Установить закономерности деформирования углепородных слоев с учетом фазового состояния воды и кинетики ее насыщения

1. ДОНЕЦКАЯ НАРОДНАЯ РЕСПУБЛИКА МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
«ИНСТИТУТ ФИЗИКИ ГОРНЫХ ПРОЦЕССОВ»
Установить закономерности деформирования
углепородных слоев с учетом фазового
состояния воды и кинетики ее насыщения
Срок выполнения НИР: 2020-2022 г.
Докладчик: руководитель НИР, заведующий
отделом, кандидат технических наук,
старший научный сотрудник Борисенко Э.В.

2. Цель и задачи научно-исследовательской работы

определение физико-механических и деформационных
характеристик нарушенного углепородного массива с учетом
фазового состояния воды и кинетики ее насыщения для
прогнозных оценок деформации земной поверхности.
Цель:
Задачи:
АНАЛИЗ СОВРЕМЕННЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ ГОРНЫХ
ПОРОД И ГРУНТОВ, А ТАКЖЕ НАСЫЩЕНИЯ ПОРОДНОГО МАССИВА ВОДОЙ.
РАЗРАБОТКА МЕТОДИК И ПОДГОТОВКА ЛАБОРАТОРНОГО ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ
ЛАБОРАТОРНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ МЕХАНИЗМОВ ДЕФОРМАЦИОННЫХ ПРОЦЕССОВ В ГОРНЫХ
ПОРОДАХ С УЧЕТОМ ФАЗОВОГО СОСТОЯНИЯ ВОДЫ И КИНЕТИКИ ЕЕ НАСЫЩЕНИЯ. ОТБОР И
ПОДГОТОВКА ПОРОДНЫХ ОБРАЗЦОВ ДЛЯ ИСПЫТАНИЙ.
ПРОВЕДЕНИЕ ЛАБОРАТОРНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ОБРАЗЦОВ ГОРНЫХ ПОРОД В ПРОЦЕССЕ
ДЛИТЕЛЬНОГО ВОДОНАСЫЩЕНИЯ С УЧЕТОМ ЕГО КИНЕТИКИ И ФАЗОВОГО СОСТОЯНИЯ ВОДЫ.
СОСТАВЛЕНИЕ КАДАСТРА ФИЗИЧЕСКИХ, МЕХАНИЧЕСКИХ И ГИДРОФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ГОРНЫХ
ПОРОД В ЕСТЕСТВЕННЫХ УСЛОВИЯХ И В РЕЗУЛЬТАТЕ ДЛИТЕЛЬНОГО ВОДОНАСЫЩЕНИЯ
Объем финансирования: 22337,75 тыс.руб.
Количество участвовавших в НИР сотрудников: 13 чел.
2

3. Деформационное поведение сухих и водонасыщенных образцов горных пород угленосного массива

Песчаники
Сланцы глинистые
45
120
40
100
35
14
14в
4
4в
60
3
3в
16
40
16в
30
Нагрузка, МПа
Нагрузка, МПа
80
2
25
2в
18
20
18в
15
10
20
5
0
0
0,001
0,002
0,003
0,004
0,005
0,006
0,007
0
0,008
0
Относительная деформация, %
Сланцы песчаные
140
Нагрузка, МПа
120
100
8
8в
80
28
28в
60
40
20
0
0,002
0,004
0,006
Относительная деформация, %
0,004
0,006
0,008
0,01
Относительная деформация, %
160
0
0,002
0,008
0,01
0,012
0,014
0,016

4. Деформационное поведение нарушенных водонасыщенных образцов горных пород угленосного массива

Песчаники
120
120
100
100
4-к
14-к
15-к
60
16-к
17-к
19-к
40
22-к
80
Нагрузка, МПа
Нагрузка, МПа
80
Сланцы глинистые
2-к
5-к
7-к
60
9-12-к
18-к
25-26-к
40
20
20
0
0
0
0,01
0,02
0,03
0,04
0,05
0,06
0
0,07
0,01
0,02
0,03
0,04
0,05
0,06
0,07
Относительная деформация, %
Относительная деформация, %
Сланцы песчаные
120
100
Нагрузка, МПа
80
6-к
8-к
60
13-к
20-к
21-к
40
20
0
0
0,01
0,02
0,03
0,04
Относительная деформация, %
0,05
0,06
0,07
4

5. КАДАСТР ФИЗИЧЕСКИХ, МЕХАНИЧЕСКИХ И ГИДРОФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ГОРНЫХ ПОРОД УГЛЕНОСНОГО МАССИВА ДОНБАССА: механические свойства

образцов горных пород
в естественных условиях и после длительного водонасыщения
Прочность на
Прочность на
Упругая потенциальная
Модуль упругости Е,
одноосное сжатие,
одноосное растяжение,
энергия деформации U,
104 МПа
МПа
МПа
10-2 Дж/м3
№ образца
естественн
естественн
водонасыщ
водонасыщ естественна водонасыщени естественная водонасыщ
ая
ая
ение
ение
я влажность
е
влажность
ение
влажность
влажность
3
47,63
32,99
6,62
3,54
0,67
0,48
0,23
0,24
4
79,62
42,55
4,30
5,02
0,85
0,10
0,04
0,21
5
88,17
34,51
0,55
0,13
0,32
0,34
0,1
0,14
6
76,04
48,00
4,11
2,12
0,12
0,45
0,06
0,11
7
32,49
22,49
3,63
4,02
0,77
0,55
0,12
0,13
8
108,07
92,32
8,27
4,33
0,41
0,84
0,07
0,11
9-12
35,21
18,23
0,16
0,02
0,57
0,17
0,17
0,10
13
77,13
82,80
4,96
3,18
0,37
0,74
0,19
0,24
14
34,91
34,54
2,04
2,81
0,45
0,67
0,27
0,041
15
52,92
69,21
2,09
3,23
0,45
0,73
0,44
0,34
16
83,73
51,26
1,56
0,59
0,45
0,74
0,11
0,012
17
72,19
46,09
3,14
0,94
0,12
0,38
0,21
0,16
18
41,72
27,24
0,14
0,15
0,46
0,22
0,11
0,40
19
72,02
47,18
0,62
0,08
0,64
0,95
0,32
0,19
20
114,63
75,11
2,64
0,23
1,05
0,67
0,13
0,15
21
50,03
29,20
2,94
0,44
0,72
0,32
0,18
0,16
22
70,85
55,94
7,68
3,80
1,23
1,42
0,095
0,093
25-26
23,31
3,98
0,99
0,01
0,53
0,08
0,058
0,11
28
140,53
97,13
3,10
0,03
0,11
0,29
0,20
0,25
5

6. КАДАСТР ФИЗИЧЕСКИХ, МЕХАНИЧЕСКИХ И ГИДРОФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ГОРНЫХ ПОРОДУГЛЕНОСНОГО МАССИВА ДОНБАССА: гидрофизические

характеристики образцов горных пород
№ образца
3
4
5
6
7
8
9-12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23-24
25-26
28
Полная
влагоемкость,
W п, %
3,58
0,44
0,68
0,33
0,34
0,38
0,63
0,41
3,21
0,99
0,55
0,49
0,50
0,54
0,36
0,54
1,10
0,95
1,04
0,16
Коэффицие
Водо- Физически связанная вода, Химически связанная вода,
нт
прочность
%
%
естественная
водоестественная
водонабухания,
,
влажность насыщение влажность насыщение
K н, %
Δσ, %
0,50
-30,74
0,29
0,85
3,11
4,52
0,65
-46,56
0,14
0,28
0,60
1,54
1,36
-60,87
1,10
0,89
8,22
10,99
0,70
-36,88
0,49
0,75
7,11
6,91
1,07
-11,15
0,54
0,76
3,96
5,11
0,71
-14,57
0,76
0,65
9,99
10,47
0,80
-48,22
1,07
1,47
7,545
9,545
0,92
+7,36
0,63
1,12
4,96
5,90
0,61
-1,05
0,47
2,72
0,72
1,26
0,53
+30,77
1,08
2,89
0,66
2,10
-38,78
0,35
0,46
0,34
0,53
3,18
-36,15
0,41
1,00
1,36
3,85
4,81
-34,71
1,42
1,09
0,71
10,64
13,89
-34,48
0,49
0,43
0,74
14,87
17,50
-34,47
1,14
0,41
0,42
4,11
4,04
-41,65
1,14
0,68
1,23
7,77
4,60
-21,04
0,51
0,19
0,66
0,57
1,13
2,26
-73,07
1,05
2,16
9,42
10,63
-*
-82,94
1,235
1,285
7,98
8,245
0,94
-30,88
0,41
0,30
3,35
3,24
6

7. Результаты научно-исследовательской работы

Разработан кадастр механических и гидрофизических свойств горных пород
угленосного массива Донбасса, имеющих как естественную влажность, так и
прошедших длительное насыщение шахтной водой.
Результаты выполненной работы поспособствуют повышению точности прогнозной
оценки негативного влияния процесса «мокрой» консервации угольных шахт на
природные объекты и инженерные сооружения.
Результаты выполненной работы могут использоваться для интерпретации
натурных маркшейдерских исследований и будут полезны при разработке проектов
по комплексному освоению месторождений Донбасса.
Результаты выполненной работы опубликованы в 7 научных изданиях и
обсуждались на 3 международных конференциях и 1 международном симпозиуме.
7

8. О перспективах дальнейших научных исследований

Представляется актуальным и перспективным проведение исследований механических и
гидрофизических свойств горных пород угленосного массива Донбасса после длительного их
водонасыщения и дальнейшего естественного испарения поглощенной породами шахтной
воды.
Результаты выполненной работы позволят спрогнозировать свойства горных пород угленосного
массива и устойчивость горных выработок после откачки шахтных вод из подземного
пространства для возобновления угледобычи в рамках комплексного и рационального освоения
месторождений Донбасса.
Результаты выполненной работы поспособствуют повышению точности прогнозной оценки
влияния процесса откачки воды из затопленных угольных шахт на природные объекты и
инженерные сооружения.
8

9. Отзывы

9