Введение к работе
Актуальность работы. Повышение эффективности и стабильности работы (Предприятий 'горнодобывающей промышленности Донбасса ізависиг от решения вопроса по расконсер- ' ваци» запасов угля под застроенными территориями, добыча угля тод которыми для отдельных .шахт составляет 80—
Безопасная отработка этих запасов связана с 'созданием мер защиты для населенных пунктов, 'Крупных 'промышленных и .гражданских сооружений ,и природных объектов. Исходными данными для определения мер защиты охраняемых сооружений и .природных объектов являются величины деформации земной поверхности при шодработке.
Однако разработанные (методы прогноза ожидаемых деформаций, на основе которых составлены нормативные доку-ментьи, регламентирующие вопросы строительства, на. подрабатываемых территориях и ведения горных работ іпод застроенными территориями, не отвечают предъявляемым требованиям по точности и надежности при наличии в (подрабатываемом массиве разрывных тектонических нарушений. В этих случаях сосредоточенные деформации проявляются в виде образования, на дневной поверхности ступенек и уступов, величина которых в 2—10 раз .превышает допустимые знамения, что крайне опасно для объектов, находящихся на подрабатываемой территории, и являются одной из причин, сдерживающих добычу угля на 'большой глубине и вовлечение в разработку щеликов под застроенными территориям».
Для (повышения точности прогноза ожидаемых деформаций необходимы 'сведения о наличии в .подрабатываемой толще тектонических нарушений, местоположении <их выходов на поверхность, ширине ізоньї влияния і» степени геодинамичесікой активности этих нарушений. Разрывные нарушения как объект геофизических исследований обладают -рядом особенностей и «прежде всего широким диапазоном- изменения электрических .характеристик горных іпород в зонах проявления сосредоточенных деформаций. Это предопределило перспективность использования наземных электрометрических методов исследования.
Электрометрические методы достаточно развиты и широко используются как в разведочной геофизике, так и в эксплуатационном ігеаконтроле. Однако способы прогноза характера деформи-рования дневной поверхности, основанного на данных статических электрометрических исследований подработанного массива, когда все геологические компоненты среды резко нарушены, в настоящее время отсутствуют. В связи с втим актуальной научной задачей является разработка электрометрического способа прогноза щестаположеиия зон сосредоточенных дефорімаїций на иодрабатываемьы территориях Донбасса.
Цель работы заключается в установлении взаимосвязи между параметрасш индуцированного в массиве постоянного электрического іполя и наличием, а. также степенью активности, тектонических разрывных нарушений для прогноза местоположения зон-сосредоточенных деформаций дневной 'Поверхности на подрабатываемых территориях.
Идея работы состоит в использовании изменений кажущегося сопротивления и анизотропии горных пород, вызванных наличием разрывных тектонических нарушений, для выявления мест активного выхода этих нарушений на дневную поверхность.
Научные положения, разработанные лично соискателем, и новизна:
разработана геоэлектрическая імодель массива при наличии в его толще геодинамически активного разрывного нарушения, отличающаяся учетам изменений величины и анизотропии кажущегося электрического сопротивления породной толщи, обусловленных ее подработкой;
установлены закономерности влияния теодинаїмически ак-\ тивноіго разрывното тектонического нарушения в подработанном1 массиве на электрические характеристики, торных пород, сущность которых заключается в (появлении, зон с отрицательными аномалиями кажущегося электрического сопротивления рк, уровень которых не іменее чем в 2 раза ниже фоновых значений, а также в увеличении степени анизотропии рк в этих зонах не менее чем в 1,5 раза, при мощности рыхлых отложений т«25,м и пологом залеганиииород (Д«20);
установлено, что степень активности раїзрьіівного нарушения можно 'прогнозировать по величине 'Прогнозного парайяет-ра К, равного отношению коэффициента анизотропии кажущегося электрического сопротивления в аномальной зоне (Яа) к фоновому значенкю (Яф ) 'в теоэлектричесшм слое, при том для геодинамически активных разрывных нарушений /С'>1,5;
разработан способ трог.ноза местоположения вон сосредоточенных деформаций дневной поверхности для шодработки
массива, отличающийся (использованием в качестве информативных таких параметров, ікаїк рк, к к К в свысокоомном гео-алектрическом слое, анизотропные свойства которого вне зоны влияния «разрывного нарушения наиболее выдержаны.
Обоснованность и достоверность научных положений и выводов подтверждаются:
удовлетворительной сходимостью рассчитанных для принятой геоэлектричеакой .модели подрабатываемого массива « полученный экспериментально кривых вертикального электрического зондирования (погрешность не превышает 17% три надежности. 95%);
сходимостью результатов электрометрического протноза местоположения зон сосредоточенных деформаций до подработки массива; с фактическим местоположением зон, зафиксированных путем режимных теомаркшейдерских наблюдений в (процессе подвиганий очистного забоя. (Надежность прогноза местоположения зон с погрешностью, не превышающей 5—20 м, составила 90%);
промышленной апробацией предлагаемых рекомендаций по определению местоположения зон сосредоточенных деформаций и достигнутой технико-экономической эффективностью.
Методы исследований. Для достижения поставленной цели, использованы следующие методы- исследований:
теоретические исследования, направленные на разработку геоэлектрической модели іпощра-боганного .массива;
экспериментальные электрометрические и режимные гео-механичеокие исследования (подрабатываемого массива, и сопоставительный анализ данных электрометрического (прогноза местоположения зон сосредоточенных деформации с их фактическим местоположением, зафиксированным по данным геоімарікшейдерсікях наблюдений.
Значение работы.
Научное значение работы заключается в установлении закономерностей влияния геодинамически' -активных разрывных нарушений в подработанном массиве на электрические характеристики горных пород. .Практическое значение работы заключается в разработке электрометрического способа прогноза местоположения зон проявления сосредоточенных деформаций дневной поверхности на подрабатываемых территориях, (позволяющего получить надежную информацию, необходимую для (принятия решения три выборе оптимальных «мер защиты зданий и сооружений при <и.х подработке >и сокращения раамеров целмков, оставляемых в угольных пластах. Основные положения диссертации вошли в «Комплексную /методику .прогнозирования 'выходов тектонических нарушений на подрабатываемых территориях Донбасса».
Реализация выводов и рекомендаций работы.
Разработанная методика (позволяет повысить точность и надежность прогнозирования ожидаемых деформаций дневной поверхности для обоснования оптимальных требований к мерам защиты зданий «и сооружений, расположенных на подрабатываемых территориях. Указанная «Методика...» внедрена в УкрНИМИ и опробована, более чем на 20 .подрабатываемых участках Донецко-Макеевского района. Расчетный экономический эффект от внедрения' по одному из участков составил 46400 руб. при долевом участии автора 70%.
Апробация работы. Основные (положения диссертационной работы и результаты исследований докладывались на IX Всесоюзном научно-техническом семинаре-совещании «Геофизи-феские методы в тодрогеологии, инженерной геологии н шахтной геологин» (Донецк, 1987 г.), на Всесоюзном научно-техническом семинаре «Проблемы строительства объекте в,угольной промышленности на подрабатываемы'х территориях» (Донецк, 1989 г.), на X Всесоюзном научно-техническом семинаре «Иопользование новых геофизических методов для решения инженерно-теологических и гидрогеологических задач» (Москва, 1989 г.), на Всесоюзной конференции, (г. Звенигород) «Геолото-ігеофвзические ^исследования три решении экологических задач (Москва, 1991 г.), на Всесоюзном семинаре «Использование геофизических методов для решения геоэкологических, инженерно-теологических и гидрогеологических задач» (Ташкент, 1991 г.).
Публикации. По теме диссертации' опубликовано четырнадцать печатных работ, в том числе один патент на «изобретение.
Структура и объем работы. Диссертация общим объемом 160 страниц; состоит из введения, 4 глав, заключения и списка; использованных 'источников '114 наименований. Основное содержание изложено на 130 страницах машинописного текста,, работа включает 5 таблиц, 25 рисунков.
Автор выражает глубокую «признательность руководителю диссертационной работы, доц., дакт. техн. наук «Б. Л. Шкура.т-иику. 'И научному руководителю НИР в УкрНИМИ проф., дакт. геол.-минер, наук Н. Я. Азарову, внимание, советы и (консультации которых «во многом предопределили 'направления исследований и способствовали.' написанию диссертации, а таїкже благодарит коллектив тематической опытно-методической партии «УкрНИМИ за оказанную помощь, деловые замечания » предложения.