CC BY
5ISSN 0136-4545 !Ж!урнал теоретической и прикладной механики.
№1 (82) / 2023.
ГЕОМЕХАНИКА, РАЗРУШЕНИЕ ГОРНЫХ ПОРОД, РУДНИЧНАЯ АЭРОГАЗОДИНАМИКА И ГОРНАЯ ТЕПЛОФИЗИКА
УДК 550.8.012
doi:10.24412/0136-4545-2023-1-93-107 EDN:SJNCKX
©2023. В.А. Дрибан1, Б.В. Хохлов2, Д.М. Хламов3, А.В. Антипенко4
АНАЛИЗ ВОЗМОЖНОСТИ ВОЗНИКНОВЕНИЯ ПРОВАЛОВ ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ ПРИ ЗАТОПЛЕНИИ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК НА ПРИМЕРЕ ШАХТЫ ИМ. В.М. БАЖАНОВА
В статье представлены результаты работы по установлению провалоопасных объектов, определению, картированию и обследованию провалоопасных зон, а так же прогнозу провалообра-зования на основе методов искусственного интеллекта на подработанных территориях г. Макеевка.
Ключевые слова: горный массив, затопление горных выработок, устойчивость, активизация процесса сдвижения, земная поверхность, провал.
Введение и цель исследования. Шахта им. В.М. Бажанова расположена на северо-востоке г. Макеевка в Донецко-Макеевском геолого-промышленном
1 Дрибан Виктор Александрович - доктор техн. наук, зам. директора по науч. работе РАНИМИ, Донецк, e-mail: viktor-driban@yandex.ru.
Driban Victor Aleksandrovich - Doctor of Technical Sciences, Deputy Director for Science, Republican Academic Research and Design Institute of Mining Geology, Geomechanics, Geophysics and Mine Surveying, Donetsk.
2Хохлов Борис Валентинович - канд. техн. наук, зав. отд. горного давления РАНИМИ, Донецк, e-mail: hbv@bk.ru.
Khohlov Boris Valentinovich - Candidate of Technical Sciences, Head of Department, Republican Academic Research and Design Institute of Mining Geology, Geomechanics, Geophysics and Mine Surveying, Donetsk, Rocks Pressure Department.
3Хламов Дмитрий Михайлович - ст. науч. сотр. отд. горного давления РАНИМИ, Донецк, e-mail: hlamov_d@mail.ru.
Khlamov Dmitry Mikhailovich - Senior Researcher, Republican Academic Research and Design Institute of Mining Geology, Geomechanics, Geophysics and Mine Surveying, Donetsk, Rocks Pressure Department.
4Антипенко Антон Викторович - мл. науч. сотр. отд. горного давления РАНИМИ, Донецк, e-mail: ministrxp@mail.ru.
Antypenko Anton Victorovich - Junior Researcher, Republican Academic Research and Design Institute of Mining Geology, Geomechanics, Geophysics and Mine Surveying, Donetsk, Rocks Pressure Department.
районе Донбасса. Отрабатывала угольные пласты п®, п" и т3 свит соответственно С3 - "Исаевская" и С2 - "Горловская", которые представлены толщей переслаивающихся песчаников, алевролитов, аргиллитов, известняков, углей и углистых аргиллитов, которые, в свою очередь, перекрыты покровными отложениями четвертичного возраста. Шахта им. В.М. Бажанова не сбита горными работами с другими шахтами.
Объектом исследований являются геомеханические процессы сдвижения и деформирования в техногенных горизонтах шахты им. В.М. Бажанова и на подработанных ею территориях. В работе была поставлена задача прогноза активизации провалообразования в случае затопления горных выработок шахты им. В.М. Бажанова. Эта задача была поставлена для оценки экологических рисков в густонаселенном районе г. Макеевка, при снижении материальных затрат на откачку воды из шахты.
При отключении водоотливного комплекса шахты общее время затопления горных выработок составит 6,3 года и, при самом неблагоприятном гидрогеологическом исходе, возможен излив подземных вод на земную поверхность через шурф № 10 в объеме до 89 м3/ч в балку Сухая Калиново [1].
Цель работы - анализ провалоопасной ситуации в пределах района с высокой плотностью жилой застройки г. Макеевка при затоплении горных выработок шахты им. В.М. Бажанова.
Основная предпосылка активизации сдвижения породной толщи над старыми горными выработками в виде провалов - это сохранившиеся техногенные пустоты [2].
Для достижения поставленной цели, в соответствии с [3] и [4] на горном отводе шахты были определены все объекты, над которыми возможно возникновение провалов земной поверхности. В результате анализа планов горных выработок и земной поверхности шахты было зафиксировано 27 горных выработок имеющих выход на земную поверхность (табл. 1), из них: стволов вертикальных -шесть, наклонных стволов - пять, шурфов вертикальных - двенадцать, скважин большого диаметра - четыре. Также было выявлено четыре площадных зоны от старых очистных работ пластов п\ и п" и от старых горных выработок (до 1960 г.) по этим же пластам близкого расположения к земной поверхности.
На основании анализа собранной информации о горных выработках, имеющих выход на земную поверхность, и выработках близкого расположения к земной поверхности, по разработанной в ГБУ "РАНИМИ" методике [5] был выполнен расчет нормативных провалоопасных зон. В пределах горного отвода шахты им. В.М. Бажанова по всем пластам, на плане поверхности выделено и картировано 22 нормативные зоны возможного провалообразования, представленные в таблице 2.
При наложении зон от разных объектов друг на друга, они объединялись. Определены площади зон и маршруты их обследования. По методике [6] проведено обследования выделенных зон с фотофиксацией объектов, указанием состояния устьев горных выработок и земной поверхности над ними. Нормативные
Таблица 1. Обследованные объекты шахты им. В.М. Бажанова
№ Наименование Год Глубина, Угол наклона, Состояние
пп выработки ликвидации м градус устья
1 2 3 4 5 6
1 Скиповой ствол №1 Консервация 1056 90 Удов л.
2 Клетевой ствол №2 Действующий 1032 90 Удов л.
3 Клетевой ствол №3 Действующий 199 90 Удов л.
4 Скиповой ствол №4 Действующий 222 90 Удов л.
5 Тех. скважина №1 Перекрыта 927 90 Удов л.
6 Тех. скважина №2 Перекрыта 1019 90 Удов л.
7 Тех. скважина №3 Действующая 1031 90 Удов л.
8 Тех. скважина №4 Перекрыта 1031 90 Удов л.
9 Вент, ствол №6 Действующий 280 90 Удов л.
10 Вент, ствол №5 Действующий 937 90 Удов л.
11 Главный накл. ствол 1959 58 3 Удов л.
12 Наклонный ствол № 2 1959 47 30 Удов л.
13 Бутовский уклон 1923 39 3 Удов л.
14 Ходок бутовского укл. 1923 38 3 Удов л.
15 Наклонный вент, ствол 1979-81 135 50 Удов л.
16 Добычной ствол 1959 38 90 Удов л.
17 Вентиляционный шурф 1960 37 90 Удов л.
18 Шурф №1 До 1960 24 90 Удов л.
19 Шурф №2 До 1960 41 90 Удов л.
20 Шурф №3 До 1960 24 90 Удов л.
21 Шурф №4 До 1960 24 90 Удов л.
22 Шурф №5 До 1960 24 90 Удов л.
23 Шурф №6 До 1960 17 90 Удов л.
24 Шурф №7 До 1960 28 90 Удов л.
25 Шурф №8 До 1960 42 90 Удов л.
26 Шурф №9 До 1960 29 90 Удов л.
27 Шурф №10 До 1960 37 90 Удов л.
Примечание - Всего выработок - 27. Ранее ликвидировано 17 выработок
провалоопасные зоны были детально описаны, указаны объекты земной поверхности (здания, сооружения, частные домостроения), попадающие в эти зоны. Осуществлена визуализация провалоопасных зон и фотоматериалов обследования в геоинформационной системе Google Earth. На рисунке 1 представлено позиционирование обследованных объектов шахты им. В.М. Бажанова на местности. Провалов устьев ликвидированных выработок не обнаружено.
Таблица 2. Зоны возможного провалообразования на земной поверхности в пределах горного отвода шахты им. В.М. Бажанова
№ объекта № опасной зоны Название объекта Угол наклона, градус Площадь, м2
1 1 Скиповой ствол №1 90 13 500
2 Клетевой ствол №2 90
3 Клетевой ствол №3 90
4 Скиповой ствол №4 90
5 2 Вент, канал скип, ствола №1 0 1 500
6, 7 3 Технические скважины №1 и №2 90 6 940
8, 9 4 Технические скважины №3 и №4 90 8 160
10 5 Ствол №6 90 5 000
11 6 Вентиляционный ствол №5 90 5 000
12 7 Шурф №8 90 1 260
13 8 Наклонный ствол №2 30 35 050
14 Главный наклонный ствол 3
15 Шурф №5 90
16 9 Шурф №6 90 1 260
17 10 Шурф №4 90 1 260
18 11 Шурф №3 90 1 260
19 12 Шурф №7 90 1 260
20 13 Шурф №9 90 1 260
21 14 Шурф №2 90 26 100
22 Бутовский уклон 3
23 Ходок бутовского уклона 3
24 Шурф №1 90
25 15 Вентиляционный шурф 90 1 260
26 16 Добычной ствол 90 1 260
27 17 Шурф №10 90 1 260
28 18 Наклонный вент, ствол 50 3 260
29 19 Зона от очистных пласта п" 3 128 910
30 20 Зона от очистных пласта п\ 3
31 21 Зона от старых выработок (до 1960 г.) по пл. п\ 3 1 393 660
32 22 Зона от старых выработок (до 1960 г.) по пл. п\ 3
1. Прогноз провалоопасности над старыми горными выработками на основе методов искусственного интеллекта. Ситуация провалоопасности по построенным согласно нормативной методике [5] провалоопасным зонам на горном отводе шахты им. В.М. Бажанова, может сильно отличаться от реальной. Это обусловлено несколькими причинами. В горном деле нет единого нормативного документа, устанавливающего правила построения границ про-валоопасных зон. Разработанная в ГБУ "РАНИМИ"методика [5], опирается на несколько нормативно-методических документов [4], [7]—[10], в которых имеются пункты, посвященные данному вопросу. Расчетные зависимости, применяемые в методике [5], не учитывают подтопление провалоопасных территорий и возраст горных выработок. Нормативная методика предполагает, что дневная
поверхность представляет собой горизонтальную плоскость, однако для условий пологого падения пород большое значение приобретает рельеф местности, поверхность которого в большинстве случаев недопустимо считать плоскостью при определении глубины расположения выработок.
Рис. 1. Обследованные объекты шахты им. В.М. Бажанова на карте Google Earth
Часть территории горного отвода шахты им. В.М. Бажанова, отнесенная к потенциально провалоопасным, имеет весьма сложное строение. На незначительных глубинах отрабатывались два сближенных пласта п\ и п", мощность
междупластья 6-10 м. Выходы под наносы обоих пластов расположены на западном склоне Сухой Калиновой балки. Направление падения пород - с запада на восток. Несмотря на то, что вдоль дна балки по обоим пластам расположены целики, они неоднократно были прорезаны наиболее опасными с точки зрения провалообразования протяженными горными выработками различного назначения. Большой диапазон возраста выработок - от 55 до более 100 лет. Изменение угла падения с глубиной от 3° до 5°. В кровле пласта и\ залегает песчаник мощностью 20-30 м. Наличие лишь фрагментарных данных о мощности наносов. Здесь следует отметить, что при прогнозе опасности провалообразования необходимо учитывать только глубину по карбону, т.е. коренным породам. Так как прочностные характеристики наносов на порядок ниже, чем у коренных пород, то купол обрушения, развивающийся до поверхности карбона, неизбежно выйдет на дневную поверхность в виде провала.
Все эти факторы делают прогноз провалообразования на основе нормативной методики [5] чрезвычайно сложным и недостаточно надежным. В связи с этим было принято решение применить метод прогноза на основе расчетов нейронной сети.
Была создана и натренирована нейронная сеть [11]-[15] для прогноза образования провалов на земной поверхности над старыми горными выработками с высокой точностью до 94, 6%. Кроме того, были построены три группы номограмм для слабо-, средне- и высокометаморфизованных горных массивов, которые позволяют установить время появления провала на дневной поверхности в зависимости от глубины расположения выработки при действующих шести группах влияющих факторов 1-6 [15], представленных на рисунке 2.
20 30 40 И Ы> 70 80 40 100 110 ¡20 Ш 140 150 [60
Глубина залегания выработки, м 1 * благоприятные условия; 4 - гидрогеологический фактор;
1 • тектонические юны; 5 - юны илынунов:
3 - юны влияния горняк работ; б - комплекс факторов.
Рис. 2. Номограммы для установления времени развития провала в зависимости от глубины
при средней степени метаморфизма [15]
2. Предварительные построения. Оценка провалоопасности конкретных участков поверхности проводилась в три этапа. На первом этапе производились предварительные построения. В графическом редакторе к цифровой растровой копии плана поверхности привязывались аналогичные копии планов горных выработок обоих пластов. За основу была взята поверхность верхнего пласта п|, как более опасного. На план поверхности переносилась линия выхода пласта п1 под наносы. Далее эта линия клонировалась в сторону падения с интервалами, учитывающими изменение угла падения. Таким образом, на плане дневной поверхности была получена еще одна поверхность, приблизительно соответствующая поверхности пласта (рис. 3, а).
Рис. 3. Принципиальная схема предварительных графических построений
Следующим шагом были намечены четыре линии разрезов и построены сами разрезы (см. рис. 3б), линии дневной поверхности и пластов по соответствующим планам, линия поверхности карбона по имеющимся данным о мощности наносов. Для удобства построений горизонтальный масштаб разрезов был выбран соответствующим масштабу плана поверхности (1:5000), а вертикальный масштаб 1:1000.
3. Общая оценка провалоопасности. На втором этапе, на плане изоглу-бин по карбону пласта п\ была выделена 41 зона (рис. 4) по интервалам глубин 20 м с учетом реальных контуров горных выработок по обоим пластам, их возраста и типа. На этом этапе панельные уклоны и бремсберги, охраняемые целиками по обоим пластам, сразу выделялись в отдельные зоны.
Рис. 4. Фрагмент плана с зонами нейросети совмещенный с планом поверхности
В качестве следующего шага на совмещенный план была вынесена линия возможного уровня затопления, соответствующая отметке устья шурфа № 10 +206,1 м. По этой линии зона №1 была разделена на четыре, а зона №3 - на две новых зоны. Для каждой зоны были определены диапазон глубин по карбону, средний возраст выработок, а также время образования провалов по трем номограммам для горного массива средней степени метаморфизма (рис. 2):
1. благоприятные условия;
2. в зоне влияния горных работ (где таковое могло иметь место);
3. гидрогеологический фактор для определения возможного изменения обстановки при затоплении горных выработок в соответствующих зонах.
Результаты представлены в таблице 3.
Таблица 3. Результаты определения провалоопасности выделенных участков земной поверхности по номограммам
№ зоны Глубина по карбону, м Возраст выработок, лет Время формирования провалов, лет Соответствие нормативным зонам
График 1 График 3 График 4
1 2 3 4 5 6 7
1.1 0-8 100 0 0 — №8, №9, № 11, №19, №20
1.2 0-5 100 0 0 — Частично №14
1.3 8-15 100 0 0 0 Частично №14
1.4 8-20 100 0 0 0 Частично № 8
2 10-20 80 0 0 0 №12, 13, 15, 16, №20
3.1 5-8 90 0 0 — Частично №20
3.2 8-20 90 0 0 0 Частично №7
4 20-40 75 0-35 0 0 №17
5 20-40 100 0-35 0 0 Частично №8
6 20-40 85 0-35 0 0 Частично №7
7 54-60 55 60-75 25-35 0-10
8 40-60 70 35-75 0-35 0-10
9 40-60 100 35-75 0-35 0-10
10 40-60 75 35-75 0-35 0-10
11 46-60 75 45-75 — 0-10
12 60-80 55 75-110 35-75 10-45
13 60-80 65 75-110 35-75 10-45
14 60-80 100 75-110 35-75 10-45
15 60-80 70 75-110 35-75 10-45
16 60-80 70 75-110 — 10-45
17 80-100 55 110-145 75-110 45-85
18 80-100 60 110-145 75-110 45-85
19 80-100 100 110-145 75-110 45-85
20 80-100 60 110-145 75-110 45-85
21 80-100 65 110-145 — 45-85
22 83-100 55 110-145 — 45-85
23 100-120 55 145-175 110-145 85-120
24 100-120 60 145-175 110-145 85-120
25 100-120 60 145-175 110-145 85-120
26 100-120 60 145-175 110-145 85-120
27 100-120 60 145-175 — 85-120
28 100-120 55 145-175 — 85-120
29 100-120 55 145-175 — 85-120
30 120-140 55 175-205 145-165 120-155
31 120-140 60 175-205 145-165 120-155
32 120-140 60 175-205 145-165 120-155
33 120-140 60 175-205 145-165 120-155
34 120-140 60 175-205 — 120-155
35 120-140 55 175-205 — 120-155
36 140-160 55 205-235 165-205 155-185
37 140-160 60 205-235 165-205 155-185
38 140-160 60 205-235 165-205 155-185
Продолжение таблицы 3
№ зоны Глубина по карбону, м Возраст выработок, лет Время формирования провалов, лет Соответствие нормативным зонам
График 1 График 3 График 4
1 2 3 4 5 6 7
39 140-160 60 205-235 165-205 155-185 №3, 4
40 140-160 60 205-235 — 155-185
41 140-160 55 205-235 — 155-185
Примечания 1. Нормативная зона № 21 включает следующие зоны нейросети: частично зону 1.1, полностью - зоны 1.3-6 и частично зоны 8-10. 2. Нормативная зона №22 включает следующие зоны нейросети: частично зоны 1.1, 1.3 и 3.1, полностью - 1.4, 2, 3.2, 4-6, 8-11 и частично 13-16.
По результатам анализа данных таблицы 3 ее ячейки были закрашены следующим образом:
• прочерк (отсутствие данных) в ячейках пятой колонки означает, что в данной зоне отрабатывался только пласт и\ без подработки по нижнему пласту, соответственно фактор влияния горных работ можно исключить;
окрас получили ячейки, в которых время образования провалов меньше, чем средний возраст выработок (третья колонка). Это означает, что в данных зонах процесс провалообразования уже должен был завершиться и для объектов на поверхности угроза отсутствует;
окрас получили ячейки, в которых время образования провалов существенно больше среднего возраста выработок (третья колонка). Соответственно, в ближайшем будущем образование провалов в этих зонах маловероятно;
|_| окрас ячеек означает ситуацию некоторой неопределенности. Например: зона № 7 при благоприятных условиях не опасна, поскольку с учетом влияния подработки процесс провалообразования должен быть завершен. В тоже время, поскольку отсутствует информация об интенсивном деформировании в указанной зоне (о погашении пустот), процесс может быть активизирован за счет обводнения массива;
окрас получали ячейки четвертой и пятой колонок, если возраст выработок зоны укладывался в диапазон времени образования провалов. Ячейки шестой колонки получали такой окрас, если при появлении гидрогеологического фактора время провалообразования становилось равным, либо меньше возраста выработок. Известно, что при насыщении водой прочность горных пород существенно снижается, а это, в свою очередь, ускоряет процесс провалообразования.
Предварительный анализ ситуации показал, что зоны № 1-6 и 9 уже не опасны, так как процессы провалообразования в них уже должны были закончиться. Зоны № 23-41 не опасны, поскольку расположены на глубинах 100 и более метров, а прогнозное время провалообразования превышает 145 лет в благоприятных условиях и 85-120 лет с учетом обводнения. Зоны № 7-22 (за исключением № 9) требуют более детального изучения.
4. Прогноз провалоопасности на основе прямого расчета по нейронному алгоритму. В предыдущем пункте был установлен ряд зон, требующих детального изучения методом прямого расчета по нейронному алгоритму времени образования провалов. Первым шагом такового стал поиск в пределах указанных зон объектов, представляющих реальную опасность с точки зрения возможности образования провалов на земной поверхности. К таковым были отнесены охраняемые целиками выработки на обоих пластах, при отсутствии их непосредственной подработки или надработки горными работами соседнего пласта. Такие процессы, с учетом незначительной мощности междупластья, существенно нарушают исходное состояние массива и исключают возможность развития над протяженными выработками узких куполов обрушения, которые и приводят к образованию провалов.
Объекты, являющиеся источниками возможного образования провалов, были обнаружены в трех зонах № 14, 19 и 20. Зоны № 14 и 19 были построены над центральным уклоном пласта (рис. 5).
В зоне № 20 объекты-источники локализованы в пределах двух небольших участков, поэтому были выделены две подзоны - подзона № 20.1 над участком 4-го транспортного штрека пл. в целике под вентиляционный ствол № 5, и подзона № 20.2 над центральным, вспомогательным и транспортным бремсбергами и ходоком центрального бремсберга пл. п".
На втором шаге были уточнены исходные параметры объектов, а именно глубина расположения и возраст выработок. Так же для прямого расчета по нейронному алгоритму требуются следующие данные: степень метаморфизма (в данном случае Г); угол падения пород (изменялся от 3° до 5°); угол наклона выработки; фактор влияния горных работ и горно-геологических условий (в отобранных зонах отсутствует). Далее, для установленных условий был произведен расчет времени образования провалов. Результаты расчета приведены в таблице 4.
Ячейки в таблице 4 закрашивались по тем же правилами, что и ячейки в таблице 3. По результатам анализа было установлено, что зоны № 20.1 и 20.2 даже в случае затопления не должны представлять особой опасности еще в течение 20-30 лет. Возраст выработок зон № 20.1 и 20.2, говорит о том, что они были закреплены металлической рамной крепью и полноценно погашены после завершения эксплуатации. Так же, данные участки выработок находятся в верхней части бремсбергового поля, что позволяет исключить негативное влияние гидрогеологического фактора на вмещающий их массив. С учетом фактической глубины расположения выработок и наличия мощного песчаника в кровле
пласта п®, можно утверждать, что достижение процессами интенсивного деформирования массива в данных зонах поверхности карбона маловероятно, а соответственно эти зоны достаточно безопасны.
Рис. 5. Зоны нейросети с объектами, источниками возможного образования провалов
Таблица 4. Результаты прямого расчета провалоопасности с учетом затопления горных выработок
Возраст объекта, лет Глубина по карбону, м а Ч Угол наклона выработки, град Время провала по расчету, лет
№ зоны Опасный объект Угол паден: пород, гра Благопр. условия Гидрогеологич. фактор
14 Центральный уклон пласта и" 70-75 70-90 4 3 73-110 8-48
19 Центральный уклон пласта и" 70-75 110 5 3 108-142 46-84
20.1 Участок 4-го транспортного штрека пл. и" в целике под вент. ств. №5 60 110 5 0 151 94
20.2 Центральные вспомогательный и транспортный бремсберги и ходок центрального бремсберга пл. и" 60 110 5 5 137 77
Существует вероятность образования провалов по параметру "благоприятные условия" на сегодняшний день в зоне нейросети № 14. В зоне нейросети № 19 вероятность образования провалов меньше. Тем не менее, обе эти зоны построены над нижними участками центрального уклона пласта nf, что в подавляющем большинстве случаев означает эксплуатацию в неблагоприятных гидрогеологических условиях и возможность затопления после завершения горных работ.
В нижней части уклон был пройден, либо восстановлен во второй половине 1940-х годов. Протяженные горные выработки в тот период крепились исключительно деревом, которое в неблагоприятных гидрогеологических условиях (с учетом агрессивности шахтных вод) довольно быстро деградирует, теряя прочность, что ускоряет образование свода обрушения с возможностью его выхода на поверхность. Таким образом, с учетом гидрогеологического фактора в зоне нейросети № 14 процесс интенсивного деформирования массива, провоцирующего провалообразование, уже должен был завершиться, а зона № 19 как раз находится в периоде риска провалообразования.
Во второй половине 1980-х годов (т.е. более 30 лет назад) производилась доразведка поля шахты им. В.М. Бажанова [1], в процессе которой был также определен установившийся уровень воды в подработанном горными работами по пластам n\ и nf массиве. Установившийся уровень вод располагается выше горных работ. Это свидетельствует о том, что уже к тому времени процесс кольма-тации техногенных трещин завершился и произошло восстановление водоупорных и естественных водоносных горизонтов. Никаких депрессионных воронок обнаружено не было. Данный факт может означать, что процессов образования куполов обрушения на данной территории не происходит, так как это неизбежно привело бы к появлению депрессионных воронок и сказалось бы на уровне воды в подработанном горном массиве. Это касается также и зоны нейросети № 19.
Необходимо отметить, что расчеты нейросети проводились по варианту предельного сценария развития процессов интенсивного деформирования подработанного горного массива, с максимально возможным уровнем затопления последнего до отметки +206,1 м. В случае, если фактический уровень затопления будет установлен ниже данной отметки, то прогноз для территорий, не подвергшихся подтоплению, нужно будет пересмотреть.
Выводы.
1. В пределах горного отвода шахты им. В.М. Бажанова был проведен анализ геомеханической обстановки по двум методикам: нормативной и новой с применением метода искусственного интеллекта на основе натренированной нейро-сети. По нормативной "Методике построения и обследования зон, опасных по провалам" выделено и картировано на плане поверхности М 1:5000 22 нормативные зоны потенциального провалообразования на земной поверхности, и с помощью нейросети - 41 зона.
2. Детальный анализ горно-геологических и горнотехнических факторов 41 зоны позволил установить, что 40 из них являются безопасными.
3. Нормативные площадные зоны № 21 и № 22 занимают значительную пло-
щадь и на большей ее части накладываются друг на друга, что означает повышенную опасность провалообразования. В то же время анализ (номограммы на рисунке 2) показал, что большая часть этих зон безопасна, поскольку процессы провалообразования на них уже завершились.
4. Большая часть нормативной зоны № 8 относится к центральному уклону пласта nf, но она не пересекается с нейронными зонами № 14 и № 19, а заканчивается выше по падению. Таким образом, нормативная зона № 8 занимает те участки (зоны нейросети № 1, 4, 5 и частично 9 в табл. 4), которые по расчетам относятся к безопасным с точки зрения возможного провалообразования.
5. Небольшая вероятность провалообразования на сегодняшний день в пределах поля шахты им. В.М. Бажанова сохраняется только в границах зоны нейросети № 19, включающей следующие объекты на поверхности: частные домовладения. С учетом возраста центрального уклона пласта nf и отсутствия де-прессионной воронки в районе зоны нейросети № 19 по результатам доразведки в 1980-х, можно утверждать, что вероятность течения процессов интенсивного деформирования горного массива в границах данной зоны невелика.
6. Многоквартирные жилые дома, находящиеся в нормативных зонах № 20 и № 19 в область подтопления не попадают. Таким образом, активизации деформаций земной поверхности не произойдет.
7. Многоквартирный жилой дом (9 этажей) № 4 на пл. Грибиниченко попадает в область подтопления, однако горные работы по пластам nf и nf под этим домом производились в 1916-26 гг. и интенсивные деформаций уже реализовались задолго до начала его строительства с конструктивными средствами защиты.
1. Дрибан В.А. Особенности развития гидрогеологической ситуации на примере шахты им. В.М. Бажанова / В.А. Дрибан, Е.Н. Шевченко, Н.А. Дуброва // Труды РАНИМИ: сб. науч. тр. - 2021. - № 12-13 (27-28). - С. 185-197.
2. Славиковская Ю.О. Техногенные пустоты недр как фактор негативного воздействия на окружающую среду при разработке месторождений твердых полезных ископаемых / Ю.О. Славиковская // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2021. - № 2. - С. 33-44.
3. ГСТУ 101.00159226.001-2003. Правила подработки зданий, сооружений и природных объектов при добыче угля подземным способом. - Введ. 01-01-2004. - К., 2004. - 128 с.
4. НПАОТ 10.0-1.01-16 Правила безопасности в угольных шахтах. - опубл. 20.05.2016 г. с изменениями, внесенными на основании Приказа Министерства угля и энергетики Донецкой Народной Республики, Государственного Комитета горного и технического надзора Донецкой Народной Республики от 07.07.2016 № 63/319, от 20.06.2017 № 157/291. - Донецк, 2016. - 217 с.
5. Хохлов Б.В. Методика построения и обследования зон, опасных по провалам / Б.В. Хохлов, В.А. Дрибан, С.В. Голдин, А.М. Терлецкий, М.Д. Рожко // Труды РАНИМИ: сб. науч. тр. - 2019. - № 7 (22). - С. 142-157.
6. Хохлов Б.В. Методика обследования провалоопасных зон / Б.В. Хохлов // Труды РАНИ-МИ: сб. науч. тр. - 2020. - № 10-11 (25-26). - С. 31-35.
7. ГСТУ 101.00159226.001-2003. Правила подработки зданий, сооружений и природных объектов при добыче угля подземным способом. - Введ. 01-01-2004. - К., 2004. - 128 с.
8. КД 12.12.005-2001. Правила ликвидации стволов угольных шахт. - Утв. Министерством
топлива и энергетики Украины 15.02.2001 г. - Донецк, 2001. - 122 с.
9. Методическое руководство о порядке выделения провалоопасных зон и выбора комплекса технических мероприятий по выявлению и ликвидации пустот при ликвидации шахт. -Москва: ИПКОН РАН, 1999. - 54 с.
10. Методическое руководство «О порядке выделения провалоопасных зон и выбора комплекса технических мероприятий по выявлению и ликвидации пустот на ликвидируемых шахтах Восточного Донбасса». - Москва: ИПКОН РАН, 2007. - 54 с.
11. Driban V. Vorhersage des erdoberflacheabsturzes oberhalb der alten kohlengrubenraumen / V. Driban, V. Nazimko, A. Feofanov, I. Khalymendyk // Altbergbau - Kolloquium (Freiberg, 04 - 06 November, 2010). - P 391-400.
12. Дрибан В.А. Особенности провалообразований в Донбассе и пути решения проблемы / В.А. Дрибан, А.Н. Феофанов // Сучасш технологи розробки рудних родовищ: збiрник нау-кових праць за результатами роботи мiжнародноí науково-техшчно! конференцп - Кривий Р^, 2011. - С. 85-87.
13. Дрибан В.А. Особенности развития провалообразований над наклонными стволами / В.А. Дрибан, А.Н. Феофанов, С.В. Голдин // Наушда пращ УкрНДМ1 НАН Украши: зб. наук. пр. - 2010. - № 7. - С. 14-28.
14. Дрибан В.А. Разработка системы прогноза обрушений земной поверхности над погашенными горными выработками / В.А. Дрибан, А.Н. Феофанов, И.В. Назимко // Проблеми прського тиску: зб. наук. пр. - 2009. - № 17. - С. 22-57.
15. Исследование устойчивости структурно-неоднородных массивов горных пород: отчет о НИР № 14/08 № ГР 0107U010339 / Рук. В.А. Дрибан. - Донецк: УкрНИМИ, 2012. - 303 с.
V.A. Driban, B.V. Khokhlov, D.M. Khlamov, A.V. Antipenko Analysis of the possibility of sinkholes
of the earth's surface during flood-ing of mine workings on the example of the mine named after V.M. Bazhanov.
The article presents the results of work on the establishment of sinkhole-prone objects, the definition, mapping and survey of sinkhole-prone zones, as well as the prediction of sinkhole formation, based on artificial intelligence methods, in the under-worked territories of the city of Makeevka Keywords: mountain range, flooding of mine workings, stability, activation of the process of displacement, the earth's surface, failure.
Получено 20.01.2023
