S&T (Super Tehnology)

В условиях полного затопления выработанного пространства происходят фильтрационные и геомеханические процессы, обуславливающие структурную перестройку блоков горных пород, изменение трещиноватости и прочностных свойств. Восстановление гидростатического давления быстро происходит в зоне водопроводящих трещин и в условиях крутого падения пластов вода выходит на поверхность. Для пологих пластов с покровными отложениями в трещины зоны прогиба закрываются, а восстановление давления происходит с запаздыванием, причем это запаздывание пропорционально отношению трещинной и поровой проницаемости массива. Таким образом, в горном массиве создаются условия концентрации напряжения в зоне прогиба и закрытия в ней трещин. Такая ситуация называется эффектом гидродинамического напряженного состояния массива. Состояние горного массива еще более осложняется в случае вытеснения водой метана и его скопление в верхней части горизонта.

Следовательно, при затоплении шахт нарушается геомехани- ческое равновесие в массиве, при этом накапливаются огромные силы, которые могут проявится в сдвижении горных пород, прорывов воды и газа на поверхность. Такое сдвижение наиболее вероятно развивается по зонам тектонических нарушений. Причем сдвижение происходит ступенчато или вибрационно, что вызывает горное землетрясение. Сдвижение в массиве даже на несколько сантиметров создает серьезную угрозу безопасности работы соседних шахт, нарушает целостность прилегающих зданий, сооружений, коммуникаций и приводит к перераспределению фильтрационных потоков внутри техногенных водоносных горизонтов.

Подтверждением вышесказанному являются многочисленные расходометрические исследования в гидронаблюдательных скважинах на полях закрытых шахт. Первый тип геофильтрационных процессов прослежен на поле ликвидированной шахты «Донецкая». Бурение двух гидронаблюдательных скважин выполнено на глубину 70 м. Геологический разрез участка работ представлен каменноугольными отложениями свиты С 2 среднего карбона, перекрытыми лессовидными суглинками четвертичного возраста мощностью 3-5 м. В литологическом отношении породы карбона представлены чередованием слоев песчаников, песчаных и глинистых сланцев с пластами светло - серых мощных известняков. Маркирующим горизонтами является известняк МЗ. Горная выработка по пласту т3 на глубине 90-136 м. В процессе бурения скважины происходил самоизлив воды с первоначальным дебитом 0,8 м /ч и с установившимися 0,4 м /ч. В зонах повышенной трещиноватости наблюдались толчки бурового инструмента и ускоренная проходка.

Второй тип процессов наблюдался на полях ликвидированных шахт им. Володарского и № 3-4 «Миусинская». Так для шахты «Миусинская» геологический разрез представлен каменноугольными отложениями свиты С 32 среднего карбона, перекрытыми рыхлыми осадками четвертичного периода мощностью 2-1 м. В литологическом отношении породы карбона представлены чередованием слоев песчаников, песчаных и глинистых сланцев с угольными пластами и известняками (в разрезе преобладают песчаники и сланцы песчаные). Маркирующими горизонтами являются известняк Н5 и угольные пласты Ь8, Ь7, Ьб, вскрытие на глубинах 48-60м, горная выработка расположена на 70м. При бурении скважин наблюдались обводненные зоны повышенной трещиноватости. Гидронаблюдательные скважины сыграли роль частичной геомеханической разгрузки.

Проведенные исследования выявили целый ряд особенностей поведения трещиноватых зон при их гидродинамической активизации. Расходометрические исследования выполнялись методом восстановления давления воды в трех режимах с различным дебитом и давлением.

По результатам исследований свойств пород установлено изменение положения проницаемых зон в исследуемом интервале скважины. При расходометрии в одной и той же скважине, в одном и том же интервале, ранее выявленные зоны переставали работать, открывались новые зоны, отмечалось изменение приемистости зон, что свидетельствует о блочной перестройке массива и изменении его трещиноватости при гидродинамическом воздействии. При этом давление нагнетания воды составляли всего 0,2 - 0,3 МПа, и глубина исследований не превышала 130м. Сопоставление полученных результатов гидродинамических исследований на данном этапе не позволило выявить общую закономерность геомеханического поведения массива. Установлен фактор изменения напряженно- деформированного состояния пород кровли техногенного горизонта и эффект структурной перестройки массива при гидродинамической активизации.