Исследование экологически опасных необратимых сдвижений массива горных пород над выработками солевых шахт
Комплексные исследования позволили установить существенные особенности развития и активизации сдвижений массива вокруг солевых шахт под действием обводнения контакта солевого купола с вышележащими породами в результате утечки сточных вод. Процесс зарождения разрушения протекает в глубине массива, по...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Геотехнічна механіка |
|---|---|
| Дата: | 2015 |
| Автор: | |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України
2015
|
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/135948 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Исследование экологически опасных необратимых сдвижений массива горных пород над выработками солевых шахт / В. В. Назимко // Геотехнічна механіка: Міжвід. зб. наук. праць. — Дніпропетровск: ІГТМ НАНУ, 2015. — Вип. 124. — С. 128-138. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-135948 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Назимко, В.В. 2018-06-15T16:52:37Z 2018-06-15T16:52:37Z 2015 Исследование экологически опасных необратимых сдвижений массива горных пород над выработками солевых шахт / В. В. Назимко // Геотехнічна механіка: Міжвід. зб. наук. праць. — Дніпропетровск: ІГТМ НАНУ, 2015. — Вип. 124. — С. 128-138. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. 1607-4556 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/135948 629.039.58: 551.2. 3 Комплексные исследования позволили установить существенные особенности развития и активизации сдвижений массива вокруг солевых шахт под действием обводнения контакта солевого купола с вышележащими породами в результате утечки сточных вод. Процесс зарождения разрушения протекает в глубине массива, после чего он выходит на земную поверхность. Активизация сдвижений сопровождается эволюцией кластерной мозаики приращений сдвижений, которая меняет свое поведение от несогласованного к согласованному и наоборот. Именно этот механизм содействует, во-первых, разрушению, вовторых, разделению массива на отдельные составляющие, в-третьих, противоположному движению этих составляющих друг относительно друга, и, в-четвертых, зарождению и развитию провалов земной поверхности. Это сопровождается экологической катастрофой на земной поверхности, которая имеет тенденцию к устойчивому развитию и весьма трудно поддается управлению. Комплексні дослідження дозволили встановити суттєві особливості розвитку та активізації зрушень масиву навколо соляних шахт під дією обводнення контакту соляного купола з вищерозташованими породами в результаті витоку стічних вод. Процес зародження руйнування протікає в глибині масиву, після чого він виходить на земну поверхню. Активізація зрушень супроводжується еволюцією кластерної мозаїки приростів зрушень, яка змінює свою поведінку від неузгодженої до узгодженої і навпаки. Саме цей механізм сприяє, по-перше, руйнування, по-друге, поділу масиву на окремі складові, по-третє, протилежному руху цих складових стосовно один одного, і по-четверте, зародженню і розвитку провалів земної поверхні. Це супроводжується екологічною катастрофою на земній поверхні, яка має тенденцію до сталого розвитку і дуже важко піддається управлінню. Essential peculiarities of ground behavior have been found due to subsidence investigation over abandoned salt mines. Waste water leakage through contact of the ore body and covered rocks caused argillite softening and sliding of the rock clusters one relatively another. As a result, cluster mosaic evolves due to shift from coordinated movement to controversial and vice versa. This behavior promotes chimney subsidence as the consequence of such events: collapse of contact between ore body and covered rock mass, separation of the rock mass into clusters that move in different directions, uncoordinated movement of these clusters, origination and development of chimney subsidence. Size of the chimney is 50 m and more in diameter and its development is unstable and hard to control. Such process is catastrophic and exposes surface buildings and structures to danger. ru Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України Геотехнічна механіка Исследование экологически опасных необратимых сдвижений массива горных пород над выработками солевых шахт Дослідження екологічно небезпечних незворотних зрушень масиву гірських порід над виробками сольових шахт Investigation of ecologically hazardous irreversible subsidence over salt mines Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Исследование экологически опасных необратимых сдвижений массива горных пород над выработками солевых шахт |
| spellingShingle |
Исследование экологически опасных необратимых сдвижений массива горных пород над выработками солевых шахт Назимко, В.В. |
| title_short |
Исследование экологически опасных необратимых сдвижений массива горных пород над выработками солевых шахт |
| title_full |
Исследование экологически опасных необратимых сдвижений массива горных пород над выработками солевых шахт |
| title_fullStr |
Исследование экологически опасных необратимых сдвижений массива горных пород над выработками солевых шахт |
| title_full_unstemmed |
Исследование экологически опасных необратимых сдвижений массива горных пород над выработками солевых шахт |
| title_sort |
исследование экологически опасных необратимых сдвижений массива горных пород над выработками солевых шахт |
| author |
Назимко, В.В. |
| author_facet |
Назимко, В.В. |
| publishDate |
2015 |
| language |
Russian |
| container_title |
Геотехнічна механіка |
| publisher |
Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Дослідження екологічно небезпечних незворотних зрушень масиву гірських порід над виробками сольових шахт Investigation of ecologically hazardous irreversible subsidence over salt mines |
| description |
Комплексные исследования позволили установить существенные особенности развития и активизации сдвижений массива вокруг солевых шахт под действием обводнения контакта солевого купола с вышележащими породами в результате утечки сточных вод. Процесс зарождения разрушения протекает в глубине массива, после чего он выходит на земную поверхность. Активизация сдвижений сопровождается эволюцией кластерной мозаики приращений сдвижений, которая меняет свое поведение от несогласованного к согласованному и наоборот. Именно этот механизм содействует, во-первых, разрушению, вовторых, разделению массива на отдельные составляющие, в-третьих, противоположному движению этих составляющих друг относительно друга, и, в-четвертых, зарождению и развитию провалов земной поверхности. Это сопровождается экологической катастрофой на земной поверхности, которая имеет тенденцию к устойчивому развитию и весьма трудно поддается управлению.
Комплексні дослідження дозволили встановити суттєві особливості розвитку та активізації зрушень масиву навколо соляних шахт під дією обводнення контакту соляного купола з вищерозташованими породами в результаті витоку стічних вод. Процес зародження руйнування протікає в глибині масиву, після чого він виходить на земну поверхню. Активізація зрушень супроводжується еволюцією кластерної мозаїки приростів зрушень, яка змінює свою поведінку від неузгодженої до узгодженої і навпаки. Саме цей механізм сприяє, по-перше, руйнування, по-друге, поділу масиву на окремі складові, по-третє, протилежному руху цих складових стосовно один одного, і по-четверте, зародженню і розвитку провалів земної поверхні. Це супроводжується екологічною катастрофою на земній поверхні, яка має тенденцію до сталого розвитку і дуже важко піддається управлінню.
Essential peculiarities of ground behavior have been found due to subsidence investigation over abandoned salt mines. Waste water leakage through contact of the ore body and covered rocks caused argillite softening and sliding of the rock clusters one relatively another. As a result, cluster mosaic evolves due to shift from coordinated movement to controversial and vice versa. This behavior promotes chimney subsidence as the consequence of such events: collapse of contact between ore body and covered rock mass, separation of the rock mass into clusters that move in different directions, uncoordinated movement of these clusters, origination and development of chimney subsidence. Size of the chimney is 50 m and more in diameter and its development is unstable and hard to control. Such process is catastrophic and exposes surface buildings and structures to danger.
|
| issn |
1607-4556 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/135948 |
| citation_txt |
Исследование экологически опасных необратимых сдвижений массива горных пород над выработками солевых шахт / В. В. Назимко // Геотехнічна механіка: Міжвід. зб. наук. праць. — Дніпропетровск: ІГТМ НАНУ, 2015. — Вип. 124. — С. 128-138. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT nazimkovv issledovanieékologičeskiopasnyhneobratimyhsdviženiimassivagornyhporodnadvyrabotkamisolevyhšaht AT nazimkovv doslídžennâekologíčnonebezpečnihnezvorotnihzrušenʹmasivugírsʹkihporídnadvirobkamisolʹovihšaht AT nazimkovv investigationofecologicallyhazardousirreversiblesubsidenceoversaltmines |
| first_indexed |
2025-11-26T01:42:53Z |
| last_indexed |
2025-11-26T01:42:53Z |
| _version_ |
1850605458399690752 |
| fulltext |
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2015. №124
128
УДК 629.039.58: 551.2. 3
Назимко В.В., д-р техн. наук, профессор
(ИФГП НАН Украины)
ИССЛЕДОВАНИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКИ ОПАСНЫХ НЕОБРАТИМЫХ
СДВИЖЕНИЙ МАССИВА ГОРНЫХ ПОРОД НАД ВЫРАБОТКАМИ
СОЛЕВЫХ ШАХТ
Назимко В.В., д-р техн. наук, професор
(ІФГП НАН України)
ДОСЛІДЖЕННЯ ЕКОЛОГІЧНО НЕБЕЗПЕЧНИХ НЕЗВОРОТНИХ
ЗРУШЕНЬ МАСИВУ ГІРСЬКИХ ПОРІД НАД ВИРОБКАМИ СОЛЬОВИХ
ШАХТ
Nazimko V.V., D.Sc. (Tech.), Professor
(IPMР NAS of Ukraine)
INVESTIGATION OF ECOLOGICALLY HAZARDOUS IRREVERSIBLE
SUBSIDENCE OVER SALT MINES
Аннотация. Комплексные исследования позволили установить существенные особенно-
сти развития и активизации сдвижений массива вокруг солевых шахт под действием обвод-
нения контакта солевого купола с вышележащими породами в результате утечки сточных
вод. Процесс зарождения разрушения протекает в глубине массива, после чего он выходит на
земную поверхность. Активизация сдвижений сопровождается эволюцией кластерной мо-
заики приращений сдвижений, которая меняет свое поведение от несогласованного к согла-
сованному и наоборот. Именно этот механизм содействует, во-первых, разрушению, во-
вторых, разделению массива на отдельные составляющие, в-третьих, противоположному
движению этих составляющих друг относительно друга, и, в-четвертых, зарождению и раз-
витию провалов земной поверхности. Это сопровождается экологической катастрофой на
земной поверхности, которая имеет тенденцию к устойчивому развитию и весьма трудно
поддается управлению.
Ключевые слова: провалы земной поверхности, экологическая опасность, моделирова-
ние.
Введение. Еще в 19 веке в окрестности городка Солотвино началось разви-
тие соляных разработок камерно-столбовой системой разработки. Месторожде-
ние имеет сложную форму и поэтому камеры характеризуются пространствен-
ным расположением, разной длиной и разной ориентацией. Вследствие утечки
сточных вод в канализационной системе города начали происходить чрезвы-
чайно опасные провалы земной поверхности над заброшенными выработками.
Необратимые сдвижения породной толщи приобрели неуправляемый характер,
а сам процесс обрушений угрожает жилым домам, находящимся в непосредст-
венной близости к провалам (рис.1).
В данной статье описаны результаты исследования механизма зарождения и
развития провалов земной поверхности, которые представляют серьёзную эко-
логическую угрозу для жилых районов [1].
______________________________________________________________________________
© В.В. Назимко, 2015
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2015. №124
129
Рисунок 1 - Общий вид одного из типичных провалов земной поверхности над выработан-
ными пространствами
Описание геологических условий отработки солевого месторождения.
Для изучения механизма возникновения провалов проводились комплексные
исследования, включающие изучение и анализ геологической структуры, на-
турные инструментальные наблюдениями за процессом сдвижений земной по-
верхности, а также компьютерное моделирование. На рис. 2 показан геологиче-
ский вертикальный разрез шахты № 9.
На разрезе рис. 2 показано солевое месторождение в районе отработки шах-
ты № 9. Геологическое формирование месторождения было весьма сложным и
многоэтапным. В течение пермского периода происходило отложение солевой
залежи и перекрытие ее вышележащими породами. Они представлены слои-
стыми алевролитами. Процесс отложения был многоэтапным, поэтому само
рудное тело состоит из нескольких слоев, которые перемежаются достаточно
большими слоями алевролитов (рис. 2), мощность которых достигает 20-50 м и
более.
После формирования залежи происходил многоэтапный тектоногенез, в
процессе которого месторождение подвергалось активным тектоническим си-
лам и масштабным подвижкам.
В результате этого горизонтальное залегание превратилось в наклонное и
даже крутое. В данный момент можно констатировать тот факт, что солевое ме-
сторождение преобразовалось в соляной купол, верхняя часть которого размы-
та, выветрена и покрыта наносами, причем угол залегания самих солевых пла-
стов достигает 35-40 градусов. Расположение слоев соли и вышележащего
алевролита не совсем согласные. Угол между слоистостью алевролитов и соле-
вых слоев достигает 30 градусов. Все это существенно усложняет саму геоло-
гическую структуру месторождения и механизм деформирования массива под
действием горных разработок.
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2015. №124
130
Рисунок 2 - Вертикальный геологический разрез толщи в окрестности шахты №9
Предел прочности соли на одноосное сжатие изменяется в пределах 50-
60 МПа, деформационные показатели вышележащих алевролитов близки к та-
ковым показателям соли, а предел прочности на одноосное сжатие несколько
изменяется от 40 до 55 МПа. Коренные породы, состоящие из солевого купола
и алевролитов, перекрыты наносами, мощность которых изменяется в пределах
от 20 до 60 м. Наносы представлены песчаными суглинками, которые не имеют
ярко выраженной слоистости, по свойствам ближе к грунтам, а их предел проч-
ности на одноосное сжатие достаточно низкий и не превышает 15-20 МПа. Ха-
рактерно, что коэффициенты фильтрации в наносах существенно выше, чем в
коренных породах, а также наблюдается значительное повышение коэффици-
ента фильтрации вдоль контакта солевого купола и вышележащих алевролитов.
Эти контакты является потенциальными проводниками влаги, что может нега-
тивно сказаться на устойчивости всего подработанного массива, что и будет ис-
следоваться в данной работе.
Диаметр воронки провалов изменяется от 50 до 150 м, а глубина в пределах
30-40 м. При этом процесс обрушения находится в активной стадии и уже за-
трагивает жилые массивы. Провалы заполнены насыщенным раствором соли.
Эти объекты представляют большую экологическую опасность.
Обоснование расчетной схемы. Для составления расчетной схемы, которая
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2015. №124
131
использовалась для исследования процесса сдвижения подработанной толщи и
процесса развития провалов земной поверхности, на геологическом разрезе
(рис. 2) были построены углы сдвижений от крайних камер. Углы сдвижения
изображены на рисунке пунктирными линиями. В точках пересечения линий
сдвижения с земной поверхностью от этих точек были отложены бермы во все
стороны размером 50-100 м. Таким образом, был определен в плане размер рас-
четной области. Он составил по осям Х и У 673 м, а по вертикали, то есть по
оси Z, принималась глубина 509 м. Такие размеры позволили разместить каме-
ры шахты № 9 на достаточно большом удалении от боковых граней расчетной
модели и ее днища, что гарантировало достоверность и точность расчетов на-
пряженно-деформированного состояния.
На рис. 3 представлен общий вид расчетной схемы (а) и фрагмент целиков с
расположенными в них камерами (б). Камеры показаны позицией 3 (самая
меньшая камера), позицией 1 указан контакт солевого купола с вышележащими
аргиллитами. Так же указан разрез А-А, в пределах которого, в основном, рас-
сматривались все распределения напряжений и деформаций, силовых и дефор-
мационных характеристик расчетной области. Граничные условия соблюдались
таким образом, при которых боковые границы модели 2 и 4 вдоль оси Х уста-
навливались так, чтобы ограничить сдвижения вдоль оси Х. Боковые границы,
которые были перпендикулярны оси У, также ограничивались с таким расче-
том, чтобы ограничить сдвижения вдоль оси У и ограничивались перемещения
дна модели. Массив нагружался собственным весом вмещающих пород. Край-
ние камеры показаны позицией 2 на рис. 3. Камеры были отработаны начиная с
1968 года по настоящее время, при этом насчитывается 7 камер, ширина кото-
рых составляет 20 м, а длина изменяется от 109 до 335 м.
Рисунок 3 - Расчетная схема (а) и фрагмент целиков с расположенными в них камерами (б)
Наиболее приемлемым алгоритмом для решения задачи о необратимых
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2015. №124
132
сдвижениях над соляными шахтами является метод конечных разностей, с по-
мощью которого решаются системы уравнений динамики геологического мас-
сива [2-5]. Этот метод впервые предложен П. Кундалом, что позволило расши-
рить возможности численных методов и уйти от проблем сходимости решения
к состоянию статического равновесия. Это имеет принципиально важное зна-
чение, поскольку процесс необратимых сдвижений массива горных пород под-
чиняется кинетической теории прочности и протекает во времени. При отра-
ботке месторождений в сложных горно-геологических условиях в подавляю-
щем числе случаев процесс сдвижений пород не заканчивается даже после по-
гашения шахты или рудника, в связи с чем решение задач статического равно-
весия вообще теряет практический смысл.
На основании такого подхода группой проф. Кундала предложен новый ал-
горитм решения задач механики разрушения горных пород, основанный на ре-
шении системы дифференциальных уравнений движения и уравнениях связи
напряжений и деформаций горных пород, которые зависят от выбранной тео-
рии прочности.
Дифференциальное уравнение движения массива горных пород имеют вид
где σi,j – нормальные и касательные напряжения, действующие в массиве гор-
ных пород, Па; xi - координаты декартовой системы, м; ρ – плотность горных
пород, кг/м
3
; bi – удельные силы, развивающиеся в массиве горных пород, и
приводимые к единице его массы, Н/кг; vi- скорость движения элементарных
объемов массива горных пород, м/сек; t - время, сек.
Если правая часть равна нулю (с точностью до погрешности численных вы-
числений), наступает статическое равновесие массива горных пород. Иначе по-
роды находятся в состоянии активных сдвижений.
Система дифференциальных уравнений решается численным методом ко-
нечных разностей в среде пакета FLAC3D [5]. При решении системы диффе-
ренциальных уравнений используется современная модель прочности горных
пород, основанная на теории Кулона-Мора. При этом учитывается процесс ди-
латансии пород после разрушения и зависимость величины разуплотнения от
среднего уровня сжатия. Таким образом, выбранная схема позволяет учесть все
основные параметры модели, которая исследуется, а также главные черты по-
ведения массива, включая его запредельное деформирование. Это позволит по-
лучить, достаточно оценить и предсказать опасные с экологической точки зре-
ния провалы земной поверхности.
Процесс сдвижения моделировался в несколько этапов. На первом этапе
осуществлялся расчет напряженно-деформированного состояния нетронутого
массива без наличия выработок, в частности камер. Для этого массив нагружал-
ся собственным весом, прикладывались граничные условия, и расчет согласно
описанному выше алгоритму производился в виде циклического пересчета на-
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2015. №124
133
пряжений и деформаций с учетом второго закона Ньютона. Расчет заканчивал-
ся тогда, когда максимальная невязка сил в соседних расчетных зонах не пре-
вышала допустимый уровень. В данном случае относительная невязка должны
была быть меньше 1/100000.
После достижения такой невязки массив находился практически в состоя-
нии статического равновесия, и только после этого осуществлялась выемка ка-
мер. Процесс разрушения моделировался путем постепенного уменьшения сце-
пления и угла внутреннего трения на контакте солевого купола с вышележащи-
ми алевролитами под действием фильтрации воды с земной поверхности вглубь
массива. Высота камер составляла 73 м, расстояние между камерами (ширина
межкамерных целиков) составляло 35 м, ширина самих камер равнялась 20 м.
Анализ результатов моделирования процесса сдвижения. Анализ резуль-
татов моделирования показывает, что процесс сдвижения толщи над заброшен-
ными камерами протекает многостадийно, причем отдельные блоки массива
смещаются несинхронно, меняя направление сдвижений и их величину. В связи
с этим процесс сдвижений был проанализирован в виде приращений между от-
дельными этапами, которые отличались резким изменением приращений пере-
мещений смежных участков подработанной толщи. На рис. 4 сопоставлены два
фрагмента процесса разрушения на 4182 (а) и 4302 (б) цикле расчета. Сопос-
тавление этих фрагментов подчеркивают динамичность приращения сдвижений
и изменение по мере развития и активизации процесса сдвижений. Так на
рис.4 а породы висячего крыла смещаются вниз, особенно в окрестности нано-
сов, а породы лежачего крыла практически остаются на месте.
Однако на рис.4 б происходит существенное изменение распределения век-
торов сдвижений, поскольку наблюдается сосредоточенное движение вниз ви-
сячего крыла и такое же аналогичное по амплитуде поднятие пород лежачего
крыла. При этом более удаленные породы от контакта практически не переме-
щаются, то есть глобальное согласованное движение подработанного массива
на рис.4 а сменяется сосредоточенным разнонаправленным движением приле-
гающих к контакту пород, что свидетельствует о сильной изменчивости кла-
стерной мозаики процесса сдвижений.
На рис. 5 представлен новый этап сдвижений, который заключается в том,
что впервые наблюдается разделение зоны разрушений и максимального разуп-
лотнения пород на контакте, одна зона расположена непосредственно у наносов
(позиция 1), а вторая зона распространяется ниже (позиция 2). Кроме этого воз-
никает зона (позиция 3), которая образует кластер, движущийся в лежачем боку
от границы зоны контакта солевого купола с алевролитами.
Такая же область (позиция 4) отмечается в подошве камер, то есть можно
заметить, что происходят явные смещения всего горизонта в целом, в пределах
которого пройдены камеры, от контакта солевого купола с вышележащими по-
родами. Такое смещение также ослабляет сам массив и будет содействовать
разрушению межкамерных целиков. Это подтверждается тем, что видны раз-
рушения, отжим и разуплотнения краевой стенки нетронутого массива, кото-
рый примыкает к крайней правой камере, располагающейся под контактом со-
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2015. №124
134
левого купола с вышележащими алевролитами.
Рисунок 4 - Эволюция зон разрушения и разуплотнения в окрестности контакта на активной
стадии сдвижений
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2015. №124
135
Рисунок 5 - Раздвоение зон максимального разуплотнения подработанной толщи
на 4422 цикле
На 4900 цикле расчетов оседание земной поверхности уже достигло 9,4 см.
Поднятие лежачего крыла на глубине порядка 300-350 м достигло 4 см, что
весьма значительно и является следствием раздельного перемещения висячего
и лежачего крыльев контакта. В результате происходит отслоение наносов и
несогласованное их движение относительно коренных пород. Наряду с устано-
вившимися кластерными структурами, такими как отслоение кровли и почвы
камер от основного массива и целиков, прилегающих к ним, начинает просмат-
риваться вихревое движение всей подработанной и надработанной толщи. При-
чем, для образования этого вихря породам висячего бока пришлось поменять
направление, которое было вниз и вправо, на направление вниз и влево, то есть
в сторону контакта. Точно также поменяли направление породы лежачего кры-
ла, а именно породы, прилегающие к наносам, и сами наносы стали смещаться
вверх и вправо к контакту, в то время как они в основном смещались в сторону
от контакта. В результате этих радикальных изменений образуется глобальная
вихревая кластерная структура. Эта структура характеризует дальнейшую эво-
люцию процесса необратимых сдвижений и является подготовительной сту-
пенькой для образования провалов земной поверхности.
В процессе развития активных сдвижений видно постоянное наличие мак-
симальных касательных напряжений в кровле и почве межкамерных целиков,
которые расположены в непосредственной близости контакта солевого купола с
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2015. №124
136
алевролитами. Касательные напряжения достигают достаточно больших вели-
чин в 5,9 – 6, 4 МПа. Отчетливо просматривается направленность генерального
движения висячего крыла вдоль и от контакта, а лежачее крыло поднимется
вдоль контакта, и отклоняется от него в глубину нетронутого массива. В ре-
зультате этих несогласованных подвижек и развивается провал земной поверх-
ности, который изображен на рис. 1.
Таким образом, выполненный анализ позволяет сделать следующие выводы.
Разрушение массива под действием обводнения и дренажа фильтрации вод по
контакту солевого купола с покрывающими породами начинается в глубине
массива 250 м от земной поверхности. Это разрушение проявляется в реверс-
ном движении висячего крыла пород и лежачего. При этом породы висячего
крыла имеют тенденцию смещаться вниз, а лежачего – вверх. По мере развития
процесса активных сдвижений зона максимальных оседаний поднимается в
сторону земной поверхности и в итоге образует мульду оседаний. Развитие
процесса сдвижений подработанной толщи сопровождается разделением мас-
сива на кластеры, которые представляют собой целые блоки массива горных
пород, которые движутся в преобладающем направлении, причем эти направ-
ления движения не совпадают. В окрестности межкамерных целиков по мере
развития сдвижений увеличивается концентрация касательных напряжений.
Процесс развития сдвижений под- и надработанной толщи сопровождается рас-
слоением контакта наносов с коренными породами, причем это расслоение
протекает под действием касательных противоположных подвижек. Формиро-
вание развития процесса сдвижений приобретает тенденцию, которая заключа-
ется в том, что висячее крыло массива выше контакта солевого купола с алев-
ролитами движется вниз и вправо (от контакта) а лежачее – вверх и влево (от
контакта). При увеличении деформаций и разрушении пород вокруг контакта
происходит разуплотнение. Наиболее динамичной структурой в процессе раз-
вития сдвижений является кластерная структура, которая изменяется не только
по величине, но и по направлению. Сама кластерная мозаика изменяется доста-
точно часто. При этом периодически возникают специфические кластерные
структуры, в частности вихревые, когда несогласованное движение отдельных
кластеров организуется так, что их движение образует вихревую согласован-
ную структуру. Такая динамика кластерных сдвижений является процессом
подготовки провала земной поверхности. Кластерная динамика сдвижений со-
провождается периодической фрагментацией зон максимальных деформаций.
Так если на начальной стадии сдвижений зона максимальных разуплотнений
была сосредоточена в одном месте, то после развития процесса сдвижений она
распадается на две области, одна из них прилегает к наносам, а вторая распо-
ложена в глубинной части массива. По мере развития процесса сдвижений уве-
личиваются расслоения пород на контакте потолочин и подошв камер с окру-
жающим массивом. Это содействует снижению устойчивости межкамерных
целиков, а значит, провоцирует дальнейшее развитие активизации сдвижений,
которое в итоге ускоряет процесс провала земной поверхности.
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2015. №124
137
Выводы. Выполненные исследования позволили установить существенные
особенности развития и активизации сдвижений массива вокруг солевых шахт
под действием обводнения контакта солевого купола с вышележащими поро-
дами. Главная особенность заключается в том, что процесс зарождения разру-
шения протекает не от земной поверхности, а начинается в глубине массива, за-
тем он выходит на земную поверхность. Механизм зарождения и развития про-
цесса необратимых сдвижений удалось уточнить благодаря применению под-
хода, при котором изучались последующие распределения малых приращений
сдвижений. При этом анализировались поля приращений сдвижений в виде
векторных распределений. Установлено, что по мере развития необратимых
сдвижений поля векторных распределений разбиваются на отдельные кластеры,
которые характеризуются выраженным направлением и величиной векторов
приращений перемещений массива. Сам процесс активизации сопровождается
эволюцией кластерной мозаики, которая меняет свое поведение от несогласо-
ванного к согласованному и наоборот. В итоге кластеры смещаются как несо-
гласованно, так и согласованно. При согласованном перемещении кластеров
возникают структуры в виде вихрей или однонаправленного перемещения кла-
стеров. Движение в противоположных направлениях приводит к утрате согла-
сованности и сопровождается необратимым проскальзыванием участков масси-
ва по границам кластеров. Именно этот механизм содействует, во-первых, раз-
рушению, во-вторых, разделению массива на отдельные составляющие, в-
третьих, противоположному движению этих составляющих друг относительно
друга, и, в-четвертых, зарождению и развитию провалов земной поверхности.
Это сопровождается фактически экологической катастрофой на земной поверх-
ности, которая имеет тенденцию к устойчивому развитию и весьма трудно под-
дается управлению.
Дальнейшими исследованиями предусматривается исследование и обосно-
вание мероприятий по стабилизации опасного процесса развития сдвижений
подработанной толщи земной поверхности над заброшенными соляными шах-
тами и нейтрализации неблагоприятных экологических последствий провалов.
–––––––––––––––––––––––––––––––
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Lokhande, R. D. Pot-hole Subsidence in Underground Coal Mining: Some Indian Experiences /
R.D.Lokhande, V.M.S.R.Murthy, K.B.Singh // Geotechnical and Geological Engineering. – 2013. -
No.32(3). - Р. 214-221.
2. Cundall, P. A. Distinct Element Models of Rock and Soil Structure / P. A. Cundall // Analytical and
Computational Methods in Engineering Rock Mechanics; E. T. Brown, Ed. London: George Allen & Unwin.
– 1987. - Ch. 4. - Р. 129-163.
3. A Systematic Approach to Rock Mechanics Challenges at Xstrata Zinc Brunswick Mine / B.Rose,
P.P.Andrieux, C. P. O’Connor, M.Verreault // Continuum and Distinct Element Numerical Modeling in
Geomechanics 2011 (Proceedings of the Second International FLAC/DEM Symposium), Melbourne, Victo-
ria, Australia, February 2011. - Р. 49-57.
4. The Synthetic Rock Mass Approach for Jointed Rock Mass Modelling / D. Ivars, M.E. Pierce,
C.Darcel [and other] // Int. J. Rock Mech. Min. Sci. – 2011. - No.48. – P. 219-244.
5. FLAC3D. User Manual. - Minneapolis: Fast Lagrangian Analysis of Continua in 3 Dimensions, 2008
– 126 p.
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2015. №124
138
REFERENCES
1. Lokhande R. D., Murthy, V.M.S.R. and Singh K.B. (2013), “Pot-hole Subsidence in Underground
Coal Mining: Some Indian Experiences”, Geotechnical and Geological Engineering, no.32(3), pp. 214-221.
2. Cundall, P. A. (1987), “Distinct Element Models of Rock and Soil Structure”, Analytical and
Computational. Methods in Engineering Rock Mechanics, Part. 4, pp. 129-163.
3. Rose, B., Andrieux, P. P., O’Connor, C. P. and Verreault, M. (2011), “A Systematic Approach to
Rock Mechanics Challenges at Xstrata Zinc Brunswick Mine,” Continuum and Distinct Element Numerical
Modeling in Geomechanics 2011 (Proceedings of the Second International FLAC/DEM Symposium),
Melbourne, Victoria, Australia, February 2011, pp. 49-57. D. Sainsbury et al., Eds. Melbourne: Itasca
Australia Pty., Ltd.
4. Ivars, M. Pierce, M.E., Darcel, C., Reyes-Montes, J., Potyondy.D.O., Young, R.P and Cundall, P. A.
(2011), “The Synthetic Rock Mass Approach for Jointed Rock Mass Modelling,” Int. J. Rock Mech. Min.
Sci., no.48, , pp. 219-244.
5. FLAC3D (2008), Fast Lagrangian Analysis of Continua in 3 Dimensions, Online Manual. Minneap-
olis, Itasca.
–––––––––––––––––––––––––––––––
Об авторе
Назимко Виктор Викторович, доктор технических наук, профессор, ведущий научный сотруд-
ник отдела проблем разработки месторождений полезных ископаемых Института физики горных
процессов Национальной академии наук Украины (ИФГП, НАНУ), г. Днепропетровск, Украина,
victor_nazimko@mail.ru .
About the author
Nazimko Victor Victorovich, Doctor of Technical Science (D.Sc.), Professor, Principal Researcher in
Division of Deposit Extraction, Institute Physics of Mining Processes for the National Academy of Sciences
of Ukraine (IPMP, NASU), Dnepropetrovsk, Ukraine, victor_nazimko@mail.ru .
–––––––––––––––––––––––––––––––
Анотація. Комплексні дослідження дозволили встановити суттєві особливості розвитку
та активізації зрушень масиву навколо соляних шахт під дією обводнення контакту соляного
купола з вищерозташованими породами в результаті витоку стічних вод. Процес зародження
руйнування протікає в глибині масиву, після чого він виходить на земну поверхню. Активі-
зація зрушень супроводжується еволюцією кластерної мозаїки приростів зрушень, яка змі-
нює свою поведінку від неузгодженої до узгодженої і навпаки. Саме цей механізм сприяє,
по-перше, руйнування, по-друге, поділу масиву на окремі складові, по-третє, протилежному
руху цих складових стосовно один одного, і по-четверте, зародженню і розвитку провалів
земної поверхні. Це супроводжується екологічною катастрофою на земній поверхні, яка має
тенденцію до сталого розвитку і дуже важко піддається управлінню.
Ключові слова: провали земної поверхні, екологічна небезпека, моделювання.
Abstract: Essential peculiarities of ground behavior have been found due to subsidence inves-
tigation over abandoned salt mines. Waste water leakage through contact of the ore body and cov-
ered rocks caused argillite softening and sliding of the rock clusters one relatively another. As a re-
sult, cluster mosaic evolves due to shift from coordinated movement to controversial and vice versa.
This behavior promotes chimney subsidence as the consequence of such events: collapse of contact
between ore body and covered rock mass, separation of the rock mass into clusters that move in dif-
ferent directions, uncoordinated movement of these clusters, origination and development of chim-
ney subsidence. Size of the chimney is 50 m and more in diameter and its development is unstable
and hard to control. Such process is catastrophic and exposes surface buildings and structures to
danger.
Keywords: chimney subsidence, ecology hazard, simulation.
Статья поступила в редакцию 10.11.2015
Рекомендовано к печати д-ром технических наук Скипочкой С.И.
mailto:victor_nazimko@mail.ru
mailto:victor_nazimko@mail.ru
|