Technical and technological aspects of the coal mine closure based on the geomechanical component assessment

Abstract

Purpose. Development of a comprehensive methodology for assessing the state of mine workings based on the analysis of their contour displacement patterns when solving the problem of minimizing the risks during the closure of coal mines in Ukraine. Methods. Based on an integrated analysis of international and domestic trends when assessing the consequences of mine closure, the main provisions of using the method of instrumental mine observations have been substantiated. When solving the problem, the approaches of regulatory documents are taken into account to identify the geomechanical situation according to two conditions: the structure and strength properties of the lithotypes in the adjacent coal-bearing stratum and the peculiarities of the rheological processes manifestation during the development of its displacements. Findings. The geomechanical, technological and hydrogeological factors have been distinguished that are required to take into account when closing the coal mines. Fundamental methodological provisions have been substantiated for the most reliable assessment of the mine workings state, taking into account the long period of their operation. A criterion for making a decision on the decommissioning of mine workings or their further maintenance is presented. Originality. A series of generalizing dependences of the mine working contour displacement development has been obtained, which can be divided into four main groups according to the criteria of the structural and strength properties of lithotypes in the adjacent mass, as well as the type of their rheological manifestations: decaying and persistent deformation creep. For each group, using the methods of correlation-dispersive analysis, empirical formulas have been determined for calculating the convergence of the roof and bottom of mine workings, as well as their sides, depending on the geomechanical criterion H/R of the maintenance conditions and the duration t of this period. Practical implications. The obtained correlation ratios make it possible to predict the residual section of mine working at any time of its maintenance. They are a geomechanical component of its operational state assessment. The result of this research is the development of a new methodology for assessing the mine working state according to the patterns for predicting its contour displacement.

Мета. Створити комплексну методику оцінки стану виробок на базі аналізу закономірностей зсуву її контуру при вирішенні задачі мінімізації ризиків при закритті вугільних шахт України. Методика. На базі комплексного аналізу світових і вітчизняних тенденцій при оцінці наслідків закриття шахт обґрунтовано основні положення використання методу інструментальних шахтних спостережень. При вирішенні задачі враховуються підходи нормативних документів при поділі геомеханічної ситуації за двома умовами: текстура та властивості міцності літотипів прилеглої вуглевмісні товщі та особливості проявів реологічних процесів розвитку її зрушень. Результати. Виділено геомеханічні, технологічні та гідрогеологічні фактори, які є обов’язковими до врахування при закритті вугільних шахт. Обґрунтовано принципові методичні положення з найбільш достовірної оцінки стану виробок з урахуванням тривалого періоду їх експлуатації. Наведено критерій для прийняття рішення погашення виробок або їх подальшої підтримки. Наукова новизна. Отримано сім’ю узагальнюючих залежностей розвитку зсуву контуру виробки, які виділено в чотири основні групи за критеріями текстури і міцнісних властивостей літотипів прилеглого масиву, а також виду їх реологічних проявів: згасаюча і незгасаюча повзучість деформацій. Для кожної групи за допомогою методів кореляційно-дисперсійного аналізу встановлено емпіричні формули для розрахунку зближень покрівлі й підошви виробок, їх боків, залежно від геомеханічного критерію H/R умов підтримки і тривалості t цього періоду. Практична значимість. Отримані кореляційні співвідношення дозволяють прогнозувати залишковий переріз виробки в будь-який момент часу її підтримки. Вони є геомеханічною складовою оцінки експлуатаційного стану виробки. Результатом цих досліджень стало створення нової методики оцінки стану виробки по закономірностям прогнозу зміщення її контуру.

Цель. Создать комплексную методику оценки состояния выработок на базе анализа закономерностей смещения ее контура при решении задачи минимизации рисков при закрытии угольных шахт Украины. Методика. На базе комплексного анализа мировых и отечественных тенденций при оценке последствий закрытия шахт обоснованы основные положения использования метода инструментальных шахтных наблюдений. При решении задачи учитываются подходы нормативных документов при разделении геомеханической ситуации по двум условиям: текстура и прочностные свойства литотипов близлежащей углевмещающей толщи и особенности проявлений реологических процессов развития ее сдвижений. Результаты. Выделены геомеханические, технологические и гидрогеологические факторы, которые обязательны к учету при закрытии угольных шахт. Обоснованы принципиальные методические положения по наиболее достоверной оценке состояния выработок с учетом длительного периода их эксплуатации. Представлен критерий для принятия решения погашения выработок или их дальнейшего поддержания. Научная новизна. Получены семейства обобщающих зависимостей развития смещений контура выработки, выделенные в четыре основные группы по критериям текстуры и прочностных свойств литотипов близлежащего массива, а также виду их реологических проявлений: затухающая и незатухающая ползучесть деформаций. Для каждой группы с помощью методов корреляционно-дисперсионного анализа установлены эмпирические формулы для расчета сближений кровли и почвы выработок, их боков, в зависимости от геомеханического критерия H/R условий поддержания и длительности t этого периода. Практическая значимость. Полученные корреляционные соотношения позволяют прогнозировать остаточное сечение выработки в любой момент времени ее поддержания. Они являются геомеханической составляющей оценки эксплуатационного состояния выработки. Результатом этих исследований явилось создание новой методики оценки состояния выработки по закономерностям прогноза смещения ее контура.