Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Перспективы развития скважинной гидродобычи (СГД)угля. Постановка задач исследований 11
1.1. Основные особенности сгд угля 11
1.2. Технология сгд угля 12
Технологические операции сгд и задачи; решаемые ими 12
1.3. Состояние изученности предмета сгд угля 16
1.4. Технологическая основа нового способа подземной гидравлической разработки месторождений твердых полезных ископаемых 22
1.5. Особенности сдвижения горных пород и земной поверхности при сгд полезных ископаемых 25
1.6. Анализ существующих геомеханических методов обеспечения скважинной разработки полезных ископаемых 34
Выводьшо главе 40
Глава 2: Закономерности распределения характерных точек в мульде сдвижения и их зависимость от положениятраниц выработанного пространства 43
2.1. Факторы, влияющие на характер сдвижения горных пород и земной поверхности при сгд 43
2.2. Характеристика распределений деформаций в мульде сдвижения при сгд 46
2.3. Исследование отставания процесса сдвижения земной поверхности отсдвиженияпород кровли 47
2.4. Исследование зависимости распределения характерных точек мульды сдвижения от параметров выработанного пространства 52
2.4.1. Исследование закономерностей распределения углов максимального влияния наклонов в мульде сдвижения 52
2.4.2. Исследование закономерностей распределения углов максимального влияния кривизны 56
2.4.3. Исследование закономерностей распределения углов максимального влияния горизонтальных деформаций 57
2.4.4. Исследование зависимости распределения граничных углов от прочностных свойств пород 59
Выводы по главе 61
Глава 3. Развитие методов решения обратной геомеханической задачи для определения параметров выработанного пространства при СГД угля 62
3.1. Исследование точности определения местоположения. Выработанного пространства при решении обратной задачи геомеханики 67
Выводы по главе 78
Глава 4. Развитие методов расчета параметров геомеханических процессов при СГД 79
4.1. Особенности геомеханического обеспеченияприсгд 79
4.2. Моделирование процесса СГД в лабораторных условиях и исследование механизма образованияугла стока водоугольной суспензии 84
4.3. Разработка методики расчета ожидаемых сдвижений и деформаций земной поверхности при єгд 88
4.4. Совершенствование методов оценки состояния кровли выработанного пространства при сгд 93
4.5. Методы управления полнотой извлечения полезного ископаемого из недр при скважинной гидродобыче угля 102
Выводы по главе 111
Глава 5. Мониторинг по контролю за состоянием земной поверхности; массива горных пород и происходящими в них деформационными процессами при освоении месторождения методом СГД 113
5.1. Основные этапььпроведения инструментальных исследований геомеханического состояния массива при скважинных методах добычи полезных ископаемых 113
5.2. Особенности геомеханического мониторинга 115
5.3. Составление прогноза ожидаемых деформаций 118
5.4. Особенности организации геомеханического мониторинга при сгд 121
5.5. Контроль параметров выработанного пространства 127
Выводы по главе 130
Заключение 131
- Технологическая основа нового способа подземной гидравлической разработки месторождений твердых полезных ископаемых
- Исследование отставания процесса сдвижения земной поверхности отсдвиженияпород кровли
- Исследование точности определения местоположения. Выработанного пространства при решении обратной задачи геомеханики
- Моделирование процесса СГД в лабораторных условиях и исследование механизма образованияугла стока водоугольной суспензии
Введение к работе
Актуальность проблемы.
Возрастающая потребность во всех видах минерального сырья и топлива требует вовлечения в разработку более бедных и залегающих в сложных горно- и гидрогеологических условиях месторождений. Эксплуатация таких месторождений традиционным подземным способом не всегда безопасна и экономична. Их эффективная разработка возможна скважинными методами добычи, позволяющими вести процесс извлечения полезных ископаемых без присутствия людей в очистном забое. Скважинная гидродобыча (СГД) является одной из физико-химических технологий, в которой гидравлическая энергия, подводимая через скважины, используется для разрушения горных пород в призабойной зоне, приготовления пульпы и для выдачи разрушенного материала на поверхность.
Особенно перспективен этот способ при разработке сильно обводненных и высокозольных угольных пластов, отработка которых традиционным подземным способом, как правило, низкорентабельна или даже совсем нерентабельна. К таким месторождениям относится, в частности, Подмосковный угольный бассейн.
До настоящего времени исследовательские работы посвящались преимущественно вопросам технологии скважинной добычи полезных ископаемых, и совершенно недостаточно внимания уделялось изучению геомеханических особенностей этого способа. Между тем на процесс и параметры скважинной разработки полезных ископаемых большое влияние оказывают сдвижение и деформации горных пород. В связи с этим, геомеханическое обеспечение СГД полезных ископаемых является необходимым как для прогнозирования процессов подработки объектов и своевременного принятия мер по их защите, так и для управления технологическими процессами при СГД.
Поэтому особый интерес представляет изучение особенностей геомеханических процессов при геотехнологических методах добычи, одно из принципиальных отличий которых от традиционных технологий заключается в дистанционности процесса выемки и связанного с этим отсутствия возможности визуального контроля проявлений процесса сдвижения непосредственно в забое. При этом основным вопросом геомеханического обеспечения СГД является определение местоположения и размеров выработанного пространства
косвенным путем, например, на основании наблюдений за сдвижением и деформациями земной поверхности.
Таким образом, во всех указанных группах вопросов возникла необходимость в проведении более детальных исследований и разработки новых методов определения местоположения и размеров выработанного пространства, прогнозирования и контроля сдвижений и деформаций горных пород и использования полученных данных для управления технологическими процессами с целью повышения безопасности и эффективности горных работ.
Настоящая работа содержит результаты исследований, полученных автором в процессе выполнения НИР Учреждения Российской академии наук Института проблем комплексного освоения недр РАН в качестве исполнителя в соответствии с программой фундаментальных исследований по темам 7.7, 7.11, 7.13 «Геомеханические, гидродинамические и газодинамические процессы в техногенно изменяемых массивах горных пород» на 2007-2009 гг.
Целью работы является развитие существующих и создание новых методов прогноза и контроля геомеханического состояния массива горных пород при СГД угля на базе установленных закономерностей развития геомеханических процессов.
Основные задачи исследований:
Установление закономерностей развития геомеханических процессов и взаимоположения характерных точек мульды сдвижения и границ выработанного пространства.
Развитие методов определения параметров выработанного пространства при СГД путем использования результатов инструментальных наблюдений за развитием деформационных процессов на земной поверхности.
3. Разработка методов расчета ожидаемых сдвижений и
деформаций земной поверхности с учетом специфических
особенностей СГД.
Идея работы заключается в получении и использовании оперативной информации о характере и параметрах геомеханических процессов в толще горных пород и на земной поверхности путем решения обратной задачи геомеханики, базирующейся на установленных закономерностях взаимосвязи деформаций земной поверхности и формирования выработанного пространства.
Методы исследований. В работе использован комплексный метод исследований, включающий анализ и обобщение имеющегося
опыта применения СГД для добычи полезных ископаемых, лабораторные изучения геомеханических процессов при СГД на моделях и стендах, сопоставление результатов расчета с данными натурных наблюдений и оценку их точности. Основные защищаемые положения:
При скважинной гидродобыче угля в пласте образуется полость, имеющая в вертикальном сечении вначале треугольную, а затем трапециевидную форму, при этом взаимоположение характерных точек мульды сдвижения и образующейся при СГД полости сохраняется таким же, как и при традиционных способах добычи.
Установленные зависимости местоположения характерных точек мульды сдвижения от местоположения выработанного пространства позволяют использовать их для решения обратной геомеханической задачи, то есть определять его параметры по данным наблюдений на земной поверхности.
Разработанный в диссертации новый метод расчета деформаций горных пород и земной поверхности, в котором впервые учитываются специфические особенности скважинной гидродобычи угля, выражающиеся в уменьшении мощности выработанного пространства от его центра к границам, позволяет существенно повысить точность определения величин деформаций в точках мульды сдвижения.
Погрешность определения местоположения и размеров выработанного пространства уменьшается по степенной зависимости от количества используемых критериев, при этом оптимальным является использование одновременно трех критериев.
Научная новизна:
Выдвинута и экспериментально подтверждена гипотеза о косоугольной в вертикальном сечении форме полости, образующейся в угольном пласте при СГД, и показано, что при такой форме ее влияние на земную поверхность существенно меньше, чем при традиционной прямоугольной форме выработанного пространства.
Установлены взаимозависимости параметров выработанного пространства, образующегося в угольном пласте при СГД, и местоположения характерных точек мульды сдвижения на земной поверхности.
Обоснован и разработан новый метод расчета деформаций земной поверхности, впервые позволяющий учитывать косоугольную форму выработанного пространства, образующегося при СГД.
Установлено оптимальное количество критериев, используемых для определения местоположения и размеров выработанного пространства при СГД.
Достоверность научных положений и выводов основана на использовании современных методов исследований, базирующихся на последних достижениях в области геомеханики, подтверждена лабораторными испытаниями на моделях и стендах, сходимостью полученных результатов с данными натурных наблюдений.
Практическая ценность работы заключается в том, что для повышения безопасности и эффективности ведения горных работ разработаны методические рекомендации по геомеханическому обеспечению скважинной гидродобычи угля, позволяющие прогнозировать ожидаемые сдвижения и деформации земной поверхности, дистанционно определять местоположение и параметры выработанного пространства при СГД и оперативно управлять геомеханическими процессами при добыче.
Апробация работы. Основные научные положения и результаты исследований обсуждались на научных симпозиумах «Неделя горняка - 2009, 2010» (Москва, МГГУ), на секционных заседаниях 5-й и 6-й международной научной школы молодых ученых и специалистов «Проблемы освоения недр в XXI веке глазами молодых» (Москва, УРАН ИПКОН РАН, 2008-2009), на XIX Международной научной школе им. академика С.А. Христиановича (Алушта, 2009), на II Международной научно-технической конференции «Горная геология, геомеханика и маркшейдерия» (Украина, г.Донецк, 2009), на XLVI научно-технической конференции преподавателей, сотрудников и аспирантов инженерного факультета «Современные инженерные технологии» (Москва, РУДН, 2010 г.), на Международной выставке Brussels Innova 2009 Brussels Expo - Hall 2 с присуждением серебряной медали (Бельгия, Брюссель), на 7-й международной выставке «Недра-2010» (Москва).
Публикации Результаты исследований отражены в 9 опубликованных работах, 3 их которых - в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.
Структура и объем работы Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав и заключения, изложенных на 142 страницах
машинописного текста, содержащих 45 рисунков, 13 таблиц, список литературы из 105 наименований.
Технологическая основа нового способа подземной гидравлической разработки месторождений твердых полезных ископаемых
Лабораторные исследования начались в 50-х годах и в GIIIA (Дж .Р. Рейн, Б. С. Крафт, М.Фг Хоукинс [14]), а затем продолжились в России (В. Ж. Арене и другие). При, этом значительное внимание было уделено технологическим аспектам гидродобычи. Кроме того, эти исследования дали возможность выявить, или уточнить некоторые особенности формы выработки и динамики ее развития, а также распространения и откачки воды.
Большое внимание этой технологии уделяется в ряде зарубежных стран (США, Индии, Венгрии, Польши). Коксующиеся и битуминозные угли (штат Вашингтон) добывали способом СГД с глубины, 24—26 м, мощность пласта 1,8—2,0 м. Прочность углей 315 кг/см . Диаметр добычной скважины 300 мм. Рабочий агент — вода, которая подавалась под давлением 10—100 МПа. Скважины проходились через 20 м. Добыча из одной скважины составила 33 т, производительность 8 т/ч твердого полезного ископаемого, радиус размыва 4,6 м [12].
И. Чонгом (США) создано оборудование для СГД угля с глубины, не менее 30 м, состоящее из гидромонитора с двумя диаметрально расположенными насадками и гидроэлеватора, которые опускаются в скважину диаметром 400і мм. Вода к гидромонитору подается под давлением 3,2 МПа с расходом 0,0063 м /с. На гидроэлеватор подается вода под давлением 0,5 МПа с расходом 0,0164 м /с. Дробление крупнокускового угля осуществляется буровой коронкой в зумпфе. Для обеспечения кругового размыва гидромонитор вращается со скоростью 0,25—10 об/мин[15].
По другой схеме отработки угля методом СГД [В. Паундсон, В. Миллер (США)] две соосно расположенные трубы опускаются до пласта по скважине диаметром 213—274 мм. По одной из них подается магнетитовая суспензия под давлением для струйного разрушения угля и вращения добычной головки. По наружной трубе выдается смесь угля на поверхность. Здесь из смеси в сепараторе отделяется уголь, а суспензия обратно идет в процесс [12,16]. Один из первых добычных агрегатов, изготовленных в США, был предназначен для разработки рудных пластов, практически, на любой глубине, а также для образования подземных емкостей и расширения скважин. Устройство- представляло собой заключенные в одной трубе гидромонитор и гидроэлеватор. Гидромонитор имел горизонтальные насадки для разрушения руды и вертикальные, расположенные в нижнем, конце вертикального водовода, для размыва пород при опускании устройства до подошвы пласта. При проходке скважины по более крепким породам предусмотрена замена вертикальных насадок шарошечным долотом.
Фирма «Маркона» серийно выпускала унифицированные узлы для гидромеханической добычи полезных ископаемых, в том числе для скважинной гидродобычи. Скважинная часть оборудования состояла из гидромонитора, пульповыдачного устройства (обычно гидроэлеватора), всасывающего патрубка, снабженного решеткой и смывной насадкой, устройств в виде буровой насадки или коронки для дробления крупных кусков руды непосредственно в зумпфе. Оборудование, находящееся на поверхности, состояло из передвижной платформы с буровыми установками, насосом, сепаратором и подъемным механизмом для монтажа оборудования и спуска его в скважину. Оборудование предназначено для гидродобычи урана, карналлита, нефти, битуминозных песков, угля и других полезных ископаемых, которые не могут разрабатываться открытым или подземным способом. Оборудование также может быть применено при создании подземных емкостей в соляных или иных залежах путем расширения буровых скважин до заданного диаметра.
Однако часто осадочные месторождения обводнены или залегают под водоемом. В этих случаях принимаются специальные меры по обеспечению воздействия водяной струи на забой в воздушной среде, так как в этом случае дальность разрушения увеличивается в десятки раз. Это достигается подачей сжатого воздуха в загерметизированную камеру для отжатая воды из нее до уровня ниже насадок. В случае еще большего водопритока эта система дополняется эрлифтом. Для улучшения условий всасывания-одну из насадок гидромонитора направляют вертикально вверх в сторону всаса, образуя по существу гидроэлеватор. Уровень воды- в камере контролируется с помощью специальной трубки малого диаметра. Круговое разрушение камеры достигается применением головки с двумя насадками, образующими сегнерово колесо, которое вращается-под действием реактивной силы, струи. Однако не на всех месторождениях технически возможна герметизация пласта. Поэтому О. Хаммером (США) предлагалось добычу фосфоритной руды из-под водоема производить в затопленной водой камере, а бурение добычных скважин и добычу вести с отдельных барж. Скважина изолируется от поверхностного водоема. Добычное оборудование представляло собой гидромонитор с эрлифтом. Для увеличения эффективности добычи гидромонитор и эрлифт в отдельности могли совершать колебательные движения- определенной частоты и амплитуды. Это позволяло улучшать условия отбойки, поддерживть разрушенную руду во взвешенном состоянии и улучшать условия-всасывания [17,18].
В Советском Союзе в 1990—1991 гг. по согласованию - с Минуглепромом СССР были проведены опытные работы по СїїД бурых углей Орловского месторождения в Казахстане. На месторождении были пройдены 7 скважин глубиной 170 м (1 добычная с диаметром пульпоподающей трубы 219 мм и 6 вспомогательных диаметром 132 мм). Мощность опытного участка по углю 200 тыс. т. в год. Однако, в связи с реорганизацией предприятия работы прекратились [19].
Опыт промышленного освоения гидравлической технологии добычи угля позволяет сформулировать следующие ее основные достоинства [20,21]: - малооперационность технологического процесса, объединенного единым гидравлическим носителем энергии, который обеспечивает как отбойку полезного ископаемого, так и его транспортирование, подъем на поверхность и доставку потребителю; - обеспечение выемки угля без присутствия людей в очистном забое; - универсальность систем разработки и средств выемки, повышающих адаптационность технологии к возможным изменениям; горно-геологических ш горно-технических факторов без существенного изменения основных технико-экономических показателей; - применение: гидравлического транспортирования; (самотечного и напорного) угля; которое, органически; увязывает добычу, подъем и? транспортировку ископаемого- и не требует при этом больших, сечений? горных; выработок, обеспечивает полную безопасность всех транспортных работ и имеет практически неограниченную производительность. К тому же оно может служить универсальным объектом информации о технологическом процессе с целью его автоматизации.
Исследование отставания процесса сдвижения земной поверхности отсдвиженияпород кровли
Вопросу определения параметров выработанного пространства при одном из геотехнологических методов разработки месторождений -подземной газификации угольных пластов - посвящены работы отечественных ученых И. А. Турчанинова, Г. В. Орлова и др. [47-52].
Исследования сдвижения горных пород и земной поверхности, при скважинных методах добычи полезных ископаемых проводятся с целью выяснения влияния процесса сдвижения на технологию горных работ и повышения ее эффективности, а также для охраны сооружений и земной поверхности. Наиболее полно изучены и описаны процессы сдвижения горных пород и земной поверхности при подземной газификации углей.
Практика разработки угольных месторождений методом подземной газификации выдвинула перед маркшейдерской наукой принципиально новую задачу, по своей постановке обратную той, которая решается в условиях шахтной выемки. Зная границы мульды сдвижения на земной поверхности, местоположение характерных точек кривой оседания, распределение сдвижений по площади мульды, а также некоторые горногеологические характеристики (угол падения пласта, глубину его залегания, состав покрывающих пород и др.) можно определить в любой момент с определенной точностью положение контура выгазованного пространства, участки наиболее интенсивного выгазовывания угольного пласта и степень его извлечения по мощности.
Маркшейдерский метод определения положения огневого1 забоя и полноты выгазовывания угольного пласта по данным наблюдений за сдвижением земной поверхности, основанный на закономерностях процесса сдвижения пород над выработанным пространством, был предложен проф. С.Г. Авершиным [53]. Академиком Киргизской ССР АН И.А. Турчаниновым этот метод уточнен для условий Подмосковного бассейна [54, 55 ].
Большой вклад в развитие науки о сдвижении горных пород при подземной газификации , углей внесли также ученые В.Н. Казак, Г.В. Орлов, В.К. Капралов, Н.Н. Кацнельсон и др. [50,56-58].
Методика изучения процессов сдвижения при подземной газификации углей вначале базировалась, преимущественно на общих закономерностях сдвижения горных пород, установленных при шахтной разработке угольных пластов. Позже стали полнее учитывать различия физического и горнотехнического порядка, возникающие при подземной газификации по отношению к шахтной выемке, и степень влияния этих различий на характер и параметры процесса сдвижения.
По данным Г.В. Орлова и В.К. Капралова [56, 59-61] эти различия состоят в следующем: Форма и перемещения забоя. В условиях шахтной выемки фронт очистного забоя имеет протяженность порядка 100 м, забой имеет прямолинейную и ступенчатую формы и перемещается параллельно самому себе. В, условиях подземной газификации угольного пласта ширина очага газификации, как правило, меньше ширины лавы. Перемещение огневого забоя может происходить не по всему фронту газогенератора с образованием криволинейной формы забоя. Однако извилистость огневогозабоядолжна быть плавной, так как при формировании резких выступов угольного целика произойдет концентрация горного давления на них, что приведет к их разрушению и выгазовыванию.
Неравномерность выгазовывания угольногопласта по мощности. В условиях послойной отработки угольного пласта лавами вынимаемая мощность его изменяется в относительно малых пределах. При подземной газификации эти колебания могут быть значительными в зависимости от изменения» мощности угольного пласта, его зольности, наличия породных прослойков и неравномерного распределения зон газификации.
Структура выгазованного пространства. В" условиях шахтной выемки призабойнаЯ часть лавы все время остается закрепленной. За пределами закрепленного пространства происходит полное обрушение кровли. В обрушенном пространстве лавы остается часть деревянной крепи (по данным практики, 10% от мощности вынимаемого слоя), которую не удалось извлечь при посадке лавы.
При подземной газификации в выгазованном пространстве остаются зола или шлаки, а также невыгазованные пачки угольного пласта, которые в дальнейшем могут быть частично или полностью догазованы. Объем шлаков, как показали исследования И.А. Турчанинова, В.Н. Казака и других, не превышает 10-20% (среднее значение 13%), а объем рыхлого зольного остатка изменяется от 2 до 12% и составляет в среднем 5% от объема выгазованного угля.
Физическое состояние угольного массива. При шахтной выемке призабойная часть угольного пласта растрескивается и частично выдавливается в выработку под воздействием опорного давления. Обследованием состояния крепи подготовительных выработок лавы было установлено, что наиболее активно горное давление действует на угольный пласт на расстоянии до 10 м впереди движущегося очистного забоя.
При подземной газификации, помимо горного давления, образованию трещин в призабойной части угольного пласта способствует его термическая подготовка. Физико-механические свойства пород, непосредственной кровли. Породы непосредственной кровли угольного пласта при подземной газификации подвергаются термической обработке, в результате чего происходит изменение их структуры и химического состава. Обычно прогрев пород за счет температуропроводности не превышает 1-2 м.
Исследование точности определения местоположения. Выработанного пространства при решении обратной задачи геомеханики
Эффективность и безопасность работ, как при добыче полезных ископаемых, так и при эксплуатации объектов, попадающих в зону влияния этих действий, зависят от геомеханического состояния толщи пород и происходящих в ней деформационных процессов. Между тем проектирование горных предприятий осуществляют, как правило, на основании весьма скудной информации о геомеханическом состоянии породного массива, так как непосредственные измерения на месте строительства будущего объекта до начала горных работ провести бывает просто невозможно, кроме того, они дороги и трудоемки, а косвенные наблюдения недостаточно надежны и результаты их интерпретации часто неоднозначны. Таким образом, по имеющимся данным не всегда-удается составить с необходимой степенью надежности прогноз развития деформационных процессов в результате ведения горных работ и спланировать мероприятия по предотвращению их вредных воздействий [95].
При скважинных методах добычи полезных ископаемых отсутствует доступ к выработанному пространству и соответственно нет возможности непосредственного контроля за процессом разработки месторождения. Вопросы степени отработанности пластов и состояния основной кровли, как было описано выше (Главы 2-4), решаются с помощью обратной задачи геомеханики: по наблюдаемым деформациям земной поверхности устанавливаются параметры выработанного пространства. Единственный источник данных о состоянии выработки — геомеханический мониторинг, под которым понимается система инструментальных наблюдений, обеспечивающая своевременное обнаружение признаков, предшествующих возникновению аварийных ситуаций с таким расчетом, чтобы вовремя можно было принять необходимые профилактические и защитные меры, а также оперативное получение исходных данных для корректировки (при необходимости) принятых технических решений. Отсюда основная цель геомониторинга - получение оперативной информации о происходящих в толще пород и на земной поверхности геомеханических процессах и вызываемых ими последствиях. Полученные данные используют также для решения следующих задач: установления правомерности применения для рассматриваемых условий принятой при оставлении прогноза ожидаемых последствий модели деформирования породного массива; определения степени достоверности и представительности-используемых при проектировании физико-механических характеристик горных пород и, при необходимости, уточнения их; установления закономерностей процесса сдвижения горных пород и зависимостей его параметров от основных влияющих факторов; оценки абсолютных и относительных величин деформаций и сравнения их с расчетными и допустимыми; выявления причин возникновения и степени опасности деформаций для нормальной эксплуатации объектов; выбора методов расчета и определения допустимых и предельных величин деформаций для различных типов зданий, сооружений и коммуникаций; установления эффективности применяемых профилактических и защитных мер [96]. Результаты измерений могут быть использованы также при решении спорных вопросов, связанных с определением причин деформирования объектов и степени влияния на них горных работ. Организация» и проведение наблюдений за развитием» деформаций- при скважинных методах освоения- месторождений осуществляется! в несколько этапов. Первым этапом является составление прогноза ожидаемых деформаций и оценка их влияния на подрабатываемые объекты. Затем составляется проект наблюдательной станции, в котором указываются цели и задачи планируемых наблюдений. В зависимости от. поставленных задач выбирается тип наблюдательной станции и ее месторасположение на исследуемой территории, а также оборудование, приборы и инструменты, при помощи которых будут проводиться наблюдения, и составляется календарный план работ. После этого производится вынос проекта наблюдательной станции в натуру.
Наблюдательные станции закладывают для наблюдений- за» деформациями земной поверхности, устойчивостью подрабатываемых пород, развитием и формированием различных зон сдвижения и деформирования в подработанной толще пород. Станции закладывают при подработке охраняемых объектов, расположенных как в толще пород, так и на земной. поверхности. Результаты наблюдений на станции используют для определения характера сдвижения пород на месторождении, прогноза-величин сдвижений и деформаций толщи пород и земной поверхности в районе подрабатываемых объектов и принятия в необходимых случаях своевременных мер по предупреждению опасных последствий их подработки [97-99].
Для того чтобы геомеханический мониторинг был эффективным и отображал истинную картину развития деформационных процессов, он должен отвечать особенностям разработки месторождения. Важную роль в этом вопросе играет выбор места расположения наблюдательной станции.
При неравномерном развитии- деформаций наблюдательную станцию целесообразно размещать в местах возможной! концентрации деформаций, т.е. на контактах слоев, в зонах разломов и т.п. Это позволит сократить сроки получения1 необходимой- информации о характере деформирования-породного массива. В то же время- это место должно быть доступным для производства измерений продолжительное время. Измерения на наблюдательной станции должны быть увязаны, с основными технологическими процессами и отвечать требованиям точности и. безопасности. Также необходимо учитывать- характеристики буровых установок, имеющихся в.наличии на горном предприятии, и характеристики другого оборудования, необходимого для5 производства геомеханического мониторинга.
Наблюдательные станции в зависимости от своего предназначения, конструкции и сроков существования, подразделяются на-четыре вида [99]: Долговременная наблюдательная станция, предназначенная.для, получения основных параметров сдвижения» горных пород, установления характера распределения- деформаций- в толще горных пород и закономерности их накопления при выемке слоев. Продолжительность -существования станции и наблюдений на ней не менее-трех лет, с учетом этого реперы на станциях этого типа закладывают капитально. Особое внимание уделяют качеству кернов на реперах, так как коррозионные воды быстро разъедают верхнюю часть репера вместе с керном. Чтобы сохранить керн до конца наблюдений, его глубина должна быть не менее 3-4 мм.
Моделирование процесса СГД в лабораторных условиях и исследование механизма образованияугла стока водоугольной суспензии
Организация» и проведение наблюдений за развитием» деформаций- при скважинных методах освоения- месторождений осуществляется! в несколько этапов.
Первым этапом является составление прогноза ожидаемых деформаций и оценка их влияния на подрабатываемые объекты. Затем составляется проект наблюдательной станции, в котором указываются цели и задачи планируемых наблюдений. В зависимости от. поставленных задач выбирается тип наблюдательной станции и ее месторасположение на исследуемой территории, а также оборудование, приборы и инструменты, при помощи которых будут проводиться наблюдения, и составляется календарный план работ. После этого производится вынос проекта наблюдательной станции в натуру.
Наблюдательные станции закладывают для наблюдений- за» деформациями земной поверхности, устойчивостью подрабатываемых пород, развитием и формированием различных зон сдвижения и деформирования в подработанной толще пород. Станции закладывают при подработке охраняемых объектов, расположенных как в толще пород, так и на земной. поверхности. Результаты наблюдений на станции используют для определения характера сдвижения пород на месторождении, прогноза-величин сдвижений и деформаций толщи пород и земной поверхности в районе подрабатываемых объектов и принятия в необходимых случаях своевременных мер по предупреждению опасных последствий их подработки [97-99].
Для того чтобы геомеханический мониторинг был эффективным и отображал истинную картину развития деформационных процессов, он должен отвечать особенностям разработки месторождения. Важную роль в этом вопросе играет выбор места расположения наблюдательной станции.
При неравномерном развитии- деформаций наблюдательную станцию целесообразно размещать в местах возможной! концентрации деформаций, т.е. на контактах слоев, в зонах разломов и т.п. Это позволит сократить сроки получения1 необходимой- информации о характере деформирования-породного массива. В то же время- это место должно быть доступным для производства измерений продолжительное время. Измерения на наблюдательной станции должны быть увязаны, с основными технологическими процессами и отвечать требованиям точности и. безопасности. Также необходимо учитывать- характеристики буровых установок, имеющихся в.наличии на горном предприятии, и характеристики другого оборудования, необходимого для5 производства геомеханического мониторинга.
Наблюдательные станции в зависимости от своего предназначения, конструкции и сроков существования, подразделяются на-четыре вида [99]: 1. Долговременная наблюдательная станция, предназначенная.для, получения основных параметров сдвижения» горных пород, установления характера распределения- деформаций- в толще горных пород и закономерности их накопления при выемке слоев. Продолжительность -существования станции и наблюдений на ней не менее-трех лет, с учетом этого реперы на станциях этого типа закладывают капитально. Особое внимание уделяют качеству кернов на реперах, так как коррозионные воды быстро разъедают верхнюю часть репера вместе с керном. Чтобы сохранить керн до конца наблюдений, его глубина должна быть не менее 3-4 мм. 2. Рядовая наблюдательная станция предназначена для получения основных параметров сдвижения, их закономерностей и характера при выемке одного - двух слоев на одном горизонте. Продолжительность существования станции наблюдений на ней обычно от одного до трех лет. Однако в последнее время срок службы рядовых станций часто стал превышать три года, так как при современных глубинах продолжительность влияния даже одного слоя может составлять и три и четыре года. 3. Кратковременная наблюдательная станция предназначена для получения отдельных параметров сдвижения: скорости оседания и горизонтального сдвижения, скорости изменения горизонтальных и вертикальных деформаций, углов сдвижения по простиранию при движущемся забое. По результатам кратковременных наблюдений определяют значения сдвижений и деформаций, продолжительность всего процесса сдвижения и его отдельных стадий. Срок службы кратковременных станций устанавливают в зависимости от конкретных условий и поставленных задач. 4. Специальная наблюдательная станция предназначена для изучения отдельных вопросов, связанных со сдвижением горных пород-, охраной конкретных сооружений, горных выработок, природных объектов и пр. Наиболее часто специальные наблюдательные станции закладывают для. определения взаимосвязи деформаций грунта и сооружений, изучения влияния подработанной толщи на фильтрацию из водных объектов в горные выработки, установления условий и мест образования сосредоточенных деформаций, определения зон разгрузки и повышенных напряжений в толще горных пород для выбора рациональных параметров систем разработки способов охраны выработки и мер безопасного ведения горных работ. Для организации геомониторинга при добыче полезных ископаемых методом СГД в большинстве случаев наиболее оправданно применение кратковременных и специальных наблюдательных станций.
