Геофильтрационная оценка возможности дренирования восстающими скважинами неосушенного водоносного горизонта над рудником

Одним из определяющих факторов обеспечения устойчивости породных целиков (водозащитных толщ) при подработке подземных водных объектов является величина напора подземных вод на кровле целика. Снижение прорывоопасности может осуществляться как путем повышения прочностных свойств пород целика, так и снижением напора подземных вод в вышележащем водном объекте. В условиях отсутствия инженерно-мелиоративных мероприятий по укреплению горных пород целика снижение прорывоопасности путем дренирования водного объекта до отметок уровней, соответствующих безопасному ведению горных работ, является актуальной научно-практической задачей. Более того, градостроительное развитие территорий также сталкивается с задачей освоения подземного пространства под водными объектами. На примере Яковлевского железорудного месторождения, отрабатываемого подземным способом под защитой целика (водозащитной толщи), отделяющего неосушенный высоконапорный (более 300 м) водоносный горизонт от горных выработок, производится подбор оптимальных параметров системы самотечных восстающих дренажных скважин для снижения напоров в вышележащем водоносном горизонте до безопасных величин. Оценка эффективности и конфигурации дренажного контура осуществлена на численной геофильтрационной модели месторождения в нестационарной (для периода снижения уровня) и в стационарной (для периода стабилизации уровня на безопасных отметках) постановках задачи. Достигнутые с использованием численного геофильтрационного моделирования результаты указывают на целесообразность сооружения дренажного контура для снижения прорывоопасности в условиях Яковлевского месторождения. Установлены закономерности изменения водопритока к контуру дренажных скважин и руднику в целом на различные временные шаги и при различной конфигурации дренажного контура.

Котлов С. Н., Целищев Н. А. Геофильтрационная оценка возможности дренирования восстающими скважинами неосушенного водоносного горизонта над рудником // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2024.– №12-1.– С. 212–226. DOI: 10.25018/0236_1493_2024_121_0_212.

Котлов Сергей Николаевич¹ — канд. геол.-минерал. наук, ведущий научный сотрудник, e-mail: kotlov_sn@pers.spmi.ru, ORCID ID: 0000-0002-4788-921X,
Целищев Николай Анатольевич¹ — инженер, e-mail: Tselischev_NA@pers.spmi.ru, ORCID ID: 0000-0001-7737-9686,
¹ Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины II.

Котлов С.Н., e-mail: kotlov_sn@pers.spmi.ru.

1. Sudarikov S., Petrov V., Narkevsky E., Dobretsova I., Antipova I. In-situ study methods used in the discovery of sites of modern hydrothermal ore formation on the Mid-Atlantic Ridge // Minerals. 2022, vol. 12, no. 10, article 1219. DOI: 10.3390/min12101219.

2. Власов С. Н., Маковский Л. В., Меркин В. Е. Аварийные ситуации при строительстве и эксплуатации транспортных тоннелей и метрополитенов. — М.: ИМР, 1997. — 180 с.

3. Дроздов А. В., Крамсков Н. П., Гензель Г. Н. Особенности гидрогеомеханического мониторинга под водными объектами на алмазных месторождениях Западной Якутии // Вестник Иркутского государственного технического университета. — 2011. — № 1(48). — С. 72—79.

4. Пономаренко М. Р., Кутепов Ю. И. Оценка степени сложности условий открытых разработок месторождений полезных ископаемых для обоснования деформационного мониторинга карьера // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. — 2021. — № 6. — С. 119—130. — DOI: 10.15372/FTPRPI20210611.

5. Волостнова Н. В. О закономерностях в строении угленосных отложений Дальнебуланашского месторождения // Известия Уральского государственного горного университета. — 2001. — № 13. — С. 62—65.

6. Навитний А. М., Иофис М. А., Айруни А. Т. Опыт разработки угольных пластов под инженерными и природными объектами: Обзор. — М.: ЦНИЭИуголь, 1987.

7. Попов В. Н., Иофис М. А., Орлов Г. В. Оценка и прогноз геомеханического состояния подработанного слоистого массива горных пород / Материалы 4 Международной конференции маркшейдеров. Польша, 1997.

8. Филиппов В. Н., Еременко А. А., Филимонов В. В., Христолюбов Е. А. Отработка предохранительных целиков на Таштагольском и Шерегешевском месторождениях // Фундаментальные и прикладные вопросы горных наук. — 2018. — Т. 5. — № 2. — С. 151—159. EDN: YUNUCD.

9. Филиппов В. Н., Конурин А. И. Безопасная отработка охранного целика на Шерегешском месторождении системой разработки с обрушением вмещающих пород // Фундаментальные и прикладные вопросы горных наук. — 2022. — Т. 9. — № 3. — С. 150—158. EDN: VUZIGG.

10. Davidson S., Baker P. A levee breach induced by internal erosion in Western Australia // Quarterly Journal of Engineering Geology and Hydrogeology // 2021, vol. 55. DOI: 10.1144/qjegh2021-037.

11. Трофимов А. В., Румянцев А. Е., Господариков А. П., Киркин А. П. Неразрушающий ультразвуковой метод контроля прочности закладочного бетона на глубоких рудниках Талнаха // Цветные металлы. — 2020. — № 12. — С. 28—32. DOI: 10.17580/tsm.2020.12.04.

12. Багаутдинов И. И., Беляков Н. А., Севрюков В. В., Рассказов М. И. Применение модели упрочняющегося грунта для прогноза зоны пластических деформаций массива слабоустойчивых пород Яковлевского железорудного месторождения // Горный журнал. — 2022. — № 12. — С. 16—21. DOI: 10.17580/gzh.2022.12.03.

13. Беляков Н. А., Морозов К. В., Емельянов И. А. Методика обработки данных полевых испытаний по оценке естественного напряженного состояния горного массива методом кольцевой разгрузки // Горный журнал. — 2023. — № 5. — С. 89—96. DOI: 10.17580/gzh.2023.05.13.

14. Syasko V., Nikazov A. Research and development of metrological assurance elements for leeb hardness measurements // Inventions. 2021, vol. 6, no. 4, article 86. DOI: 10.3390/inventions6040086.

15. Daniliev S. M., Danilieva N. A., Frid V. I., Mulev S. N. Integration of seismic refraction and fracture-induced electromagnetic radiation methods to assess the stability of the roof in mine-workings minerals // Minerals. 2022, vol. 12, no. 5, article 609. DOI: 10.3390/min12050609.

16. Гусев В. Н. Геомеханика техногенных водопроводящих трещин. — СПб.: СПГГИ, 1999. — 156 с.

17. Kong W. K. Water ingress assessment for rock tunnels: A tool for risk planning // Rock Mechanics and Rock Engineering. 2011, vol. 44, pp. 755—765. DOI: 10.1007/s00603-011-0163-4.

18. Феллер Е. Н. Прогнозирование изменения инженерногеологических условий при ведении очистных работ на Яковлевском руднике (Яковлевское месторождение богатых железных руд, КМА): Автореф. дис. канд. геол.-минерал. наук. — СПб., 2014. — 25 с.

19. Staat M. An extension strain type mohr—coulomb criterion // Rock Mechanics and Rock Engineering. 2021, vol. 54, pp. 6207—6233. DOI: 10.1007/s00603-021-02608-7.

20. Беляков Н. А., Карасев М. А., Трушко В. Л. Механика сплошной среды. — СПб., 2019. — 114 с.

21. Дашко Р. Э., Волкова А. В. Исследование возможности прорывов подземных вод из нижнекаменноугольного водоносного горизонта в горные выработки Яковлевского рудника // Записки Горного института. — 2006. — Т. 168. — С. 142—148.

22. Дашко Р. Э., Феллер Е. Н. Формирование и развитие горно-геологических процессов в зависимости от изменения инженерно-геологических и гидрогеологических условий на Яковлевском руднике // Записки Горного института. — 2012. — Т. 199. — С. 151—160.

23. Ignatiev S. A., Sudarikov A. E., Imashev A. Zh. Determination of the stress-strain state of rock mass and zone of inelastic deformation around underground mine excavation using modern methods of numerical modeling // Journal of Sustainable Mining. 2021, vol. 20, no. 3, pp. 220—227. DOI: 10.46873/2300-3960.1324.

24. Горев И. В., Куваев А. А., Машенькин П. А., Пронин В. А., Семёнов М. Е., Сидоров М. Л., Глинский М. Л. Комплекс программ «Нимфа» для решения задач нелинейной однофазной фильтрации жидкости и тепломассопереноса в пористых средах // Вопросы атомной науки и техники. Серия: Математическое моделирование физических процессов. — 2018. — № 2. — С. 3—14.

25. Сергеев С. В., Лябах А. И., Квачев В. Н., Севрюков В. В. Геолого-гидрогеологическая характеристика Яковлевского месторождения // Региональные геосистемы. — 2011. — Т. 15. — № 9 (104). — С. 147—154.

26. Леоненко И. Н., Русинович И. А., Чайкин С. И. Геология, гидрогеология и железные руды бассейна Курской магнитной аномалии. Т. 3. Железные руды. — М.: Недра, 1969. — 319 с.

27. Лесничий Л. И. Гриценко К. И. Метод прогноза сезонных изменений водопритока к подземным горным выработкам на основе модели водосбора с сосредоточенными параметрами // Геоэкология, инженерная геология, гидрогеология, геокриология. — 2023. — № 6. — С. 79—83.

28. Шабаров А. Н., Носков В. А., Павлович А. А., Черепов А. А. Понятие геомеханического риска при ведении открытых горных работ // Горный журнал. — 2022. — № 9. — С. 22—28. DOI: 10.17580/gzh.2022.09.04.

29. Хатум Х. М., Мустафин М. Г. Оптимизация места расположения роботизированных станций наблюдений за деформациями зданий и сооружений // Геодезия и картография. — 2020. — № 9. — С. 2—13. DOI: 10.22389/0016-7126-2020-963-9-2-13.

30. Rau G. C., Cuthbert M. O., Post V. E. A., Schweizer D., Acworth R. I., Andersen M. S., Blum P., Carrara E., Rasmussen T. C., Ge S. Future-proofing hydrogeology by revising groundwater monitoring practice // Hydrogeology Journal. 2020, vol. 28, 2963—2969. DOI: 10.1007/s10040-020-02242-7.