий известнякового поднятия. Упинский водоносный горизонт повсеместно используется для хозяйственно-питьевого водоснабжения.

Подугольный водоносный горизонт приурочен к подугольным пескам бобриковского горизонта. Воды в песках обычно напорные, и имеют отметки уровня, аналогичные уровням воды в подстилающих известняках (упинских или хованских). Подугольные пески имеют значительное распространение на месторождениях Подмосковного угольного бассейна. Они иногда залегают непосредственно на известняках, но обычно отделяются от них слоем глин мощностью 1-н2м. Коэффициент фильтрации песков изменяется от 0,1 до 16м/сут.

Изменение фильтрационных свойств наблюдается как по площади распространения, так и по вертикальному разрезу. Отмечается [55], что в мощной толще песков всегда встречаются прослои хорошо отсортированных песков, обладающих относительно высокой водопроницаемостью (Кф до 10м/сут).

Надугольный водоносный горизонт имеет повсеместное распространение и залегает на надугольных глинах, мощность которых в большинстве случаев 2 ч-5м, но часто глины отсутствуют и водоносные пески лежат непосредственно на угольном пласте (шахта Бородинская). В песках часто встречаются прослои глин, и водоносный горизонт приобретает слоистое строение. Нижнекаменноугольные пески Подмосковного бассейна состоят почти исключительно (95+98%) из кварцевых окатанных песчинок с шероховатой поверхностью. На поверхности песчинок наблюдается тончайшая пленка кальцита или окислов железа, которые создают контактную цементацию. Кроме того, шероховатая поверхность частиц в условиях большого горного давления способствует образованию устойчивых каверн в водоносном песке у водопонижающих скважин и забивных Фильтров. Сухие пески обычно представляют слабосцементированную устойчивую породу, реже сыпучую массу. Водоносные пески при вскрытии горными выработками в большинстве случаев приходят в плывунное состояние. Надугольный горизонт является основным источником обводнения горных выработок. Он дает частые прорывы воды с выносом большого количества песка.

Тульский водоносный горизонт приурочен к нескольким пластам известняков, залегающих в толще глинистых (реже песчаных) отложений тульского горизонта. Известняки почти повсеместно содержат напорную воду. Глубина залегания уровня тульских вод на водораздельных пространствах находится в пределах 15-г40м. Абсолютные отметки уровней воды даже на одном месторождении изменяются на 20ч-25м в зависимости от рельефа местности и гипсометрического положения водоносного пласта. Водопроницаемость известняков изменяется от 0,87 до 2,5м/сут при максимальном значении 43м/сут.

Тульский водоносный горизонт имеет весьма важное значение, так как при обрушении выработанного пространства возникают трещины, по которым вода из тульских известняков прорывается в горную выработку, при

этом выносятся надугольные пески и происходит запесочивание горных выработок.

Окский водоносный горизонт. Окские известняки на южном крыле залегают на высоких отметках и хорошо дренируются долинами речек и ов-ражно-балочной сетью. Они содержат безнапорную воду и отличаются довольно высокой водопроводимостью изменяющейся в среднем от 14 до 25м/сут при максимальной 210м/сут. Известняки подстилаются глинами тульского горизонта, а покрываются четвертичными суглинками и реже мезозойскими песками и глинами. Атмосферные осадки через суглинки и многочисленные карстовые воронки проникают в известняки и постоянно пополняют запасы воды в их. В районе имеется много нисходящих родников из окского горизонтов.

Четвертичный водоносный горизонт представлен переслаиванием супесей, суглинков и песков. Имеют характер верховодки и довольно часто используются населением для индивидуального водоснабжения.

2.2. Гидрогеомеханические процессы при ведении подземных горных работ на примере месторождений Подмосковного буроугольного бассейна.

Подземные горные работы сопровождаются геомеханическими процессами, закономерности которых в той или иной степени зависят от влияния воды на напряженное состояние породных массивов. С другой стороны, геомеханические процессы определяют характер изменений гидродинамического режима подземных вод в масштабах шахтных полей, а иногда и на более обширных по площади территориях [2,51,52,53]

Как известно [54], производство очистных горных работ с управлением кровлей полным её обрушением приводит к существенному изменению напряженного состояния породного массива, к его деформациям, трансформации естественной структуры и к образованию на земной поверхности мульд сдвижения.

Вместе с тем, характер процессов сдвижения горных пород зависит от исходного состояния подрабатываемых массивов, в частности - от степени их водонасыщенности, от напоров в водоносных пластах и в относительных водоупорах. Однако до настоящего времени влияние подземных вод на деформации подрабатываемых массивов практически не исследовано, поскольку изучение и прогноз процессов сдвижения до сих пор базируются на эмпирическом подходе. Прогнозные оценки выполняют по результатам наблюдений непосредственно за деформациями земной поверхности и массивов конкретной структуры и литологического состава. Влияние подземных вод на напряженное состояние подрабатываемого массива в конкретных условиях находит отражение в результатах наблюдений за параметрами процесса сдвижения.

Сложность ведения очистных работ на шахтах Подмосковного буро-угольного бассейна заключается в том, что в обводнении горных выработок участвуют 3 и более водоносных горизонта. Надугольные отложения представлены переслаиванием песчано - глинистых, глинистых и тонко - средне-зернистых песков невыдержанных в плане и разрезе. Новые шахты "Никулинская", "Прогресс" и строящаяся "Прогресс", блок № 2 отличаются увеличением глубины залегания (до 120м) угольного пласта, что в свою очередь привело к увеличению числа водоносных горизонтов участвующих в обводнении горных выработок. Появление в разрезе мощных (до 30м) тарус-ско-окских известняков привело к увеличению напряжений в надугольном массиве, которое проявилось в увеличении числа прорывов при ведении очистных работ. [55,56]

Вынимаемая мощность угольного пласта 2,0м. Непосредственно над углем залегают глины, в тех случаях, когда непосредственно над углём залегают пески в кровле горной выработки оставляется защитная пачка угля. Расстояние от угольного пласта до подошвы тарусско-окских известняков изменяется от 26 до 30м. На расстоянии 12-16м выше угольного пласта залегает тульский известняк, средней мощности 2м. Мощность отдельных глини-

стых и песчаных слоев изменяется в широких пределах и колеблется от 0,10м до 5-10м. Описание вышележащих пород приведено ваше (см п.2.1).

Очистные работы ведутся с полным обрушением кровли. Длина выемочного столба составляет в среднем 800м. Длина лавы на новых шахтах равна 100м, редко 200м. Скорость подвигания очистных забоев в среднем составляет 0,5-2,Ом/сут. Лавы отрабатываются через столб.

Для шахт Подмосковного угольного бассейна характерно слоистое строение углевмещающего массива. Слои представлены следующими типами пород: мягкими связными, раздельнозернистыми и твердыми. По механическим характеристикам [ ] можно выделить породы крепкие (известняки тульские и окские) породы слабые (пески) и породы со сложным характером деформирования (глины). Механические характеристики глин приведены в таблице 1.

Таблица 1

Тип породы Предел прочности на сжатие, МПа Предел прочности на растяжение, МПа Модуль упругости, МПа Коэф. Пуассона,

II I II I II I

Пластичные глины 270 296 156 102 51200 40760 0,38

Непластичные глины 645 635 210 140 64500 62500 0,32

Глины песчанистые 340 360 150 198 47000 42830 0,38

Глина песчаные 160 170 4-20 20000 16000 0,2

Для песков основными характеристиками являются угол внутреннего трения и модуль упругости, определяемый из опытов по объёмному сжатию. Угол внутреннего трения для 80 проб песка оказался довольно стабильным 30-35° и не изменялся при небольшом загрязнении песка примесями глины.

При полном водонасыщении все разновидности песков приобретают свойства плывунов. Модуль упругости в среднем равен 2х104МПа.

Показатели предела прочности на сжатие, растяжения, модуль упругости приведены в соответствии с действием наибольшего главного напряжения параллельно и перпендикулярно напластованию (обозначено, соответственно знаками II и I).

Залегающие на небольших глубинах известняки упинского, тульского и тарусско-окского горизонтов в течении всего периода своего существования находились практически в зоне выветривания. Этим объясняется их ка-верноз ность и развитая трещиноватость. Вследствие указанных особенностей строения известняки Подмосковного бассейна разбиты на крупные блоки, которые по механическому воздействию на массив эквивалентны передающей нагрузку среде. Поэтому между механическими свойствами известняков в образце и в массиве нет прямой связи. Каждый образец известняков представляет собой некоторый монолитный объём породы, вследствие этого и результаты механических испытаний образцов характеризуют только свойства материала в куске, а не свойства породного слоя. Поскольку разница в смещениях кровли при наличии и отсутствии известняков не выходит за пределы точности измерений этих смещений, можно утверждать, что модуль упругости для слоёв известняка в массиве по порядку равен среднему модулю для всей толщи пород и следует принимать от 3x104 до 5x104 кг/см2.

Гидрогеологические условия ведения очистных работ на новых шахтах относятся к особо сложным [32]. В обводнении и прорывах участвуют упин-ский, подугольный водоносные горизонты, тульский водоносный комплекс и тарусско-окский водоносный горизонт.

Наибольшее влияние на обводнение горных выработок оказывают тульский водоносный комплекс и тарусско-окский водоносный горизонт.

Тульский водоносный комплекс состоит из 3 -5 водоносных слоёв представленных песками с проницаемостью в естественном состоянии менее

1м/сут, глинистых слоев в естественных условиях являющихся относительным водоупором и 1 ш - 2 - слоев известняка мощностью 1-2м.

Тарусско-окский водоносный горизонт представлен маломощным слоем водонасыщенных песков, на значительной площади они отсутствуют и залегающим выше мощным слоем ( 50м ) известняка. Разделяющий слой глин, маломощный, часто отсутствует.

Общая картина процессов, происходящих в массиве водонасыщенных пород вокруг очистной выработки, заключается в изменении поля напряжений и как следствие этого в деформировании окружающих пород. В первую очередь на контуре выработанного пространства и в окружающем массиве пород происходят упругое смещения. Вызвано это наличием в надугольном массиве отложений с повышенными прочностными характеристиками. Которые в процессе подвигания очистного забоя до их посадки часть своего веса передают на окружающий массив. Эта зона по данным наблюдений составляет 0,3-0,5 длины лавы от проекции выработанного пространства. В пределах выработанного пространства формируются зоны концентрации как сжимающих, так и растягивающих напряжений. В процессе деформирования вовлекаются большие объемы пород, а вследствие этого - неоднородности низких порядков, по поверхностям которых массив наиболее ослаблен [57,58]. В результате этого в очистных выработках развиваются процессы обрушения покрывающих пород.

По степени и характеру деформирования и перемещения пород в пределах влияния очистной выработки в массиве могут быть выделены несколько различных зон [59]: зона обрушения, зона трещин, зона плавного прогиба, зона сдвижений. Величина и расположение этих зон зависит, при одинаковой вынимаемой мощности, от соотношения мощностей и прочностных характеристик слоев массива.

С точки зрения напряжений в массиве пород вокруг очистной выработки выделяют две характерные зоны: зону разгрузки и зону опорного давления. Первая характеризуется тем, что в ее пределах породы испытывают

меньшее напряжение, чем существующие до проведения очистной выработки. Вторая - напряжения превышают уровень первоначального поля напряжений. В работе [8] приводятся данные, что пик напряжений в зоне опорного давления располагается обычно на расстоянии от забоя равном 2-5 вынимаемым мощностям и по величине равен чаще всего (2-3){?Н.

Наличие пород с различной прочностью и сцеплением приводит к обрушению отдельных слоев при отходе очистного забоя от монтажной камеры на различное расстояние. Для тульских отложений это расстояние составляет от 5 до 15м в зависимости от мощности известняков и глин и их взаимного расположения в разрезе. Тарусско-окские известняки обрушаются при отходе 50-80м при длине лавы 100м. Этот процесс приводит к образованию полостей расслоения.

Таким образом в результате выполненных натурных наблюдений было установлено, что подземные воды существенно влияют на характер и интенсивность разнообразных гидрогеомеханических процессов, развивающихся при разработке месторождений Подмосковного угольного бассейна подземным способом.

Согласно наблюдениям на шахте "Никулинская" первичная посадка тарусско-окских известняков произошла при отходе лавы 113 на Ь0 = 50м [60,61,62].

По оси столба при отходе лавы 150м обеспечивается условие полной подработки. Величина растяжения десятиметрового интервала была в пределах 0,1-0,15 м, а сжатие достигло в районе монтажной камеры 0,35м. При удалении от неё более 50м сжатие составило 0,05-0,15м. Сдвиг пород со стороны монтажной камеры распространялся на 50м за выработку, достигая максимума в 5м от границы над ней, и затухая примерно на том же расстоянии. Со стороны забоя сдвиг захватывал впереди лавы полосу шириной 15м. Максимум 0,25м достигался в 20м от забоя над выработкой. Ширина зоны сжатия здесь была так же около 50м.

Эти данные характеризуют влияние динамики на величину деформаций - со стороны забоя они в два раза меньше, чем со стороны монтажной камеры.

Сходные с районом начала отработки оказываются условия по линии реперов, перпендикулярной к оси столба и достаточно удалённой от монтажной камеры и линии забоя. Оседание по ней симметрично относительно оси выемочного столба, а полумульда её совпадает с кривой оседания по оси столба со стороны камеры. Несколько меньшими оказалась ширина зоны сдвига и более закономерный вид имеют кривые деформаций растяжения-сжатия [63,64,65].

О недостаточности ширины столба (Ьл) для полного развития сдвижения говорит наличие сжимающих напряжений по его осевой линии.

На рис.2.1 представлена зависимость максимального оседания земной поверхности при различных отходах полученная при работе лавы 113. Значительное увеличение этой величины наблюдаем при отходе очистного забоя от монтажной камеры более чем на 50м.

Зависимость максимального оседания земной поверхности от отхода

отход, м

рис.2.1. Зависимость максимального оседания земной поверхности (м) от отхода при ведении очистных работ в лаве 113 ш."Никулинская".

В этом случае максимальное оседание при отходе 50м составило 0,6м на расстоянии 20м от задней стенки монтажной камеры. Можно считать, что оседание для лавы длиной 50м составит так же 0,6м. Расчётное максимальное оседание с учётом уплотнения во времени возрастёт. Для учёта фактора времени расчётную величину оседания следует разделить на 0,7 [15]. В результате получим значение прогнозной максимальной величины оседания земной поверхности 0,9м. Прогнозная высота полости расслоения составит 1,0м.

При прогнозе деформаций земной поверхности практически не используются расчетные схемы, непосредственно учитывающие напряженное состояние массива. По этой причине невозможно количественно оценить влияние нейтральных напряжений на закономерности процесса сдвижения массивов горных пород. Для таких оценок необходим переход на качественно новый уровень анализа и прогноза геомеханических процессов, развивающихся при очистных горных работах. В частности, целесообразен переход к численному моделированию напряженно- деформированного состояния подрабатываемых неоднородных массивов с учетом эффективных и нейтральных напряжений. Сдерживающим моментом является сложность расчетных схем и дефицит информации о прочностных параметрах структурированных массивов. Ведение подготовительных и очистных работ осложняется прорывами воды и водонасыщенных рыхлых пород из напорных водоносных пластов, залегающих в кровле или подошве горных выработок.

Прорывы являются сложными гидрогеомеханическими процессами, характер которых зависит от конкретных горно-геологических условий. Потенциальная возможность прорывов, как локальных явлений, обусловлена неоднородностью массива горных пород по прочностным и структурным характеристикам, наличием зон высоких гидростатических давлений в подрабатываемых или надрабатываемых водоносных пластах. На фоне неблагоприятных природных условий прорывы нередко возникают либо при несоответствии принятой технологии этим условиям на локальных участках, либо

при нарушении технологических параметров (условий крепления выработок, забутовки выработанного пространства, скоростей подвигания забоев). Прорывы подземных вод и водонасыщенных пород в горные выработки в любых случаях связаны с деформациями относительных водоупоров и высокими гидростатическими напорами в водоносных горизонтов. Однако характер деформирования водоупоров и генезис гидростатических напоров могут быть различными в зависимости от структуры литологического состава и прочностных параметров породных массивов. При проходке горных выработок в массивах, представленных слабо литифицированными породами (глинами, песками), прорывы водонасыщенных песков наблюдаются при различных значениях напоров в водоносных пластах и малой мощности относительных водоупоров в почве или в кровле горных выработок. Нарушение сплошности глинистых водоупоров может быть результатом совместного действия горного и гидродинамического давлений. Горное давление в этом случае зависит от глубины горных работ, способа поддержания кровли, величины опорного давления у забоя выработки и других факторов. Гидродинамическое давление в водоносных пластах и относительных водоупорах, вызывающее прорывы, может соответствовать высоким естественным или остаточным (сниженным) напорам. При ведении очистных работ возможно повышение напоров в водоносных пластах за счет резкого повышения горного давления (полных напряжений) в массиве. Такие условия возникают при обрушении толщ "жестких" пород (карбонатных отложений), временно зависающих над менее прочными породами, которые обрушаются с опережением при развитии процесса сдвижения толщи.

Специфические условия возникновения прорывов возникают на новых шахтах Подмосковного бассейна, когда подрабатываемая толща представлена в нижней части песчано- глинистыми отложениями, перекрытыми мощными пластами "жестких" (карбонатных) пород. В процессе сдвижения подработанной толще возможно зависание "жестких" пластов с образованием полостей расслоения, заполненных водой. При последующем резком обру-

шении зависших пластов возможно динамическое воздействие на воду, гидроразрыв массива с образованием трещин, нормальных напластованию, возникновение их гидравлической связи с зоной водопроводящих трещин и поступление воды и водонасыщенных рыхлых пород в выработанное пространство. При проведении подземных выработок в глинистых породах возможна их разгрузка, замачивание и набухание , которое проявляется как деформация (пучение) почвы выработок, повышение нагрузки на крепь за счет давления набухания. Набухание глинистых пород зависит от их минералогического состава, генезиса, структурных особенностей и возможности увлажнения.

Лава 18 ш.'Ъельцевская" была пущена в эксплуатации 1 сентября 1997г. Средняя скорость подвигания составила 1-1,5м/сут. В окских известняках были достигнуты остаточные столбы воды 7.0м. По рекомендациям ВНИМИ эти напоры должны были обеспечить безопасные условия ведения очистных работ.

13 сентября на ПК 66+2 сопряжение конвейерного штрека с лавой произошел прорыв воды с выносом песка. Отход забоя очистной выработки от задней стенки монтажной камеры равнялся 16м. Начальный дебит прорыва был 20м /час, в дальнейшем увеличился до. На декабрь месяц запесочены 18 вент, и 20 конвейерный штреки, дебит стабилизировался и составляет 150м /час. Объём вынесенного песка составляет порядка 2000м . Гидрогео-механическая схемы условий образования прорыва приведена на рис.2.2, и 2.3.

Контроль за перетоками между водоносными горизонтами и оценку фактической скорости и направления движения подземных вод до и в результате подработки водоносных горизонтов, при прорывах определяли с использованием индикаторных исследований. Данный метод оценки геофильтрационных параметров с успехом прошел проверку на шахте "Никулинская".

В 1996 году были выполнены запуски индикатора в гидронаблюдательные скважины №№ 56,57 (лава 18, ш»Бельцевская») оборудованные на

тарусско-окский водоносный горизонт, на пески и известняки соответственно. Наблюдения проводились в течении 2х месяцев. Изменение концентрации индикатора в скважинах не зафиксировано. Можно сделать вывод о значительном фильтрационном сопротивлении фильтров гидронаблюдательных скважин.

Выполненный комплекс работ по установлению причины прорыва в лаве 18 ш "Бельцевская" не позволяет сделать однозначный вывод о причинах его вызвавших.

На стадии сегодняшнего понимания гидрогеомеханических процессов, при ведении очистных работ, возможно сделать следующая гипотеза.

При отходе очистного забоя на 16м от задней стенки монтажной камеры произошло деформирование надугольного массива до тульских известняков. Верхнетульские глины (мощностью 9м) совместно с тульскими известняками, как монолитная толща (промежуточная кровля), вызвали увеличение эффективных давлений на сопряжениях лавы со штреками, что в свою очередь привело к увеличению гидростатического давления и выдавливанию водосодержащих пород в зону разгрузки (выработанное пространство). Нарушение сплошности верхнетульских глин, позволившее вовлечь в прорыв подземные воды тарусско-окского водоносного горизонта, может быть вызвано как деформированием этого слоя под действием горного давления , так и слоистым его строением. Наличием прослоев с различными физико-механическими свойствами. В работе [32] приводятся данные, что при градиенте давления воды менее 1,5 не происходит размывание водопроводящих трещин. В данном случае при напоре в тарусско-окском водоносном горизонте 10м градиент составил порядка 1,4, что в принципе могло привести к размыву трещин. Данный вывод подтверждается продолжением действия прорыва без уменьшения притока и стабилизацией уровней в тарусско-окском водоносном горизонте.

Бурение восстающих скважин является эффективным способом снижения уровней подземных вод в надугольных горизонтах. При этом они явля-

м

70

60

50

4О

30 _

20 -

10

О

Гадрогеологическая схема д районе прорыда лава 18 шЪельцедская' (13.09.97 г. ПК 66+2, 20 конд, штрек на сопр. с ладой)

длина лады 100 м

'Ч

I

г

Ш

Заключение диссертации по теме «Физические процессы горного производства», Панчуков, Николай Павлович

Выводы: локальный характер разупрочнения тарусско-окских известняков вызвал изменение процесса деформирования надугольной толщи на экспериментальном участке; уменьшилось давление на краевые части очистной выработки это следует из меньшей величины оседания земной поверхности над штреками; на экспериментальном участке надугольные и тарусско-окские отложения сели одновременно.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе дано решение актуальной научно-технической задачи по установлению закономерностей развития гидрогеомеханических процессов в подрабатываемом водонасыщенном неоднородном массиве горных пород. Разработанная численная модель гидрогеомеханического процесса позволяет выполнять прогнозные оценки и интерпретацию результатов натурных экспериментов.

Основные научные выводы и практические результаты работы заключаются в следующем.

1. Наличие в подрабатываемом массиве пород с разной прочностью приводит к последовательному обрушению отдельных слоев при отходе очистного забоя от монтажной камеры на определённое расстояние. Установлено, что оседание толщи тульских отложений происходит при отходе забоя лавы на 5+15м в зависимости от мощности известняков и глин и их взаимного расположения в разрезе. Посадка тарусско-окских известняков происходит при отходе лавы на 50*80м при ее длине 100м.

2. Процессы деформирования подрабатываемого массива на новых шахтах отличаются большей неравномерностью, обусловленной зависанием отдельных прочных слоев с последующим их оседанием. При этом возможно образование под окскими известняками заполненных водой полостей, которые провоцируют прорывы в горные выработки.

3. В результате анализа проведенных наблюдений за сдвижением пород и изменением гидродинамического режима тарусско-окского горизонта установлено, что изменение напоров этого горизонта происходит не столько от расстояния до пьезометров от забоя лавы, сколько от характера геомеханических процессов в подрабатываемом массиве.

4. При ведении очистных работ происходит перераспределение эффективных и нейтральных напряжений в подрабатываемом массиве. Наличие мощной толщи крепких пород, залегающих на относительно слабых песчано-глинистых отложениях, создают условия для возникновения повышенного гидростатического давления и перехода мелкозернистых песков в псевдоплывунное состояние.

5. Прорыв водонасыщенных пород в горные выработки происходит при определенном соотношении эффективных и нейтральных напряжений.

6. Разработанная модель гидроеомеханических процессов, реализуемая с применением оригинальной компьютерной программы, является эффективным аппаратом изучения и прогноза напряженного состояния водонасыщенных неоднородных массивов. Результаты натурных наблюдений за развитием гидрогеомеханических процессов целесообразно интерпретировать с применением численных моделей, позволяющих оценить прочностные и фильтрационные свойства неоднородных массивов. Численные эксперименты на моделях, калиброванных по результатам натурных наблюдений, позволяют прогнозировать развитие гидрогеомеханических процессов при различных технологических параметрах горных работ.

7. Численные эксперименты на гидрогеомеханических моделях позволили установить зависимость влияния скорости развития горных работ на изменение величины гидростатического давления (нейтрального напряжения) и положения этих зон в разрезе. Оптимальной является скорость подвигания забоя лавы 2-^Зм/сут при длине лавы 80м и наиболее характерном строении подрабатываемого массива.

8. Предлагаемые технические решения по управлению оседанием основной кровли путём предварительного изменения структуры известняка взрыванием позволяют существенно изменить характер гидрогеомеханических процессов, уменьшить напряжения в массиве над краевыми частями лавы, что приводит к снижению гидростатического давления и предотвращению прорывов подземных вод и водонасыщенных пород в горные выработки.

9. Предлагаемый гидрогеомеханический подход к обоснованию инженерных мероприятий позволяет обеспечить безопасные условия ведения горных работ и снизить себестоимость добычи угля на новых шахтах Подмосковного бассейна.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Панчуков, Николай Павлович, 1999 год

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Молявко А.Р. Состояние и задачи дальнейшего развития техники и технологии обогащения и брекитирования углей. Уголь,№ 12,1988

2. Мироненко В.А., Шестаков В.М. Основы гидрогеомеханики. М.,"Недра" 1974.296 с.

3. Норватов Ю.А. Изучение и прогноз техногенного режима подземных вод. -Л.: Недра,1988. -216 с.

4. Гальперин А.Н., Зайцев B.C., Норватов Ю.А. Гидрогеология и инженерная геология. -М. :Недра,1989. -383 с.

5. Мироненко В.А. Динамика подземных вод. -М. :Непдра,1983. -357 с.

6. Турчанинов И.А., Иофисс М.А., Каспарьян Э.В. Основы механики горных пород. -Л. :Недра,1977. -503 с.

7. Гидрогеологические исследования в горном деле. / Авт. В.А. Мироенко, Ю.А. Норватов, Л.И. Сердюков и др. /, М.,"Недра",1976,с. 352.

8. Земисев В.Н., Давыдович Л.Н. Деформации пород в зоне опорного давления. -"Труды ВНИМИ", 1968, №68, с. 314-327.

9. Подольский В.А., Панчуков Н.П. Оптимизация технологических параметров в сложных гидрогеологических условиях. //Науч.-тех. журнал АГН. / Горный вестник № 3, 1996, с-64.

Ю.Сыроватко М.В. Гидрогеология и инженерная геология при освоении угольных месторождений. Госгортехиздат,1960.

П.Авершин С.Г. Горные работы под сооружениями и водоемами. Углетех-издат.,М.,1954.

12. Авершин С.Г. Сдвижение горных пород при подземных разработках. Уг-летехиздат.,М., 1947.

13. Поляк З.И. Сдвижение горных пород в Подмосковном угольном бассейне. Углетехиздат., М., 1947.

14. Бабокин И.А. Некоторые данные о прорывах вод в горные выработки шахт Подмосковного бассейна. Уголь N- 6,1966.

15. Бабокин И.А. Шахтные воды и способы борьбы с ними в Подмосковном бассейне. Углетехиздат. М.,1954.

16. Исследование сдвижения горных пород в условиях прорыва воды из верхних обводненных слоев толщи с выносом песка в Подмосковном бассейне. ВНИМИ, Новомосковск, Отчеты по темам №№- 29,26 20. 1958,1959,1960.

17. Момчилов B.C. Исследование обводненности и осушения выемочных столбов при применении комплексной механизации на шахтах Подмосковного бассейна. Кандидатская диссертация, М.,1966.

18. Прокофьев В.Д., Комиссаров C.B. Законтурное водопонижение на шахтах треста "Новомосковскуголь". Уголь,№- 4,1967.

19. Натаров В.Д., Бетин Д.И. Рациональные методы осушения карбонатных порд Криворожского бассейна. Тр. НИГРИ,сб.,41,1962.

20. Кацнельсон H.H., Никольская Н.М. Новый подход к определению возможности выемки угля под водотоками и водоемами. Тр. ВНИМИ,сб. 36, 1959.

21. Ломизе Г.М. Фильтрация в трещиноватых породах. Госэнергоиздат,М., 1951.

22.Светлов Ю.С., Вологодский В.А., Поморцев В.А. Исследование газопроницаемости угольного массива в зоне горных выработок. Уголь,№- 4,1966.

23.Хохлов И.В. Условия безопасной разработки угольных пластов под водными объектами в Печорском и в аналогичных ему по геологическому строению бассейнах. Кандидатская диссертация, Л., 1964.

24.Нисковский Ю.Н. Определение безопасной глубины подработки водоемов методом гидрокантроля на моделях из эквивалентных материалов. Тр. ВНИМИ,44,1965.

25.Мартынов Ю.И., Лабазкин П.Г. Приближенная методика определения водопроницаемости пород в зоне обрушения на моделях (на примере Белозерского месторождения). Изд. ''ЦНИИгоросушения",Белгород,1966.

26. Лабазкин П.Г. Стенд для моделирования и воспроизведения гидрогеологических условий. /Материалы конференции по обмену опытом в научных исследованиях и проектировании осушения месторождений полезных ископаемых. ЦНИИгоросушение/, Белгород 1966.

27.Стрельский Ф.П. К вопросу об оценке водопроницаемости пород подработанной угленосной толщи (на примере Кузбасса)- "Изв. ВУЗов. Геология и разведка", 1970,N- 9,с. 116-123.

28. Норватов Ю.А., Стрельский Ф.П. Специфика изучения и прогноз режима подземных вод в пределах шахтных полей. /Фильтрационные и миграционные процессы в массиве горных пород. Физические процессы горного производства:Сб. науч. тр. -Л.,ЛГИ,1985. - с. 73-78.

29. Гвирцман Б.Я., Пепелев И.А., Ягунов A.C. О положении границ зоны во-допроводящих трещин при разработке пологих пластов Кузбасса. /Тр. ВНИМИ. -Л.,1979. -Сб. 113. -с. 41-45.

30. Стрельский Ф.П., Петухов И.А. Прорывы воды в очистные выработки при наличии в непосредственной кровле глинистых пород. /Прогноз сдвижений горных пород, деформаций сооружений, устойчивости бортов разрезов при разработке угольных месторождений: Сб. науч. тр. - Л.,ВНИМИ, 1984. -с. 60-64.

31. Гвирцман Б.Я., Кацнельсон H.H., Бошенятов Е.В. Безопасная выемка угля под водными объектами. М.,Недра,1977,с. 175.

32. Леваньков Б.И., Миронов A.C., Норватов Ю.А. Оптимизация комплексных гидрогелогических исследований при оценке безопасных условий разработке угольных пластов под водными объектами. - В кн. Совершенствование методов расчета сдвижений и деформаций горных пород, сооружений и бортов разрезов при разработке угольных пластов в сложных гидрогеологических условиях. Л.,ВНИМИ,1985,с. 59-65.

33. Рекомендации по методике определения гидрогеологических па раметров для оценки условий строительства и эксплуатации угледобывающих пред-

приятий. /Ю.А. Норватов, А.Н. Рюмин, Л.Л. Бокий и др. JL, ВНИ-МИ,1986,с. 116.

34. Указания по оценке гидрогеологических условий шахтных полей и прогнозу водопритоков в горные выработки. /Ф.П. Стрельский, Л.Л. Бокий, Ю.А. Норватов, Б.И. Леваньков. Л.,ВНИМИ,1987. с. 101.

35. Иванов И.П. Инженерно-геологические исследования в горном деле (для обоснования рационального использования и охраны недр). -Л.,:Недра,1987. с. 225.

36. Стрельский Ф.П., Норватов Ю.А., Миронов A.C. Оценка условий ведения очистных работ под водными объектами по наблюдениям за поровым давлением в подрабатываемой толще. Тр. ВНИМИ сб 96. 1975 с. 54-60.

37.Герсеванов Н.М., Полыпин Д.Е. Теоретические основы механики грунтов. М., Госстройиздат, 1948, 247 с.

38.Стрельский Ф.П., Бокий Л.Л. Условия возникновения прорывов при разжижении пористых пород под нагрузкой. Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых.№6,1987.-с 103.

39.Чернышов И.А. Условия ведения горных работ под плывунами в при наличии аэродинамической связи подземных выработок с поверхностью. Кандидатская диссертация,Л.,1964.

40. Ломтадзе В.Д. Методы лабораторных исследований физико-механических свойств горных пород. -Л. :Недра,1972. -311 с.

41.Гвирцман Б.Я. О зависимости высоты зоны водопроводящих трещин над выработанным пространством от вынимаемой мощности пласта и литоло-гического состава пород толщи. Тр. ВНИМИ сб. 92. Л.: 1974,с 45-49.

42.Турчанинов И.А., Петухов И.А. Опыт применения глубинных реперов для наблюдений за деформациями толщи горных пород. М.,Углетех- из-дат,1958. 22 с.

43. Конлыбаев Ж., Серенбаев A.A., Жукова С.Г. и др. Руководство по наблюдению за сдвижением горных пород в толще массива с помощью радиоактивных изотопов - Алма-Ата, Из-во АН КазССР,1962.48с.

44. Лабазкин П.Г., Панчуков Н.П. Методическое руководство по определению необходимой степени осушения водоносных горизонтов на шахтах Подмосковного бассейна. /ПНИУИ.-Новомосковск.-1989.

45.Турчанинов И.А. Радиометрические наблюдения за деформациями толщи горных пород . -В кн. Вопросы технологии разработки месторождений Кольского полуострова. -М. -Л.,1961, с 61-67.

46. Турчанинов И.А., Козырев A.A., Каспарьян Э.В. Руководство по определению нарушенности пород вокруг выработки реометрическим методом. -Апатиты, 1971.43с.

47. Гвирцман Б.Я., Кацнельсон H.H., Стрельский Ф.П. Способ определения высоты зоны водопроводящих трещин над выработанным пространством на пластовых месторождениях с выдержанными водоупорами между водоносными слоями. Авторское свидетельство № 385046 Бюл. № 25,1973,2с.

48. Гвирцман Б.Я., Стрельский Ф.П. Методические указания по натурному определению зоны водопроводящих трещин над выработанным пространством в конкретных горно-геологических условиях. -Л. изд. ВНИМИ, 1973. 32с.

49. Стрельский Ф.П., Миронов A.C. Применение расходометрического каротажа для обоснования безопасной глубины подработки водных объектов. Тр. ВНИМИ,Сб 92,Л. 1974.

50. Леваньков Б.И., Миронов A.C., Никифоров Н.И. Метрологическое обеспечение дистанционного измерения температуры и гидростатического давления при полевых гидрогеологических исследованиях. Тр ВНИМИ, Сб. науч. тр.,Л. ВНИМИ, 1984. с32-37.

51. Геологический отчет о детальной разведке Никулинского месторождения угля Алексинского и Ясногорского районов Тульской области. Авт. Силю-ков Н. С., Ярош С.Я., Жилина Л.А., Шамшурин Н.И. -Тула, 1972. -239.

52.Лабазкин П.Г., Панчуков H П., Сапунов В.В., Имамвердиев И.Д. Совершенствование мероприятий по защите выработок от подземных вод. Сб. науч. тр. ПНИУИ, Новомосковск, 1989. с 40-44.

53. Комиссаров C.B., Таганов П.Ф. Методическое руководство по осушению шахт Подмосковного бассейна. М. :Недра, 1971.

54. Момчилов B.C. Подземное осушение шахт Подмосковного бассейна. М.: ЦНИЭИуголь, 1987,вып.8.30с.

55. Момчилов B.C. Защита шахт от подземных вод.М.:Недра,-1989.

56.Момчилов B.C., Потапенко В.А. О механизме прорывов подземных вод в горные выработки и способы их предотвращения. //Сб. науч. тр./ ПНИУИ.-Новомосковск. -1996.-СЗ.

57. Момчилов B.C., Потапенко В.А. Методические основы прогнозирования вероятности прорыва подземных вод в очистные забои. //Совершенствование технологии подземной разработки угольных месторождений: Сб.науч.тр. / ПНИУИ.-Новомосковск. -1995.-с135.

58. 1448022 (СССР) Способ подготовки выемочного столба / Чендев Ф.С., Потапенко В.А., Ковалёв В.Г., Минов М.А., Дубовский Ю.П., Момчилов B.C./

59. А.С. 1448082 (СССР) Способ осушения выемочных полей / Момчилов B.C., Чендев Ф.С., Потапенко В.А., Ковалёв В.Г., Минов М.А., Дубовский Ю.П./

60. Потапенко В.А., Момчилов B.C. Методические основы определения технологической сложности отработки месторождений полезных ископаемых. //Сб.науч.тр./ ПНИУИ.-Новомосковск. -1996.-с15.

61. Момчилов B.C., Потапенко В.А. Опыт применения персональных компьютеров при оценке горно- и гидрогеологических условий //Техника и технология подземной добычи угля: Сб.науч.тр./ ПНИУИ.-Новомосковск. -1993.-С20.

62. Момчилов B.C., Щёголева Т.А. Картирование зон интенсивных водопро-явлений в очистные забои с применением ПЭВМ. //Совершенствование

технологии подземной разработки угольных месторождений: Сб.науч.тр. / ПНИУИ.- Новомосковск. -1995.-с133.

63.Панчуков Н.П. Основные направления повышения эффективности осушения шахтных полей. //Совершенствование техники и технологии ведения горных работ на шахтах Подмосковного бассейна./ Сб. науч.тр./ ИГД им. А.А.Скочинского, ПНИУИ.- Тула, 1991. С-.

64. Панчуков Н.П., Панчукова JI.B. Особенности осушения тарусско-окского водоносного горизонта на новых шахтах Подмосковного бассей-на.//Совершенствование техники и технологии ведения горных работ на шахтах Подмосковного бассейна./ Сб. науч.тр./ ИГД им. А.А.Скочинского, ПНИУИ.-Тула, 1991. С-.

65.Мироненко В.А., Сердюков Л.И. Об учете сжимаемости глинистых пород при опытных откачках.- "Разведка и охрана недр", 1970, №11, с.51-55

66.Кузьменко В.И., Балакин В.Ф. Решение на ЭВМ задач пластического деформирования (справочник). Киев. "Тэхника". 1990.

67. Бакланов И.В., Картозия Б.А. Механические процессы в породных массивах. М.,"Недра",1986.

68. Бокий Л.Л., Стрельский Ф.П., Лупанов E.H., Скадорва А.И. Изучение гидрогеологических условий освоения южной части Эстонского месторождения горючих сланцев. Горючие сланцы,1987,4/2,с139-147

69. Садовенко И.А., Антонов Ю.И., Тимощук В.И., Матвиенко A.A. Экспериментальные исследования защитных свойств подрабатываемых горных пород в Западном Донбассе. Изв. высших учебных заведений Горный журнал 1990 №2 сЗ-6

70. Закутский И.А, Либерман Ю.М., Руппенейт К.В.. Исследование механических свойств пород Подмосковного бассейна.М., 1959.

71. Безазьян A.B., Костюк В.И., Садовенко И.А. Прогноз прорывов воды в очистные выработки шахт Западного Донбасса. Уголь. 1980. № 5 с. 25-26.

72.Лабазкин П.Г., Панчуков Н.П. Влияние длины лавы на изменение гидрогеологической ситуации при ведении очистных работ.

//Совершенствование техники и технологии ведения горных работ на шахтах Подмосковного бассейна./ Сб. науч.тр./ ИГД им. А.А.Скочинского, ПНИУИ.- Тула, 1990. С-65.

73.Панчуков Н.П., Подольский В.А., Улитин A.A. О влиянии горного давления на допустимый напор в водоносных горизонтах. //Совершенствование техники и технологии ведения горных работ./ Сб. науч.тр./ ПНИУИ.- Тула, 1992. С-26.

74. Улитин A.A., Панчуков Н.П., Козлов В.Н. Тампонирование утерянных скважин с использованием пороховых зарядов. //Техника и технология подземной добычи угля./ ПНИУИ, г.Новомосковск. 1993, с-147.

75.Зенкевич О., Чанг И. Метод конечных элементов в теории сооружений и в механике сплошных сред. М."Недра" 1974, с-239.

76. Зенкевич О., Морган К. Конечные элементы и аппроксимация. М., "Мир", 1986, с-318.

77. Гольдберг В.М., Скворцов Н.П. Проницаемость и фильтрация в глинах. М. "Недра" 1986,с-160.

78. Цытович H.A. Механика грунтов. М. "Высшая школа" 1979, с-272.

79. Подольский В.А., Панчуков Н.П., Козлов В.Н. Гидрогеомеханические условия ведения очистных работ на новых шахтах Подмосковного бассейна" //Прогнозирование условий и повышение эффективности подземной разработки угольных месторождений: Сб.науч.тр. / ПНИУИ.-Новомосковск. -1997.-c.23.

80. Захаров В.Н., Панчуков Н.П., Козлов В.Н. Сейсмоакустические исследования строения и гидрогеологических свойств надугольных горных пород Подмосковного бассейна.//Прогнозирование условий и повышение эффективности подземной разработки угольных месторождений: Сб.науч.тр. / ПНИУИ.- Новомосковск, -1995.-c.46.

81.По дольский В. А., Панчуков Н.П. Расчёт механических напряжений и избыточного порового давления при возведении дамбы на гидроотвале. Материалы научно-технической конференции Новомосковского института

Российского химико-технологического университета им. Д.И.Менделеева. г. Новомосковск, 9-13 декабря 1996 г. часть 2, с. 131-132. Деп. В ВИНИТИ № 332-98В от 5.2.98г. 82.Момчилов B.C., Потапенко В.А. " О механизме прорывов подземных вод в горные выработки и способах их предотвращениям/Прогнозирование условий и повышение эффективности подземной разработки угольных месторождений: Сб.науч.тр. / ПНИУИ.-Новомосковск. -1997.-С.9.