Содержание к диссертации
Стр. Введение .......................5
Обзор и анализ геофизических методов прогноза
нарушенности угольных пластов II
Краткий обзор особенностей горно-геологических условий и характеристика геологических нарушений, встречаемых при разработке угольных месторовдений в Подмосковном угольном бассейне .......... II
Обзор и анализ методов изучения горно-геологических
условий разработки угольных месторовдений 17
Задачи и методы исследований ............ 23
Выводы 2Q
Исследование и оптимизации основных параметров
установок шахтной электрометрии 27
Физические основы применения электрометрического метода прогноза горно-геологических условий; условия локального повышения плотности
электрического тока в массиве. 27
Разрешающая способность шахтной электрометрии. ... 39 Анализ аномалий электрического поля установок шахтной электрометрии в присутствии неоднородности
в форме шара 39
Исследование аномалий электрического поля установки шахтной электрометрии Атп А на
объемной электролитической модели 54
Оптимальные параметры установок шахтной электро
метрии; направленные свойства метода шахтной
электрометрии с использованием комбинированного
электропрофилирования 61
Стр,
Выводы 68
Основы методики прогноза нарушенности выемочных
столбов на шахтах Подмосковного бассейна и
оценки параметров геологических нарушений . . . . . 70
1. Выбор размеров питающей и приемной линий
установок шахтной электрометрии . 71
2. Определение технических условий применения
подземной электрометрической аппаратуры
низкой частоты; станция для проведения
подземных электрометрических исследований 74
Методика проведения электрометрии из горных выработок шахт; методика проведения детализапионно-картировочных работ сейсмоакустическим методом. . . 81
Методические основы выявления геологических нарушений . 85
Методические основы оценки параметров геологических нарушений с целью выбора рациональной технологии отработки нарушенных
участков выемочных столбов 97
Выгоды 109
Опыт выявления геологических нарушений на шахтах
и оценки их параметров с целью выбора рациональной технологии отработки нарушенных участков выемочных столбов; экономическая эффективность внедрения
результатов исследований. ...... . III
I. Опытные работы по выявлению геологических
нарушений угольного пласта методом шахтной электрометрии; оценка параметров геологических нарушений . 112
Стр. Анализ результатов подземных геофизических исследований по прогнозу нарушенности угольного пласта и оценке основных
параметров геологических нарушений . 130
Внедрение результатов геофизических исследований с целью прогноза нарушенности
угольного пласта. . 139
Экономическая эффективность внедрения электрометрического метода прогноза нарушенности угольных пластов с использованием
комбинированного электропрофилирования 142
Выгоды 148
Заключение 150
Литература 153
Введение к работе
В основных направлениях развития народного хозяйства СССР на I98I-I985 г. указано, что в снабжении страны топливом и электроэнергией все возрастающую роль будет играть уголь. При этом предусмотрено дальнейшее увеличение добычи угля (до 770-800 млн.т к 1990 г.), повышение производительности труда, совершенствование техники и технологии очистных работ [34] .
В настоящее время значительно возрос уровень комплексной механизации и автоматизации на угольных шахтах. Так в 1980 г. добыча угля из механизированных забоев составила по отрасли 67,7$ от общей добычи подземным способом, а на пологих и наклонных пластах -75$ [16, 17, 58]. В этих условиях первостепенное значение для обеспечения ритмичной работы высокопроизводительной очистной техники приобретают оперативность, надежность и качество прогноза горногеологических условий разработки угольных пластов, в первую очередь - нарушенности. Достаточно сказать, что только прямые убытки при встрече очистным механизированным комплексом геологического нарушения составляют от 9,3 до 23,9 тыс.руб., а иногда и более [43] .
Благодаря неравномерной разбросанности геологических нарушений по площади месторождений и их малым - 15-20 м - размерам в поперечнике, надежность и своевременность прогноза нарушенности не может быть обеспечена существующими буровыми методами прогноза [13, 15, 27] Так при проектировании шахты "Бегичевская" п/о "Ту-лауголь" по результатам разведочного бурения предполагалось, что раскарстованность месторождения невысока и составит не более одного геологического нарушения на 3 выемочных столба. Результаты отработки месторождения показали, что фактически на один выемочный столб приходилось около трех нарушений. Вследствие столь низкой достоверности результатов разведки, отработка запасов месторожде-
ния подземным способом оказалась нерентабельной и в 1976 г. они были переданы разрезу "Ушаковский" п/о "Тулауголь" для отработки открытым способом.
При проходке горных выработок, оконтуривагощих выемочные столбы, по данным главного геолога п/о "Тулауголь" за 1979-83 г., выявлено около 9/S геологических нарушений из общего числа встреченных на отработанных площадях.
Выявление геологических нарушений в выемочных столбах бурением горизонтальных скважин из горных выработок экономически нецелесообразно, так как необходимое число таких скважин составляет 60-70 на каждый выемочный столб.
Кроме того, при существующей тенденции к ухудшению горно-геологических условий разработки, в связи с выходом многих шахт на периферийные участки месторождений и строительством новых шахт на месторождениях со сложными горно-гидрогеологическими условиями, эффективность указанных средств разведки снижается.
Применение геофизических методов, электрометрии и сейсмоакус-тического, с поверхности шахтных полей нецелесообразно, так как в связи с требованием высокой детальности потребуется слишком густая (10x10 м) сеть наблюдений, что значительно снизит оперативность прогноза и повысит стоимость работ. В связи с этим наибольшее распространение для прогноза нарушенности получили методы шахтной геофизики, основанные на изучении электрических, сейсмических и других физических полей из горных выработок, отличающиеся экономичностью, оперативностью и удобством осуществления на практике [29, 30, 31, 47, 48, 49, 5l]. При этом в качестве объекта прогноза рассматриваются геологические нарушения угольного пласта, наиболее осложняющие условия ведения горных работ и имеющие сравнительно небольшие размеры в поперечнике, в особенности обводненные карстовые нарушения. В качестве информативных пара-
метров используются составляющие напряженности электрического ПОЛЯ С X iiLLLt/t а также кинематические и динамические характеристики проходящих интерференционных волн типа Релея и Лява, регистрируемых в процессе проведения геофизических исследований в реальных условиях.
Однако, сейсмоакустический метод отличается сравнительно низкой производительностью и высокой стоимостью, а область применения шахтной электрометрии ограничена выемочными столбами с длиной фронта лав до 60 м при средней по Подмосковному бассейну - около 75 м. Кроме того, низка разрешающая способность и информативность метода.
Поэтому вопросы повышения эффективности прогноза нарушенности связаны с совершенствованием параметров шахтной электрометрии и разработкой методики интерпретации материалов наблюдений, позволяющей осуществлять оценку параметров геологических нарушений.
В связи с этим, актуальной научной задачей является обоснование критериев и разработка методики прогноза нарушенности угольных пластов электропрофилированием выемочных столбов.
Цель работы заключается в установлении влияния параметров геологических нарушений угольного пласта на изменение параметров аномалий электрического поля для разработки метода прогноза нарушенности, обеспечивающего заблаговременное определение рациональной технологии очистных работ, с учетом параметров геологических нарушений и их положения в выемочном столбе.
Идея работы заключается в использовании зависимостей характеристик электрического поля - с ,2энр tgroc/8 ж Кф , полученных при локальном повышении плотности тока в массиве горных породит параметров геологических нарушений, для повышения надежности и разрешающей способности прогноза нарушенности угольных пластов комбинированным электропрофилированием выемочных столбов.
Научные положения, разработанные лично соискателем, и новизна:
разработана модель неоднородного анизотропного массива горных пород Подмосковного угольного бассейна, новизна которой заключается в представлении его двухслойной средой из проводящей и непроводящей частей, позволяющей более точно определить закономерности распределения электрического тока в массиве горных пород и обосновать параметры шахтного электрометрического метода прогноза нарушенности угольных пластов с учетом влияния непроводящей среды;
предложены параметры дгас/с и А^» новизна которых заключается в том, что они характеризуют сравнительную интенсивность и форму аномалий электрического поля различных типов, и установлены зависимости параметров аномалий от типов и размеров геологических нарушений, что позволило разработать методику приближенной оценки типов и параметров геологических нарушений;
установлены технические условия применения шахтной электрометрической аппаратуры, отличающиеся тем, что ее мощность, необходимая для достижения заданной надежности, пропорциональна квадрату напряженности поля промышленных помех и квадрату удельной электропроводности массива горных пород, что позволило обосновать область применения типовой электрометрической аппаратуры.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается удовлетворительной сходимостью результатов прогноза нарушенности на шахтах Подмосковного угольного бассейна с данными контрольного бурения и отработки угольных пластов. Погрешность в определении типов геологических нарушений не превышала 12% для нарушений с поверхности угольного пласта и карстовых и 9-10$ - для внутрипластовых нарушений, при надежности прогноза нарушенности - 85$.
Значение работы для науки заключается в установлении зависимостей параметров аномалий электрического поля g *2экр »9хаа'fy и от параметров геологических нарушений угольных пластов, развивающих существующие представления о характере распределения электрического поля в нарушенном массиве горных пород.
Практическая ценность работы заключается в разработке "Комплекса методов прогноза нарушенности угольных пластов с использованием комбинированного электропрофилирования", позволяющего оперативно и с высокой надежностью (до 85$) прогнозировать геологические нарушения и оценивать их параметры в выемочных столбах с большей чем ранее длиной фронта лав (100 м против 60 м) для определения рациональной технологии очистных работ, в основу которого легли основные теоретические положения и практические выводы диссертационной работы. Эти выводы и рекомендации могут быть использованы в ПО "Александрияуголь" и "Укрзападуголь", внедряющих методы прогноза нарушенности угольных пластов, и в научно-исследовательских институтах (ПНИУИ, ВНИШ и других), разрабатывающих методы прогноза нарушенности угольных пластов.
Данная работа выполнена на предприятии "Тулшахтоосушение" ПО "Тулауголь", а опытно-промышленная проверка и внедрение результатов исследований осуществлялись на шахтах Подмосковного угольного бассейна, где автор является ответственным исполнителем геофизических работ на шахтах ПО "Тулауголь".
Экономический эффект от внедрения "Комплекса методов прогноза нарушенности угольных пластов с использованием КЭП" на предприятии "Новомосковскшахтоосушение" составил 27,41 тыс.руб. Расчетный экономический эффект от внедрения его в ПО "Тулауголь" и "Новомосковскуголь" составляет 132,8 тыс.руб.
В проведении исследований помощь автору оказывали: зам.ди-ректора по науке ПНИУИ, к.т.н. Момчилов B.C., зав.отделом шахтной
геофизики ПНИУИ. к.г-м.н. Азаров Н.Я., завлабораторией электрометрии, к.т.н. Савенков Н.У., зав.лабораторией горной сейсмоакус-тики, к.т.н. Поляков В.К., ст.н.с. отдела шахтной геофизики, к.т.н. Новиков Е.Л., главные геологи ПО "Тулауголь" и "Новомос-ковскуголь" Минов М.А. и Сапелкин И.Н., начальник геофизического участка предприятия "Новомосковскшахтоосушение", к.т.н. Киселев Н.Н., коллектив геофизической партии предприятия "Тулшахто-осушение", геологи шахт, которым автор глубоко благодарен.
