Науковий вісник НГУ

Прогнозування геофільтраційних процесів у зоні закритого кар’єру у складних техногенно-порушених умовах

• 
• 

Рейтинг користувача:  / 0

ГіршийКращий 

Деталі

Категорія: Зміст №1 2025

Останнє оновлення: 25 лютого 2025

Опубліковано: 30 листопада -0001

Перегляди: 42

Authors:

Є.А.Шерстюк, orcid.org/0000-0002-1844-1985, Національний технічний університет «Дніпровська політехніка», м. Дніпро, Україна, e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

М.В.Петльований, orcid.org/0000-0002-8911-4973, Національний технічний університет «Дніпровська політехніка», м. Дніпро, Україна, e-mail:  Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

К.С.Сай, orcid.org/0000-0003-1488-3230, Національний технічний університет «Дніпровська політехніка», м. Дніпро, Україна, e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

* Автор-кореспондент e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

повний текст / full article

Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu. 2025, (1): 013 - 021

https://doi.org/10.33271/nvngu/2025-1/013

Abstract:

Мета. Прогнозна оцінка обводненості відпрацьованої кар’єрної пустоти в умовах одночасного техногенного впливу діючих кар’єру та шахт на основі чисельного моделювання геофільтраційних процесів для встановлення ймовірності контакту й водонасичення сформованого закладного масиву протягом часу.

Методика. Для дослідження гідродинамічного режиму визначеної ділянки Криворізького регіону, на якій розташовано закритий кар’єр, що розглядається під закладання, використана реалізована у програмному комплексі MODFLOW чисельна модель геофільтрації. Застосоване вирішення обернених і прогнозних задач, у процесі яких була встановлена адекватність відображення в геофільтраційній моделі гідродинамічних умов досліджуваної території та отримані прогнозні швидкості й характер відновлення рівнів на ділянці ведення гірничих робіт.

Результати. Розроблена та апробована складна модель геофільтраційних процесів з урахуванням техногенного впливу діючих кар’єру та шахт, що дозволяє у динаміці оцінити характер відновлення рівня підземних вод. Встановлено, що у сформованій ситуації гідродинамічного режиму підземних вод ділянки найбільший вплив має дренажне водопониження шахт, яке призвело до утворення депресійних воронок і розвантаження підземних вод у крупному діючому кар’єрі та закритому кар’єрі, що розглядається під закладання. Встановлено, що за умов повного припинення дренажного водопониження всіх гірничих підприємств, що є малоймовірним, відновлення рівня підземних вод у закритому кар’єрі може відбутися не раніше, ніж через 50 років, при цьому залежність відновлення рівня із плином часу має логарифмічний характер.

Наукова новизна. На основі моделювання геофільтраційних процесів надана оцінка відновлення рівня підземних вод у закритому кар’єрі при розвитку різних сценаріїв припинення водопониження на гірничих підприємствах, що чинять значний техногенний вплив на гідродинамічний режим. Доведено, що при закладанні виробленого простору закритого кар’єру монолітний закладний масив не буде схильним до зниження фізико-механічних характеристик від впливу водоносних горизонтів, що забезпечить його довгострокову геомеханічну надійність.

Практична значимість. Розроблена методологія моделювання геофільтраційних процесів і відновлення рівня підземних вод закритого кар’єру з урахуванням складного комплексного техногенного впливу різних гірничих підприємств. Отримані результати є важливими для прогнозної оцінки ймовірності водонасичення закладного масиву в кар’єрній пустоті та проєктування інженерно-геологічних заходів з її ізоляції.

Ключові слова: кар’єр, геофільтраційні процеси, підземні води, відновлення рівня, депресійна воронка, водопониження, закладний масив

References.

1. Maja, M. M., & Ayano, S. F. (2021). The impact of population growth on natural resources and farmers’ capacity to adapt to climate change in low-income countries. Earth Systems and Environment, 5(2), 271-283. https://doi.org/10.1007/s41748-021-00209-6.

2. Vidal, O., Le Boulzec, H., Andrieu, B., & Verzier, F. (2021). Modelling the demand and access of mineral resources in a changing world. Sustainability, 14(1), 11. https://doi.org/10.3390/su14010011.

3. Altiti, A. H., Alrawashdeh, R. O., & Alnawafleh, H. M. (2021). Open pit mining. Mining Techniques – Past, Present and Future. IntechOpen. https://doi.org/10.5772/intechopen.92208.

4. Liu, G., Guo, W., Chai, S., & Li, J. (2023). Research on production capacity planning method of open-pit coal mine. Scientific Reports, 13(1), 8676. https://doi.org/10.1038/s41598-023-35967-y.

5. Asr, E.T., Kakaie, R., Ataei, M., & Tavakoli Mohammadi, M.R. (2019). A review of studies on sustainable development in mining life cycle. Journal of Cleaner Production, 229, 213-231. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2019.05.029.

6. Terekhov, Y., Litvinov, Y., Fenenko, V., & Drebenstedt, C. (2021). Management of land reclamation quality for agricultural use in opencast mining. Mining of Mineral Deposits, 15(1), 112-118. https://doi.org/10.33271/mining15.01.112.

7. Hendrychová, M., Svobodova, K., & Kabrna, M. (2020). Mine reclamation planning and management: Integrating natural habitats into post-mining land use. Resources Policy, 69, 101882. https://doi.org/10.1016/j.resourpol.2020.101882.

8. Macdonald, S. E., Landhäusser, S. M., Skousen, J., Franklin, J., Frouz, J., Hall, S., Jacobs, D. F., & Quideau, S. (2015). Forest restoration following surface mining disturbance: Challenges and solutions. New Forests, 46(5-6), 703-732. https://doi.org/10.1007/s11056-015-9506-4.

9. Bazaluk, O., Petlovanyi, M., Sai, K., Chebanov, M., & Lozynskyi, V. (2024). Comprehensive assessment of the earth’s surface state disturbed by mining and ways to improve the situation: case study of Kryvyi Rih Iron-ore Basin, Ukraine. Frontiers in Environmental Science, 12. https://doi.org/10.3389/fenvs.2024.1480344.

10. Oggeri, C., Fenoglio, T. M., Godio, A., & Vinai, R. (2019). Overburden management in open pits: options and limits in large limestone quarries. International Journal of Mining Science and Technology, 29(2), 217-228. https://doi.org/10.1016/j.ijmst.2018.06.011.

11. Bazaluk, O., Sadovenko, I., Zahrytsenko, A., Saik, P., Lozynskyi, V., & Dychkovskyi, R. (2021). Forecasting underground water dynamics within the technogenic environment of a mine field. Case study. Sustainability, 13(13), 7161. https://doi.org/10.3390/su13137161.

12. Bozan, C., Wallis, I., Cook, P.G., & Dogramaci, S. (2022). Groundwater-level recovery following closure of open-pit mines. Hydrogeology Journal, 30(6), 1819-1832. https://doi.org/10.1007/s10040-022-02508-2.

13. Petlovanyi, M., Malashkevych, D., Sai, K., Bulat, I., & Popo­vych, V. (2021). Granulometric composition research of mine rocks as a material for backfilling the mined-out area in coal mines. Mining of Mineral Deposits, 15(4), 122-129. https://doi.org/10.33271/mining15.04.122.

14. Chepiga, D., Podkopaiev, S., Gogo, V., Shashenko, O., Skobenko, O., Demchenko, O., & Podkopayev, Y. (2024). Dualistic effect of the deformation of protective structures made of broken rock in mine workings under static load. Mining of Mineral Deposits, 18(2), 122-131. https://doi.org/10.33271/mining18.02.122.

15. Petlovanyi, M., Sai, K., Khalymendyk, O., Borysovska, O., & Sherstiuk, Y. (2023). Analytical research of the parameters and characteristics of new “quarry cavities – backfill material” systems: Case study of Ukraine. Mining of Mineral Deposits, 17(3), 126-139. https://doi.org/10.33271/mining17.03.126.

16. Wang, J., Zhang, C., Fu, J., Song, W., & Zhang, Y. (2021). Effect of water saturation on mechanical characteristics and damage behavior of cemented paste backfill. Journal of Materials Research and Technology, 15, 6624-6639. https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2021.11.078.

17. Liu, J., Sui, W., Zhang, D., & Zhao, Q. (2020). Durability of water-affected paste backfill material and its clean use in coal mining. Journal of Cleaner Production, 250, 119576. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2019.119576.

18. Sadovenko, I., Zagrytsenko, A., Podvigina, O., & Dereviagina, N. (2016). Assessment of environmental and technical risks in the process of mining on the basis of numerical simulation of geofiltration. Mining of Mineral Deposits, 10(1), 37-43. https://doi.org/10.15407/mining10.01.037.

19. Szczepiński, J. (2019). The significance of groundwater flow modeling study for simulation of opencast mine dewatering, flooding, and the environmental impact. Water, 11(4), 848. https://doi.org/10.3390/w11040848.

20. Guzy, A., & Witkowski, W.T. (2021). Land subsidence estimation for aquifer drainage induced by underground mining. Energies, 14(15), 4658. https://doi.org/10.3390/en14154658.

21. Sadovenko, I., Tymoshchuk, V., Zahrytsenko, A., Rodríguez, F., Sherstiuk, Y., Vlasov, V., & Chushkina, I. (2024). Hydrotechnical and ecological principles of water resources management for a mined-out mine field. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 1348(1), 012069. https://doi.org/10.1088/1755-1315/1348/1/012069.

22. Yihdego, Y., & Paffard, A. (2016). Predicting open pit mine inflow and recovery depth in the Durvuljin soum, Zavkhan Province, Mongolia. Mine Water and the Environment, 36(1), 114-123. https://doi.org/10.1007/s10230-016-0419-z.

23. Zhao, L., Ren, T., & Wang, N. (2017). Groundwater impact of open cut coal mine and an assessment methodology: A case study in NSW. International Journal of Mining Science and Technology, 27(5), 861-866. https://doi.org/10.1016/j.ijmst.2017.07.008.

24. Gao, Y., Li, J., Yang, T., Meng, L., Deng, W., & Zhang, P. (2024). Formation of pit lake and slope stability following mine closure: A case study of Fushun West Open-pit Mine. Geomatics, Natural Hazards and Risk, 15(1). https://doi.org/10.1080/19475705.2024.2340612.

25. Moser, B., Cook, P. G., Miller, A. D., Dogramaci, S., & Wallis, I. (2024). The hydraulic evolution of groundwater-fed pit lakes after mine closure. Groundwater, 1-15. https://doi.org/10.1111/gwat.13419.

26. Różkowski, K., Zdechlik, R., & Chudzik, W. (2021). Open-pit mine dewatering based on water recirculation – Case study with numerical modelling. Energies, 14(15), 4576. https://doi.org/10.3390/en14154576.

27. Oggeri, C., Vinai, R., Fenoglio, T. M., & Godio, A. (2023). Large scale trials of waste mine burden backfilling in pit lakes: Impact on sulphate content and suspended solids in water. Sustainability, 15(9), 7387. https://doi.org/10.3390/su15097387.

28. Niedbalska, K. (2022). Parametric assessment of groundwater vulnerability to pollution within an open pit reclaimed by gangue. Applied Water Science, 12(12), 261. https://doi.org/10.1007/s13201-022-01783-4.

• < Попередня
• Наступна >