Экспериментально-аналитическое исследование динамики геомеханических процессов при отработке угольного пласта в районе тектонического нарушения

Представлены результаты анализа горно-геологических и горнотехнических условий отработки угольного пласта Елбанский-5 (Е-5) шахты «Осинниковская» (АО «Распадская угольная компания»). Изучена по данным регистрации функционирующей на шахте системы сейсмического мониторинга GITS (АО «ВНИМИ») сейсмическая активность в период отработки выемочного столба 4-1-5-7 пласта Е-5. По данным регистрации сейсмических событий в пределах шахтного поля, в 2020 г. при отработке выемочного столба 4-1-5-7 наблюдалась высокая сейсмическая активность как со стороны целика между отрабатываемым и отработанным выемочным столбом 4-1-5-6, так и впереди очистного забоя с выделением удароопасных зон при пересечении группы тектонических нарушений и передовой выработки очистным забоем. Для выявления закономерностей развития сейсмоактивных зон на участках повышенного горного давления построены математические модели напряженно-деформированного состояния (НДС) массива горных пород с использованием комплекса проблемно ориентированных компьютерных программ, разработанного на кафедре геотехнологии СибГИУ. Представлены результаты математического моделирования распределения НДС неоднородного углепородного массива с учетом влияния горных выработок и геологических нарушений разрывного типа. Математическое моделирование распределения НДС проводилось для участка шахтного поля, вмещающего выемочный столб 4-1-5-7 пласта Е-5 и оконтуривающие выемочный столб целики, при этом для создания геометрии расчетной модели использовалась горно-геологическая характеристика участка ведения горных работ. Установлены качественные и количественные взаимосвязи между параметрами НДС и сейсмической активностью массива.

Разумов Е. Е., Простов С. М., Петрова О. А. Экспериментально-аналитическое исследование динамики геомеханических процессов при отработке угольного пласта в районе тектонического нарушения // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2024. – № 3. – С. 102–118. DOI: 10.25018/0236_1493_2024_3_0_102.

Разумов Егор Евгеньевич¹ — аспирант, научный сотрудник, АО «ВНИМИ», e-mail: razumov@vnimi.ru,
Простов Сергей Михайлович¹ — д-р техн. наук, профессор, e-mail: razumov@vnimi.ru,
Петрова Ольга Александровна — канд. техн. наук, доцент, e-mail: ol_petrova@mail.ru, Сибирский государственный индустриальный университет,
¹ Кузбасский государственный технический университет имени Т.Ф. Горбачева.

Разумов Е.Е., e-mail: razumov@vnimi.ru.

1. Разумов Е. Е., Рукавишников Г. Д., Мулёв С. Н., Простов С. М. Анализ сейсмической активности массива при ведении горных работ на шахте «Комсомольская» АО «Воркутауголь» // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2022. — № 1. — С. 104—114. DOI: 10.2 5018/0236_1493_2022_1_0_104.

2. Marcak H., Mutke G. Seismic activation of tectonic stresses by mining // Journal of Seismology. 2013, vol. 17, no. 4, pp. 1139—1148.

3. Meifeng C. Prediction and prevention of rockburst in metal mines. A case study of Sanshandao gold mine // Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering. 2016, vol. 8, no. 2, pр. 204—211.

4. Manchao H., Fuqiang R., Dongqiao L. Rockburst mechanism research and its control // International Journal of Mining Science and Technology. 2018, vol. 28, no. 5, pр. 829—837.

5. Рассказов И. Ю., Федотова Ю. В., Сидляр А. В., Потапчук М. И. Анализ проявлений техногенной сейсмичности в удароопасном массиве пород Николаевского месторождения // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2020. — № 11. — С. 46—56. DOI: 10.25018/02361493-2020-11-0-46-56.

6. Azhari A., Ozbay U. Evaluating the effect of earthquakes on open pit mine slopes / 50th U.S. Rock Mechanics. Geomechanics Symposium, Houston, Texas, 2016, pp. 315—324.

7. Williams-Stroud S. C. Earth stress and seismic hazard from the size-frequency distribution of seismic events / 51st U.S. Rock Mechanics. Geomechanics Symposium. California, San-Francisco, 2017, pp. 544—550.

8. Егоров А. П., Рыжов В. А. К вопросу систематизации геофизических исследований геомеханического состояния массива горных пород и земной поверхности для оперативного контроля безопасности ведения горных работ на угольных шахтах // Уголь. — 2019. — № 10. — С. 22—28.

9. Копылов К. Н., Смирнов О. В., Кулик А. И. Акустический контроль состояния массива и прогноз динамических явлений // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2015. — № 7. — С. 82—88.

10. Копылов К. Н., Смирнов О. В., Кулик А. И., Потапов П. В. Испытания автоматизированной системы акустического контроля состояния массива горных пород // Уголь. — 2015. — № 7. — С. 44—47.

11. Смирнов О. В., Кулик А. И., Лапин Е. А. Прогноз геологических нарушений по параметрам акустического сигнала // Уголь. — 2015. — № 11. — С. 76—79.

12. Разумов Е. Е., Рукавишников Г. Д., Мулёв С. Н., Простов С. М. Основные принципы построения систем сейсмического мониторинга при отработке удароопасных угольных пластов // Горный журнал. — 2021. — № 1. — С. 8—12. DOI: 10.17580/gzh.2021.01.02.

13. Разумов Е. Е., Простов С. М., Мулёв С. Н., Рукавишников Г. Д. Алгоритмы обработки сейсмической информации // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2022. — № 2. — С. 17—29. DOI: 10.25018/0236_1493_2022_2_0_17.

14. Фрянов В. Н., Лукин К. Д., Петрова О. А., Шеховцова В. О., Фрянова О. В. Математическое моделирование процессов формирования напряжений и повреждений в геотектонических активных зонах углепородного массива под влиянием подземных горных выработок // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2012. — № 8. — С. 131—138.

15. Никитина А. М., Фрянов В. Н. Геомеханическое обеспечение устойчивости горных выработок в неоднородном углепородном массиве. — Новокузнецк: СибГИУ, 2009. — 199 с.

16. Фрянов В. Н., Степанов Ю. А. Программа подготовки данных для проведения расчетов геомеханических параметров угольных шахт методом конечных элементов // Свидетельство об официальной регистрации программы на ЭВМ № 2000610937; Заявка № 2000610798 от 24.06.2000. Зарегистр. 21.09.2000. — М.: Роспатент, 2000.

17. Степанов А. В., Фрянов В. Н., Степанов Ю. А. Программа расчета геомеханических параметров для исследования взаимодействия секции механизированной крепи с углепородным массивом. Свидетельство об официальной регистрации программы на ЭВМ № 2001610645; Заявка №2001610402 от 02.04.2001. Зарегистр. 31.05.2001. — М.: Роспатент, 2001.

18. Златицкая Ю. А., Фрянов В. Н. Геомеханическое обоснование параметров опасных зон и технологии упрочнения пород в окрестности подземных горных выработок. — Новокузнецк: СибГИУ, 2006. — 160 с.

19. Опарин В. Н., Адушкин В. В., Востриков В. И., Усольцева О. М., Мулев С. Н., Юшкин В. Ф., Киряева Т. А., Потапов В. П. Развитие экспериментально-теоретических основ нелинейной геотомографии. Часть I: Формулировка и обоснование задачи исследований // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2019. — № 1. — С. 5—29. DOI: 10.25018/02361493-2019-01-0-5-25; Часть II: Динамико-кинематические характеристики волн маятникового типа в напряженных геосредах и сейсмоэмиссионные процессы // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2019. — № 11. — С. 5—26. DOI: 10.25018/0236-1493-2019-11-0-5-26; Часть III: Перспективные системы контроля деформационно-волновых процессов в подземных и наземных условиях ведения горных работ // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2019. — № 12. — С. 5—29. DOI: 10.25018/0236-1493-2019-12-05-29.

20. Иванов В. В., Егоров П. В., Пимонов А. Г. Статистическая теория эмиссионных процессов в нагруженных структурно-неоднородных горных породах и задача прогнозирования динамических явлений // ФТПРПИ. — 1990. — № 4. — С. 59—74.

21. Журавлева О. Г., Аветисян И. М., Земцовский А. В. Комплексирование сейсмических данных и результатов численного моделирования напряженно-деформированного состояния массива в удароопасных условиях // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2017. — № 4. — С. 173—183.

22. Yamshchikov V. S., Voznesenskij A. S. Information basis for controlling geometrical processes // Journal of Mining Science. 1994, vol. 30, no. 3, pp. 229—237.

23. Вознесенский А. С. Системы контроля геомеханических процессов. — М.: Изд-во «Горная книга», 2002. — 152 с.

24. Простов С. М., Герасимов О. В., Никулин Н. Ю. Комплексный геолого-геофизический мониторинг процессов упрочнения грунтов. — Томск: ТГУ, 2015. — 344 с.

25. Турчанинов И. А., Панин В. И. Геофизические методы определения и контроля напряжений в массиве. — Л.: Наука, 1976. — 164 с.

26. Хямяляйнен В. А., Простов С. М., Сыркин П. С. Геоэлектрический контроль разрушения и инъекционного упрочнения горных пород. — М.: Недра, 1996. — 288 с.