Влияние горнотехнических условий подземной добычи угля на параметры сдвижения земной поверхности

Целью работы является количественная оценка изменения физико-механических свойств горного массива под влиянием многократной подработки и определение характера влияния техногенной трещиноватости на параметры сдвижения земной поверхности. Объектом исследования выступает техногенно измененный углепородный массив в пределах горного отвода шахты им. С.М. Кирова Донецко-Макеевского угленосного района (Донбасс), а предметом – трансформация упругих свойств породной толщи (скоростей продольных волн, модуля упругости) и соответствующие изменения граничных углов сдвижения при первичной и повторной подработке. Методологическая основа работы включает комплексный подход, объединяющий полевую сейсморазведку методом отраженных волн в модификации общей глубинной точки, а также конечно-элементное моделирование процесса сдвижения в программном комплексе «Лира 10». Исследования выполнены на участке, не затронутом предшествующими горными работами и тектоническими нарушениями, над 6-й восточной лавой по пласту h₁₀^в. В результате проведенных исследований установлено, что первичная подработка пласта вызывает закономерное снижение скоростей распространения продольных упругих волн на 8–10 % в интервале до 150 м над выработанным пространством, что количественно подтверждает формирование техногенной трещиноватости и уменьшение модулей упругости пород. Конечно-элементное моделирование показало, что локальное снижение упругих свойств массива на 10 % в зоне активного трещинообразования приводит к уменьшению граничных углов сдвижения не менее чем на 5° по сравнению с условиями первичной подработки, что влечет за собой расширение мульды сдвижения и перераспределение горизонтальных деформаций поверхности. Полученные результаты служат прямым количественным обоснованием необходимости учета техногенной трещиноватости при прогнозировании сдвижений в многократно подработанных массивах. Игнорирование данного фактора ведет к недооценке зон влияния горных работ и повышает риск аварийных деформаций объектов инфраструктуры. Предложенный комплексный подход (сейсморазведка и численное моделирование) позволяет корректировать нормативные параметры сдвижения для различных угленосных районов и служит основой для совершенствования методов геомеханической безопасности подработанных территорий.

1. Голубев Ф.М., Анциферов В.А., Крижановская Л.Н. К вопросу о влиянии физико-механических параметров подработанного горного массива на характер процесса сдвижения // Журнал теоретической и прикладной механики. 2024. № 4. С. 95–103. DOI: 10.24412/0136-4545-2024-4-95-103. EDN: VZQJVN.

2. Кулибаба С.Б. Влияние кратности подработки земной поверхности на величину угла сдвижения // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. 2022. № 4. С. 264–273. DOI: 10.46689/2218-5194-2022-4-1-264-273. EDN: WQPFKF.

3. Грищенков Н.Н., Скаженик В.Б., Бардакова Е.А., Чернышенко И.В. Пространственное моделирование зон многократной подработки горными выработками участков со сложной структурой рельефа // Журнал теоретической и прикладной механики. 2024. № 3. С. 89–99. DOI: 10.24412/0136-4545-2024-3-89-99. EDN: KBUHPC.

4. Борисов А.А. Механика горных пород и массивов. М.: Недра, 1980. 360 с.

5. Николаев И.Ю., Шалованов О.Л. Геофизические методы при изучении подработанного углепородного массива // Проблемы и перспективы комплексного освоения и сохранения земных недр: VI конф. Междунар. науч. школы акад. РАН К.Н. Трубецкого (г. Москва, 17–21 июня 2024 г.). М.: Изд-во ИПКОН РАН, 2024. С. 176–179. EDN: JHCURD.

6. Дрибан В.А., Дуброва Н.А. Фильтрационная модель многократно подработанного массива // Сборник научных трудов Донбасского государственного технического университета. 2017. № 7. С. 31–37. EDN: YOUDSR.

7. Лобков Н.И., Радченко А.Г. Механизм сдвижения породных слоев над выработанным пространством // Инновационные перспективы Донбасса: материалы ХХ Междунар. науч.-практ. конф. (г. Донецк, 28–30 мая 2024 г.). Донецк: Изд-во ДонНТУ, 2024. С. 44–49. EDN: XZAZXU.

8. Глухов А.А., Анциферов А.В., Голубев Ф.М. О моделировании сейсмических экспериментов по прогнозу зоны разуплотнения пород над отработанным пространством // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). 2025. № 11. С. 87–98. DOI: 10.25018/0236_1493_2025_11_0_87. EDN: TVYNNG.

9. Borisenko E.V., Golubev F.M., Popovich S.A. Prediction of ground surface displacements from studies of deformation properties of moist rocks // Journal of Mining Science. 2024. Vol. 60. Iss. 5. P. 770–776. DOI: 10.1134/S1062739124050077.

10. Голубев Ф.М., Репина К.В. Особенности влияния многократной подработки на продолжительность процесса сдвижения земной поверхности // Маркшейдерия и недропользование. 2025. Т. 25. № 6. С. 84–89. DOI: 10.56195/20793332-2025-25-6-84-89. EDN: PUACPZ.

11. Мохов А.В. Трансформация проницаемости горных пород на участках подземных разработок каменноугольных залежей (геомеханические аспекты) // Наука Юга России. 2018. Т. 14. № 2. С. 42–54. DOI: 10.23885/2500-0640-2018-14-2-42-54. EDN: XQGIHB.

12. Mokhov A.V. Rock permeability in displacement zones at coal deposits: a case study of underworked inundated mines // Doklady Earth Sciences. 2013. Vol. 452. Iss. 1. P. 904–906. DOI: 10.1134/S1028334X13080035.

13. Грищенков Н.Н., Бардакова Е.А. Основы модели взаимосвязи гидрогеологических и геомеханических параметров при ликвидации угольных шахт // Актуальные проблемы недропользования: тезисы докладов участников XIX Междунар. форума-конкурса студентов и молодых ученых (г. Санкт-Петербург, 21–27 мая 2023 г.). Т. 1. СПб.: Изд-во СПбГУ, 2023. С. 264–266. EDN: JFDJTH.

14. Грищенков Н.Н., Сушко Е.Т., Бардакова Е.А., Анциферов А.В. Анализ влияния многократной подработки автомобильного моста через р. Кальмиус по проспекту Ильича в г. Донецке // Труды РАНИМИ. 2023. № 23. С. 104–125. DOI: 10.24412/1996-885X-2023-2338-104-125. EDN: YBEYZT.

15. Грищенков Н.Н., Иванова Л.А., Рахманова Т.И., Сушко Е.Т., Сажнев В.П. Оценка технического состояния зданий на подрабатываемых склонах мезорельефа // Труды РАНИМИ. 2024. № 4. С. 59–72. DOI: 10.24412/2519-2418-2024-442-59-72. EDN: VRDLQY.

16. Lu J., Meng X., Wang Y., Yang Z. Prediction of coal seam details and mining safety using multicomponent seismic data: a case history from China // Geophysics. 2016. Vol. 81. Iss. 5. P. B149–B165. DOI: 10.1190/geo2016-0009.1.

17. Teng J., Li S., Jia M., Lian J., Liu H., Liu G., et al. Research and application of in-seam seismic survey technology for disaster-causing potential geology anomalous body in coal seam // Acta Geologica Sinica. 2020. Vol. 94. Iss. 1. P. 10–26. DOI: 10.1111/1755-6724.14372.

18. Cai W., Dou L., Cao A., Gong S., Li Z. Application of seismic velocity tomography in underground coal mines: a case study of Yima mining area, Henan, China // Journal of Applied Geophysics. 2014. Vol. 109. P. 140–149. DOI: 10.1016/j.jappgeo.2014.07.021.

19. Шепе Ф. Исследование геологического строения пластов каменного угля сейсмическим методом с помощью аппаратуры SUMMIT II Ex // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). 2012. № 10. С. 145–154. EDN: PZEMHV.

20. Schott W., Waclawik W. On the quantitative determination of coal seam thickness by means of in-seam seismic surveys // Canadian Geotechnical Journal. 2015. Vol. 52. Iss. 10. P. 1496–1504. DOI: 10.1139/cgj-2014-0466.

21. Waclawik P., Schott W. Utilization of innovation of the ISS method – in seam seismics at the CSM mine // Mining natural hazards: International scientific and technical conference. 2011. P. 1–8.

22. Greenhalgh S.A., Masonz I.M., Sinadinovski C. In-mine seismic delineation of mineralization and rock structure // Geophysics. 2020. Vol. 65. Iss. 6. P. 1908–1919. DOI: 10.1190/1.1444875.

23. Wang H., Ge M. Seismic wave propagation in coal seams: finite element modeling and field tests // International Journal of Mining and Mineral Engineering. 2014. Vol. 5. Iss. 3. P. 229–244. DOI: 10.1504/IJMME.2014.064482.