Моделювання рівня підземних вод у процесі виведення вугільних шахт із експлуатації
Анотація
Недіючі вугільні шахти, які були закриті шляхом затоплення (мокрої консервації), становлять небезпеку для навколишнього середовища, насамперед через ризик забруднення ґрунтових вод, просідання ґрунту та заболочування прилеглих територій. Оцінка ризику затоплення за допомогою чисельного гідрогеологічного моделювання для територій, на яких розташовані вугільні шахти, що побудовані на початку минулого століття, є складним завданням, оскільки інформація про експлуатаційні параметри не збереглася до наших днів або є обмеженою. Під час дослідження було вивчено потенціал чисельного моделювання динаміки підземних вод для прогнозування відновлення рівня підземних вод під час затоплення шахт та ступінь його точності. В якості пілотних досліджуваних територій були обрані ділянки видобутку у вугільному басейні Саксонії (Німеччина) та група шахт Центрального Донбасу (Україна). Обидва пілотні проекти характеризуються тим, що об'єднують понад 20 шахтних полів колишніх гідравлічно пов'язаних вугільних шахт з більш ніж 100-річною історією видобутку, та є подібними за схемами експлуатації. Програмні продукти, що були використані під час дослідження, містять тривимірний код кінцевих елементів, що використовується для обчислення характеру руху підземних вод. Крім того, були розроблені та впроваджені підходи калібрування у вигляді розрахункових рішень (таких як аналіз чутливості та багатовимірні моделювання на спрощеній блоковій моделі) для усунення невизначеностей гідрогеологічних параметрів та проблем недостатності історичних технічних даних, таких як швидкість відкачування, кількість горизонтів видобутку, особливості видобутку та контури гірничих виробок. Розроблена узагальгююча чисельна гідрогеологічна модель охоплює всі загальні етапи повного циклу чисельного моделювання геофільтрації, включаючи моделювання етапу неусталеної фільтрації, характерного саме для періоду експлуатації. Для цієї мети була розроблена спеціальна методологія, що включає цикл калібрувань усталеної та неусталеної фільтрації, а також калібрування прогнозних параметрів з метою досягнення найменших похибок моделювання між спостережувальними та модельованими рівнями підземних вод.
Завантаження
Посилання
Gee, D., Bateson, L., Grebby, S., Novellino, A., Sowter, A., Wyatt, L. et al. (2020). Modelling groundwater rebound in recently abandoned coalfields using DInSAR. Remote Sensing of Environment, 249. https://doi.org/10.1016/j.rse.2020.112021
Younger, P. L. (2016). Abandoned coal mines: From environmental liabilities to low-carbon energy assets. International Journal of Coal Geology, 164, 1-2. https://doi.org/10.1016/j.coal.2016.08.006
Boiko, K., Sadovenko, I., Ulytsky, O., Zahrytsenko, O. (2020). Risk assessment of radionuclide contamination spreading while flooding coal mined-out rocks. Mining of Mineral Deposits, 14(4), 130-136. https://doi.org/10.33271/mining14.04.130
Eckart, M, Klinger, C, Unland, W, Rengers, R, Metz, M, and Blachere, A. (2006). Prediction of the effects of flooding in the coal mining industry; Prognose der Flutungsauswirkungen im Steinkohlenbergbau. Germany.
Boiko, K. (2021). Features of groundwater dynamics establishment during mines flooding within Toretsk-Enakieve mining and industrial agglomeration. Thesis for the degree of Candidate of Sciences (CSc), Kyiv. [in Ukrainian]
Boiko, K. Ye., & Zagritsenko, A. M. (2022). Justification of a conceptual geofiltration model of a mine field for solving water regulation problems. Materials of the XII All-Ukrainian Scientific and Technical Conference of Postgraduate Students and Young Scientists “Scientific Spring”, Section: Earth Sciences, NTU DP. http://ir.nmu.org.ua/handle/123456789/161049
Sadovenko, I., Zahrytsenko, A., Dereviahina, N. (2022). Justification of options of ecological protection of mine field areas in conditions of groundwater level recovery. The Collection of Research Papers of the National Mining University, 62-06, 65-76. https://doi.org/10.33271/crpnmu/62.065 [in Ukrainian]
Rudakov, D. V., Sadovenko, I. O., Inkin, O. V., & Derevyagina, N. I. (2022). Justification of environmentally safe water level in “Novohrodivska 2” mine for protecting adjacent areas from flooding. Collection of research papers of the National Mining University, Mining, 68, 58-66. https://doi.org/10.33271/crpnmu/68.058 [in Ukrainian]
Berger, S. (2007). Technology and the Culture of Modernity in Britain and Germany, 1890–1945. By Bernhard Rieger, Twentieth Century British History, 18 (2), 254–256, https://doi.org/10.1093/tcbh/hwl030
Saxon State Office for Environment, Agriculture and Geology, & Felix, M. (2010). Geology and mining consequences in the Lugau/Oelsnitz coal mining area. Saxon State Office for Environment, Agriculture and Geology, Geoprofil, 13. [in German]
Felix, M. (2007). Mining consequences in the former coal mining area of Lugau/Oelsnitz, with special consideration of the rise in mine water levels. Final report, LfUG archive. [in German]
Veb Hydrogeology (1977). Hydrogeological overview report for the district of Zwickau-Land. Report, VEB Hydrogeology Nordhausen, Freiberg. [in German]
González-Quirós, A., Fernández-Álvarez, J.P. (2019). Conceptualization and finite element groundwater flow modelling of a flooded underground mine reservoir in the Asturian Coal Basin. Journal of Hydrology, Vol. 578. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2019.124036
Younger, P. L. (2004). Environmental impacts of coal mining and associated wastes: a geochemical perspective. Geological Society, London, Special Publications, 236 (1), 169–209.
Younger, P. L. (2016). A simple, low-cost approach to predicting the hydrogeological consequences of coalfield closure as a basis for best practice in long-term management. International Journal of Coal Geology, 164, 25-34. https://doi.org/10.1016/j.coal.2016.06.002
Zhao, C., Jin, D., Geng, J. et al. (2019). Numerical Simulation of the Groundwater System for Mining Shallow Buried Coal Seams in the Ecologically Fragile Areas of Western China. Mine Water Environ 38, 158–165. https://doi.org/10.1007/s10230-018-0551-z
Ulitsky, O.A., Semenov, A.P., Gryadushchy, Yu.B., Ivanov, I.E. (2001). Assessment of the risk of water breakthrough using the example of the barrier wall between the Donetskaya and Komsomolets Donbassa mines. Physical and technical problems of mining. Donetsk, 4, 83-90. [in Ukrainian]
Usenko V. V. (2001). Hydrogeological and engineering-geological follow-up study with geological and ecological research on a scale of 1:50,000 in the area covered by sheets M-37-112-A, B, V. Artemivsk, Donetsk GEP. [in Ukrainian]
Kolitsch, S. (2008). Hydrogeological analysis and large-scale modelling of the wider Ore Mountains basin area., Univ. Freiberg (Sachsen), 387. https://doi.org/10.23689/fidgeo-181 . [in German]
Harms, S., Konietzky, H., Stoll, R. (2016). Current state of the mining-induced consequences at the coalfield Lugau/Oelsnitz. Publications by the Institute of Geotechnical Engineering at TU Bergakademie Freiberg on the 45th Geomechanics Colloquium, 291-302.
Ulytskyi, O. A., Yermakov, V. M., Buzylo, V. I., & Pavlichenko, A. V. (2014). Hydrogeological and geomechanical factors of environmental safety of the geological environment in the context of decommissioning coal mines. Monograph, DVNZ, 11. [in Ukrainian]
Цю роботу ліцензовано за Міжнародня ліцензія Creative Commons Attribution 4.0.
