К определению горизонтальных деформаций подработанных территорий

Обсуждается вопрос адекватности оценки горизонтальных деформаций земной поверхности, определяющих интенсивность техногенного воздействия горных работ на здания, сооружения и объекты инженерной инфраструктуры. Рассматриваются три способа расчета горизонтальных деформаций земной поверхности. Первый способ основывается на линейной зависимости горизонтальных деформации от кривизны мульды сдвижения, второй базируется на эмпирически установленной для конкретных горно-геологических условий взаимосвязи между максимальными значениями горизонтальных смещений и оседаний земной поверхности, третий способ включает математическое моделирование изменения напряженно-деформированного состояния подработанного массива с оценкой деформаций земной поверхности. Применительно к Верхнекамскому месторождению солей для типовой мульды сдвижения выполнено сравнение различных способов расчета горизонтальных деформаций. Установлено, что в качественном отношении оценки деформаций приемлемо согласуются между собой. Сопоставление расчетных методик с данными прямых маркшейдерских измерений горизонтальных деформаций показало, что, чем ближе реальная мульда сдвижения земной поверхности к классической типовой форме, тем точнее будет оценка горизонтальных деформаций инженерными методами. Причем при возможности калибровки функций безразмерного распределения горизонтальных смещений определить деформации можно с весьма высокой точностью. В случае сложной конфигурации мульды сдвижения предпочтительным является применение методов математического моделирования. Тем более что трехмерное математическое моделирование не только показывает распределение максимальных горизонтальных деформаций по площади подработанной территории, но и позволяет определить их ориентацию в плане. Кроме того, по результатам математического моделирования легко строится профильная кривая оседаний, которая может обрабатываться инженерными способами, а полученные максимальные значения горизонтальных деформаций могут использоваться для анализа необходимости применения мер охраны объектов на земной поверхности.

Барях А. А., Тенисон Л. О., Самоделкина Н. А. К определению горизонтальных деформаций подработанных территорий // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2021. – № 11. – С. 5–18. DOI: 10.25018/0236_1493_2021_11_0_5.

Работа выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда (грант № 19-77-30008).

Барях Александр Абрамович¹ — д-р техн. наук, академик РАН, директор ПФИЦ Уро РАН, e-mail: bar@mi-perm.ru,
Тенисон Людмила Олеговна — канд. техн. наук, начальник Управления, ПАО «Уралкалий»,
Самоделкина Надежда Анатольевна¹ — канд. техн. наук, ведущий научный сотрудник, e-mail: Lyudmila.Tenison@uralkali.com,
¹ Горный институт УрО РАН.

Барях А.А., e-mail: bar@mi-perm.ru.

1. Трубецкой К. Н., Галченко Ю. П., Сабянин Г. В. Систематизация экологических последствий техногенного изменения недр в процессе их освоения // Геоэкология. Инженерная геология, гидрогеология, геокриология. — 2008. — № 4. — С. 291—300.

2. Buzylo V., Pavlychenko A., Borysovska O., Saveliev D. Investigation of processes of rocks deformation and the earth’s surface subsidence during underground coal mining // E3S Web of Conferences. 2019, vol. 123, article 01050. DOI: 10.1051/e3sconf /201912301050.

3. Sasaoka T., Takamoto H., Shimada H., Oya J., Hamanaka A., Matsui K. Surface subsidence due to underground mining operation under weak geological condition in Indonesia // Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering. 2015, vol. 7, no. 3, pp. 337—344. DOI: 10.1016/j.jrmge.2015.01.007.

4. Lokhande R. D., Murthy V. M. S. R., Singh K. B. Pot-hole subsidence in underground coal mining: Some Indian experience // Geotechnical and Geological Engineering. 2013, vol. 31, no. 2, pp. 793—799. DOI: 10.1007/s10706-012-9598-y.

5. Xia K., Chen C., Zheng Y., Zhang H., Liu X., Deng Y., Yang K. Engineering geology and ground collapse mechanism in the Chengchao iron-ore Mine in China // Engineering Geology. 2019, vol. 249, pp. 129—147. DOI: 10.1016/j.enggeo.2018.12.028.

6. Гайдин А. М. Техногенный соляной карст // Известия высших учебных заведений. Горный журнал. — 2020. — № 6. — С. 48—57. DOI: 10.21440/0536-1028-2020-6-48-57.

7. Барях А. А., Девятков С. Ю. Геомеханическая оценка условий образования провалов на земной поверхности на участке прорыва пресных вод в калийный рудник // Горный журнал. — 2018. — № 6. — С. 17—21. DOI: 10.17580/gzh.2018.06.03.

8. Правила охраны сооружений и природных объектов от вредного влияния подземных горных разработок на угольных месторождениях (ПБ 07-269-98). — СПб., 1998. — 291 с.

9. СП 21.13330.2012 Здания и сооружения на подрабатываемых территориях и просадочных грунтах. Актуализированная редакция СНиП 2.01.09-91.

10. Драсков В. П. Опыт управления сдвижением горных пород на рудных месторождениях // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2010. — № 9. — С. 269—272.

11. Барях А. А., Губанова Е. А. О мерах охраны калийных рудников от затопления // Записки Горного института. — 2019. — Т. 240. — С. 613—620. DOI: 10.31897/PMI.2019.6.613.

12. Хайрутдинов М. М., Вотяков М. В. Гидравлическая закладка на калийных рудниках // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2007. — № 6. — С. 214—218.

13. Samsonov S., Baryakh A. Estimation of deformation intensity above a flooded potash mine near Berezniki (Perm Krai, Russia) with SAR interferometry // Remote Sens. 2020, vol. 12, no. 19, article 3215. DOI: 10.3390/rs12193215.

14. Горский Д. А., Хоменков К. А. Оценка влияния добычи калийных солей на состояние окружающей среды в виде деформаций земной поверхности методами радиолокационной съемки в Республике Беларусь // Геоматика. — 2012. — № 4. — С. 65—75.

15. Bialek J., Wesolowski M., Mielimaka R., Sikora P. Deformations of mining terrain caused by the partial exploitation in the aspect of measurements and numerical modeling // Sustainability. 2020, vol. 12, no. 12, article 5072. DOI: 10.3390/su12125072.

16. Ma F., Gu H., Guo J., Lu R. Analysis of ground deformation based on GPS in Sanshandao gold mine, China // Journal of Nepal Geological Society. 2018, vol. 55, pp. 7—14.

17. Борзаковский Б. А., Мараков В. Е., Тенисон Л. О. Прогноз негативного влияния затопления рудника БКПРУ-1 ОАО «Уралкалий» на городскую и промышленную застройку г. Березники // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2009. — № 7. — С. 381—396.

18. Baryakh A. A., Samodelkina N. A. Geomechanical estimation of deformation intensity above the flooded potash mine // Journal of Mining Science. 2018, vol. 53, no. 4, pp. 630—642. DOI: 10.1134/S106273911704262X.

19. Указания по защите рудников от затопления и охране подрабатываемых объектов на Верхнекамском месторождении калийно-магниевых солей. — ПермьБерезники, 2014.

20. Викторов С. Д., Иофис М. А., Гончаров С. А. Сдвижение и разрушение горных пород. — М.: Наука, 2005. — 277 с.

21. Авершин С. Г. Сдвижение горных пород при подземных разработках. — М.: Углетехиздат, 1947. — 245 с.

22. Колбенков С. П. Аналитическое выражение типовых кривых сдвижения поверхности // Труды ВНИМИ. № 43. — Л., 1961.

23. Иофис М. А. Расчет деформаций земной поверхности во Львовско-Волынском бассейне // Труды ВНИМИ. № 50. — Л., 1963.

24. Протосеня А. Г., Карасев М. А. Развитие методов прогноза оседания земной поверхности при строительстве подземных сооружений в условиях плотной городской застройки // Метро и тоннели. — 2016. — № 6. — С. 87—91.

25. Зенкевич О. Метод конечных элементов в технике. — М.: Мир, 1975. — 541 с.