Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Электроразведка методом сопротивлений при изучении сложно-построенных сред для подземных и наземных условий

ВАК РФ 04.00.12, Геофизические методы поисков и разведки месторождений полезных ископаемых

Автореферат диссертации по теме "Электроразведка методом сопротивлений при изучении сложно-построенных сред для подземных и наземных условий"

московским государственный университет имени м.в.ломоносова 1 £--;-

7 " геологическии факультет

На правах рукописи

УДК 550.837.31

Игнатова Ирина Дмитриевна

ЭЛЕКТРОРАЗВЕДКА МЕТОДОМ СОПРОТИВЛЕНИЙ ПРИ ИЗУЧЕНИИ СЛОЖНО-ПОСТРОЕННЫХ СРЕД ДЛЯ ПОДЗЕМНЫХ И НАЗЕМНЫХ УСЛОВИЙ

Специальность 04.00.12 Геофизические методы поисков и разведки месторождении полезных ископаемых

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва, 1995

и==л2оГГЛНГ„„оГ методов Московского rJZZmнГунГ;—Г° -им,—МгВтДомоносова-

Научный руководитель кандидат геолого-минералогических наук В.А.Шевнин

Официальные оппоненты-доктор геолого-минералогичвских наук, профессор А.А.Огильаи

кандидат горных наук, МД Мелев (АО Ростовуголь);

п * Ведущая организация: го^о^'т^Г^ макшейдерских исследований и

в 14'%асГГ1 ДИСС8рТаЦИИ состоится 20 декабря 1995 г. (Л 053 05 24i nn!f мдаНИИ А^свртационного ученого совета

горы, МГУ. Геологмческий^ф^^ьте^^^итори^з'о^еНИН°КИе (Факс: (095)-939-49-63; E-mail: Sh@geophys.geol.msu.su)

Гопп_С Диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ««логического факультета МГУ (ГЗ МГУ,

6 этаж).

Автореферат разослан "20" ноября 1995 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, к.т.н., с.н.с.

4

Б.А.Никулин

Содержание

Общая характеристика работы...............3

Глава 1. Электрическое просвечивание при разработке угольных месторождений. Методы исследований и основные принципы

интерпретации ....................... 6

Глава 2. Возможности использования традиционных установок метода сопротивлений в подземных условиях.

2.1 Программы двумерного и трехмерного

моделирования .................... 8

2.2. Электрические зондирования вблизи контакта двух

сред.........................9

2.3 Наклонный обводненный тонкий пласт.....9

2.4. Модель проводящей линзы . . *........9

Глава 3. Векторные измерения в методе сопротивлений.

3.1. Основы векторной съемки........... И

3.2. Векторная съемка при поиске обводненной зоны 13

3.3. Программа Vector и ее использование для обработки векторных наблюдений ............... 16

Глава 4. Теоретические расчеты электрического поля для

основных моделей нарушений угольного пласта...... 16

Глава 5. Исследование влияния структуры шахтного поля и горных выработок.

5.1. Влияние структуры шахтного поля....... 19

5.2. Влияние горных выработок .......... 20

Глава 6. Исследование структурных неоднородностей и тектонических нарушений угольного пласта.

6.1. Моделирование тектонических нарушений на шахте Соколовская (АО Ростовуголь) .......... 22

6.2. Моделирование электрического просвечивания лавы 1012 шахты Майская (АО Ростовуголь) ..... 23

6.3. Векторные электрические зондирования на шахте Майская...................... 25

Заключение ....................... 25

Список работ автора по теме диссертации ....... 26

Общая характеристика работы

Актуальность темы работы, представленной в

качестве_диссертационной^-определяется тем, что

метод сопротивлений широко используется при разведке и разработке угольных месторождений в подземных условиях. Совершенствование методики исследований и новые подходы при интерпретации результатов наблюдений, предлагаемые автором, повлекут за собой повышение общей эффективности электроразведочных работ в шахтах и в результате привести к упрощению технологических условий проходки ствола угля и снижению экономических потерь.

Целью работы является:

1. оценка возможностей традиционных электроразведочных установок для работы в подземных условиях;

2. изучение аномалий поведения электрического поля вблизи основных моделей нарушения угольного пласта;

3. создание новых принципов двумерной интерпретации результатов подземных наблюдений, максимально учитывающих априорную информацию о среде;

4. разработка методики векторной съемки, предназначенной для изучения неоднородных сред.

Задачи исследований. Для достижения указанной цели было необходимо решить следующие задачи:

1. Провести расчеты электрического поля для различных установок метода сопротивлений и ряда типовых моделей среды.

2. Разработать и опробовать методику векторной съемки, основные принципы обработки и интерпретации полученных материалов.

3. Изучить поведение электрического поля для основных моделей нарушения угольного пласта.

4. Исследовать влияние таких факторов, как горные

выработки, структура шахтного поля, положение питающих электродов, на результаты электрометрических исследований.

5. Отработать механизм двумерной интерпретации результатов электрического просвечивания.

6. Создать алгоритм обработки и интерпретации векторных наблюдений в подземных условиях.

Научная новизна: 1. На основе математического моделирование подземных электрических наблюдений вблизи наклонного контакта, обводненного тонкого пласта и проводящего кармана для основных электроразведочных установок показана невозможность определения расположения аномального тела в пространстве в случае измерения по одной линии.

2. Установлена высокая эффективность векторных наблюдений, позволяющих определять положение аномальных тел вне профиля наблюдений.

3. Предложен новый способ нормировки электрического поля к модулю первичной плотности тока при расчете кажущегося сопротивления для векторных наблюдений.

4. Исследована зависимость результатов измерений электрического поля от азимута простирания тектонического нарушения при проведении просвечивания в шахтах.

5. Исследовано влияние отработанного и неотработанного пространства, положения питающих электродов и горных выработок на результаты просвечивания в подземных условиях.

6. Выполнены оценки двумерного и трехмерного влияния горной выработки.

Практическая значимость.

1. Найдена обводненная зона под жилым домом с использованием векторной съемки.

2. Разработана программа Vector для обработки векторных наблюдений.

3. Проведена интерпретация результатов просвечивания на шахте

Майская и Соколовская (АО Ростовуголь)._____

--Апробация равотыТ Основные результаты работы и ее

отдельные положения докладывались: на конференциям молодых ученых геологического факультета (1994, 1995 г.), на семинаре им.Успенского (Москва, МГРИ, 1994), на совещании Научно-методического комитета по геолого-геофизическим проблемам и угольной геофизике ЕАГО (Ростов на Дону, 1994), на конференциях ЕАЕв (Вена, 1994), (Глазго, 1995).

Публикации: По результатам выполненных исследований автором опубликовано 7 работ.

Структура работы. Диссертационная работа состоит из 6 глав, в которых последовательно рассматриваются принципиальные вопросы метода сопротивлений в подземных условиях и защищаемые автором положения теории, методики и интерпретации данных шахтной электроразведки. В заключении приводятся основные защищаемые положения.

При выполнении исследований и подготовке диссертационного доклада автор пользовался неизменной поддержкой, помощью и советами своих наставников и коллег: И.Н.Мо-дина, В.А.Шевнина, Е.В.Перваго, которым выражает свою сердечную признательность.

Глава 1. Электроразведка при разработке угольных месторождений. Сложившиеся методы исследований и основные принципы интерпретации.

В данной главе рассматриваются стадии отработки угольных месторождений, на которых применяется электроразведка методом сопротивлений. Описываются сведения из литературы об использовании электроразведки при изучении угольных

месторождений как с поверхности, так и в подземных условиях: в скважинах и горных выработках. Приводится основная модель строения среды на угольных месторождениях Восточного Донбасса (рис.1), включающяя: 1-отработанное пространство,, 2 -угольный пласт, 3 - отрабатываемый участок, 4 - участок проведения геофизических работ, 5 - горные выработки.

Проанализировав общедоступную литературу по данной тематике, можно сделать следующие выводы:

1) В опубликованной отечес- рисл 0сновная модедь стро. твенной и иностранной литературе ения шаХтного поля. , обойден вниманием вопрос об

эффективности использования той или иной электроразведочной установки в подземных условиях, тем более, что основная часть их первоначально была разработана для применения на поверхности земли.

2) Автором не обнаружены попытки исследования влияния выработанного пространства, структуры шахтного поля на результаты электрометрических работ,

3) Процесс интерпретации данных шахтной электроразведки в целом можно назвать одномерным, поскольку он проводится на основе теоретических графиков, рассчитанных в однородном пространстве. Необходимо разработать основные принципы и подходы двумерной интерпретации результатов подземных электрических исследований, учитывающих наличие отработанного

и неотработанного пространства, горных выработок, положение I удаленного электрода и других факторов.

Глава 2. Возможности использования традиционных установок метода сопро'твлешш_в_прдаемнь1х_условиях^---

В практике шахтной электроразведки для решения различного рода задач применяются установки метода сопротивлений, которые были первоначально разработаны для поверхностных условий. Однако между этими двумя ситуациями имеется существенная разница - при работе в шахтах объект исследований находится уже не в полупространстве, а в пространстве, выше или ниже шахты, справа или слева от нее. Поэтому заметно возрастает неоднозначность решения задачи и большинство традиционных электроразведочных установок не способны определить пространственное расположение объекта. Для подтверждения данного утверждения нами были проведены следующие исследования.

2,1 Используемые программы двумерного и трехмерного моделирования

В данном параграфе приводится описание основных программ, которые автор использовал на протяжении всей работы. Наиболее часто использовалась программа 1Е20Ц авторы: Модин И.Н., Яковлев А.Г., Перваго Е.В. Программа 1Е20Ь предназначена для моделирования электрического поля и вызванной поляризации для линейных источников постоянного тока в произвольных, сложно-построенных двумерных средах.

Помимо этого, автором также использовалась программа трехмерного моделирования 1ЕЗШ (автор ы Модин И.Н., Перваго Е.В., Смирнова Т.Ю.). Программа предназначена для решения прямой задачи электроразведки постоянным током методами сопротивлений и ВП над произвольными трехмерными средами.

2.2. Электрические зондирования вблизи контакта двух

сред.

В данном параграфе приводятся результаты расчетов для модели контакта двух сред: сухих ненарушенных и водонасыщен-ных пород. В работе рассмотрены два случая, когда угол падения контакта составляет 30 и 60 градусов при использовании трехэлектродной осевой, дипольной экваториальной установок, когда диполь 1УШ располагается в горной выработке правее АВ и вертикально, для установки градиента с фиксированным положением рабочего питающего электрода (второй электрод относился в "бесконечность"), а также при сочетании последовательной и обращенной установки..

2.3 Наклонный обводненный тонкий пласт.

В данном параграфе рассматривается модель пласта, наклоненного под углом 30 и 60°. Представлены результаты расчетов для нескольких электроразведочных установок.

2.4. Модель обводненного кармана, нависающего над горной выработкой.

В данном параграфе приведены результаты расчетов электрического поля для модели обводненного кармана, нависающего над горной выработкой для установок трехэлектродной, дипольной осевой, установки профилирования Апш и тпВ для двух разносов питающих электродов.

При анализе результатов моделирования для проводящего кармана можно сделать следующие выводы:

1). Кривые рк в общем случае имеют вид двухслойных кривых, осложненных в разной степени аномальными эффектами от неоднородности.

2). Наиболее сильно аномальный эффект проявляется на

кривых зондирования при использовании дипольных установок и на графиках профилирования при использовании трру^^ктрпп—

ной установки.

Однако следует заметить, что ни одна из рассматриваемых установок не дает нам ответа на вопрос, где располагается неоднородность: выше или ниже уровня шахты. Поскольку все эти "установки (названные нами традиционными), первоначально разработаны для поверхностных условий, где ответ на данный вопрос более четко определен, то разобраться с их помощью в сложной картине, возникающей на глубине, достаточно трудно. Следовательно, необходима разработка и использование новых установок, предназначенных для применения в шахтных условиях, учитывающих отсутствие границы земля-воздух (поскольку ее влияние на глубине мало) и направленных на поиск широкого класса неоднородностей.

Выводы по второй главе:

1. Существующее программное обеспечение позволяет рассчитывать достаточно сложные модели, соответствующие реальным геологическим ситуациям.

2. Анализ результатов моделирования позволяет установить эффективность отдельной электроразведочной установки при работе в подземных условиях.

3. Установлена низкая эффективность основных установок метода сопротивлений при поисках аномальных объектов вне линии наблюдений.

4. Перед началом измерений из подземных горных выработок рекомендуется проводить исследования по определению чувствительности установки для поиска нужного класса объектов.

Глава 3. Векторные измерения в методе сопротивлений. 3.1 Основы векторной съемки.

Электрическое поле, измеряемое в методе сопротивлений, является векторной величиной. При традиционной съемке измеряется только модуль одной (обычно радиальной) компоненты поля. Это правомерно для горизонтально-слоистой среды,

у .

когда вторая компонента поля практически равна нулю. Но при измерениях в двумерных и трехмерных средах появляются Еу и Е2 составляющие поля, сравнимые и иногда превышающие в несколько раз Ех компоненту.

Обычно при расчете рк нормировку наблюденного поля

ведут относительно той компо- > *> , Ь) . .

I *у ТР1 '

ненты плотности тока, вдоль | ^ \у I

которой измеряют электрическое \ "V р»

I к I поле р к = Ех/J0 х . В неодно- -------;

родных средах аномальная часть Рис2. Векторное представ-поля Еа[1Х может быть во много ление кажущегося сопротивле-раз больше первичного поля Е0 х ния. и не совпадать с ним по знаку.

В результате кажущееся сопротивление может принимать отрицательное значение, а по величине во много раз превосходить удельное сопротивление вмещающей среды. Отсюда возникает идея векторной съемки, т.е. измерения не одной, а двух или трех компонент поля с учетом знака принимаемого сигнала (рис.2). При этом по нашему мнению необходимо проводить нормировку поля к модулю плотности первичного тока во вмещающей среде:

Й = Е/Ы0|; Й = Е/Ы0|..

Модуль плотности первичного поля

рассчитывается по формуле

Мо1 - уЧ.х2 + V ■ (2)

Известно, что первичное поле от питающего электрода в неоднородной среде индуцирует вторичное поле от источников, расположенных на границе аномального тела. Измеряемое поле есть сумма первичного и вторичного полей. Предположим, что мы каким-то образом сумели вычесть влияние первичного поля из суммарного наблюденного поля (это всегда можно сделать, если известен вмещающий слоистый геоэлектрический разрез). Тогда остаточное поле будет связано только с источниками на неоднородностях.

При поляризации внешним полем электрический ток будет растекаться от положительных к отрицательным вторичным источникам (рис.3). Векторы электрического поля, пересчитанные затем в векторы кажущегося сопротивления, будут располагаться вдоль силовых линий электрического поля и вблизи источников тока указывать на положение вторичных источников в пространстве.

Основная идея подобной обработки состоит в том, что вторичные источники (заряды) концентрируются на поверхности неоднородности в зависимости от расположения токовых электродов. С помощью векторной съемки из одного штрека можно определять положение неоднородностей выше, ниже или в стороне от горной выработки. При наземных исследованиях особенно целесообразно применение векторной съемки в тех

Рис.3. Поведение аномальных векторов вблизи неоднородности.

случаях, когда затруднен доступ к объекту и можно проводить измерения только в ограниченной области (газоны, узкие полосы земли среди асфальта в городах). Меняя расположение питающего и приемных электродов, мы добиваемся максимальной проявленности разных частей аномалии, работая при этом в ограниченной области.

3.2. Наземная векторная съемка при поиске обводненной зоны.

Летом 1993 года была впервые опробована методика векторной съемки применительно к гидрогеологическим задачам при наземных исследованиях в г.Донецке. Наблюдения могли быть проведены только по двум профилям с двух разных сторон от дома, в пределах вытянутых вдоль строения газонов (рис.4). При этом изучалась обводненность горных пород под фундаментом нового жилого двухсекционного дома по ул. Пухова в г.Донецке.

Работы проводились по методике векторной съемки электрического поля постоянного тока с трехэлек-тродной установкой. Измерения проводились по двум профилям. Разности потенциалов сЮх и сШу измерялись двумя взаимно перпендикулярными линиями МЫ с учетом знака сигнала в измеритель-

0 2 Отт г», м 10

Г

■ ю

Рис.4. Пример векторных построений по профилю 1.

ной линии.

Обработка полевых материалов велась по следующему алгоритму. Сначала рассчитывались компоненты электрического поля:

Ех = дих/ММх; Еу = диу/ММу.

Затем производилась нормировка компонент поля для учета сферического расхождения тока в однородном полупространстве:

Рк = Е/Ы0| .

Модуль плотности первичного тока рассчитывался по формуле (2). В дальнейшем к полученной кривой по профилю для каждого положения источника подыскивалось такое сопротивление среды р, которое обеспечивало минимальную невязку между экспериментальными и теоретическими значениями модуля кажущегося сопротивления:

-;Т»ор | 1,1 ,| _ан _наб л _твор

Рк -Р*Л0/ I »М- Рк = Рк ~ Рк ■

В дальнейшем в каждой точке наблюдения строился вектор аномального сопротивления. Так как влияние первичных питающих электродов в аномальном поле отсутствует, то источником аномального поля являются вторичные заряды, которые индуцируются на поверхностях локальных неоднородностей и на их внутренних границах. Сближение векторов в плане показывает наличие отрицательных источников, расхождение - положительных источников.

Результаты работ показаны на рис.5. Построив продолжения векторов и собрав на едином плане контуры облаков пересечений от разных положений питающих электродов, удалось

Условные обозначения:

- сильно обаолненмьи юны с ррадпопагммши* пустотами ■ т со средой обиодаинноетао

- осушенные »они

гранту лноматлых зон при лолаждою* источника к: у—^ сяпж*н»1 оопжж»5

спажим2

~ схпжима 6 ' ~ схпямн»7 схпжммД атхоошВ

(Т) ■ еюажинэ N1

- «ясмжииы, грвдапимы« дни бурлти н тщшкюжных работ?

Рис.5. Результаты векторной съемки.

обнаружить аномальную зону и предложить места для бурения и проведения тампонажных работ.

3.3 Программа Vector и ее использование для обработки векторных наблюдений.

-Автором—разработана программа Vector, предназначенная

для обработки векторных наблюдений. Работа программы происходит следующим образом. Проводится построение наблюденных векторов электрического поля с пересчетом в кажущееся сопротивление согласно формулам (1,2). Находятся точки их взаимного пересечения. Производится подсчет в скользящем окне количества точек пересечения для построения псевдотомограммы, показывающей интенсивность распределения точек пересечения по площади наблюдений.

Далее производится расчет аномальных векторов электрического поля, используя известную информацию о вмещающем слоистом разрезе. Строятся точки пересечения аномальных векторов, которые в первом приближении располагаются вблизи самих вторичных источников на границе аномального тела.

Выводы по третьей главе:

1. В неоднородных средах возникает Y - компонента электрического поля, поэтому необходимо измерять две компоненты электрического поля с учетом знака сигнала для более точного пространственного обнаружения аномального объекта.

2. При обработке векторных наблюдений необходимо проводить нормировку электрического поля к модулю первичной плотности тока.

3. Для визуализации и обработки векторных наблюдений целесообразно использовать программу Vector.

Глава 4. Теоретические расчеты электрического поля для основных моделей нарушения угольного пласта.

Электрическое поле, измеряемое в горной выработке в неоднородной вмещающей среде складывается под влиянием

следующих компонент среды:

1) Структура шахтного поля с учетом расположения токовых электродов;

2) Вмещающий слоистый разрез;

3) Горные выработки;

4) Неоднородности, которые являются объектом исследований;

5) Геологические помехи (неоднородности, в которые попадают питающие и приемные электроды).

Поля, измеряемые в подобных ситуациях, достаточно сложные, поэтому необходимо знать, как типичные объекты проявляют себя в аномальном электрическом поле. Для этого выполнен расчет серии типичных моделей разрывных нарушений применительно к геологическим условиям Восточного Донбасса, полученных в бюро шахтной геофизики АО Ростовуголь. Всего было выполнено порядка ста расчетов для следующих типичных моделей: а) одиночное нарушение, наклоненное под различными углами к горной выработке (0, 30, 60, 90, 120, 150 градусов), б) два параллельных разлома, наклоненных под различными углами и при разных расстояниях до горной выработки, в) тектонические нарушение типа излома с изменением простирания отдельных частей, г) тектоническое нарушение извилистой формы при различных углах соприкосновения составляющих частей, д) зона локального увеличения и уменьшения мощности угольного пласта (проводящий и непроводящий квадрат). Все расчеты выполнены по программе 1Е20Ь исходя из представления о задаче как чисто двумерной, поскольку сопротивление пласта антрацита значительно меньше вмещающих пород и их влиянием можно пренебречь.

В данной главе представлены результаты расчетов для данных моделей. Проведенный объем математического моделиро-

вания позволяет понять характер изменения поля при наличии типичных-"гектонических-нарушениЙ7~Вгаед за Этйм~~встает задача обнаружения подобного рода аномалий при интерпретации результатов шахтных измерений, прежде всего исключив влияние прочих факторов. Для учета фонового слоистого разреза нужно получить поле (лучше осредненное) для одного положения МЫ от нескольких положений питающих электродов, чтобы проявился эффект зондирования. После этого влияние фонового разреза в векторном виде можно удалить из наблюденного поля. Влияние горной выработки и структуры шахтного поля описывается в последующих главах. Поле токовых электродов может быть учтено в простейшем случае с помощью геометрического коэффициента установки, а в более сложных случаях - с помощью моделирования структуры шахтного поля.

Векторные измерения электрического поля позволяют из полного поля выделить интересующие нас аномальные составляющие, которые удобны тем, что по ним можно оценить положение неоднородных объектов. Можно применить описанный в главе 3 алгоритм - поиск пересечения аномальных векторов. Но подобные построения хороши лишь для близко расположенных источников, для удаленных возникают все большие ошибки, т.к. заряды на локальных телах образуются не одиночные, а диполь-ные. И как следствие - электрический ток растекается по дугам окружностей, траекториями к которым и являются вектора электрического поля. При близком расположении аномалии к профилю наблюдений точки пересечения векторов концентрируются вблизи вторичных источников, а при удалении аномалии от точки записи - рассеиваются и удаляются от вторичных источников. Более тонкий алгоритм должен состоять в нахождении скоплений вторичных источников, оценке положения их центра и строгом решении обратной задачи.

Выводы по четвертой главе:

1. Результаты измерений целесообразно представлять в виде аномальных полей, связанных с положением вторичных источников.

2. Для анализа простирания тектонического нарушения удобно представление результатов измерений в виде полярных векторных диаграмм, не зависящих от положения питающего электрода и различающихся по форме для разных азимутов простирания аномального тела.

3. Для обнаружения вторичных источников можно использовать алгоритм поиска точек пересечения аномальных векторов (см.главу 3), однако необходим более точный алгоритм нахождения положения вторичных источников.

Глава 5. Исследование влияния структуры шахтного поля и горных выработок при проведении электроразвёдочных работ.

5.1 Влияние структуры шахтного поля.

При разработке угольного месторождения прежде всего производится нарезка штреков, затем ведется последовательная отработка целика угля. Для контроля за состоянием целика перед отработкой проводятся электрометрические исследования. Таким образом, когда проводятся электроразведочные работы в пределах одного выемочного столба, в соседнем ведется выработка угля. Как показывает опыт работы шахтных геофизиков и наши собственные исследования, на результаты измерений заметное влияние оказывает общая конфигурация шахтного поля, т.е. наличие отработанных и неотработанных участков, пренебрегать которой при интерпретации просто нельзя.

Для исследования влияния этого фактора было выполнено математическое моделирование по программе 1Е2КЕ для

следующих моделей:

Общая модель шахтного поля, в которой имеются выработанное пространство, угольный пласт, лава, где проводятся выемочные работы, лава, где проводятся электроразведочные работы, горные выработки, окружающие исследуемый целик. Моделирование проводилось по методике электрического просвечивания.

Модель для изучения влияния удаленного питающего электрода. При проведении просвечивания второй питающий электрод В относится в "бесконечность". В подземных условиях, где возможно передвижение только на ограниченной площади, нельзя обеспечить достаточное удаление питающего электрода до полного исключения его влияния. Результаты исследований показали, что влияние удаленного питающего электрода довольно заметно и необходимо его учитывать при проведении двумерной интерпретации.

Модель для изучения влияния отрабатываемого целика. Одновременно с проведением геофизических работ идет отработка предыдущего целика, изменяется его конфигурация, что также влияет на результаты измерений. Поэтому мы рассмотрели модель с практически неотработанным целиком, с отработанным наполовину и с практически отработанным. Результаты расчетов показали, что при проведении просвечивания необходимо следить за изменением конфигурации предыдущего целика и учитывать это в последующей интерпретации.

5.2 Влияние горных выработок.

Влияние горной выработки исследовалось исходя из представления о ней как двумерном или трехмерном теле конечного размера. В данном параграфе приводятся результаты исследований влияния штрека как трехмерного тела. Все расчеты

были выполнены по программе 1Е301 для модели прямоугольного параллелепипеда сопротивлением 10 Ом.м. в однородном пространстве сопротивлением 1 Ом.м. Измерения проводились по методике электрического просвечивания для следующих ситуаций:

Изменение длины горной выработки. При неизменном положении электрода А (электрод В в "бесконечности") изменялись горизонтальные размеры параллелепипеда.

Изменение положения электрода А. Длина выработки остается неизменной, изменяется положение питающего электрода А. Влияние трехмерности объекта проявляется при приближении

к концам тела, причем максимальный эффект достигается при расположении питающего электрода точно над концом тела.

Удаление питающего электрода от неоднородности. При неизменной длине горной выработки увеличивается расстояние от центра тела до питающего электрода. Объект может одновременно проявляться и как двумерный, и как трехмерный, в случае протекания электрического тока поперек тела его можно считать двумерным, а в случае обтекания вдоль тела трехмерным. Применительно к подземным условиям трехмерных эффектов от горной выработки можно ожидать при измерениях вблизи ее концов.

Выводы по пятой главе:

1) При проведении электрического просвечивания необходимо знать структуру шахтного поля и учитывать при последую г щей интерпретации.

2) Необходимо проводить учет влияния горной выработки как двумерного тела, вводя ее в интерпретационную модель.

3) При измерениях вблизи концов горных выработок необходимо проводить трехмерную интерпретацию в связи в

появлением дополнительных аномальных эффектов, либо отступать от концов горной выработки на расстояние 15-20 м._

4) При расположении питающих электродов вблизи горной выработки последняя усиливает аномальный эффект от неодно-родностей.

Глава 6, Исследование структурных неоднородиостей и тектонических нарушений угольного пласта.

Существующее в настоящее время на кафедре геофизики МГУ программное обеспечение позволяет составлять достаточно сложные геоэлектрические модели, отвечающие реальной геологической ситуации. Поэтому стало возможным проводить двумерную интерпретацию результатов подземных наблюдений с учетом полной геологической информации о строении отработанного целика угля.

6.1 Моделирование тектонических нарушений на шахте Соколовская (АО Ростовуголь).

В данной главе показана возможность проведения двумерной интерпретации результатов электрического просвечивания с учетом имеющийся априорной

информации. Как следует из рис.6. Модель строения лавы имеющихся геологических материа- 220 шахты Соколовская, лов, при отработки лавы была

обнаружена серия разрывных нарушений, пересекающих штреки. Для интерпретации нами была составлена двумерная модель, включающая в себя примерное расположение отработанного пространства, горные выработки и тектонические нарушения в виде прямоугольных тел сопротивлением 100 Ом.м. (рис 6).

В дальнейшем было сделано предположение о более сложном строении среды, включающем участки мелкой трещино-ватости с анизотропными свойствами, поэтому в исходную интерпретационную модель была введена серия тонких прямоугольных тел, примерно совпадающими по простиранию с зоной тектонического нарушения (рис.6, узкие тела в районе положения питающих электродов А1 и А2). После этого теоретические графики практически полностью совпали с экспериментальными.

6.2 Моделирование электрического просвечивания лавы 1012 шахты Майская (АО Ростовуголь).

В данном параграфе помещены результаты интерпретации данных просвечивания на шахте Майская, где при отработке целика было встречено большое количество участков уменьшения и увеличения мощности пласта.

По имеющимся материалам была составлена модель, содержащая участки увеличения или уменьшения мощности пласта в виде тел пониженного и повышенного сопротивления. Модель среды оказалась крайне сложной, и первые результаты расчетов показали, что геологические представления о строении пласта не соответствуют геоэлектрическому разрезу. При распространении электрического тока в среде отдельные неоднородности могут не проявляться, зато возможно объединение других участков в блоки с общими электрическими свойствами.

Как показали дальнейшие исследования, неоднородности внутри целика объединяются в крупные изометричные блоки с одинаковыми электрическими свойствами. Неоднородности вблизи профиля наблюдений проявляются . в виде локальных экстремумов (рис.7, на котором обозначены: 1-блок повышенного сопротивления, 2-блок пониженного сопротивления, 3-положение

-200 -100 0 100 200 300

У/У/Л - 1 -2 ,А1 - 3

Рис.7. Геоэлектрическая модель строения лавы.

электродов).

6.3 Векторные электрические зондирования на шахте Майская АО Ростовуголь.

В данном параграфе описываются результаты практического опробования методики векторной съемки в подземных условиях, отработки механизма обработки и интерпретации результатов векторных наблюдений.

Выводы по шестой главе:

1. Современный уровень развития вычислительной техники и программного обеспечения позволяет проводить интерпретацию электрометрических данных с учетом структуры шахтного поля, горных выработок и положения удаленного питающего электрода.

2. В процессе интерпретации возможен качественный учет анизотропии угольного пласта путем введения в модель тонких тел, простирание которых совпадает с направлением анизотропии

пласта.

3. При проведении двумерной интерпретации целесообразно проводить проверку состоятельности геологической модели и создавать адекватную ей геоэлектрическую модель.

4. Нам представляется целесообразным проводить измерения У-компоненты поля, содержащей информацию о сопротивлении горной выработки для последующего учета этих данных в интерпретационной модели.

Заключение

Основные результаты данной работы содержатся в следующих защищаемых положениях:

1. Разработана технология математического моделирования сложных неоднородных сред, позволяющая рассчитывать электрическое поле для реальных условий угольного месторождения, изучать влияние отдельных факторов, проводить двумерную интерпретацию.

2. Для изучения неоднородных сред в подземных условиях традиционные установки метода сопротивлений малоэффективны, целесообразно применять векторную съемку электрического поля.

3. На этапе обработки данных подземной электроразведки необходимо проводить нормировку поля к плотности тока, растекающегося в проводящем пласте и учитывать влияние неоднородностей, в которые попадают питающие и приемные электроды.

4. На этапе двумерной интерпретации необходимо вводить в интерпретационную модель отработанное и неотработанное пространство, положение удаленного питающего электрода, горные выработки, прогнозируемые неоднородности и тектонические нарушения.

СПИСОК РАБОТ АВТОРА ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Векторные измерения в методе сопротивлений. М, "Вестник МРУ, серия "Геология", 1996, № [""(Совместно с

Модиным И.Н., Шевниным В.А.).

2. Векторные измерения электрического поля при изучении неоднородных сред на поверхности земли и в подземных выработках. Сборник трудов Совещания (ноябрь. 1995 г., Ростов) Научно-методического комитета по геолого-геофизическим проблемам и угольной геофизике (ЕАГО) (в печати). (Совместно с Модиным И.Н., Перваго Е.В., Шевниным В.А).

3. Обработка векторных измерений в методе сопротивлений. Тезисы доклада, представленного на научный семинар им. Д.Г.Успенского 31.01-3.02.1994 г. (В печати). (Совместно с Модиным И.Н., Шевниным В.А.).

4. Возможности изучения неглубоко залегающих отработанных угольных пластов с поверхности земли с помощью метода ВЭЗ. Статья в сборнике трудов Совещания (ноябрь 1995 г., Ростов) Научно-методического комитета по геолого-геофизическим проблемам и угольной геофизике (ЕАГО) (в печати). (Совместно с Модиным И.Н., Любчиковой A.B., Шевниным В.А.).

5. Электроразведка методом сопротивлений. М., 1994. ч.З. (Совместно с Хмелевским В.К., Шевниным В.А. и др.).

6. Vector measurements in resistivity prospecting. Report, presented at EAEG 56th Annual Meeting, Austria, Vienna, June 6-10, 1994. P126. (Co-autors: I.N. Modin, V.A.Shevnin, E.V.Pervago).

7. Coal layer inhomogeneities investigations by vector resistivity measurements in mines. Report, presented to EAEG 57th Annual Meeting, Glasgo, May 28-June 2, 1995. (Co-autors: Modin I.N., Pervago E.V.).