Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Обоснование параметров сети маркшейдерских замеров с учетом пространственной изменчивости мощности угольных пластов

ВАК РФ 25.00.16, Горнопромышленная и нефтегазопромысловая геология, геофизика, маркшейдерское дело и геометрия недр

Автореферат диссертации по теме "Обоснование параметров сети маркшейдерских замеров с учетом пространственной изменчивости мощности угольных пластов"

Гетман Валерий Валериевич

ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ СЕТИ МАРКШЕЙДЕРСКИХ ЗАМЕРОВ С УЧЕТОМ ПРОСТРАНСТВЕННОЙ ИЗМЕНЧИВОСТИ МОЩНОСТИ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ

Специальность: 25.00.16 -«Горнопромышленная и нефтегазопромысловая геология, геофизика, маркшейдерское дело и геометрия недр»

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Кемерово - 2015

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Кузбасский государственный технический университет имени Т. Ф. Горбачева».

Официальные оппоненты: Аленичев Виктор Михайлович, доктор технических наук, профессор, ФГБУН Институт горного дела УрО РАН, главный научный сотрудник.

Защита состоится 18 июня 2015 г. в 13:00 часов на заседании диссертационного совета Д. 212.280.02 на базе ФГБОУ ВПО «Уральский государственный горный университет» по адресу: 620144, г. Екатеринбург, ГСП, ул. Куйбышева, 30,2-й учебный корпус, ауд. 2142.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке и на сайте http://science.ursmu.ru/traineeship/dissertacionnye-sovety/d-212-280-02.html ФГБОУ ВПО «Уральский государственный горный университет».

Автореферат диссертации разослан «23 » ¿г /_2015 года.

Научный руководитель - доктор технических наук, доцент

Шаклеин Сергей Васильевич.

Абрамян Георгий Оникович, кандидат технических наук, доцент, ФГАОУ ВПО «Национальный исследовательский технологический уни-

верситет «МИСиС», и.о. заведующего кафедрой маркшейдерского дела и геодезии.

Ведущая организация - ОАО «НИИ горной геомеханики и маркшейдерского дела - межотраслевой научный центр ВНИМИ». Кемеровское Представительство.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук, профессор

В.К. Багазеев

! российская ; ' ОСУДДЗС1СЕННАЯ

ЙИЬЛИОТЕКА 3 __20_15___

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. С 01.04.2011 г. вступил в силу Федеральный закон Российской Федерации от 28 декабря 2010 года № 425-ФЗ «О внесении изменений в главы 25 и 26 части второй Налогового кодекса Российской Федерацию). В соответствии с данным Законом коренным образом изменился порядок определения размера налога на добычу угля (НДПИ). Ныне размер этого налога зависит не от стоимости добытого угля, а от его количества, при этом налогооблагаемой базой при расчете его размера стал объем добычи угля по чистым угольным пачкам, который, в свою очередь, определяется по результатам маркшейдерского замера объемов выработанного пространства.

Таким образом, в связи с принятием названного закона, результаты маркшейдерских измерений приобрели новый правовой статус и стали инструментом определения размера налогооблагаемой базы. Этот новый статус предъявляет к замеру новые требования как по точности его выполнения, так и по контролируемости его результатов. Существующая ныне методическая база производства замеров этим требованиям не соответствует, так как предполагает достаточно широкий диапазон выбора плотности сети замеров для одних и тех же условий применения, что допускает возможность фальсификаций. Особое значение это имеет для Кузбасса, доля которого в подземной добыче угля в России является определяющей и составляет 77 %.

В связи с этим разработка методики обоснования параметров подземной маркшейдерской сети замеров по чистым угольным пачкам на угольных шахтах Кузбасса является актуальной научной задачей, решение которой имеет существенное значение дня развития маркшейдерского обеспечения правовых отношений, возникающих в процессе эксплуатации шахт.

Объект исследования - подготовленные и отработанные выемочные участки действующих предприятий ОАО «СУЭК-Кузбасс».

Предмет исследования - анизотропия и степень неоднозначности геомет-

ризации мощности чистых угольных пачек пластов, а также их влияние на параметры подземной маркшейдерской сети замеров для подсчета добычи угля по чистым угольным пачкам на угольных шахтах Кузбасса.

Цель исследований - установление зависимости конфигурации и плотности сети маркшейдерских замеров для подсчета добычи угля от характера изменения измеряемых параметров в пространстве недр.

Идея работы состоит в определении параметров сети маркшейдерских замеров для подсчета добычи угля для каждого выемочного столба с учетом конкретного характера анизотропии и изменчивости мощности пласта.

Задачи исследований:

- провести анализ существующих подходов к определению параметров подземной маркшейдерской сети замеров для подсчета добычи угля, выявить основные факторы, определяющие эти параметры;

- исследовать характер анизотропии мощности чистых угольных пачек пласта в контуре выемочных столбов, сформировать методику достоверного установления ее параметров и порядка ее учета при определении геометрической формы подземной маркшейдерской сети замеров;

- установить погрешность определения мощности чистых угольных пачек в точках ее измерения в очистных забоях;

- исследовать зависимость погрешности определения среднего значения мощности по подготовительным выработкам от степени неоднозначности ее геометризации по направлению осей выработок;

- разработать алгоритм и методику проектирования сети маркшейдерских измерений мощности чистых угольных пачек в очистном забое.

Соответствие темы диссертации требованиям паспорта специальности подтверждается пунктами 1 и 7 области исследований специальности 25.00.16 «Горнопромышленная и нефтегазопромысловая геология, геофизика, маркшейдерское дело и геометрия недр».

Научные положения, выносимые на защиту:

1. Достоверная оценка анизотропии мощности пласта может быть выполнена лишь после завершения подготовки выемочного столба и только по его участкам, непосредственно примыкающим к монтажным и демонтажным камерам, а также к диагональным выработкам, пройденным в выемочном столбе.

2. Между предельными погрешностями средних значений мощности, полученными по данным расположенных вдоль оси подготовительных выработок замеров, и степенью неоднозначности геометризации мощности пласта в линейно ориентированных сетях измерений, оцениваемой предложенным показателем неопределенности (ПН), существует тесная зависимость.

3. Погрешность определения мощности чистых угольных пачек пласта в месте ее измерения в очистных забоях находится в прямой зависимости от характеристик внутреннего строения пласта.

Научная новизна работы заключается:

- в установлении правомерности выполнения оценки анизотропии мощности пласта в контуре выемочного столба, используемой при проектировании сети маркшейдерских измерений мощности, только после завершения подготовки выемочного столба и лишь в пределах участков пласта, примыкающих к монтажным и демонтажным камерам, а также к диагональным выработкам;

- разработке метода определения формы сети маркшейдерских измерений мощности в выемочном столбе, отличающегося учетом характера анизотропии мощности пласта в контуре выемочного участка;

- установлении прямой зависимости погрешности определения мощности чистых угольных пачек пласта в местах ее измерения в очистных забоях от характеристик внутреннего строения пласта;

- разработке метода оценки погрешности определения среднего значения мощности по подготовительной выработке, отличающегося учетом количественно оцененной степени неоднозначности ее геометризации по направлению оси подготовительной выработки;

- разработке алгоритма и методики проектирования сети маркшейдерских измерений мощности чистых угольных пачек в очистном забое, отличающихся

адаптацией получаемых результатов к особенностям выемочного столба, устанавливаемым после завершения его подготовки.

Методы исследований. В работе использован комплекс методов исследований, включающий:

- анализ и обобщение научно-технической информации в области обоснования параметров подземной маркшейдерской сети замеров по чистым угольным пачкам на угольный шахтах;

- методы построения моделей скрытых топографических поверхностей;

- методы математической статистики;

- обработку информации с выполнением многоэтапных и циклических расчетов с использованием компьютерных программ.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются:

- удовлетворительной степенью сходимости расчетных и фактических значений оценок погрешностей маркшейдерского замера (90-95 %);

- положительными результатами апробации разработанных методических рекомендаций по оценке характера анизотропии мощности угольных пластов;

- применением апробированных методов математической статистики и корреляционного анализа к представительному объему статистических материалов результатов отработки выемочных столбов угольных шахт Кузбасса.

Личный вклад автора состоит:

- в определении цели и постановке задачи исследований по обоснованию параметров сети маркшейдерских замеров с учетом пространственной изменчивости геометрии угольных пластов;

проведении анализа существующих подходов к определению параметров подземной маркшейдерской сети замеров для подсчета добычи угля и в выявлении основных факторов, определяющих эти параметры;

- исследовании характера анизотропии мощности чистых угольных пачек пласта в контуре выемочных столбов, проведенном на основании видоизмененного автором варианта метода проф. Л. И. Четверикова;

- установлении зависимости погрешности определения мощности чистых угольных пачек в местах ее измерения в очистных забоях от сложности строения пласта;

- исследовании зависимости погрешности определения среднего значения мощности по подготовительным выработкам от степени неоднозначности ее геометризации, количественно характеризуемой разработанным автором показателем;

- разработке алгоритма и методики проектирования сети маркшейдерских измерений мощности чистых угольных пачек в очистном забое, а также алгоритмов и интерфейса компьютерных программ, обеспечивающих выполнение расчетов по проектированию сети маркшейдерских измерений мощности.

Научная значимость результатов работы заключается:

- в установлении зависимости погрешности определения среднего значения мощности, вычисленного по системе линейно размещенных замеров, от степени неоднозначности геометризации вдоль линии;

- исследовании характера изменения анизотропии мощности пласта по мере роста плотности сети измерений;

- формировании концепции определения параметров подземной маркшейдерской сети замеров для подсчета добычи угля для каждого конкретного выемочного столба на основании учета анизотропии мощности, пространственной ориентации выемочного столба и неоднозначности геомстризации мощности по направлению осей подготовительных выработок.

Практическая значимость работы состоит:

- в разработке «Методических рекомендаций по проектированию сети маркшейдерских замеров мощности чистых угольных пачек при определении объема добычи на шахтах ОАО «СУЭК-Кузбасс»;

- разработке компьютерных программ «АМ17» и «Р2М», обеспечивающих выполнение расчетов по проектированию сети маркшейдерских измерений мощности.

Результаты исследований использованы при проектировании сетей маркшейдерских замеров мощности чистых угольных пачек при определении

объема добычи на шахтах ОАО «СУЭК-Кузбасс».

Апробация работы. Основные результаты и научные положения докладывались и обсуждались на Международном научном симпозиуме «Неделя горняка» (Москва, 2013, 2014); П Международной научно-практической конференции «Современные тенденции и инновации в науке и производстве» (Междуре-ченск, 2013); Международной научно-практической конференции молодых ученых, аспирантов и студентов «Совершенствование технологии строительства шахт и подземных сооружений» (Донецк, 2013).

Публикации. Основные результаты исследований изложены в десяти опубликованных в 2012-2014 годах научных работах, в том числе в шести рецензируемых научных журналах и изданиях, входящих в перечень ВАК.

Объем и структура работы. Объем диссертации составляет 171 страницу машинописного текста, включая 68 рисунков и 12 таблиц. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованных источников из 73 наименований.

Во введении обоснованы актуальность темы диссертации, цель и задачи исследований, указаны методы их проведения, сформулированы основные научные положения, показана научная новизна и личный вклад автора, отмечены практическая ценность, реализация и апробация работы.

В главе 1 на основе анализа современной нормативно-правовой базы недропользования и литературных источников определена цель и обоснованы задачи исследований.

Глава 2 посвящена разработке методики оценки анизотропии мощности пласта в контуре подготовленного выемочного столба и алгоритмов ее компьютерной реализации. Приведены и обобщены результаты изучения анизотропии мощности по фактическим данным угольных шахт, на основании которых даны рекомендации по оптимальной форме сети маркшейдерских замеров.

В главе 3 приведены результаты исследования влияния плотности сети замеров по подготовительным штрекам на погрешность среднего значения мощности пласта, выполненного с использованием предложенной количественной оценки неоднозначности представлений о характере изменения мощности.

Глава 4 содержит алгоритм проектирования сети маркшейдерских измерений мощности чистых угольных пачек в очистном забое и реализующий его проект нормативного корпоративного документа.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Объем добычи угля по чистым угольным пачкам определяется по результатам маркшейдерского замера объема выработанного пространства. До недавнего времени результаты такого замера использовались лишь для решения корпоративных вопросов и для целей учета движения запасов на предприятии.

Отвечающие этим задачам представления о необходимых параметрах сетей измерений сформировались в период 40-50-х годов прошлого века и нашли отражение в работах Е. Е. Блоха, 3. И. Поляка, Я. 3. Рашковского, Д. А. Казаков-ского, П. А. Рыжова, Д. Н. Оглоблина. Все они предлагали измерять мощность выдержанных пластов ежедекадно через 15-20 м вдоль линии забоя лавы. Так же рекомендовалось использовать сети наблюдений квадратной формы с длиной сторон от 20 до 5 м.

При этом особо следует отметить предложение Д. А. Казаковского (1948), который (в отношении сетей разведочных скважин) считал, что «в общем, наиболее рациональной формой сетки нужно считать такую, при которой показатель изменчивости, вычисленный по всем направлениям разведочных линий, имеет приблизительно одно и то же значение». Применительно к маркшейдерским сетям измерения мощности данная идея практически не применялась.

Существующие ныне рекомендации ВНИМИ (1989) по производству маркшейдерских замеров исходят из того, что расстояние между замерами вдоль линии очистного забоя должно быть всегда меньше расстояния между ними по

направлению оси выемочного столба (в 2,5-10 раз в зависимости от выдержанности мощности). Это справедливо лишь при предположении о том, что направление максимальной изменчивости мощности всегда совпадает с направлением падения пласта, а наименьшей - с простиранием, что не имеет под собой реальной геологической основы. Кроме того, рекомендации ВНИМИ не налагают ограничений на выдержанность сети замеров, что допускает широкие возможности по выбору мест выполнения измерений, а следовательно, создает предпосылки к скрытой фальсификации результатов.

Таким образом, существующая ныне методическая база производства подземных маркшейдерских замеров устарела и требует обновления.

Ключевую роль в определении объема добычи угля играет средняя вынимаемая мощность пласта в отработанном контуре. Следуя за Д. А. Казаковским, надлежит признать, что сеть таких измерений должна соответствовать как анизотропии изменчивости мощности, так и ее интенсивности, а также учитывать ориентировку выемочного столба в недрах. В связи с этим разработка методики оценки характера анизотропии мощности угольных пластов в контуре выемочного столба является актуальной научной задачей, не имеющей в настоящее время общепризнанного решения.

К числу наиболее проработанных методов геометрического подхода к оценке анизотропии следует отнести предложение Л. И. Четверикова, который исходит из того, что всесторонняя характеристика анизотропии может быть осуществлена при помощи построения индикатрисы анизотропии - воображаемой вспомогательной эллипсовидной поверхности, выражающей изменчивость параметра по различным направлениям внутри объекта (рисунок 1). В отличие от традиционных разностных методов, Л. И. Четвериков предлагает использовать не данные в местах производства замеров, а данные представленной в виде системы изолиний топографической поверхности, полученной в результате геометризации признака. Для

Рисунок 1 -Индикатриса анизотропии

условий оценки анизотропии в контуре выемочных столбов угольных шахт метод Л. И. Четверикова был модернизирован путем обоснованного принятия постоянства длин линий, используемой палетки и учета факта использования изолиний с равным сечением.

Кроме того, в связи с тем, что методика Л. И. Четверикова не содержит рекомендаций по выбору числа линий палетки, по результатам фактических измерений было установлено оптимальное их количество, равное пята. Результаты исследования полученных индикатрис в условиях шахт Кузбасса показали их устойчивый эллипсовидный характер, в связи с чем был разработан основанный на методе наименьших квадратов алгоритм аппроксимации индикатрисы эллипсом.

Исследование отработанных выемочных столбов шахт ОАО «СУЭК-Кузбасс» показало, что результаты оценки анизотропии существенно зависят от характера используемых данных. Например, на рисунке 2 показаны три варианта топографической поверхности мощности пласта, построенные по данным разведочных скважин, по данным замеров в оконтуривающих горных выработках и по данным замеров в очистном пространстве. Последний вариант построения наиболее достоверен.

Этот пример показывает, что характер анизотропии в пределах выемочного столба фактически (см. рисунок 2, в) имеет выдержанный характер, который, тем не менее, не вскрывается сетями измерений малой плотности (см. рисунок 2, а и б).

Однако после завершения подготовки выемочного столба возникает возможность достоверной оценки анизотропии мощности по фрагментам ее горногеометрической модели, примыкающим к монтажной и демонтажной камерам и к диагональным вентиляционным печам (т. е. на основе использования замеров по этим камерам и печам), что подтверждается результатами исследований во всех без исключения рассмотренных фактических выемочных столбах.

В целом проведенные исследования позволяют утверждать, что оценка анизотропии мощности пласта должна определяться лишь после завершения подготовки выемочного столба по его участкам, примыкающим к монтажным и демонтажным камерам, а также к диагональным вентиляционным печам.

На основе полученных характеристик анизотропии можно сформировать рекомендации по рациональному соотношению расстояний между маркшейдерскими замерами мощности пласта, выполняемыми вдоль линии очистного забоя, и по направлению его движения. Данное отношение должно устанавливаться для каждого выемочного столба индивидуально до начала ведения очистных работ.

I 6 ф | положение н номер точки наблюдения

Рисунок 2 - Изолинии и индикатрисы мощности пласта Байкаимского в выемочном Столбе № 1306, построенные по данным измерений мощности в скважинах (а), подготовительных выработках (б) и очистном пространстве (в)

Применительно к определению параметров сети маркшейдерских замеров возникает необходимость оценки анизотропии мощности по направлениям вдоль подготовительных выработок и очистного забоя. Проведя через центр эллипса диаметры, параллельные штрекам и линии очистного забоя, можно определить расстояния пш и лл (рисунок 3), характеризующие анизотропию вдоль

этих направлений. Необходимость введения данных показателей можно иллюстрировать рисунком 3.

Так, из рисунка 3, а следует, что скорость изменения мощности пласта вдоль направления очистного забоя почти в два раза выше, чем по направлению штреков. Отсюда следует, что для получения равноточных результатов по двум указанным направлениям измерений, сеть замеров по лаве в данном случае должна быть раза более густой, чем по штрекам (примерно в два). При взаимной ориентации эллипса и горных выработок, имеющей место в условиях рисунка 3, б, наблюдается равновеликая скорость изменения мощности как в направлении очистного забоя, так и в направлении штреков. Следовательно, в данном случае плотность сети замеров в обоих направлениях может быть одинаковой.

Исходя из вышеизложенного, предлагается ввести относительный показатель, который и должен определять отношение интервалов между замерами в двух взаимно перпендикулярных направлениях - по штрекам (пш) и вдоль забоя (ил). Данный показатель, который условно назван технологическим отношением анизотроиии, предлагается определять по формуле:

К = 2=-. (1)

"л

Построение эллипсов анизотропии является трудоемкой задачей, решение которой без применения средств вычислительной техники практически невозможно. Поэтому был разработан алгоритм, реализованный в виде прикладной программы «ЛЫК», обеспеченной рядом сервисных элементов.

На угольных шахтах маркшейдерский замер добычи выполняется раздельно по очистным и по подготовительным выработкам. Каждый из замеров имеет свои особенности, но в итоге все измерения неизменно сводятся к измерениям по некоторой заранее заданной линии, которая является или самостоятельной сетью как в случае проведения замеров в подготовительной выработке, или элементом сетей более сложных конструкций.

При замере по подготовительным выработкам характеристики анизотропии отсутствуют, что предполагает необходимость применения к таким линейно ориентированным сетям измерений особых методов оценки ожидаемой погрешности среднего значения мощности.

В основу такого метода автором предложено положить идею Т. Б. Роговой о взаимосвязи между степенью неоднозначности любой горно-геологической модели и ее погрешностью. Для количественной оценки степени неоднозначности использован подход И. П. Башкова и С. В. Шаклеина, изначально ориентированной только на оценку достоверности изучения положения гипсометрии пласта в линейном сечении. При его применении вся линия измерений разбивается на перекрывающиеся «мини-разрезы», состоящие из четырех замеров. Положение пласта в каждом из них описывается сплайн-функцией. В результате возникает несколько вариантов положения пласта на участках перекрытия «мини-разрезов», контур которых формирует веретенообразные зоны неопределенности. Максимальная ширина этих зон принимается за показатель неоднозначности построений.

Для оценки неоднозначности геометризации мощности предложено заменить параметры гипсометрии пласта на его мощности. Величину А/и , полученную делением суммарной площади веретенообразных зон неопределенности 5"

(показаны на рисунке 4 штриховкой) на расстояние между замерами Ь, предложено использовать в качестве меры неопределенности представлений о характере изменения мощности.

Расстояние

Рисунок 4 - Зоны неопределенности вскрытого характера изменения мощности пласта по штреку

Для оценки степени неоднозначности построенного сечения пласта (т. е. его мощности) по выработке, в качестве основного показателя, предлагается использовать специальный показатель неопределенности ПН, численно равный отношению Ат к функции от общего числа выполненных измерений п:

На основе данных 17 групп выполненных измерений мощности чистых угольных пачек проводились исследования по выявлению зависимости погрешности среднего значения мощности от величины коэффициента ПН. Каждая группа содержала от 100 до 200 замеров на участках выработок протяженностью от 500 до 1000 м, расстояния между точками замеров составляли 5 м. В качестве «истинного» значения мощности принималась наиболее достоверная величина мощности, определенная по результатам измерений в сети с максимальной плотностью замеров.

Установление степени неоднозначности получаемого среднего значения мощности производилось по всей сети измерений методом последовательного уменьшения плотности замеров, путем удаления из массива данных каждого второго, третьего и т. д. замеров. При этом каждый вариант разрежения формировал различные модели представления о характере изменения мощности пласта.

Высокая, явно избыточная плотность исходной сети измерений, данные по

которой можно признать практически безошибочными, для каждого варианта разрежений позволяет определить погрешность среднего значения мощности. В качестве величины погрешности принят модуль разности среднего значения мощности, полученного по разреженной сети и принятого за «истину» среднего значения мощности, рассчитанного по всем выполненным измерениям.

Предусмотренные алгоритмом вычислительные процедуры весьма специфичны и трудоемки, в связи с чем для их выполнения был разработан алгоритм расчетов, реализованный в виде прикладной программы «Р2М», снабженной рядом сервисных элементов.

Статистическими исследованиями результатов указанных выше экспериментальных измерений мощности в подготовительных выработках действующих шахт была установлена связь величины НП с фактическими предельно достигаемыми погрешностями средних значений мощности, м:

М = 1,4НП + 0,04. (3)

На основе определения показателя ПН для любой имеющейся сети замеров мощностей чистых угольных пачек по подготовительной выработке удается оценить ожидаемую точность получаемого среднего значения мощности и тем самым подтвердить или опровергнуть представления о достаточной плотности использованной сети измерений.

В качестве необходимой и достаточной точности определения среднего значения мощности пласта по выработке предложено использовать погрешность, в два раза меньшую погрешности определения значения кажущейся плотности угля, определяемой службами качества шахт.

При данном уровне погрешности результаты маркшейдерского замера можно считать безошибочными.

На основании проведенных исследований предложен следующий алгоритм проектирования маркшейдерской сети замеров мощности:

1. Выполняется геометризация суммарных мощностей угольных пачек в

пределах участков столба, примыкающих к монтажной и к демонтажным камерам, а также к диагональным вентиляционным печам.

2. По результатам анализа анизотропии геополя мощности определяется технологическое отношение анизотропии мощности пласта V.

3. По линии подготовительного штрека выполняются «пробные» измерения мощности пласта по равномерной сети, включающей не менее шести замеров. По данным измерений рассчитывается показатель неопределенности ПН и по формуле (3) - предельная погрешность оценки среднего значения мощности пласта М. Если эта погрешность не превышает допустимую, то используемое при «пробных» измерениях расстояние между замерами вдоль штрека Ьш принимается за искомое. Если нет, то расстояние между «пробными» замерами уменьшается, и все вычисления повторяются.

4. Определяется максимальное допустимое расстояние между замерами по линии очистного забоя по формуле

С05<5„

Так как в пределах контура отработки лавы за календарный месяц обязательно должна присутствовать хотя бы одна линия измерений, установленные расстояния могут корректироваться в сторону уменьшения.

Таким образом, общий алгоритм проектирования сети маркшейдерских измерений мощности чистых угольных пачек в очистном забое имеет вид, отображенный на рисунке 5.

Предложенный алгоритм проектирования сети замеров мощности рекомендован к практическому использованию на предприятиях ОАО «СУЭК-Кузбасс».

При осуществлении действий работников Росприроднадзора, наделенных функциями контроля данных, определяющими размер НДПИ, могут выполняться

контрольные измерения мощности пласта в горных выработках, результаты которых будут отличаться от ранее измеренных за счет влияния технических потреш-ностей измерений. Отсюда возникает необходимость установления допустимого уровня этого отличия.

Рисунок 5 - Алгоритм проектирования сети маркшейдерских измерений мощности чистых угольных пачек в очистном забое

В связи с этим было выполнено исследование точности таких измерений на материалах шахт ОАО «СУЭК-Кузбасс». Содержание исследований состояло в

0,06

0,02 0

0.5

1,0

1,5

2,0

выполнении 17 серий трехкратных измерений мощности в местах, расположенных вдоль линий очистных забоев. Серии наблюдений, суммарно включающие в себя результаты 954 измерений мощностей, были расположены в выемочных столбах пластов различного строения, имеющих значительный диапазон изменения мощностей пачек угля.

Результаты выполненных исследований свидетельствуют о явном отсутствии зависимости между погрешностью о,04 измерений и мощностью пачек, но в то же время существует тесная зависимость между погрешностью измерения суммарной мощности чистых угольных пачек и их количеством в пласте (рисунок Рисунок 6. Зависимость погрешно-

6). В связи с тем, что погрешности изме- сти т измеРения суммарной мощности чистых угольных пачек от корня

рения мощности с учетом их округления

из их количества ып

у отдельных серий измерений совпадают,

у «точек» на рисунке 6 указано количество серий, которым они соответствуют.

Результаты исследований позволяют рекомендовать в качестве допустимого уровня расхождения между зафиксированными маркшейдерской документацией значениями суммарной мощности п чистых угольных пачек и результатами выполненных в том же месте ее повторных контрольных измерений величину

Ат = 0,037л/л. (5)

Указанный уровень расхождений, соответствующий вероятности оценки 0,68, не должен превышаться по большинству контрольных измерений, что будет являться доказательством достоверности маркшейдерских измерений, положенных в основу расчета платежей за пользование недрами при добыче угля.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертация является научно-квалификационной работой, в которой на основании выполненных автором исследований решается научная задача обоснования параметров сети маркшейдерских замеров с учетом пространственной изменчивости мощности угольных пластов, решение которой имеет существенное значение для развития маркшейдерского обеспечения правовых отношений, возникающих в процессе эксплуатации шахт.

Основные научные и практические результаты работы, полученные лично автором, заключаются в следующем:

1. Выполнена адаптация методики оценки анизотропии геологического показателя проф. Л. И. Четверикова к условиям оценки мощности угольного пласта в контуре выемочного столба, и определены оптимальные параметры палетки для подготовки исходных данных в целях ее последующего применения для обоснования конфигурации сети измерений мощности в контуре отрабатываемого выемочного столба.

2. Установлено, что параметры анизотропии мощности не могут быть установлены на основании использования геологоразведочных данных и должны определяться лишь после завершения подготовки выемочного столба по его участкам, примыкающим к монтажным и демонтажным камерам, а также к диагональным вентиляционным печам.

3. Установлено, что оптимальные параметры сети маркшейдерских измерений мощности не могут быть определены в составе проектной документации и должны определяться лишь после завершения подготовки выемочного столба.

4. Предложена методика оценки неоднозначности геометризации мощности пласта в линейно ориентированных сетях измерений, степень которой может количественно характеризоваться специально предложенным показателем неопределенности (ПН).

5. Установлено наличие связи между показателем неопределенности (ПН)

и предельными значениями погрешностей средних значений мощности, полученных по данным замеров, расположенных вдоль подготовительных выработок.

6. Установлено наличие прямой корреляционной зависимости погрешности определения мощности чистых угольных пачек пласта в месте ее измерения в очистных забоях от характеристик внутреннего строения пласта.

7. Разработан циклический алгоритм установления оптимального расстояния между замерами мощности по линии подготовительной выработки, обеспечивающей необходимую и достаточную точность выполнения маркшейдерского замера.

8. Разработаны алгоритмы и интерфейс компьютерных программ, обеспечивающих выполнение расчетов по проектированию сети маркшейдерских измерений мощности.

9. Разработан общий многоэтапный алгоритм проектирования сети маркшейдерских измерений мощности чистых угольных пачек в очистном забое.

10. Разработаны и внедрены «Методические рекомендации по проектированию сети маркшейдерских замеров мощности чистых угольных пачек при определении объема добычи на шахтах ОАО «СУЭК-Кузбасс».

Работы, опубликованные по теме диссертации

Статьи, опубликованные в ведущих рецензируемых научных изданиях, определенных Высшей аттестационной комиссией:

1. Гетман В. В., Шаклеин С. В. Алгоритм оценки анизотропии мощности угольного пласта и его программная реализация // Вестник КузГТУ. - 2013. -№ 2. - С. 59-64.

2. Гетман В. В., Шаклеин С. В. Оценка анизотропии мощности угольных пластов // Недропользование XXI век. - 2013. - № 3. - С. 18-23.

3. Гетман В. В. Погрешность измерения мощности угольного пласта в очистных забоях угольных шахт // Маркшейдерия и недропользование. - 2013.

- № 5. - С. 71-72.

4. Гетман В. В., Шаклеин С. В. Программное обеспечение оценки ожидаемой погрешности среднего значения мощности угольного пласта по подготовительной выработке // Вестник КузГТУ. - 2013. - № 6. - С. 118-121.

5. Гетман В. В. Изучение анизотропии мощности пластов в целях определения оптимальной сети маркшейдерских замеров для расчета добычи при подземной разработке угольных месторождений // Сборник научно-технических работ горных инженеров СУЭК: Отдельный выпуск Горного информационно-аналитического бюллетеня (научно-технического журнала). - М.: Горная книга, 2013. - № ОВ2. - С. 118-126.

6. Гетман В. В. Оценка погрешности среднеарифметического значения мощности угольного пласта по данным замеров, выполненных в подготовительной выработке // Маркшейдерский вестник. - 2014. - № 2. - С. 35-38.

Статьи, опубликованные в других изданиях:

7. Гетман В. В., Шаклеин С. В. Современные требования к методике маркшейдерского замера добычи угля // Сборник научных трудов ВНИМИ. Посвящен 100-летнему юбилею выдающегося горного инженера Б.Ф. Братченко. - СПб., 2012.-С. 347-351.

8. Гетман В. В. Оценка анизотропии мощности угольного пласта по данным замеров в подготовительных выработках // Современные тенденции и инновации в науке и производстве: материалы II Междунар. науч.-практ. конф., г. Междуреченск, 3-5 апр. 2013 г. / КузГТУ. - Междуреченск, 2013. - С. 31-33.

9. Гетман В. В., Стародубова Т. С. Оценка анизотропии мощности угольного пласта в выемочном столбе // Совершенствование технологии строительства шахт и подземных сооружений: сб. науч. трудов. Вып 19. - Донецк: Норд-пресс, 2013.-С. 12-14.

10. Гетман В. В. Алгоритм проектирования сети маркшейдерских измерений мощности чистых угольных пачек в очистном забое // Рациональное освоение недр. - 2014.-№ 3. - С. 10-12.

1 5 - - 5 8 3 4

2012477962

Подписано н печать 14 апреля 2015 г. Формат 60 х 84 1/16. Бумага офсетная. Печать на ризофафе. Печ. л. 1,0. Тираж 100. Закат № Л-86. КузГТУ, 650000, ул. Весенняя, 28 Издательский центр КузГТУ. 650000, Кемерово, ул. Д. Бедного, 4а

2012477962