Дослідження провалів земної поверхні над соляною шахтою

Abstract

Мета. Дослідження зрушень гірського масиву навколо покинутої солевидобувної шахти. Ідентифікація дисипативних структур під час провалів земної поверхні. Meтоди. FLAC3D програмний пакет був застосований для моделювання перерозподілу напружень і деформацій під час необоротних зрушень масиву під час його активізації. Результати. Виконані дослідження дозволили встановити суттєві особливості розвитку та активізації зрушень масиву навколо соляних шахт під дією обводнення контакту соляного купола з вищерозташованими породами. Головна особливість полягає в тому, що процес зародження руйнування протікає не від земної поверхні, а починається в глибині масиву, потім він виходить не земну поверхню. Сам процес активізації супроводжується різкою швидкою еволюцією, видозміною кластерної мозаїки, яка змінює свою поведінку від неузгодженого до узгодженого і навпаки. Тобто відбувається періодична зміна характеру кластерної мозаїки, при якому кластери поводяться як неузгоджено так і злагоджено. Саме цей механізм сприяє, по-перше руйнуванню, по-друге поділу масиву на окремі складові, по-третє протилежному руху цих складових стосовно один одного, і по-четверте зародження і розвитку провалів земної поверхні. Новизна. Вперше були зафіксовані дисипативні структури під час зародження провалу земної поверхні над підземними виробками соляної шати. Паттерни дисипативних структур проявляються у вигляді потоків, вихорів й кластерів у межах яких спостерігається злагоджені зрушення гірського масиву. Практичні результати. Для придушення дисипативних структур запропоновано обмежити степені вільності необоротним зрушенням масиву гірських порід. Зокрема поздовжні осі камер рекомендовано орієнтувати перпендикулярно простяганню площині послаблення масиву.

Цель. Исследование сдвигов горного массива вокруг заброшенной соледобывающей шахты. Идентификация диссипативных структур во время провалов земной поверхности. Методы. Программный пакет FLAC3D был применен для моделирования перераспределения напряжений и деформаций при необратимых сдвигах массива во время его активизации. Результаты. Выполненные исследования позволили установить существенные особенности развития и активизации сдвигов массива вокруг соляных шахт под действием обводнения контакта соляного купола с вышележащими породами. Главная особенность заключается в том, что процесс зарождения разрушения протекает не от земной поверхности, а начинается в глубине массива, затем он выходит не земную поверхность. Сам процесс активизации сопровождается резкой быстрой эволюцией, видоизменением кластерной мозаики, которая меняет свое поведение от несогласованного с согласованным и наоборот. То есть происходит периодическая смена характера кластерной мозаики, при котором кластеры ведут себя как несогласовано так и согласовано. Именно этот механизм способствует, во-первых, разрушению, во-вторых, разделению массива на отдельные составляющие, в-третьих, противоположному движению этих составляющих относительно друг друга, и в-четвертых, зарождению и развитию провалов земной поверхности. Новизна. Впервые были зафиксированы диссипативные структуры в период зарождения провала земной поверхности над подземными выработками соляной шахты. Паттерны диссипативных структур проявляются в виде потоков, вихрей и кластеров в пределах которых наблюдается слаженные сдвиги горного массива. Практические результаты. Для подавления диссипативных структур предложено ограничить степени свободы необратимыми сдвигами массива горных пород. В частности, продольные оси камер рекомендуется ориентировать перпендикулярно простиранию плоскости ослабления массива.

Purpose. Investigation of ground movement around an abandoned salt mine during sewage dissemination underground. Identification of dissipative structures during chimney subsidence initiation. Methods. We used FLAC3D program package to simulate stress-strain redistribution and irreversible ground movement during the ground subsidence activation. Findings. Initiation of ground movement mobilization started not from the surface but at a certain depth where the irreversible ground movement emerges. Laying and hanging wings of a geological fault became to move relatively each other over an abandoned salt mine. Dissipative structures emerged in form of abrupt intensive variation of cluster mosaic in the field of movement that follows the ground mobilization. Concord displacement of the adjacent ground clusters changes to their conflicting movement and vice versa. Such a periodical sequential shifting induces destruction of pillars and surrounding rock mass, disintegration of the fractured bodies and their asynchronous movement relatively each other and, as result, chimney subsidence initiation at the surface. Originality. It was the first time when periodic cluster structures were registered during chimney subsidence activation. Dissipative structures manifest as shifting of irreversible torrents and rotors, which replace each other promoting progress of the irreversible ground movement and facilitating development of the chimney. Computer simulation assisted to understand complex irreversible behavior of ground during its irreversible movement triggered by change of physical properties of the ground under dampening. We proposed innovative measures for preventing development of dissipative structures. Practical implications. The results of simulation allowed proposing effective measures, which are founded on restrictions of degree of freedom and suppress the dissipative structures development.