Причины образования и направления ликвидации провалов от горных выработок
В работе рассмотрены основные факторы, влияющие на образование провалов. Приведены основные типы вторичных нарушений в массиве горных пород с последующим формированием провалов. На примере провальной воронки в г. Желтые Воды показаны причины активизации природно-техногенных процессов в подработанном...
Saved in:
| Published in: | Геотехнічна механіка |
|---|---|
| Date: | 2013 |
| Main Authors: | , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України
2013
|
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/87359 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Причины образования и направления ликвидации провалов от горных выработок / М.С. Четверик, Е.А. Бубнова, Ю.Н. Сорока // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2013. — Вип. 111. — С. 193-205. — Бібліогр.: 1 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859646902631399424 |
|---|---|
| author | Четверик, М.С. Бубнова, Е.А. Сорока, Ю.Н. |
| author_facet | Четверик, М.С. Бубнова, Е.А. Сорока, Ю.Н. |
| citation_txt | Причины образования и направления ликвидации провалов от горных выработок / М.С. Четверик, Е.А. Бубнова, Ю.Н. Сорока // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2013. — Вип. 111. — С. 193-205. — Бібліогр.: 1 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Геотехнічна механіка |
| description | В работе рассмотрены основные факторы, влияющие на образование провалов. Приведены основные типы вторичных нарушений в массиве горных пород с последующим формированием провалов. На примере провальной воронки в г. Желтые Воды показаны причины активизации природно-техногенных процессов в подработанном массиве и смоделировано их дальнейшее развитие. Показано, что после закрытия шахты «Новая», которая прилегает к провальной воронке, произойдет подтопление части городской территории с образованием открытого водоема, просадка грунтов под зданиями и сооружениями. С целью избежания указанных последствий отработки запасов Желтореченского месторождения предлагается в три этапа произвести рекультивацию провальной воронки с рациональным использованием ее пространства. Предлагаемый вариант восстановления геологической среды в районе сформированной провальной воронки в г. Желтые Воды позволит воссоздать геологическую среду до состояния, близкого к природному, снизить экологическую нагрузку на регион и безопасно эксплуатировать ш. «Новая» ООО «Восток-Руда».
В роботі розглянуті основні фактори , що впливають на утворення провалів. Наведені основні типи вторинних порушень в масиві гірських порід з подальшим формуванням провалів. На прикладі провальної воронки в м. Жовті Води показані причини активізації природно- техногенних процесів в підробленому масиві і змодельоване їх подальший розвиток. Показано , що після закриття шахти «Нова», яка прилягає до провальної воронки, відбудеться підтоплення частини міської території з утворенням відкритого водоймища, просадка ґрунтів під будівлями і спорудами. З метою уникнення зазначених наслідків відпрацювання запасів Жовторіченського родовища пропонується в три етапи призвести рекультивацію провальною воронки з раціональним використанням її простору. Пропонований варіант відновлення геологічного середовища в районі сформованої провальною воронки в м. Жовті Води дозволить відтворити геологічне середовище до стану, близького до природного, знизити екологічне навантаження на регіон і безпечно експлуатувати ш . «Нова » ТОВ «Схід- Руда.
The paper describes main factors conducing to cave formation and main types of secondary rock dislocations with postforming of the caves. On example of a sinkhole in the city of Zhyoltye Vody, causes for intensified natural and man-caused processes in the undermined space are shown with a model of their further development. It is demonstrated that when the Novaya Mine, which is adjacent to the sinkhole, becomes closed a part of the city territory would be flooded, an open water body would be formed, and soil under the buildings and structures would subside. In order to avoid such consequences of the field mining reclaiming of the sinkhole is proposed to be performed in three stages. The proposed method for recovering geological environment in the sinkhole allow to recreate geological environment close to the original natural state, reduce negative ecological load on the region and provide safely operation of the Novaya Mine of the company East- Ore LLC.
|
| first_indexed | 2025-12-07T13:29:07Z |
| format | Article |
| fulltext |
УДК 622.831.6:622.882
Четверик М.С., д-р техн. наук, профессор
Бубнова Е.А., канд. техн. наук, ст.науч.сотр.
(ИГТМ НАН Украины)
Сорока Ю.Н., канд. техн. наук
(ООО «Центр радиоэкологического мониторинга»)
ПРИЧИНЫ ОБРАЗОВАНИЯ И НАПРАВЛЕНИЯ ЛИКВИДАЦИИ
ПРОВАЛОВ ОТ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК
Четверик М.С., д-р техн. наук, професор
Бубнова О.А., канд. техн. наук, ст. наук. співр.
(ІГТМ НАН України)
Сорока Ю.М., канд. техн. наук
(ТОВ «Центр радіоекологічного моніторингу»)
ПРИЧИНИ УТВОРЕННЯ І НАПРЯМКИ ЛІКВІДАЦІЇ ПРОВАЛІВ ВІД
ГІРНИЧИХ ВИРОБОК
Chetverik М.S., D.Sc. (Tech.), Professor
Bubnova Ye.А., Ph.D. (Tech.), Senior Researcher
(IGTM NAS of Ukraine)
Soroka Yu.N., канд. техн. наук
(LLC "Center of radio-environmental monitoring")
REASONS FOR MINING-INDUCED CAVE FORMATION AND WAYS OF
THE CAVE LIQUIDATION
Аннотация. Ежегодно из недр земли на территории Украины извлекается более милли-
арда кубических метров горной массы в виде добываемых полезных ископаемых и попутно
извлекаемых вскрышных и вмещающих пород, что приводит к образованию пустот соответ-
ствующих размеров. Через десятки, а иногда и сотни лет, в районе расположения старых
шахт и подземных выработок образуются провалы.
В работе рассмотрены основные факторы, влияющие на образование провалов. Приведе-
ны основные типы вторичных нарушений в массиве горных пород с последующим формиро-
ванием провалов.
На примере провальной воронки в г. Желтые Воды показаны причины активизации при-
родно-техногенных процессов в подработанном массиве и смоделировано их дальнейшее
развитие. Показано, что после закрытия шахты «Новая», которая прилегает к провальной
воронке, произойдет подтопление части городской территории с образованием открытого
водоема, просадка грунтов под зданиями и сооружениями. С целью избежания указанных
последствий отработки запасов Желтореченского месторождения предлагается в три этапа
произвести рекультивацию провальной воронки с рациональным использованием ее про-
странства.
Предлагаемый вариант восстановления геологической среды в районе сформированной
провальной воронки в г. Желтые Воды позволит воссоздать геологическую среду до состоя-
ния, близкого к природному, снизить экологическую нагрузку на регион и безопасно экс-
плуатировать ш. «Новая» ООО «Восток-Руда».
Ключевые слова: добыча полезных ископаемых, пустоты, деформации, карст, провалы,
рекультивация
Актуальность проблемы. Украина – страна, богатая природными ресурса-
ми, в том числе различными полезными ископаемыми, которые на протяжении
нескольких столетий успешно добываются, обеспечивая экономическое благо-
состояние государства.
По данным управления статистики ежегодно из недр земли извлекается по-
рядка 80-90 млн. т. угля различных марок, 130 млн. т.. сырой железной руды; 20
млн. т. известняков; марганцевых руд – около 1 млн. т.; солей - 6 млн. т.; около
1 млн. т. ртути и столько же руд редких и цветных металлов; 4,5 млн. т гипса,
мела и глин; 70 млн. м
3
песка, гранита и др.; 2,5 млн. т нефти и около
20 млрд. м
3
газа и газового конденсата.
Одновременно с добычей полезных ископаемых извлекаются вскрышные
или вмещающие породы. В целом при существующем уровне добычи полезных
ископаемых и строительных материалов, в недрах образуется 1,2 – 1,4 млрд. м
3
/ год пустот. Эта величина не учитывает одновременное извлечение воды и газа
из горного массива, которые неизменно сопровождают добычу полезных иско-
паемых.
Если принять, что пустоты распределены равномерно на всей площади Ук-
раины и они ничем не заполняются, то ежегодно на каждый 1 м
2
площади стра-
ны образуется 2 дм
3
пустот. Величина сама по себе незначительная, однако ес-
ли учесть что разработки ведутся около 100 лет, то можно принять, что на сего-
дняшний день уже образовано 200 дм
3
пустот на каждый 1 м
2
площади поверх-
ности. При такой же интенсивности добычи еще через 100 лет эта величина уже
будет равняться 400 дм
3
/м
2
и т.д. С учетом того, что пустоты от выемки из недр
горной массы размещены непропорционально по всей поверхности страны, то в
масштабе регионов, таких как Донецкая, Луганская, Днепропетровская, Жито-
мирская и Запорожская области, объемы выработанных пространств катастро-
фичны. Наличие в массиве пустот, в конечном счете, приводит к вторичным
нарушениям массива, таким как формирование воронок обрушения, дополни-
тельные оседания и сдвижения, обезвоживание и подтопление.
В настоящее время, когда естественная среда уже значительно нарушена,
проблема образования новых нарушенных массивов является чрезвычайно ак-
туальной, так как в дальнейшем грозит техногенными катастрофами в виде
массовых провалов, затоплением территорий подземными водами, места раз-
грузки которых ликвидированы.
Теоретическая часть. Известным является тот факт, что в результате под-
земной добычи полезных ископаемых происходит сдвижение, деформации и
оседание массива горных пород. В результате заполнения вышележащими по-
родами образовавшихся от выемки полезного ископаемого пустот на земной
поверхности образуются мульды сдвижения. Это является первичным наруше-
нием горного массива и его закономерности хорошо изучены.
В настоящее время все параметры сдвижения подработанной толщи пород и
земной поверхности определяются по нормативным документам, разработан-
ным в 70-80-е годы прошлого столетия специалистами ВНИМИ на основе мно-
голетних данных о наблюдениях в разных регионах. Однако с тех пор сущест-
венно изменились условия отработки полезных ископаемых с увеличением
глубин подземных горных работ до 1300 м; применяются современные техни-
ческие средства, позволяющие достичь значительных скоростей подвигания
лавы. В новых условиях отработки полезных ископаемых эмпирические зави-
симости ВНИМИ, приведены в «Правилах охраны сооружений и природных
объектов от вредного влияния подземных разработок на угольных месторожде-
ниях», показывают плохую сходимость результатов с фактически установлен-
ными параметрами сдвижения.
Процесс сдвижения протекает в три стадии – начальную, активных сдвиже-
ний и затухания деформаций. Общепринятым является утверждение об оконча-
нии процесса сдвижения при достижении осадок земной поверхности значений,
не превышающих 10% от их максимальных величин, которое не соответствует
действительности и наглядно проявляется в виде деформаций объектов, фор-
мировании провалов через большой промежуток времени, иногда измеряемого
десятками лет.
В районе расположения старых шахт и подземных выработок, оставленных
пустот от камерной системы разработки полезных ископаемых, целиков, обес-
печивающих поддержание капитальных выработок, спустя десятки, иногда и
сотни лет образуются внезапные провалы.
На территории Украины провалы проявлялись в Кривом Роге и Желтых Во-
дах, где подземным способом по камерной системе разработки добываются же-
лезные руды, в Донецкой области, где добывают угли подземным способом и
др. Интересным является случай образования провала в деревне Верх-Талица
Пермской области Российской Федерации. Провал 20 метровой глубины прак-
тически через 300 лет после разработок образовался на месте старых подзем-
ных выработок, где еще в 1733 г. добывали медистый песчаник.
Известны случаи образования воронок обрушения на бортах карьеров, ранее
подработанных подземными работами.
Наиболее часто провалы образуются в месте расположения вертикальных
стволов законсервированных шахт.
Поскольку провалы образуются в местах, ранее подверженных сдвижению,
то процесс их образования будем называть вторичным нарушением.
Образование провалов происходит внезапно, не прогнозируемо в связи с
тем, что никто не контролирует состояние горного массива в местах располо-
жения старых шахт и выработок.
Для прогнозирования вторичных нарушений горного массива над старыми
горными выработками необходимо знать причины проявления (активизации)
процессов сдвижения.
Пустоты, оставленные в недрах в результате непосредственно добычи по-
лезных ископаемых и работ по вскрытию и подготовке запасов к выемке, со-
храняются за счет:
- крепи горных выработок;
- целиков, оставленных для охраны, как подземных выработок, так и объек-
тов на земной поверхности;
- прочности пород подработанной толщи.
После завершения горных работ шахтные пустоты либо заполняются водой
и газом, либо остаются свободными.
В результате длительной нагрузки на слой породы, поддерживающий выше-
лежащую толщу, развиваются деформации, которые завершаются резким об-
рушением пород с заполнением ими пустот. В случае камерных систем отра-
ботки (когда в массиве остаются пустоты значительных размеров), отработки
свиты платов на разных горизонтах (этажах), обрушение пород на одном из
горизонтов может спровоцировать обрушение как выше, так и нижележащей
толщи. Например, при обрушении толщи пород на верхнем горизонте, проис-
ходит резкий удар, который может служить толчком для активизации сдвиже-
ния нижележащих слоев. К тому же в этом случае увеличивается нагрузка на
породы кровли, поддерживающие от обрушения нижерасположенные пустоты.
Обрушение пород может начаться также с самого нижнего горизонта, кото-
рый испытывает максимальную нагрузку. После обрушения нижележащих пла-
стов пород, для верхних ликвидируются места, служащие опорой для надви-
сающего над пустотой слоев породы. В результате такой «цепной» реакции на
земной поверхности образуются провалы значительных размеров. Обрушения
такого рода можно назвать механическими, то есть такими, которые происхо-
дят только от действия внешней нагрузки вышележащей толщи пород.
Существует и другой тип обрушения, развитию вторичных нарушений в ко-
тором способствуют природно-техногенные процессы.
Например, при заполнении открытых пустот водой (известно, что шахтные
воды очень агрессивны), стенки полостей постепенно размываются. Если пус-
тоты окружены легко вымываемыми известково-доломитовыми или гипсово-
ангидритовыми породами, то спустя определенное время развивается техноген-
ный карст закрытой формы. Карстовая полость увеличивается до тех пор, пока
ее кровля не выдержит собственного веса и рухнет. В результате образуется
провал (воронка обрушения).
Провалы могут формироваться и в абсолютно «сухих» условиях в подзем-
ных выработках заполненных закладочным материалом. В этом случае в нару-
шенном массиве протекают физические и химические процессы взаимодейст-
вия пород между собой и с шахтной атмосферой, в результате которых породы
могут разлагаться, окисляться, дробиться под действием внешней нагрузки
(вышележащий слой пород), уплотняться и цементироваться. В зависимости от
типа закладочного материала отмечалось уменьшение его мощности после уп-
лотнения до 50%. В случае залегания в вышележащей толще слабых пород
происходит их прогиб и/или обрушение с образованием на поверхности про-
вальной воронки.
Таким образом, существуют различные причины образования провалов.
К основным факторам, влияющим на условия образования провалов, можно
отнести:
- геологическое строение массива;
- физико-механические свойства покрывающей толщи горных пород;
- размеры и форма выработанного пространства (пустот);
- глубина отработки;
- наличие в выработанном пространстве целиков, их размеры, физико-
механические свойства слагающих их пород;
- наличие закладки выработанного пространства и ее состав;
- обводненность выработанного пространства и устойчивость пород к вы-
мыванию;
- природно-техногенные процессы в нарушенном массиве.
Наличие множества влияющих факторов, не возможность контролировать
процессы, протекающие в нарушенном массиве после закрытия шахты, отсут-
ствие моделей образования и развития провалов приводит к тому, что периоди-
чески в регионах значительно перегруженных горнодобывающими предпри-
ятиями образуются провалы. С учетом того, что на территории Украины еже-
годно образуется более 1 млрд. м
3
пустот, практически нет данных о располо-
жении старых шахт и горных выработок, не ведутся наблюдения за состоянием
отработанного массива, проблема образования воронок может значительно усу-
губиться.
Практическая часть. Интересным примером активизации природно-
техногенных процессов является образованная в результате отработки Желто-
реченского месторождения открытым и подземным способом провальная во-
ронка на территории г. Желтые Воды. Далее на примере этого объекта рас-
смотрены условия его образования и приведены предлагаемые технические ре-
шения по восстановлению нарушенного массива до состояния, близкого к при-
родному.
Желтореченское месторождение находится в северной части Криворожского
железорудного бассейна. Добыча руд Желтореченского месторождения произ-
водилась открытым и подземным способами. Подземная разработка осуществ-
лялась без закладки выработанного пространства.
В результате сдвижения массива, обусловленного подземной разработкой,
произошло обрушение горных пород. На поверхности образовалась воронка
обрушения, которая захватила часть погашенного карьера и часть земной по-
верхности.
Воронка обрушения расположена в пределах городской черты г. Желтые
Воды Днепропетровской области на расстоянии 0,5 км от русла р. Желтая. До
обрушения рассматриваемая территория являлась областью питания реки. Глу-
бина воронки составляет 120 метров (минимальная абсолютная отметка дна -
минус 10,0 м., а поверхности - плюс 110 м), площадь поверхности воронки по
максимальному контуру обрушения - 25,7 га.
Повсеместно на прилегающей к воронке территории имеются отвалы раз-
дробленных скальных и песчано-глинистых грунтов. В северо-западной части
борта воронки находится действующий участок складирования пустой породы.
На земной поверхности отмечены зоны оседания и деформаций, имеются зоны
трещин и террас.
Особенности образования провальной воронки. Геологическое строение по-
род криворожской серии в пределах Желтореченского месторождения имеет
некоторые особенности. Они заключаются в том, что на обоих крыльях Желто-
реченской синклинали распространены кварцито-карбонатные породы верхней
свиты криворожской серии. Общая протяжѐнность пластов кварцито-
карбонатных пород составляет около 5 км, при средней мощности – 320-400 м.
Контуры и параметры провальной воронки имеют некоторые отличия от
тех воронок, которые образуются только в результате подземной выемки руды.
Они заключаются в том, что обычно при обрушении пород на большой
площади образуется над выработанным пространством плита из крепких пород.
В данном случае обрушенные породы отсутствуют или присутствуют в незна-
чительном количестве. Следовательно, образование провала земной поверхно-
сти произошло при воздействии на нарушенный подземными горными работа-
ми массив активизировавшихся при этих же разработках природно-
техногенных процессов.
Значительная часть карбонатсодержащих кварцитов, доломитов, тальково-
карбонатных пород и карбонатизированных кварцево-слюдяных микросланцев
подверглась процессам выщелачивания. В результате выщелачивания карбо-
натной составляющей указанных пород происходит карстообразование. При
выщелачивании, кварцито-карбонатная толща превратилась в пористые («губ-
чатые») породы, а местами в песчанистую обломочную и песчано-глинистую
породу. Пористость таких пород составляет в среднем 13-15 % и достигает ино-
гда 50 %, при размере пор 1-3 мм. Особенно благоприятными для карстообра-
зования являются ослабленные зоны на контакте кварцево-слюдяных микро-
сланцев с карбонатизированными кварцитами, доломитами и талько-
карбонатными породами. Карсты имеют форму линз, вытянутых по простира-
нию пластов пород и погружающихся к северу, согласно с погружением шар-
нира складки. С глубиной выщелачиваемость пород и закарстованность посте-
пенно затухают. Образованию карстовых процессов способствуют минерализо-
ванные подземные воды с высокой концентрацией ионов SO4, Cl и Na.
Следовательно, произошло сдвижение карбонатосодержащих пород, кото-
рые подверглись выщелачиванию и в дальнейшем к их смыву в подземные гор-
ные выработки.
Изложенное также подтверждается тем, что в провальной воронке не накап-
ливаются воды атмосферных осадков. Вода перемещается по стенкам проваль-
ной воронки, постепенно разрушая их, особенно на нижних горизонтах в связи
с увеличением мощности водотока. В дальнейшем это может привести к оче-
редному обрушению пород. Кроме того, возможно и в настоящее время про-
должается выщелачивание карбонатсодержащих пород на обширной площади.
Отсутствие воды в воронке свидетельствует о ее гидравлической связи с
подземными выработками. Открытая гидравлическая связь между поверхност-
ными водами, которые поступают в воронку, и подземными шахтными водами
окажет существенные негативные экологические последствия в будущем. Они
заключаются в следующем.
После выемки балансовых запасов руды и закрытия шахты, не будет рабо-
тать шахтный водоотлив, что приведет к ее затоплению. Существующая де-
прессионная воронка, которая сдренировала верхние водоносные горизонты на
значительной площади, будет ликвидирована, что приведет к поднятию уровня
подземных и образованию поверхностных вод. То есть емкость провальной во-
ронки будет заполнена водой, которые согласно естественному разрезу будут
двигаться в сторону р. Желтая. Это приведет к подтоплению большой близле-
жащей к городу территории, а насыщение водой суглинков, которые распро-
странены повсеместно под застройками, приведет к просадкам грунта под со-
оружениями. Такое экологическое бедствие происходит при закрытии некото-
рых шахт в Донбассе.
К тому же наличие такого большого водоема (при заполнении провальной
воронки водой) приведет к повышенным испарениям и изменению микрокли-
мата района. Воронка представляет большую опасность, поскольку зона сдви-
жения массива горных пород охватила часть городских улиц.
Во избежание этих экологических бедствий необходимо:
а) ликвидировать гидравлическую связь поверхностных вод с подземными
водами, которая происходит через провальную воронку;
б) произвести засыпку провальной воронки (пока существует такая возмож-
ность);
в) осуществить рекультивацию путем создания техногенной геологической
среды со свойствами близкими естественной.
В настоящее время Желтореченское месторождение отрабатывается
ш. «Новая» ООО «Восток-Руда». С целью ликвидации нарушенного участка
поверхности руководством ООО «Восток-Руда» принято решение засыпать
провальную воронку пустыми породами, извлекаемыми из шахты, и отходами
обогащения руды.
Предлагаемые этапы рекультивации . По данным топографической съемки в
настоящее время рельеф поверхности имеет вид, представленный на рис. 1.
Как видно, борта контура провальной воронки имеют различные высотные
отметки. Минимальную отметку имеет восточный борт (+110,0 м). В связи с
этим наиболее рациональным является заполнение емкости провальной ворон-
ки пустыми породами и хвостами обогащения до этой отметки, что будет яв-
ляться первым этапом технической рекультивации провальной воронки (см.
рис. 1). Для засыпки провальной воронки горной породой на поверхности пред-
лагается обустроить площадки для разгрузки автосамосвалов.
1, 2 – площадка для разгрузки автосамосвалов в пространство провальной воронки при
засыпки тоннеля; 3 – сформированный контур земной поверхности до отм. +123,0 м
Рис. 1 - Контуры проведения этапов технической рекультивации провальной воронки и план
формирования поверхности с учетом строительства тоннеля для выезда автотранспорта из
ш. «Новая»
На втором этапе рекультивации планируется сформировать дополнитель-
ную емкость путем строительства дамбы на отметку +116,0 м в северной части
провальной воронки, что позволит увеличить полезную емкость для складиро-
вания отходов добычи и обогащения руд ОАО «Восток-руда» (см. рис. 1).
Планировка поверхности осуществляется на последнем этапе технической
рекультивации провальной воронки (см. рис. 1) и является чрезвычайно важ-
ной, поскольку модель ее организации влияет на конечный контур техногенно-
го рельефа, гидрогеологические условия региона и безопасность дальнейшего
использования рекультивированной площади.
Еще одной особенностью рекультивации рассматриваемого объекта являет-
ся то, что часть пространства провальной воронки предусматривается исполь-
зовать для вывоза горной массы из ш. «Новая» через строящийся подземный
тоннель с выходом его в пространство Михайловского карьера на отм. +100,0,
которую дальше планируется транспортировать по автомобильной дороге до
отм. +132,7 м.
Поскольку отметка естественного рельефа в точке выхода автодороги на по-
верхность составляет 132,7 м, а средняя отметка земной поверхности на грани-
це провальной воронки в западной части составляет 123,0 м, то формируемый
участок автодороги не позволит произвести полное заполнение провальной во-
ронки до уровня ненарушенной земной поверхности (отм. +123,0 м), что приве-
дет к следующему:
1) на земной поверхности после проведения рекультивационных работ оста-
нется техногенная выемка глубиной от 14,0м в восточной части до 23,0 м в се-
веро-западной части участка;
2) сократится полезная емкость заполняемого пространства за счет его не-
доиспользования, что повлечет необходимость складирования хвостов обога-
щения и пустой породы в другие емкости с неизбежным изъятием земель под
их обустройство;
3) сформированная таким образом площадка будет местом разгрузки по-
верхностного стока атмосферных осадков, что может привести к повторному
карстообразованию, размыву и оседанию поверхности.
Для рационализации использования пространства провальной воронки, с
учетом максимального приведения земной поверхности к естественному со-
стоянию и рельефу, вывоз горной массы из ш. «Новая» после выхода штольни в
пространство отработанного Михайловского карьера на отметку +100 м пред-
лагается осуществлять по закрытому тоннелю. В связи с этим, предлагается
обустроить закрытый тоннель от места выезда автотранспорта из шахты до от-
метки +123.0 м. что позволит полностью заполнить провальную воронку. Фор-
мирование тоннеля можно производить из железобетонных тюбингов или же-
лезобетонных лотков по следующей технологической схеме.
С отметки +100,0 м по направлению формирования автодороги (выезда из
шахты) с помощью автокрана устанавливаются элементы сборной железобе-
тонной крепи, например из блоков тоннелей. Наружная часть стыковых соеди-
нений крепи заполняется гидроизоляционными материалами.
При достижении уровня заполнения провальной воронки отметки +100,0 м
осуществляется засыпка сформированного тоннеля пустой породой с двух
площадок на земной поверхности (отм. +123,5 м и отм. +134,0 м) и разравнива-
ние ее бульдозером. Таким образом, формируется тоннель и контур земной по-
верхности до отметки +123,0 м (см. рис. 1).
В виду разницы абсолютных отметок сформированной таким образом по-
верхности рекультивируемой провальной воронки и естественного рельефа, по
западному и юго-западному бортам необходимо предусмотреть формирование
уступов (террас) с укреплением их путем посадки деревьев.
Использование пространства провальной воронки.
Рекомендуемые этапы рекультивации позволяют не только более полно ис-
пользовать пространство провальной воронки и близлежащей территории, но и
обезопасить город от распространения пыли и других экологических опасно-
стей.
Поскольку провальная воронка располагается непосредственно в черте го-
рода, то после завершения ее засыпки на поверхности предлагается обустроить
парк отдыха (см. рис. 2). В пределах сформированных на третьем этапе техни-
ческой рекультивации провальной воронки террас, предусматривается прове-
дение биологической рекультивации. Для этого укладывается потенциально
плодородный слой мощностью 0,6-0,8 м, после которого наносится слой плодо-
родного слоя (чернозема) мощностью 0,2-0,3 м. На сформированные террасы
после нанесения плодородного слоя производится высадка растений.
Рис.2 - Расположение зон различного назначения на территории рекультивированной про-
вальной воронки
Восстановление гидрорежима грунтов и питания р. Желтая при рекультива-
ции провальной воронки.
Естественный разрез геологической толщи в пределах г. Желтые Воды
представлен водоносными горизонтами четвертичных и осадочных отложений
(Полтавский ярус) и зоны кристаллических пород (Криворожская серия).
Поскольку Желтореченское месторождение разрабатывают в течение более
полувека, то водоносные горизонты четвертичных и осадочных отложений
сдренированы до гор. -502 м. В результате образовался ряд депрессионных во-
ронок. В соответствии с методикой определения параметров депрессионной во-
ронки, изложенной в [1], установлены радиусы депрессионной воронки в рай-
оне расположения горных выработок закрытой шахты, погашенного карьера и
образовавшейся в этом месте на поверхности провальной воронки: радиус де-
прессионной воронки по направлению с юго-запада на северо-восток составля-
ет 1655 м; радиус депрессионной воронки по направлению с северо-запада на
юго-восток составляет 2977 м.
Таким образом, в пределах границ провальной воронки и далеко за ее пре-
делами участок значительно осушен и осложнений при его рекультивации за
счет влияния подземных вод не будет.
Кроме того, осушение значительного по размерам участка и формирование
техногенного рельефа привело к нарушению питания р. Желтая, расположен-
ной восточнее провальной воронки в 0,5-2 км. В результате русло р. Желтая
осушено, река заилена и обмельчала.
Поскольку участок провальной воронки располагается в пониженной части
рельефа, то с севера и северо-запада рекультивированная площадка будет на-
полняться потоком ливневых и дождевых вод. В связи с этим необходимо оп-
ределить характеристики дождевого стока и предусмотреть его регулирование.
Установлено, что для данных условий необходимо обеспечить сбор и отве-
дение 74699,8 м
3
/год вод атмосферных осадков, стекающих на территорию про-
вальной воронки.
Для этих целей в пределах контура второго этапа технической рекультива-
ции поверхности провальной воронки (см. рис. 1) рекомендуется воссоздать
водоносный горизонт и построить пруд-накопитель атмосферных сточных вод.
Параметры пруда – накопителя определяются количеством сезонных атмо-
сферных осадков, которые будут поступать в него с прилегающей территории,
глубиной природного залегания грунтовых вод и принимаемых технических
решений по созданию искусственного водоносного горизонта на рассматривае-
мом участке.
Естественный разрез верхней толщи пород на рассматриваемом участке
представлен суглинками мощностью 8-12 м. Водоносный горизонт четвертич-
ных отложений приурочен к пескам, подстилающим суглинки и собственно са-
мим суглинкам. Глубина залегания водоносного горизонта четвертичных отло-
жений с северо-восточной стороны провальной воронки до осушения террито-
рия составляла 10-20 м. В результате осушения месторождения произошло пе-
реуплотнение водосодержащих пород и их оседание. Таким образом, расчетное
положение естественного разреза ранее водоносных пород вод четвертичных
отложений находится на глубине 8 м в северо-восточной части участка.
Высотные отметки современного рельефа за пределами контура рекульти-
вации провальной воронки на рассматриваемом участке составляют 110-118 м.
Для восстановления верхнего водоносного горизонта предусматривается
следующее. После заполнения емкости провальной воронки пустыми породами
и хвостами обогащения до отметки +110 м (первый этап технической рекульти-
вации) в пределах контура второго этапа технической рекультивации преду-
сматривается укладка слоя тяжелых глинистых пород с их укаткой и утрамбов-
кой. Мощность укладываемого слоя глинистых пород – 0,4-0,5 м.
Контур второго этапа технической рекультивации по южной и юго-западной
стороне ограничивается обустраиваемой дамбой с обязательным ее экраниро-
ванием. Отметка гребня дамбы +116,0 м.
Площадь участка в пределах контура второго этапа рекультивации заполня-
ется суглинками мощностью 1-1,5 м, поверх которых укладывается песчано-
гравийный слой мощностью 0.5 м, который перекрывается легкими суглинками
до отм. +115,5 м. Укладка пород производится с учетом существующего укло-
на. В северной части участка формируется емкость пруда-накопителя объемом
30,0 тыс. м
3.
глубиной 2-4 м (см. рис.5.14). Дно пруда, его западный и южный
борт экранируются. С северной и западной стороны пруд не экранируется, что
обеспечивает поступление и отток поверхностных вод по уложенным вышеука-
занным образом породам.
Существующий техногенный рельеф участка обеспечивает естественный
уклон пород и их отток.
Таким образом, предлагаемый проект восстановления геологической среды
в районе сформированной провальной воронки в г. Желтые Воды позволит вос-
становить геологическую среду до состояния, близкого к природному, снизить
экологическую нагрузку на регион и безопасно эксплуатировать ш. «Новая»
ООО «Восток-Руда».
Выводы. Установлено, что процесс образования провальных воронок мно-
гогранен и зависит от многих факторов. При этом протекание процесса образо-
вания провалов возможно по четырем разным типам. Заблаговременное пре-
дотвращение образования провалов возможно только путем проведения наблю-
дений за состоянием массива после закрытия шахт на протяжении длительного
периода. На примере провала в г. Желтые Воды показаны процессы сдвижения
и карстообразования, приводящие к обрушению значительных масс горных по-
род и земной поверхности. Предложено направление рекультивации провала в
г. Желтые Воды с засыпкой его нижних горизонтов пустыми породами ш. «Но-
вая» и отходами обогащения, созданием искусственного гидрогеологического и
гидравлического режима спланированного массива и рельефа, что позволит
снизить техногенную нагрузку в регионе, предотвратить развитие негативных
гидрогеологических процессов после закрытия ш. «Новая».
___________________________
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Четверик, М.С. Влияние нарушения геологической среды на подтопление территорий и обра-
зование депрессионной воронки при выемке полезных ископаемых [Текст] / М.С. Четверик, Е.А.
Бубнова, В.П.Кулак / Матеріали міжнародної конференції Форум гірників – 2008 (Дніпропетровськ,
13-15 жовтня 2008 р.) Д.: Національний гірничий університет, 2008. – С.226-233.
REFERENCES
1. Chetverik, M.S., Bubnova, Ye.A. and Kulak, V.P. “Effect of violation of the geological environment
at elevated groundwater levels and the formation of cone of depression during excavation of minerals”,
Materialy mizhnarodnoi konferentsii Forum girnykiv-2008 [Proceedings of the International Conference of
Forum miners – 2008], Dnepropetrovsk, Ukraine, 13-15 October 2008, pp. 226-233.
–––––––––––––––––––––––––––––––
Об авторах
Четверик Михаил Сергеевич, доктор технических наук, профессор, заведующий отделом Гео-
механических основ технологий открытой разработки месторождений, Институт геотехнической
механики им. Н.С. Полякова Национальной академии наук Украины (ИГТМ НАН Украины), Днеп-
ропетровск, Украина, chetverik.mihail@inbox.ru.
Бубнова Елена Анатольевна, кандидат технических наук, старший научный сотрудник, старший
научный сотрудник в отделе Геомеханических основ технологий открытой разработки месторожде-
ний, Институт геотехнической механики им. Н.С. Полякова Национальной академии наук Украины
(ИГТМ НАН Украины), Днепропетровск, Украина, bubnova@nas.gov.ua.
Сорока Юрий Николаевич, кандидат технических наук, директор Общества с ограниченной от-
ветственностью «ЦЕНТР РАДИОЭКОЛОГИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА» (ООО «ЦЕНТР РАДИО-
ЭКОЛОГИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА»), Желтые Воды, Украина, yuriy_sor@ukr.net.
About the authors
Chetverik Mikhail Sergeyevich, Doctor of Technical Sciences (D. Sc), Professor, Head of Department
of Geomechanics of Mineral Opencast Mining Technology, M.S. Polyakov Institute of Geotechnical Me-
chanics under the National Academy of Sciences of Ukraine (IGTM, NASU), Dnepropetrovsk, Ukraine,
chetverik.mihail@inbox.ru.
Bubnova Yelena Anatolevna, Candidate of Technical Sciences (Ph.D), Senior Researcher, Senior Re-
searcher in Department of Geomechanics of Mineral Opencast Mining Technology M.S. Polyakov Institute
of Geotechnical Mechanics under the National Academy of Sciences of Ukraine (IGTM, NASU), Dneprope-
trovsk, Ukraine, bubnova@nas.gov.ua.
Soroka Yuriy Nikolaevich, Candidate of Technical Sciences (Ph.D), Director of Limited Liability Com-
pany "Center of radio-environmental monitoring" (LLC "Center of radio-environmental monitoring"), Zhel-
tye Vody, Ukraine, yuriy_sor@ukr.net.
–––––––––––––––––––––––––––––––
Анотація. Щорічно з надр землі на території України витягується більше мільярда кубі-
чних метрів гірничої маси у вигляді добутих корисних копалин і попутно видобутих розкри-
вних і вміщуючих порід, що призводить до утворення пустот відповідних розмірів. Через
десятки, а іноді і сотні років, в районі розташування старих шахт і підземних виробок утво-
рюються провали.
В роботі розглянуті основні фактори , що впливають на утворення провалів. Наведені ос-
новні типи вторинних порушень в масиві гірських порід з подальшим формуванням прова-
лів. На прикладі провальної воронки в м. Жовті Води показані причини активізації природ-
но- техногенних процесів в підробленому масиві і змодельоване їх подальший розвиток. По-
казано , що після закриття шахти «Нова», яка прилягає до провальної воронки, відбудеться
підтоплення частини міської території з утворенням відкритого водоймища, просадка ґрунтів
під будівлями і спорудами. З метою уникнення зазначених наслідків відпрацювання запасів
Жовторіченського родовища пропонується в три етапи призвести рекультивацію провальною
воронки з раціональним використанням її простору.
Пропонований варіант відновлення геологічного середовища в районі сформованої про-
вальною воронки в м. Жовті Води дозволить відтворити геологічне середовище до стану,
близького до природного, знизити екологічне навантаження на регіон і безпечно експлуату-
вати ш . «Нова » ТОВ «Схід- Руда.
Ключові слова: видобуток корисних копалин, порожнечі, деформації, карст, провали,
рекультивація.
Abstract. Every year in Ukraine more than billion cubic meters of rocks is recovered from the
bowels of the earth in the form of extracted minerals and associated overburden and host rocks
causing formation of underground pockets of various sizes. In tens and even hundreds years the
caves will be formed in the area of the old mines and underground tunnels.
The paper describes main factors conducing to cave formation and main types of secondary
rock dislocations with postforming of the caves.
On example of a sinkhole in the city of Zhyoltye Vody, causes for intensified natural and man-
caused processes in the undermined space are shown with a model of their further development. It
is demonstrated that when the Novaya Mine, which is adjacent to the sinkhole, becomes closed a
part of the city territory would be flooded, an open water body would be formed, and soil under the
buildings and structures would subside. In order to avoid such consequences of the field mining
reclaiming of the sinkhole is proposed to be performed in three stages.
The proposed method for recovering geological environment in the sinkhole allow to recreate
geological environment close to the original natural state, reduce negative ecological load on the
region and provide safely operation of the Novaya Mine of the company East- Ore LLC.
Keywords: mining, voids, deformations, karst, dips, recovery.
Статья поступила в редакцию 15.09.2013
Рекомендовано к публикации д.т.н., проф. Л.М. Васильевым
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-87359 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1607-4556 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T13:29:07Z |
| publishDate | 2013 |
| publisher | Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Четверик, М.С. Бубнова, Е.А. Сорока, Ю.Н. 2015-10-17T12:58:42Z 2015-10-17T12:58:42Z 2013 Причины образования и направления ликвидации провалов от горных выработок / М.С. Четверик, Е.А. Бубнова, Ю.Н. Сорока // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2013. — Вип. 111. — С. 193-205. — Бібліогр.: 1 назв. — рос. 1607-4556 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/87359 622.831.6:622.882 В работе рассмотрены основные факторы, влияющие на образование провалов. Приведены основные типы вторичных нарушений в массиве горных пород с последующим формированием провалов. На примере провальной воронки в г. Желтые Воды показаны причины активизации природно-техногенных процессов в подработанном массиве и смоделировано их дальнейшее развитие. Показано, что после закрытия шахты «Новая», которая прилегает к провальной воронке, произойдет подтопление части городской территории с образованием открытого водоема, просадка грунтов под зданиями и сооружениями. С целью избежания указанных последствий отработки запасов Желтореченского месторождения предлагается в три этапа произвести рекультивацию провальной воронки с рациональным использованием ее пространства. Предлагаемый вариант восстановления геологической среды в районе сформированной провальной воронки в г. Желтые Воды позволит воссоздать геологическую среду до состояния, близкого к природному, снизить экологическую нагрузку на регион и безопасно эксплуатировать ш. «Новая» ООО «Восток-Руда». В роботі розглянуті основні фактори , що впливають на утворення провалів. Наведені основні типи вторинних порушень в масиві гірських порід з подальшим формуванням провалів. На прикладі провальної воронки в м. Жовті Води показані причини активізації природно- техногенних процесів в підробленому масиві і змодельоване їх подальший розвиток. Показано , що після закриття шахти «Нова», яка прилягає до провальної воронки, відбудеться підтоплення частини міської території з утворенням відкритого водоймища, просадка ґрунтів під будівлями і спорудами. З метою уникнення зазначених наслідків відпрацювання запасів Жовторіченського родовища пропонується в три етапи призвести рекультивацію провальною воронки з раціональним використанням її простору. Пропонований варіант відновлення геологічного середовища в районі сформованої провальною воронки в м. Жовті Води дозволить відтворити геологічне середовище до стану, близького до природного, знизити екологічне навантаження на регіон і безпечно експлуатувати ш . «Нова » ТОВ «Схід- Руда. The paper describes main factors conducing to cave formation and main types of secondary rock dislocations with postforming of the caves. On example of a sinkhole in the city of Zhyoltye Vody, causes for intensified natural and man-caused processes in the undermined space are shown with a model of their further development. It is demonstrated that when the Novaya Mine, which is adjacent to the sinkhole, becomes closed a part of the city territory would be flooded, an open water body would be formed, and soil under the buildings and structures would subside. In order to avoid such consequences of the field mining reclaiming of the sinkhole is proposed to be performed in three stages. The proposed method for recovering geological environment in the sinkhole allow to recreate geological environment close to the original natural state, reduce negative ecological load on the region and provide safely operation of the Novaya Mine of the company East- Ore LLC. ru Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України Геотехнічна механіка Причины образования и направления ликвидации провалов от горных выработок Причини утворення і напрямки ліквідації провалів від гірничих виробок Reasons for mining-induced cave formation and ways of the cave liquidation Article published earlier |
| spellingShingle | Причины образования и направления ликвидации провалов от горных выработок Четверик, М.С. Бубнова, Е.А. Сорока, Ю.Н. |
| title | Причины образования и направления ликвидации провалов от горных выработок |
| title_alt | Причини утворення і напрямки ліквідації провалів від гірничих виробок Reasons for mining-induced cave formation and ways of the cave liquidation |
| title_full | Причины образования и направления ликвидации провалов от горных выработок |
| title_fullStr | Причины образования и направления ликвидации провалов от горных выработок |
| title_full_unstemmed | Причины образования и направления ликвидации провалов от горных выработок |
| title_short | Причины образования и направления ликвидации провалов от горных выработок |
| title_sort | причины образования и направления ликвидации провалов от горных выработок |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/87359 |
| work_keys_str_mv | AT četverikms pričinyobrazovaniâinapravleniâlikvidaciiprovalovotgornyhvyrabotok AT bubnovaea pričinyobrazovaniâinapravleniâlikvidaciiprovalovotgornyhvyrabotok AT sorokaûn pričinyobrazovaniâinapravleniâlikvidaciiprovalovotgornyhvyrabotok AT četverikms pričiniutvorennâínaprâmkilíkvídacííprovalívvídgírničihvirobok AT bubnovaea pričiniutvorennâínaprâmkilíkvídacííprovalívvídgírničihvirobok AT sorokaûn pričiniutvorennâínaprâmkilíkvídacííprovalívvídgírničihvirobok AT četverikms reasonsformininginducedcaveformationandwaysofthecaveliquidation AT bubnovaea reasonsformininginducedcaveformationandwaysofthecaveliquidation AT sorokaûn reasonsformininginducedcaveformationandwaysofthecaveliquidation |