Разработка подземно-полевого электрометрического метода прогнозирования состояния обводненных углепородных массивов Подмосковного бассейна

Логачева, Валентина Михайловна

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Разработка подземно-полевого электрометрического метода прогнозирования состояния обводненных углепородных массивов Подмосковного бассейна
ВАК РФ 25.00.16, Горнопромышленная и нефтегазопромысловая геология, геофизика, маркшейдерское дело и геометрия недр

Автореферат диссертации по теме "Разработка подземно-полевого электрометрического метода прогнозирования состояния обводненных углепородных массивов Подмосковного бассейна"

На правах рукописи

ЛОГАЧЕВА Валентина Михайловна

РАЗРАБОТКА ПОДЗЕМНО-ПОЛЕВОГО ЭЛЕКТРОМЕТРИЧЕСКОГО МЕТОДА ПРОГНОЗИРОВАНИЯ СОСТОЯНИЯ ОБВОДНЕННЫХ УГЛЕПОРОДНЫХ МАССИВОВ ПОДМОСКОВНОГО БАССЕЙНА

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

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

□□34Э335В

Москва 2010

003493356

Работа выполнена на кафедре «Геотехнологии и строительство подземных сооружений» Тульского государственного университета

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор доктор геолого-минералогических наук, профессор

доктор технических наук, профессор

Шкуратник Владимир Лазаревич

Хмелевской Виктор Казимирович Простое Сергей Михайлович

Ведущая организация: УРАН Институт проблем комплексного освоения недр РАН (г. Москва)

Защита диссертации состоится «21» апреля 2010 г. в «13°°» часов на заседании диссертационного совета Д 212.128.04 при Московском государственном горном университете по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский проспект, 6.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного горного университета.

Автореферат разослан марта 2010 г.

Учёный секретарь диссертационного совета, доктор технических наук, профессор Бубис Юрий Вольфович

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Необходимым условием эффективного планирования отработки угольных месторождений является наличие надежной информации прогнозного характера об их гидрогеологических условиях. При этом особое значение имеет обнаружение нарушенных и обводненных зон в надугольном комплексе пород. При ведении геологоразведочных работ и последующей доразведке угольных месторождений с использованием стандартной сетки расположения скважин достигаемая надежность описания свойств и состояния массива горных пород не превышает 50%. В процессе ведения горных работ с появлением техногенной нарушенности в массиве происходит перераспределение напряженного состояния, изменяются гидродинамические режимы подземных вод в обводненных горных породах и соответственно изменяются их свойства и состояние. Существующие способы осушения шахтных полей не учитывают наличия локальных прорывоопас-ных зон в углевмещающих породах. В результате в действующих очистных забоях происходят катастрофические прорывы подземных вод из надуголь-ных водоносных горизонтов. Например, на ш.«Никулинская» в очистных забоях ежегодно происходит до 10 прорывов воды с дебетом 20-40 м3/ч и выносом песка от 100 до 2500 тыс.м3. Это приводит к остановке забоев и потере объемов добычи угля. Поэтому на стадии эксплуатации шахт Подмосковного бассейна широко применяется оперативный геофизический прогноз и контроль гидрогеологического состояния и технологических свойств массива. Среди них наибольшее распространение получил электрометрический прогноз, уровень надежности которого на действующих шахтах достигает 70%.

надугольного комплекса пород путем приближения приёмно-питающих (линейных) электродов к объекту исследования и оперативной обработки результатов полученных измерений позволит повысить надежность прогноза и контроля гидрогеологических и технологических свойств массива и интегрировать указанный прогноз в общешахтную систему автоматизированного контроля.

Таким образом, разработка подземно-полевого электрометрического метода прогнозирования состояния обводненных углепородных массивов Подмосковного бассейна является актуальной и важной научной проблемой.

Диссертационная работа выполнялась в соответствии с Аналитической ведомственной целевой программой «Развитие научного потенциала высшей школы (2009-2010 гг.)» (Рег.номер 2.2.1.1/3942) и Федеральной целевой программой «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» (ГК№ 02.740.11.0319).

Целью диссертационной работы является разработка подземно-полевого электрометрического метода прогнозирования состояния обводненных углепородных массивов Подмосковного бассейна, позволяющего кардинально повысить информативность и надежность оценок нарушенное™ и обводненности надугольного комплекса пород, а также гарантировать выявление прорывоопасных зон в нем для эффективной и безопасной отработки угольных пластов.

Основная идея работы состоит в комплексной оценке и использовании закономерностей влияния трещиноватости, обводненности, слоистости, нарушенное™ и механических свойств углепородного массива на его электрофизические свойства и создании на основе установленных закономерностей моделей, алгоритмов, программных комплексов и аппаратуры, позволяющих оценивать фактическое состояние массива и прогнозировать динамику его изменений при ведении горных работ для принятия решения о способах подготовки угольных пластов к эффективной и безопасной отработке.

Методы исследований:

- анализ и обобщение существующих методов оценки и прогнозирования условий залегания и нарушенности углепородного массива;

- аналитические методы математического моделирования электрических полей в углевмещающих породах;

- натурные экспериментальные исследования влияния строения, нарушенное™, обводненности и физико-механических свойств массива горных пород на электрические параметры, регистрируемые в полевых и шахтных условиях;

- компьютерная обработка, анализ и интерпретация геофизической информации, полученной в натурных экспериментах, с помощью разработанных алгоритмов и программных комплексов.

Основные научные положения, выносимые на защиту:

1. Эффективная и безопасная отработка обводненных месторождений Подмосковного бассейна невозможна без опережающего электрометрического прогноза нарушений, который должен рассматриваться как необходимый элемент горных технологий. Основные типы геологических нарушений и обводненных зон в надугольном комплексе пород Подмосковного бассейна могут классифицироваться как прорывоопасные зоны по генезису, морфологии, частоте встречаемости, технологическим свойствам и электрометрическим параметрам слагающих пород.

2. Сложные гидрогеологические условия шахт Подмосковного бассейна описываются трехслойной геоэлектрической моделью анизотропного массива надугольных пород, которая может быть упрощена путем её замены на две двухслойные: при расчете модели сверху - со стороны первого-второго и снизу - со стороны третьего-второго слоев.

3. Разработанная математическая модель расчета нормального и аномального электрических полей слоистого массива горных пород отличается использованием вертикальных линейных питающих диполей и приближением приемных электродов к объекту исследования, а также заменой расчетов потенциала и(г) над трехслойной средой расчетами потенциала над двумя двухслойными.

4. Оптимальные схемы размещения питающих (АВ) и приёмных (МЫ) диполей при реализации метода подземно-полевой электрометрии могут быть получены на основе теории линейных питающих заземлителей с учетом доли стекающего тока в геологическую среду и обоснованием параметров детерминированных аномалий.

5. Эффективность применения электрометрического прогнозирования состояний углевмещающего комплекса пород определяется полнотой извле-

чения информации из полученных измерений, которая обеспечивается использованием современных вероятностно-статистических методов фильтрации полезного сигнала на фоне помех.

6. Критериями прогноза типов обводненных и необводненных нарушений являются обоснованные в работе значения таких электрометрических параметров, как размеры аномалии, её интенсивность, градиент аномального эффекта с учетом слоистости и трещиноватости углепородного массива, а также величина обратной вероятности обнаружения детерминированной аномалии.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются:

- большим объёмом экспериментальных исследований, проведенных на шахтах Подмосковного бассейна;

- представительным объёмом теоретических исследований, результаты которых не противоречат известным фундаментальным закономерностям электроразведки в углепородных массивах;

- использованием при проведении лабораторных и натурных экспериментов аппаратурного обеспечения с высокими метрологическими характеристиками;

- удовлетворительной сходимостью результатов теоретических расчетов нормальных и аномальных полей в массиве с параметрами этих полей, полученными экспериментально (различие соответствующих оценок не превышало 10-12 %);

- высокой вероятностью (достигающей 83%) безошибочного прогноза прорывоопасных зон в углевмещающем массиве, подтвержденной данными отработки выемочных столбов.

Научная новизна:

- установлены функциональные зависимости формирования и распространения электрического поля в массиве надугольных пород от совокупности влияющих факторов при проведении его геофизического мониторинга, а также получены уравнения, отражающие связь между основными электрическими параметрами и степенью обводненности и нарушенности горных пород;

- разработана геоэлектрическая модель анизотропного массива надугольных пород с учетом их многослойности по данным стандартного каротажа;

- на основе математического моделирования электрических полей с использованием автоматизированной обработки информации и учетом разработанных критериев определены условия и вероятности возникновения прорыва подземных вод в горные выработки;

- установлены закономерности влияния параметров питающих и приемных диполей на электрические характеристики поля в массиве, на основе которых разработан метод электрометрических исследований, включающий предварительный анализ гидрогеологической информации, использование обсадных колонн скважин в качестве питающих электродов, проведение наземных площадных и подземных измерений;

- разработана методика интерпретации электрометрической информации, учитывающая данные анализа широкого диапазона значений горно- и гидрогеологических факторов и обоснования критериев прогнозирования состояния массива;

- разработаны алгоритмы, блок-схемы и пакеты прикладных программ, обеспечивающие автоматизированную обработку геофизической информации для прогнозирования условий ведения горных работ, что позволяет повысить эффективность отработки участков шахтных полей в различных горно-геологических условиях;

- на основе данных электрометрического прогноза о нарушенное™ и обводненности углепородного массива обоснованы эффективные и безопасные способы подготовки к отработке угольных пластов.

Научное значение диссертации заключается:

- в разработке подземно-полевого электрометрического метода прогнозирования состояния углепородного массива;

- установлении закономерностей формирования и распространения электрического поля в обводненных углепородных массивах, имеющих сложное строение;

- обосновании и установлении критериев, позволяющих прогнозировать различные типы нарушенных и обводненных зон в массиве горных пород;

- экспериментальном уточнении влияния различных типов нарушений массива горных пород на регистрируемые параметры электрического поля с учетом помеховых факторов.

Практическое значение работы заключается в разработке методического, аппаратурного и программного обеспечения для реализации подземно-полевого электрометрического метода прогнозирования состояния обводненных углепородных массивов Подмосковного бассейна.

Реализации результатов работы. Основные результаты работы использованы в: «Техническом задании на проектирование станции УЭРС», утвержденном ОАО «Росуголь» (г. Москва); «Инструкции на применение комбинированного способа электрической разведки условий обводненности надугольной толщи», утвержденной ОАО «Росуголь»; «Методических рекомендациях по обработке и интерпретации электрометрических данных с помощью ПЭВМ для прогнозирования нарушенных и обводненных зон в надугольных породах», принятых и утвержденных ОАО «Подмосковный НИУИ» (г. Новомосковск) и ОАО «Тулауголь»; а также частично внедрены в научно-учебный процесс Тульского государственного университета и Новомосковского института Российского химико-технологического университета им. Д.И. Менделеева.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались на научно-технических конференциях (ПНИУИ, 1976-1989 гг.), на отраслевом семинаре по научно-техническим проблемам эффективного осушения строящихся шахт (ПНИУИ, 1980 г.), на Всесоюзной научно-технической конференции специалистов угольной промышленности (ИГД им. A.A. Скочинского, 1987 г.), на IX Всесоюзном научно-техническом семинаре-совещании (Донецк, УФ ВНИМИ, 1987 г.), на заседаниях технического совета ПНИУИ (1984-1990 гг.), на научных семинарах ННЦ ИГД им. A.A. Скочинского (1985-1988 гг.), на научно-технических конференциях НИ РХТУ им. Д.И. Менделеева (Новомосковск, 1993-2009 гг.), на научно-технических конференциях ТулГУ (Тула, 2005-2009 гг.), на научном симпозиуме «Неделя горняка» (Москва, МГГУ, 2006-2009 гг.).

Публикации. По теме диссертации опубликованы 43 работы, включая 2 монографии и 9 статей в изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки России.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав, заключения и включает 75 рисунков, 24 таблицы и перечень литературы из 214 наименований.

Автор выражает искреннюю благодарность д.т.н., профессору Николаю Михайловичу Качурину, д.т.н., профессору Владимиру Ивановичу Сарычеву, д.т.н., профессору Вячеславу Алексеевичу Потапенко, д.т.н., профессору Анатолию Алексеевичу Подколзину, Ирине Анатольевне Юровой, коллективу кафедры «Геотехнологий и строительства подземных сооружений» ТулГУ, а также родным и друзьям за постоянную поддержку, помощь, внимание и посвящает памяти сына.

Основное содержание работы

В рамках первой главы был проведен анализ особенностей разработки пологих угольных пластов в сложных гидрогеологических условиях Подмосковного угольного бассейна. Обеспечения эффективности добычи полезных ископаемых можно достичь за счет совершенствования методов прогнозирования и оценки состояния и динамики горно-гидрогеологических условий, технологических свойств и наличия нарушенных и обводненных зон в надугольном комплексе пород при проектировании и эксплуатации угольных шахт.

Исследованиям, направленным на повышение эффективности добычи угля подземным способом, посвящены работы ученых ННЦ ГП-ИГД им. A.A. Скочинского, ИПКОН РАН, ВНИМИ, ПНИУИ, КузНИУИ, МГГУ, С-ПбГГЩТУ), ТулГУ и других организаций. Значительный вклад в развитие методов подготовки, отработки и прогнозирования условий ведения и проектирования очистных и подготовительных работ внесли: A.C. Бурчаков, A.B. Докукин, Е.И. Захаров, В.Н. Каретников, Н.М. Качурин, И.С. Крашкин, Ю.Н. Кузнецов, В.В. Мельник, В.А. Потапенко, JI.A. Пучков, В.И. Сарычев, В.А. Хямяляйнен и многие другие. Однако, несмотря на значительные успехи, достигнутые в этой области исследований, использование многих предложений по проектированию горных работ наталкивается на серьезные трудности, которые в большинстве случаев связаны с недостаточной изученностью обводненности массива горных пород, отсутствием надежного прогнозирования изменения свойств пород и их технологических характеристик при ведении очистных работ.

Анализ современных методов прогнозирования гидрогеологического состояния массива горных пород позволил установить, что наиболее эффек-

тивными для угольных шахт являются геофизические методы и прежде всего электрометрические. Опыт применения электрометрических, сейсмоакусти-ческих и других геофизических методов в целях прогнозирования нарушенных и обводненных зон в массиве горных пород отражен в работах H.A. Азарова, A.C. Вознесенского, М.С. Газизова, P.A. Гульянца, В.Н Захарова, H.H. Киселева, В.Ф. Матюшечкина, И.М. Мелькановицкого, М.Д. Молева, Ю.Г. Мясникова, E.JI. Новикова, A.A. Огильви, С.М. Простова, А.Д. Рубана, Н.У. Савенкова, A.A. Смирнова, В.К. Хмелевского, B.JI. Шкуратника, Д.В. Яковлева и др.

Современное состояние знаний по рассматриваемой проблеме, а также цель и идея работы обусловили необходимость постановки и решения следующих задач исследований:

- выявить условия и вероятность возникновения прорыва подземных вод и плывунов в горные выработки и обосновать основные типы прорыво-опасных зон;

- разработать геоэлектрическую модель анизотропного массива надуголь-ных пород и обосновать критерии прогнозирования обводненного состояния массива;

- установить информативные критерии для выявления и определения зон и основных параметров горно-геологического нарушения, повышающие разрешающую способность подземно-полевого электрометрического метода;

- установить закономерности формирования и распространения электрического поля в массиве надугольных пород;

- выявить и оценить характеристики электрических полей в массиве от параметров питающих и приемных диполей для эффективного проведения наземных и подземных измерений;

- разработать аппаратуру, алгоритмы, блок-схемы и пакеты прикладных программ, обеспечивающие автоматизированную обработку электрометрической информации и прогнозирование условий ведения горных работ;

- разработать подземно-полевой электрометрический метод прогнозирования нарушенное™ и обводненности углепородного массива для обеспечения эффективного и безопасного ведения горных работ;

- оценить технико-экономическую эффективность прогнозных рекомендаций для практического применения их на шахтах при обосновании способов подготовки угольных пластов к отработке.

До начала 80-х гг. на шахтах Подмосковного бассейна широко применялись подземные и полевые методы электроразведки. Однако с вводом в эксплуатацию новых шахт с наличием в геологическом разрезе мощного (до 70 м) высокоомного окского известняка, являющегося экраном электрического поля, применение в отдельности полевых или подземных методов стало малоэффективным. Сложность горно-гидрогеологического строения толщи пород на шахтах потребовала приближения приемно-питающих электродов к исследуемому комплексу горных пород и тщательного изучения в нем распределения нормального и аномального полей. Оптимальным решением этой проблемы, учитывая работы А.И. Заборовского, B.C. Могилатова и B.C. Моисеева по эффективности применения линейных питающих электродов, является прогнозирование нарушенных и обводненных зон в надугольных породах методом наземно-скважинной и подземно-скважинной электрометрии, получившим в ОАО "Подмосковный НИУИ" название комбинированного способа подземной и полевой электрометрии - КСППЭ. Суть этого метода заключается в использовании обсадных колонн скважин в качестве питающих линейных электродов и измерении электрического поля на дневной поверхности (НСЭМ) и из горных выработок (ПСЭМ). Однако эффективное применение рекомендуемого метода сдерживается нерешенными вопросами его физико-математического обоснования, отсутствием математических моделей геоэлектрических условий залегания горных пород и рационального комплекса методов интерпретации электрометрических данных. Надежность прогнозирования в сложных горно-геологических условиях с помощью этих методов не превышает 70%. Это объясняется сложностью и разнообразием гидрогеологического состояния массива и его изменением в процессе ведения горных работ. В связи с мощным развитием вычислительной техники и компьютерных технологий появилась возможность моделирования электрических полей в конкретных горно-геологических условиях для проведения оперативной предварительной оценки структуры и параметров электрического поля с учетом влияния аномальных зон в углевмещающих породах.

Массив горных пород угольных месторождений представляет собой

сложную анизотропную, дискретную, слоистую, трещиноватую, обводненную среду, содержащую большое количество нарушений (сбросов, надвигов, разрывов и др.), находящуюся в напряженном состоянии. Непрерывное развитие горных работ изменяет состояние и свойства массива и вносит соответствующие изменения в техногенные процессы, происходящие в нем, что приводит к формированию аномальных зон. Ведение горных работ вблизи или непосредственно в таких зонах приводит к нарушениям режима работы шахты и даже к авариям. Таким образом, заблаговременное прогнозирование состояния массива горных пород при подземной разработке обводненных угольных месторождений является необходимым.

Геологическое строение Подмосковного бассейна можно представить как горизонтально-слоистую структуру, надугольный комплекс пород которой характеризуется значительной невыдержанностью по мощности и составу отдельных слоев, наличием геологических нарушений в них. По материалам геологических служб шахт выделены основные типы геологических нарушений и обводненных зон в надугольном комплексе пород Подмосковного бассейна по генезису, морфологии, физическим и технологическим свойствам слагающих пород как потенциальных прорывоопасных зон. Это карсты, эрозионные долины, мульдообразные понижения и трещиноватые зоны, которые характерны локальной обводненностью, дифференцируемостью физико-механических свойств горных пород, слагающих тот или иной слой (рис.1,а). Такие прорывоопасные зоны могут обусловить прорывы воды и плывунов в лавы, что снижает нагрузку в несколько раз и приводит к значительному материальному ущербу. Продолжительность выхода из строя лавы составляет от 10 суток до 1 года, а иногда горные выработки не подлежат восстановлению. Гистограмма частоты встречаемости нарушений Р и способы их обнаружения по максимальному размеру с! в плане (рис. 1,6) показывают целесообразность применения электрометрического метода прогнозирования. Анализ исследований материалов шахтных геологических служб показал, что 95-97 % прорывов в горные выработки произошли из надугольных пород и лишь 3-5 % - из подугольных. Поэтому основное внимание при прогнозировании прорывоопасных зон уделено изучению массива надугольных пород. Проведенный анализ позволил сформулировать отмеченные выше цель и задачи исследований.

а)

мульдообразные эрозионные

1—.ь] суглинок ЦЩ известняк

С/1 сльь

С1иР

|уголь ! глина I Iпесок горная выработка

карстовые

трещиноватые

Мг

С,ок С/1

с/" с,ир

Мг

Рис. 1. Основные типы геологических нарушений в надугольном комплексе пород (а) и гистограмма частоты встречаемости нарушений Р и способы их обнаружения по максимальному размеру с{ в плане (б)

Вторая глава посвящена разработке и исследованию имитационных и математических моделей геоэлектрических условий углевмещающего комплекса пород. Закономерности распределения поля при электрометрических исследованиях углепородного массива на шахтах Подмосковного бассейна изучались Н.У. Савенковым, ЕЛ. Новиковым, P.A. Гульянцем и другими учеными. При этом они рассматривали точечное заземление питающих электродов на физических моделях в электролитических ваннах. Однако физическое моделирование идеализирует реальную геологическую среду и затрудняет получение достоверных результатов из-за трудности создания критериев подобия. Поэтому, чтобы правильно истолковать получаемые результаты электрометрии при всем многообразии условий, необходимо рассчитать математическим путем поведение электрического поля в многослойном разрезе «без» и «с» геологическими нарушениями в нем.

Для разработки геоэлектрической модели были изучены и проанализированы геологические и геофизические показатели надугольных пород, полученные по данным бурения и стандартного каротажа углеразведочных скважин. Для проведения математического моделирования обоснована и разработана трехслойная горно-геоэлектрическая модель надугольных пород, основные геолого-геофизические параметры прорывоопасных зон и вмещающих пород которой представлены в таблице 1.

Таблица 1. Геолого-геофизические параметры геоэлектрической модели надугольного комплекса пород

№ гео-элек три-чес-кого слоя Состав горных пород Геологи-чес-кий индекс Характеристика пород вмещающей среды Характеристика пород аномального объекта

мощность слоя, м кажущееся сопротивление, Омм мощность, м поперечные размеры, м гаюдоеся СОГрОТИВТЕНИС; Ом-м

min шах optim min шах optim min max optim min max optim min max

1 Суглинок, глина, песок Q, м2 10 40 25 20 100 60 10 40 25 10 100 30 10 200

2 Известняк СГ 5 70 30 200 800 500 5 70 50 10 100 50 30 1500

3 Песок, известняк, уголь, глина с" с* 15 40 20 50 120 80 5 40 30 10 100 30 10 500

Анализ каротажных данных геологических нарушений и обводненных зон в надугольных породах показал, что кажущееся электросопротивление рк изменяется от 1500 Ом-м (сухая трещиноватая зона) до 10 Омм (обводненная мульда).

Математическое моделирование выполнено для следующих размеров нарушения: 5, 10, 20, 40, 50, 70 м - по мощности (11а); 10, 30, 50, 100 - по поперечному размеру (с!а). Максимальное приближение трехслойной модели (рис. 2) к натурным условиям позволило получить по разработанным алгоритмам и программам серию номограмм распределения нормального и аномального электрических полей. При этом важным является то, что модель рассматривалась как с кровли первого горизонта, так и с подошвы третьего, а) б) в)

черт. 1 : 100 150 300 « 600

П«т М,спт6 гфмпокг 1: 1М0 30 60 90 120 р,Ом-м

Рис.2. Геолого-каротажные характеристики углевмещающих пород для обоснования параметров геоэлектрической модели: а) геологический разрез; б) диаграммы электрического (р) и радиоактивного каротажа (у); в) геоэлектрическая модель

В связи с симметрией задачи нормальное электрическое поле не зависит от угла ф и потенциал и определяется по осям гиг следующим выражением:

1-Р"

и(г,2)=-^р0(ш,г)-У(т,2)<Зт, 4л о

(1)

где I - ток источника возбуждения, А; - функция Бесселя; ш - переменная интегрирования; V (ш.г) - функция поля.

Решение задачи сводится к отысканию функции V (т,г), которая, как и любое поле, есть сумма нормального и аномального полей:

У(ш>2) = Ун(т,г) + Уа(т,г). (2)

Для однородного полупространства определение потенциала электрического поля при заземлении питающей цепи линейным электродом, с которым отождествляется обсадная колонна скважины, получено следующее выражение:

2лг

(3)

2г 2г

где а - длина электрода, м; Ь - радиус электрода, м; г - расстояние от питающего электрода до точки измерения, м.

Потенциал поля над трехслойной горизонтальной средой для точечного источника поля описывается следующим выражением:

и(г) =

1а.

2л

Ч„

- + 2У-,_

г ^!^г1 + (2пЪУ

(4)

где И - общая мера для мощностей первого И) и второго Ьг слоев, м; qn - коэффициент эмиссии.

В результате математического решения и анализа выражений (1)-(4) потенциал электрического поля на поверхности трехслойной среды от линейного заземлителя может быть определен формулой:

Щг) =

2л

г ГГл/?+(2пЬ )2

1- —+ — 2г2 + 2г2

(5)

Выражение в квадратных скобках в физическом смысле отражает изменение расстояния от точки измерения до источника тока и учитывает "индивидуальность" геоэлектрического разреза. Выражение в фигурных скобках является поправкой в значении потенциала, учитывающей линейность пи-

тающего электрода. Сложность математических расчетов заключается в определении коэффициента эмиссии, который определяется для каждой геоэлектрической среды по рекуррентной формуле:

ЧРг*ш = К12ЧР1-Р1.ш + К2зЧт- К'2 К2зЧр,+т, (6)

где К12 и К2з - коэффициенты отражения электрического тока при переходе из первой среды во вторую (К] 2) и из второй среды в третью (К23), которые равны:

Р2-Р,

К12-Кгз =

Рг + Р, Р,~Р2 Рз+Р:

(7)

индексы рь р2 - численные коэффициенты, которые для каждой геоэлектрической модели равны:

Р1 = М1, и р2= (Ьг+Иг)^, (8)

ш - положительное целое число, которое выбирается аналитическим путем. При т > 7 существенного изменения в значениях потенциала поля для геоэлектрического разреза шахт бассейна не происходит (по данным расчетов автора). Поэтому максимальное число т = 7.

В случае двухслойного разреза потенциал электрического поля от линейного питающего заземлителя с учетом проведения измерений на поверхности выемочного столба равен:

U(r)=-p,

I + 2V_^_

Г tí^ + ^nh,)2

1 а2 ь'

(9)

а с учетом проведения измерений из оконтуровочных штреков выемочного столба потенциал на любой глубине (г) исследований равен:

i т/ ч Д1с U(r,z) = —•-р,

¿л

v m к12

+ z-

кГг

Vr2+z2 i=l-Jr2 + (2nh] + z)2 1=1л/г2 +(2nh]-z)2

x 1-

2(r2 + z2) 2(r2 + z2)J

(10)

где AIC - сила тока, стекающего с обсадной колонны; m = 1-7 (эти пределы, обоснованные для трехслойной среды, остаются оптимальными и для двухслойной); z - глубина залегания угольного пласта, которая для шахт-новостроек бассейна изменяется от 50 до 130 м.

По данным математического моделирования задач наземно- и подзем-но-скважинной электрометрии получены следующие результаты:

- по разработанным алгоритму (рис. 3) и программе решена прямая задача электрометрии;

Рис. 3. Схема алгоритма расчета потенциала над трехслойной средой

- установлена возможность замены расчетов потенциала над трехслойной средой двумя двухслойными средами при рассмотрении модели сверху (со стороны первого-второго) и снизу - (со стороны третьего-второго слоев) при сходимости нормального фона 30 мВ;

- в зоне экстремальных значений (ПК 0-10) тренд нормального поля при точечном заземлении диаметрально противоположен тренду при линейном заземлении (рис. 4);

Рис. 4. Номограмма распределения потенциала нормального поля при точечном и линейном заземлении питающей линии

- закономерности аномального поля при помещении аномального объекта на ПК 5-10 показали уверенную его регистрацию с интенсивностью 135-145 % на краевых участках (рис. 5);

- при изменении параметров аномального объекта рЕКср/ра = 2-10 (Рвм.ср-= РьРг или р3), da= 10-100 м, ha= 5-70 м (ha = hb h2, или h3) аномальный эффект над центром объекта изменяется на 5-50 %, над краями объекта в 2-10 раз, что обеспечивает надежность получения количественных характеристик (da, ha и ра) при интерпретации графиков электрометрии, полученных как на дневной поверхности, так и в горной выработке (табл. 2).

а)

б)

Рис. 5. Математическое моделирование аномального поля в случае карстовых нарушений в основной кровле и в угольном пласте: а) графики распределения аномального поля; б) горно-геологическая модель пространственного положения нарушений

АВ = 1000 м ММ = 30 м Ь1 = 10 м

200 Ом 800 Ом

2 - р, = 120 Ом-м; р: = 200 Ом-м; рг1 р, 2' ■ Рз = 120 Ом-м; Р; = 800 Ом-м; р.

Таблица 2. Количественные характеристики аномальных зон по даннъш математического моделирования

Тип геологического нарушения Размеры нарушения, м Ширина де-терми-ниро-ванной аномалии da, м Сопротивление аномального объекта, ра, Ом-м Рвм.ср/Ра Интенсивность аномалии ли. -¿и* «Ф- 100о/о йи„.ф.

горизонтальные d, = /(AUea) вертикальные ha=/(tl) обводненное нарушение необвод-ненное нарушение по центру по границе

Мульдообраз-ное понижение 30-50 30-60 50 10-200 10-15 1 30-50 50-150

Эрозионный размыв 50-100 20-40 70 20-500 10-27 0,4-1,5 50-85 150-700

Карстовое нарушение 20-60 50-70 30 30-15000 7-27 0,1-1,5 85-150 170-900

Трещиноватая зона 10-30 30-40 20 50-1000 4-16 0,1-0,5 85-150 150-1000

В третьей главе рассматриваются обоснование и разработка подземно-полевого метода электрометрического прогнозирования состояния массива горных пород. Характер стекания тока с поверхности трубы и весь физический процесс был исследован на основе теории линейных заземлителей. Установлено, что для условий Подмосковного бассейна достаточно заземлить питающую линию АВ на устья скважин, так как сопротивление вмещающей среды высокое (рвмср ^ 50 Ом-м). При этом большая часть тока (я 80%) распределится по всей колонне и на ее забое будет не менее 10% от общего задающего тока, что подтверждает возможность практического применения электрометрических методов при измерении полезного сигнала как на дневной поверхности, так и в горных выработках, где 1Ав —> 4 А. Выявлены закономерности стекания тока с обсадной колонны в геологическую среду в зависимости от ее электрического сопротивления. При пересечении обсадной колонны низкоомного (до 25 Ом-м) пласта в него будет стекать 40% тока, а вы-сокоомного (более 300 Ом-м) - 20%. Установлено влияние параметров питающих и приемных диполей на электрические характеристики поля в массиве, на основе чего разработана методика проведения исследований, включающая предварительный анализ гидрогеологической информации, использование обсадных колонн скважин в качестве питающих электродов, назем-

ные (площадные) и подземные (штрековые) измерения. Основные параметры имеют следующие значения: АВ = (10...20)-И, МИ = 10 м, 1ь - 0.1 -1о. Это дает основание для уверенного прогнозирования нарушенных обводненных и не-обводненных зон в надугольном комплексе пород Подмосковного бассейна (рис. 6 и 7).

А1С,

Д^Л^РиЛ),

Д1С = ——-U(Z)AZ Re

50 100 150 200 250 300 р„.,,.,Ояя

Рис.6. Кривая зависимости характера стекания тот с обсадной колонны от сопротивления вмещающей среды

О 10 2 0 30 40 50 60 70 80 90 100 Н,м

Рис. 7. График определения электрического тока вдоль обсадной колонны

Прогнозирование прорывоопасных зон в надугольных породах электрометрическим методом производится на стадии эксплуатации угольных месторождений Подмосковного бассейна с поверхности выемочного столба и из штреков, оконтуривающих выемочный столб. Методика проведения шахтных электрометрических наблюдений включает в себя следующие этапы: рекогносцировочные геолого-гидрогеологические и геофизические исследования с целью определения размеров установки для конкретных параметров ожидаемых геологических аномалий; площадные поисковые электрометрические наблюдения по сетке 10x10 м на двух-трёх разносах как с точечным заземлением питающей линии АВ, так и с заземлением на обсадные трубы (НСЭМ); детализационные профильные электрометрические измерения в штреках с заземлением питающей линии АВ на устье скважин (ПСЭМ). Таким образом, с двух сторон, сверху и снизу, "просвечивается" весь надугольный комплекс пород (рис. 8).

На поверхности выемочных столбов бассейна имеются устья водопо-нижающих, переспускных и других скважин, количество которых вполне достаточно для проведения полевых и подземных электрометрических наблюдений всей площади выемочного столба с несколькими разносами питающей линии АВ. Полученные площадные данные электрометрии дают общую оценку всего выемочного столба. Параллельно или последовательно с НСЭМ (в зависимости от количества имеющихся геофизических отрядов) проводятся профильные измерения разности потенциалов в штреках по направлениям - кровле, стенкам, почве (ПСЭМ). Естественно ожидать, что приближение элементов установки к интересующей части разреза или объекта в массиве горных пород повышает эффект в наблюдаемом поле.

В четвертой главе предложено обоснование методики интерпретации электрометрических данных. Эффективность геофизических методов в значительной мере определяется полнотой извлечения информации из полученных наблюдений. Повышение разрешающей способности электрометрических исследований связано с проблемой выделения полезных сигналов на фоне помех. Проведенные методически правильно и в большом объеме геофизические исследования не решают поставленные горно- и гидрогеологические задачи, если не предусмотреть обработку и интерпретацию первичного материала с использованием современных вероятностно-статистических методов.

а)

Ик

С,««

С,Т1

С," С,"'

Рис. 8. Технологические схемы проведения измерений: а) метод назем-но-скважинной электрометрии (НСЭМ); б) метод подземно-скважииной (ПСЭМ) электрометрии

Анализ методов обработки геофизической информации и уровня надежности прогнозирования гидрогеологического состояния и наличия прорыво-опасных зон в массиве горных пород показал, что использование ранее принятых положений и нормативов не удовлетворяет требованиям эффективной и безопасной отработки месторождений. Сложность принятия решения усугубляется также тем, что полная и достоверная информация состояния массива имеется только около разведочных скважин и неизвестна его динамика. Поэтому представляется важным рассмотрение последовательности горногидрогеологического истолкования электрометрических данных, которое включает в себя первичную обработку, геофизическую качественную и количественную интерпретацию и составление документации (заключения и рекомендаций) для представления предприятиям и использования их при разработке проектов способов осушения и выемки угля. Схема оптимального комплекса методов обработки и интерпретации (применительно к данным методов НСЭМ и ПСЭМ) разработана автором на основании изучения и анализа имеющихся в геофизике современных методов интерпретации и включает в себя качественное, количественное и горно-гидрогеологическое направления. Все эти направления взаимосвязаны и включают в себя графические, аналитические, статистические и вероятностные методы.

Методы осреднения широко распространены в статистике (работы И.М. Блоха, А.Г. Тархова и др.) и направлены на уменьшение изрезанностей графиков и увеличения наглядности визуального выделения аномалий. Оптимальным "окном" для условий бассейна определено: по методу среднего геометрического - трехточечное, по методу скользящего (подвижного) среднего - трех- и пятиточечное. К полученным графикам применяются аналитические методы выделения аномалии, основанные на сравнении с теоретическими для получения количественных параметров аномалии. По данным математического моделирования получена информация о характере и параметрах аномалий от различных прорывоопасных зон, т.е. решена прямая задача геофизики. По шахтным графикам электрометрии решается обратная задача геофизики - выявление параметров геологического нарушения в надуголь-ных породах: его глубины залегания и поперечных размеров. Обосновано несколько типов детерминированных (известных по форме и параметрам) аномалий, которые зависят от геологической природы нарушения и соответст-

вуют различным типам нарушений (см. табл. 2). Однако статистические и аналитические методы служат для выделения довольно сильных аномалий, которые можно подтвердить визуально. При этом графики наблюдений несут в себе информацию и о слабых аномалиях, которые не обнаруживаются на фоне помех визуально. В этом случае используются методы распознавания образов. Одной из возможностей фильтрации полезной информации на фоне помех является метод обратных вероятностей. Для условий бассейна разработан алгоритм этого метода (рис. 9). Сложность математического аппарата метода обратных вероятностей делает расчет «вручную» трудоемким и длительным. Использование ПЭВМ значительно повышает эффективность математической обработки и уменьшает период интерпретации по каждому выемочному столбу от 3 месяцев до 1-2 недель, что обеспечивает оперативную выдачу прогнозных рекомендаций на шахты.

Результаты измерений разности потенциалов электрического поля, полученные методом НСЭМ, подвергаются статистическим расчетам:

где ¿Ш'Ди - соответственно измерения при меньшем и большем разносе питающей линии АВ. Этим обеспечивается исключение влияния неоднородно-стей в верхнем слое.

Значения Ди, полученные в горных выработках методом ПСЭМ, предлагается представлять в следующем виде:

где Дик, Ди„ - измерения Ди по кровле и почве штрека. Этим исключается влияние оконтуровочных штреков.

Для получения объемной характеристики всего геологического разреза надугольных пород по конкретному профилю (штреку) наблюдений вводится объемный параметр Ди0б:

Кроме описанных характеристик электрического поля (Дипов, Диш, Диоб), существенное значение имеют полученные по ним эквивалентные параметры суммарной продольной проводимости (Б,) и суммарного поперечного сопротивления (Т,).

(И)

(12)

диоб = дипов + ди,

(13)

1_о 3=1

2а

( КОНЕЦ )

Рис. 9. Блок-схема алгоритма расчета вероятности обнаружения аномалии

Согласно работам В.К. Хмелевского, И.М. Мелькановицкого и др. эти параметры для условий бассейна выражаются следующими уравнениями:

(14)

¡=1 / ¡=1

где - суммарная мощность исследуемого комплекса пород; ДЦ = Дипов, ¡=1

Диш, Диоб в 1-й точке профиля. Физический смысл характеристик Б* и Т; заключается в следующем: основываясь на параметрах электрической анизотропии, они количественно отражают структурную анизотропию горных пород в массиве. Характеристика разреза поперечного сопротивления (Т) с точки зрения технологических свойств отражает степень трещиноватости и нарушенное™ пород в каждой точке измерений. Продольная проводимость разреза (Б) характеризует степень слоистости надугольной толщи с учетом глинистых прослоек. Это дает дополнительную информацию о прорывоопас-ности геологического нарушения и уточняет глубину его залегания (Ьа).

В пятой главе представлены промышленные исследования и результаты внедрения методики интерпретации электрометрического прогнозирования геотехнологических условий ведения горных работ. Обработка одного из графиков, полученного при измерении по кровле штрека 110 восточного шахты «Бельковская», показана на рис. 10. При этом были произведены трёхи пятиточечное арифметическое и геометрическое осреднения. Эти графики не имеют визуально интерпретируемый вид, а на пикетах 22-24 можно уверенно выделить отрицательную (обводненную) аномалию, которая подтверждается методом отношения градиентов потенциала и методом обратных вероятностей. На шахту были выданы рекомендации по локальному осушению в прорывоопасной зоне, которые не были учтены, и произошел прорыв.

Примером обнаружения неизвестного с помощью нескольких методов является эвристическая оценка обводненной надугольной толщи по данным электрометрии (рис. 11). Здесь представлены графики измерений ди по кровле и почве 20 вост. штрека ш.«Прогресс», графики вероятности (Р) и обратной вероятности (1/Р) обнаружения детерминированной аномалии, графики кажущихся сопротивлений (рк) электропрофилирования (ЭП) в модификации срединного градиента (СГ) на разных разносах питающих диполей АВ, выделены и указаны аномальные зоны на конкретных пикетах.

IIITPF.K 108 ИОСТОЧП

,1Й

'й

ШТРЕК но восточный

1 ГР

5хш jxi i IX i Vil

AB - 900 ГР XIII НСЭМ Л» - 1400

ПСЭМ

10 15 20 25 30 35 40 45 50 ПК

0,5

ШТРЕК 110

P>0

MN- КРОВЛЯ

20 25

¿1

P>0,5

50 55 ПК ГР

№

сам °i

S m i

Г,1

XIII XI IX VII

1 - переходимое нарушение; 2 - непереходимое нарушение; 3 - рекомендуемые границы обхода нарушения; 4 - рекомендации по бурению скважин

ПРОРЫВ IIITPF.K 1118 ВОСТОЧНЫЙ гр

шиш

I XIII XI IX VII

Рис. 10. Схемы ведения горных работ на шахте «Бельковская»: а) проектная схема отработки; б) данные геофизического исследования массива горных пород; в) обработка результатов исследований; г) прогноз и рекомендации ведения очистных работ; д) прорыв воды из-за несоблюдения рекомендаций

ксппэ

ли, мВ штрек 20 вост.

Рк, Ои-м

ЭП-СГ грЗ

по кровле

Лкр = 0,6

АВ = 2000 м

кровля почва

\ /\ \ \

75 80 8'4 ПК

Метод отношений Р и Д.

Р± Р

Р по кровле

75 80 84 ПК

р. Метод обратных вероятностей Р;

Ц = 0,95>0,5

8*4 ПК

П4 = 0,42 АВ = 1150 м 1)22,5 = 0,36

Д= 22,5 Гц п,„,„=0.06

75 80 84 ПК

Метод обратных вероятностей АВ = 1150и р=07>05 Г=4Гц ' ' '

84 ПК

АВ = 1150 м Р=оЛ<0,5 Г = 1040 Гц '

~7Г 8Ь 8!( ПК 75 80 Й ПК

Рис.11. Эвристическая оценка обводненности надугольной толщи по данным электрометрии на шахте "Прогресс"

Графики электрометрии, полученные на ш.«Никулинская» по пяти параметрам (Дип0в, Диш, Ди0б, Б, Т), характеризуются большой изрезанностью, трудночитаемостью и несут в себе сложную информацию как о полезной составляющей поля - аномалии, так и о помехах. Их физический смысл отражает дифференциацию и сложность литологического и морфологического факторов геологического разреза по штреку наблюдения. Поэтому одной из возможностей фильтрации полезного сигнала на фоне помех является статисти-ко-математическая обработка данных электрометрии. Итак, по результатам математического моделирования и данных опытно-промышленной проверки электрометрического прогнозирования прорывоопасных зон получены электрометрические критерии для параметров поля Дил0в. Диш, Диоб, которые особенно эффективны, если их применять к полученным на ш.«Никулинская» параметрам продольной проводимости (5) или слоистости и поперечного сопротивления (Т) или трещиноватости (рис. 12).

Это объясняется сходством основных законов (Дарси и Ома), описывающих фильтрационные процессы жидкости и постоянные электрического поля, в массиве горных пород, т.е. функциональной зависимостью фильтрационных и электрических параметров от сходных геолого-гидрогеологических факторов. Строгих аналитических связей между геофильтрационными и электрическими величинами нет, а статистические связи появляются в результате совместного анализа гидрогеологических и электрических характеристик прорывоопасных зон. Для условий шахт Подмосковного бассейна приводятся критерии выделения прорывоопасных зон для основных типов нарушений в надугольных породах (табл. 3).

Таким образом, к полученным пяти характеристикам электрического поля (Дипов, Диш, Диоб, Т) применяется комплекс методов интерпретации: графические, статистические, аналитические и вероятностные, по которым получены конкретные количественные характеристики каждого типа прорывоопасных зон. Выделение аномальных зон методом обратных вероятностей с использованием математической модели аномалий, применительно к полученным геофизическим характеристикам Дип0в, Диш, Диоб, 8, Т, позволяет полностью исключить субъективность при интерпретации.

о............12 е.....Ч е........5 ' з г 1 ® пий® номера скважин

Рис.12. Совмещенная схема горно-геофизических характеристик для гидрогеологической интерпретации данных ПСЭМ: а) графики Аиш и ос-редненный по методу среднего геометрического лигш; б) геологический разрез и кривые ЛИ, измеренные по кровле (Л11к) и почве (ли„); в) графики продольной проводимости 5, поперечного сопротивления Т и дебита скважин ()

Таблица 3. Критерии прорывоопасности по продольной проводимости и поперечному сопротивлению массива горных пород

По 5 (слоистость) По Т (трешиноватость)

Наименование критерия обводненный карст (размыв) мульда трещиноватая зона (сухая) обводненный карст (размыв) мульда трещиноватая зона (сухая)

Вид аномалии Положительная Положительная Отрицательная Отрицательная Отрицательная Положительная

Величина аномалии 1,5-2 1,1-1,4 3-6 2-5 1,2-1,5 2-4

Интенсивность аномалии 0,5-0,7 0,1-0,2 2-7 0,4-0,6 0,2-0,4 3-5

Градиент ано-

мального эффекта (хЮ"2), 1/м 2,5-3,5 0,25-0,45 2-5 3-4,5 0,2-0,4 2-4

Форма аномалий:

узкая + + + +

широкая + + + +

В шестой главе рассматриваются вопросы, связанные с подготовкой угольных пластов к отработке на основе электрометрического прогнозирования прорывоопасных зон. Геофизические исследования проводились в период между окончанием проходки горных выработок, оконтуривающих выемочный столбов, и пуском лавы в эксплуатацию. В общей сложности этот период обычно длится 2-3 мес. Длительность геофизической съемки составляет 2-3 недели на один выемочный столб длиной 1000 м и шириной 100 м и около двух недель необходимо на интерпретацию и выдачу конкретных рекомендаций геологам шахт по осушению: бурение наклонных восстающих скважин на тульский горизонт из горной выработки или с поверхности выемочного столба бурение водопонижающих скважин на окский горизонт. Оставшегося времени до пуска лавы вполне достаточно для выбора схем осушения рационального размещения в штреках дренажных устройств и полной подготовки лавы к эксплуатации.

По многочисленным данным шахтного электрометрического прогнозирования аномальных зон в углевмещающем комплексе горных пород были обоснованы схемы безаварийной подготовки к отработке выемочных столбов

с учетом величины и расположения непереходимых нарушений (рис. 13). Геологи шахт не всегда реализуют геофизические рекомендации по локальному осушению прорывоопасных зон, поэтому в процессе отработки лав происходят прорывы воды и плывунов в горные выработки, что снижает эффективность отработки и приводит к остановке горных работ.

нарушение со стороны штрека а)конвейерного б)вентиляционного

нарушение в средней части выемочного участка в) нарушение малых размеров г) нарушение больших размеров

непереходгшое нарушение

Для повышения надежности осушительных мероприятий предполагается пройти дополнительный дренажный штрек, что особенно необходимо при нарезке выемочных столбов с длиной лавы Ьл = 120-140 м (рис. 14). Учитывая геологический разрез, в аномальную зону можно рекомендовать бурение восстающих наклонных скважин из дренажного штрека на тульские и окские обводненные породы, а также водопонижающие скважины с поверхности на окские известняки. Дальнейшую отработку можно вести как две лавы по очереди.

а)

Водопонижаю-щие скважины на окские известняки

Восстающие наклонные скважины на окские обводненные мульды

б)

Восстающие скважины, забивные фильтры

Водопонижающие скважины с поверхности на окские известняки

Рис.14. Подготовка угольных пластов к отработке: а) геологический разрез с прогнозной рекомендацией прорывоопасной зоны; б) схема подготовки выемочного столба к отработке

Важнейшими параметрами системы разработки являются размеры выемочного столба: длина выемочного столба и длина очистного забоя. Анализ работы 207 выемочных столбов Подмосковного бассейна показывает, что 60% выемочных столбов имели длину до 500 м, 27% - от 500 до 800 м и только 13% имели длину 800-1400 м. Длина лавы колебалась в очень широких пределах: от 35 до 130 м. Среднедействующая линия одного очистного забоя составила 79,7 м. Расчеты показали, что рациональная длина очистного забоя в зависимости от горно-геологических условий (устойчивости боковых пород, гипсометрии, наличия нарушений угольного пласта, условий поддержания выемочных выработок) и типа комплекса, выбранного по преобладающей мощности угольного пласта в выемочном столбе, находится в пределах 60-130 м. При ведении очистных работ характер сдвижения толщи слоистых пород изменяется в довольно широких пределах и зависит от многих факторов, основными из которых являются: вынимаемая мощность угольного пласта, глубина ведения работ, структура и физико-механические свойства пород, длина лавы. Принимаемые решения по определению рациональных значений длины лав и выемочного столба, на основе которых разработан алгоритм определения оптимальной длины лавы с учетом обеспечения нагрузки на забой (рис. 15), должны одновременно удовлетворять условию экономической и технической целесообразности. Расчет коэффициента совершенства схемы организационных работ Ко проводился с учетом факторов, осложняющих ведение горных работ, полученных по данным электрометрического прогноза состояния обводненных углепородных массивов Подмосковного бассейна.

По разработанной и утвержденной ОАО "Тулауголь" методике интерпретации были обработаны результаты электрометрии подземно-полевого метода по шахтам "Бельковская", "Прогресс", "Подмосковная", "Никулинская", "Владимировская" и др. на 22 выемочных столбах и выданы рекомендации по рациональному расположению дренажных скважин и эффективной отработке угля. При этом выявлены 54 геологических нарушения различных типов и обводненных зон, из них 4 ложных и 5 пропущенных. По результатам электрометрического прогнозирования прорывоопасных зон получена надежность безошибочного прогноза 83%.

Рис.15. Алгоритм определения оптимальной длины лавы с учетом

обеспечения нагрузки на забой

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертация является научно-квалификационной работой, в которой решена важная научная проблема разработки подземно-полевого электрометрического метода прогнозирования состояния обводненных углепород-ных массивов Подмосковного бассейна, что имеет существенное значение для обеспечения эффективности и безопасности отработки угля в сложных гидрогеологических условиях.

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

1. Доказана необходимость дальнейших электрометрических исследований для обоснования геотехнологических решений, позволяющих оценивать фактическое обводненное состояние массива и прогнозировать его динамику при подготовке и ведении подземных горных работ.

2. Разработана геоэлектрическая модель анизотропного массива на-дугольных пород по данным стандартного каротажа и усовершенствована методика обработки геофизической информации за счет учета данных значений гидрогеологических и технологических характеристик и обоснования критериев прогнозирования состояния массива.

3. Определены условия и вероятности возникновения критических ситуаций прорыва подземных вод в горные выработки за счет математического моделирования нормальных и аномальных электрических полей для автоматизированной обработки электрометрической информации и анализа результатов.

4. Установлены функциональные зависимости формирования и распространения электрического поля в зависимости от совокупности влияющих факторов при подземно-полевом методе проведения его геофизического мониторинга, а также получены уравнения, отражающие связь между основными электрическими параметрами и степенью обводненности и нарушенности горных пород.

5. Установлено влияние параметров питающих и приемных диполей на электрические характеристики поля в массиве, на основе которых разработана методика проведения исследований, включающая предварительный анализ гидрогеологической информации, использование обсадных колонн скважин в качестве питающих электродов, проведение наземных площадных и подземных измерений.

6. Обоснованы критерии прогноза типов прорывоопасных зон по следующим электрометрическим параметрам: размер аномалии, её интенсивность, градиент аномального эффекта с учетом слоистости и трещиновато-сти, а также получены пределы изменения этих параметров.

7. Обоснован критерий оценки нарушенное™ углепородного массива на основе дифференциации характеристик изменения параметров электрического поля, которым оценивается вероятность возникновения аномального явления. В качестве критерия принята величина обратной вероятности Pj обнаружения детерминированной аномалии, которая должна быть Pj > 0,5. Исследования показали, что этот критерий действителен для широкого диапазона горно-геологических условий Подмосковного бассейна в целом.

8. Разработаны:

- комплекс программ математического моделирования формирования и распространения электрического поля в углевмещающих породах;

- технология проведения подземно-полевого электрометрического метода прогнозирования нарушенности и обводненности углепородного массива и возможных гидродинамических явлений (прорывоопасности) при разработке месторождений полезных ископаемых;

- комплекс программ автоматизированной обработки для интерпретации данных электрометрического прогнозирования обводненности, нарушенности и физико-технологических свойств углепородных массивов.

9. Обоснованы способы подготовки угольных пластов к отработке с учетом нарушенности и обводненности углепородного массива по площади выемочного столба, каждый из которых рассматривается и учитывается как случайная величина.

Основные научные н практические результаты диссертации опубликованы в следующих работах автора

Монографии:

1. Логачева В.М., Подколзин A.A. Повышение эффективности разработки месторождений электрометрическим прогнозированием аномальных зон в углевмещающих породах. - Новомосковск: Изд. РХТУ им. Д.И. Менделеева, Новомосковский институт. - 2006. - 138 с.

2. Логачева В.М. Электрометрическое прогнозирование состояния уг-левмещающих пород для выявления причин дестабилизации работы очистных забоев. - Новомосковск: Изд. ГОУ ВПО "РХТУ им. Д.И. Менделеева", Новомосковский институт (филиал). - 2008. - 136 с.

Научные статьи:

3. Логачева В.М. Электрометрическое прогнозирование прорывоопас-ных зон для повышения безопасности отработки угольных пластов // Горный информационно-аналитический бюллетень (ГИАБ). - 2006. - № 2. -С.112-113.

4. Логачева В.М. Оценка физического состояния надугольного комплекса пород на предмет прорывоопасности // Горный информационно-аналитический бюллетень (ГИАБ). - 2006. - № 3 -С.71-73.

5. Логачева В.М. Пример гидрогеологического истолкования геофизических измерений с использованием ЭВМ // Горный информационно-аналитический бюллетень (ГИАБ). - 2006. - № 4 - С.61-65.

6. Логачева В.М., Дмитрак Ю.В. Гидрогеологические условия залегания угольных пластов месторождений Подмосковного бассейна // Горный информационно-аналитический бюллетень (ГИАБ). - 2006. - № 6. - С.28-30.

7. Логачева В.М., Захаров В.Н. Математическое обоснование электрометрического прогноза аномальных зон в углевмещающем комплексе пород // Горный информационно-аналитический бюллетень (ГИАБ). - 2006. -№6.- С.133-139.

8. Логачева В.М. Обработка и интерпретация данных электрометрических исследований на шахтах Подмосковного бассейна // Горный журнал. -2006. - № 6. - С.69-72.

9. Логачева В.М., Дмитрак Ю.В. Основные типы геологических нарушений в углевмещающем комплексе пород Подмосковного бассейна // Горный информационно-аналитический бюллетень (ГИАБ). - 2006. ■ № 7. -С.29-32.

10. Логачева В.М., Дмитрак Ю.В., Подколзин A.A. Геофизическое прогнозирование нарушенное™ и обводненности массива горных пород // Горный информационно-аналитический бюллетень (ГИАБ). - 2006. - № 11. -С.35-36.

11. Логачева В.М. Эвристическая оценка обводненности надугольной толщи по данным электрометрии // Горный информационно-аналитический бюллетень (ГИАБ). - 2006. - № 12. - С.146-148.

12. Логачева В.М. Повышение геоэкологической безопасности отработки угольных пластов при внедрении способа электроразведочного прогноза // Известия Тульского государственного университета. Серия "Геотехнологии". - Тула: Изд-во ТулГУ. - 2006. - Вып.1.- С.288-294

13. Логачева В.М. Повышение достоверности теоретико-вероятностных методов выявления прорывоопасных зон в углевмещающих породах // Известия Тульского государственного университета. Серия "Геотехнологии". - Тула: Изд-во ТулГУ. - 2006. - Вып.1. - С.294-300

14. Логачева В.М., Качурин Н.М., Подколзин А.А. Повышение надежности геофизического прогнозирования обводненности углевмещающих пород // Известия Тульского государственного университета. Серия "Геотехнологии". - Тула: Изд-во ТулГУ. - 2006. - Вып.1. -С.300-312.

15. Логачева В.М. Физико-математические основы метода наземно-скважинной и подземно-скважинной электрометрии // Известия Тульского государственного университета. Серия "Геотехнологии". - Тула: Изд-во ТулГУ. - 2006. - Вып. 1. - С.312-318.

16. Качурин Н.М., Логачева В.М., Подколзин А.А., Горюнова Е.М. Геологическое обоснование применения геофизических методов для решения геотехнологических задач // Известия Тульского государственного университета. Естественные науки. Серия "Науки о Земле". - Тула: Изд-во ТулГУ. -2007. -Вып.2. - С.9-15.

17. Логачева В.М. Основные геотехнологические факторы, влияющие на эксплуатацию угольных месторождений // Известия Тульского государственного университета. Естественные науки. Серия "Науки о Земле". - Тула: Изд-во ТулГУ. - 2007. - Вып.2. - С.246-248.

18. Логачева В.М. Геолого-геофизический анализ угленосных геологических структур // Известия Тульского государственного университета. Естественные науки. Серия "Науки о Земле". - Тула: Изд-во ТулГУ. - 2009. - Вып.5. - С.60-63.

Тезисы докладов и депонированные рукописи:

19. Логачева В.М., Газизов М.С. Основы гидрогеологической интерпретации данных шахтных электрометрических наблюдений // Сборник трудов «Совершенствование технологии горных работ и прогнозирование усло-

вий залегания угля на шахтах Подмосковного бассейна» ИГД им. A.A. Ско-чинского, ПНИУИ. - Тула, 1989. - С.82-84.

20. Логачева В.М. К вопросу повышения надежности прогнозирования геологических нарушений электрометрическим методом // Тезисы докладов X Всесоюзного научно-технического семинара «Использование новых геофизических методов для решения инженерно-геологических задач» 4-6 июля.-Москва, 1989. - С.141-142.

21. Логачева В.М. Изучение распределения электрического поля в над-угольных породах при скважинном заземлении электродов // Информационный сборник ЦНИЭИуголь «Научно-технические достижения и передовой опыт в угольной промышленности». - Москва, 1990. -№ 2. - С. 29-33

22. Логачева В.М., Новиков Е.Л. Опыт применения электрометрии для прогнозирования обводненности и нарушенности вмещающих пород на шахтах Подмосковного бассейна // Информационный сборник ЦНИЭИуголь «Научно-технические достижения и передовой опыт в угольной промышленности». - Москва, 1990. - № 4. - С. 17-20.

23. Логачева В.М. Распределение аномального поля по данным математического моделирования для подземно-скважинной электрометрии // Информационный сборник ПНИУИ «Технология разработки и прогнозирование горно-геологических условий залегания угольных месторождений Подмосковного бассейна» ИГД им. A.A. Скочинского, ПНИУИ. - Тула, 1990. -С. 39-45.

24. Логачева В.М. Геофизические методы прогнозирования аномальных зон // Труды научно-технической и учебно-методической конференции профессорско-преподавательского состава и сотрудников филиала РХТУ. -Новомосковск, 1993. - С. 282.

25. Логачева В.М. Интерпретация геофизических данных с целью обнаружения обводненных зон в надугольных породах // Материалы научно-технической конференции НИ РХТУ. 4.2. - Новомосковск, 1994. - С.149-150. Деп. в ВИНИТИ 5.10.95, № 2685-В95.

26. Логачева В.М. Анализ и оценка применения геофизических методов и аппаратуры в Подмосковном угольном бассейне // Тезисы докладов II региональной научно-практической конференции «Повышение долговечности оборудования и восстановления деталей машин: опыт, проблемы, перспекти-

вы», 28-29 ноября 1997, Новомосковск / Новомосковский институт Российского хим.-техн. университета. - Новомосковск, 1997. - С.62-63.

27. Логачева В.М. Электрометрия как метод прогноза аномальных зон // Материалы научно-технической конференции НИ РХТУ, 9-13 декабря 1998, 4.1. - Новомосковск, 1998. - С.139-140. Деп. в ВИНИТИ 5.02.98, № 331-В98.

28. Логачева В.М. Применение данных математического моделирования для решения геофизического прогнозирования аномальных зон // Материалы научно-технической конференции НИ РХТУ, 23-26 марта 1999, 4.2. -Новомосковск, 1999. - С.284-287. Деп. в ВИНИТИ 29.11.99, № 35157-В99.

29. Логачева В.М., Жариков A.B. Электрометрические критерии оценки прорывоопасности вод в горных массивах // Тезисы докладов III научно-технической конференции молодых ученых и аспирантов НИ РХТУ. - Новомосковск, 2001. - С.З.

30. Логачева В.М., Кощенко В.И. Физика процесса распределения электрического поля в массиве горных пород // Материалы XXIII научно-технической конференции Новомосковского института Российского хим.-техн. университета. Новомосковск, 4-7 декабря 2002 / Новомосковский институт Российского хим.-техн. университета. - Новомосковск, 2002. - С.117-118. Деп. в ВИНИТИ 17.04.2002, № 713 В 2002.

31. Логачева В.М., Кощенко В.И. Обоснование параметров модели геоэлектрических условий по данным физического моделирования и стандартного каротажа // Научная конференция профессорско-преподавательского состава и сотрудников НИ РХТУ: Тезисы докладов / РХТУ, Новомосковский институт. - Новомосковск, 2004. - С.60-61.

32. Логачева В.М., Андреев Д.Е. Фатин С.А. Шпак A.B. Геофизические исследования по прогнозированию обводненных зон в углевмещающих породах // VII научно-техническая конференция молодых ученых, аспирантов и студентов НИ РХТУ: Тезисы докладов. 4.II. - Новомосковск, 2005. - С.57.

33. Логачева В.М., Шпак A.B. Гидрогеологическое состояние надугольного комплекса пород по данным электроразведки // XXV научная конференция проф.-препод, состава и сотрудников НИ РХТУ: Тезисы докладов. 4.1. - Новомосковск, 2006. - С.77.

34. Логачева В.М., Дронов A.M. Кочкин А.В. Шпак А.В. Повышение достоверности электрометрического прогнозирования горно-геологических условий выемочных участков // VIII научно-техническая конференция молодых ученых, аспирантов и студентов НИ РХТУ: Тезисы докладов. - Новомосковск, 2006.-С. 127-128.

35. Logacheva V.M. Geophysical forecasting of disturbances coalcontaining soils // Academy of minig sciences. Geotechnologies and environ-mental protection. -Tula, 2006.-№ 1,- P.66-69.

36. Logacheva V.M. Analysis of the means of interpretation of geographical measulrelments // Academy of minig sciences. Geotechnologies and environ-mental protection. - Tula, 2006. - № 1. - P.70-74.

37. Logacheva V.M. Methodical baslis of conducting field and udergroud electro ilnvestilgaion // Academy of minig sciences. Geotechnologies and environ-mental protection. - Tula, 2006. - № 1. - P.75-81.

38. Logacheva V.M. Results of determined anomalies calculation according mathematical modulation data // Academy of minig sciences. Geotechnologies and environ-mental protection. - Tula, 2006. - № 1. - P.82-84.

39. Логачева B.M. Геофизическое исследование углепородного массива для обоснования технологических параметров ведения горных работ // Материалы XXVI научно-технической конференции НИ РХТУ им. Д.И. Менделеева. 4.2. - Новомосковск, 2007 - С.84.

40. Логачева В.М. Опыт применения комбинированного способа полевой и подземной электрометрии (КСППЭ) для прогноза аномальных зон // Труды НИ РХТУ. Серия: Инженерная механика, материаловедение и надежность оборудования / РХТУ им. Д.И. Менделеева, Новомосковский институт, Вып.7(20).

- Новомосковск, 2008. - С. 152-156.

41. Логачева В.М. Определение оптимальной длины лавы с учетом обеспечения нагрузки на забой по данным электрометрического прогноза П Труды НИ РХТУ. Серия: Инженерная механика, материаловедение и надежность оборудования / РХТУ им. Д.И. Менделеева, Новомосковский институт, Вып.7(20).

- Новомосковск, 2008. - С. 157-164.

42. Логачева В.М., Подколзин А.А. Подземно- и наземноскважинное электрометрическое исследование надугольных пород выемочных столбов шахт Подмосковного бассейна // XXVII научная конференция проф.-препод. состава и сотрудников НИ РХТУ им. Д.И. Менделеева, посвященная

50-летию НИ РХТУ им. Д.И. Менделеева. Тезисы докладов. Часть II / ГОУ ВПО РХТУ им. Д.И. Менделеева, Новомосковский институт (филиал). - Новомосковск, 2009. - С.77.

43. Логачева В.М. Геофизическое прогнозирование дифференциации массива горных пород по их удельному электрическому сопротивлению // XXVII научная конференция проф.-препод, состава и сотрудников НИ РХТУ им. Д.И. Менделеева, посвященная 50-летию НИ РХТУ им. Д.И. Менделеева. Тезисы докладов. Часть II / ГОУ ВПО РХТУ им. Д.И. Менделеева, Новомосковский институт (филиал). - Новомосковск, 2009. - С.78.

Подписано в печать 19.01.2010 . Формат 60 х 84Ш6 Заказ № 886/728 Объем 2 п.л. Тираж 100 экз.

ГОУ ВПО «Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева» Новомосковский институт (филиал). Издательский центр Адрес университета: 125047, Москва, Миусская пл., 9 Адрес института: 301650 Новомосковск, Тульская обл., Дружбы, 8

Содержание диссертации, доктора технических наук, Логачева, Валентина Михайловна

ВВЕДЕНИЕ.

1. АНАЛИЗ ОСОБЕННОСТЕЙ РАЗРАБОТКИ ПОЛОГИХ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ В СЛОЖНЫХ ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ ПОДМОСКОВНОГО БАССЕЙНА.

1.1. Геолого-геофизический анализ угленосных геологических структур.

1.2. Разработка пологих угольных пластов с учетом геологических условий их залегания.

1.3 Оценка основных причин дестабилизации работы очистных забоев угольных шахт в сложных гидрогеологических условиях.

1.4. Основные типы геологических нарушений углепородных массивов в Подмосковном бассейне.

1.5. Анализ и оценка применения геофизических методов прогнозирования нарушенных и обводненных зон.

1.6. Выводы и постановка задач исследований.

2. РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ИМИТАЦИОННЫХ И МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ ГЕОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ УГО-ЛЕВМЕЩАЮЩЕГО КОМПЛЕКСА ПОРОД.

2.1. Аналитические исследования геотехнологических характеристик пород кровли в связи с их электрометрическим прогнозированием.

2.2. Обоснование геоэлектрических и геотехнологических характеристик основных литотипов пород по данным физического моделирования.

2.3. Разработка имитационной геоэлектрической модели и обоснования ее параметров по данным стандартного каротажа.

2.4. Разработка и исследование математической модели геоэлектрических условий углепородного массива.

2.5. Выводы. В

3. ОБОСНОВАНИЕ И УСТАНОВЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ПОДЗЕМНО-ПОЛЕВОГО МЕТОДА ЭЛЕКТРОМЕТРИЧЕСКОГО ПРОГНОЗИРОВАНИЯ СОСТОЯНИЯ МАССИВА ГОРНЫХ ПОРОД

3.1. Требования горного производства к методу полевой электроразведки и ее аппаратурному обеспечению.

3.2.Технологические и физико-математические основы метода наземно-скважинной и подземно-скважинной электрометрии.

3.3. Разработка методики проведения полевых и подземных электрометрических измерений

3.4. Выводы.

4. РАЗРАБОТКА И МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ МЕТОДИКИ ИНТЕРПРЕТАЦИИ ЭЛЕКТРОМЕТРИЧЕСКИХ ДАННЫХ ДЛЯ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ НЕСТАБИЛЬНЫХ СИТУАЦИЙ ПРИ ОТРАБОТКЕ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ

4.1. Аналитические исследования методов обработки и интерпретации результатов геофизических исследований.

4.2. Горно-техническая необходимость повышения уровня прогноза нарушенных зон в массиве горных пород.

4.3. Исходные данные и алгоритм расчета методики интерпретации электрометрических данных.

4.4. Апробация методики на примере реальной горно-геологической задачи.

4.5. Выводы.

5. ПРОМЫШЛЕННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПОД ЗЕМНО-ПОЛЕВОГО ЭЛЕКТРОМЕТРИЧЕСКОГО МЕТОДА ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ГЕОТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ ВЕДЕНИЯ ГОРНЫХ РАБОТ.

5.1. Обоснование технологий ведения очистных работ в комплексно-механизированных забоях с учетом полевого электрометрического прогнозирования прорывоопасных зон на шахтах Подмосковного бассейна.

5.2. Опыт картирования забоя скважин полевой электрометрией при наличии горной выработки.

5.3. Промышленное применение подземно-полевого электрометрического метода прогноза аномальных зон в углевмещающем комплексе пород.

5.4. Применение методики интерпретации электрометрических данных для обоснования технологии отработки угольных пластов.

5.5. Выводы.

6. ПОДГОТОВКА УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ К ОТРАБОТКЕ НА ОСНОВЕ ЭЛЕКТРОМЕТРИЧЕСКОГО ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ПРОРЫВО-ОПАСНЫХ ЗОН И ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРОГНОЗА

6.1. Обоснование схем подготовки выемочных столбов к отработке с учетом определения оптимальной длины лавы по данным электрометрического прогноза.

6.2. Результаты внедрения подземно-полевого электрометрического метода прогнозирования прорывоопасных зон на шахтах Подмосковного бассейна.

6.3. Экономическая эффективность внедрения результатов исследований

6.4. Выводы.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Разработка подземно-полевого электрометрического метода прогнозирования состояния обводненных углепородных массивов Подмосковного бассейна"

Тенденции развития современного промышленного производства связаны с возрастающей потребностью в топливе. Уголь, запасы которого превышают запасы известных ископаемых энергоносителей (нефть, газ), является одним из важнейших компонентов, слагающих топливный баланс промышленно развитых стран. По мере истощения запасов нефти и газа, потребность в угле будет еще более возрастать. Кроме того, уголь является сырьем для производства важнейших видов химической продукции.

Геологические условия угольных месторождений определяют все основные технологические циклы эксплуатации шахтных полей. Основа для принятия решения о системах вскрытия и разработки шахтного поля - результаты детальной разведки, в ходе которой определяются основные особенности залегания угольных пластов, их тектонического строения и гидрогеологии, выдержанность по мощности и устойчивость боковых пород, развитие нарушений. Однако геологические данные, достаточные для определения систем вскрытия и разработки шахтных полей, не в полной мере могут являться основой для определения оптимальной конфигурации и размеров добычных участков, установления обоснованных темпов добычи и др.

Необходимым условием эффективного планирования отработки угольных месторождений является наличие надежной информации прогнозного характера об их гидрогеологических условиях. При этом особое значение имеет обнаружение нарушенных и обводненных зон в надугольном комплексе пород. При ведении геологоразведочных работ и последующей доразведке угольных месторождений с использованием стандартной сетки расположения скважин достигаемая надежность описания свойств и состояния массива горных пород не превышает 50%. В процессе ведения горных работ с появлением техногенной нарушенности в массиве происходит перераспределение напряженного состояния, изменяются гидродинамические режимы подземных вод в обводненных горных породах и соответственно изменяются их свойства и состояние. Существующие способы осушения шахтных полей не учитывают наличия ло5 кальных прорывоопасных зон в углевмещающих породах. В результате в действующих очистных забоях происходят катастрофические прорывы подземных вод из надугольных водоносных горизонтов. Например, на ш.«Никулинская» в очистных забоях ежегодно происходит до 10 прорывов воды с дебетом 20-40

3 3 м /ч и выносом песка от 100 до 2500 тыс.м . Это приводит к остановке забоев и потере объемов добычи угля. Поэтому на стадии эксплуатации шахт Подмосковного бассейна широко применяется оперативный геофизический прогноз и контроль гидрогеологического состояния и технологических свойств массива. Среди них наибольшее распространение получил электрометрический прогноз, уровень надежности которого на действующих шахтах достигает 70 %.

Усложнение гидрогеологических и горнотехнических условий на перспективных участках Подмосковного угольного бассейна (связанное с увеличением до 130 м глубины залегания угольного пласта и наличием мощного надугольного тарусско-окского водоносного горизонта), необходимость роста нагрузки на очистной забой и обеспечения безопасности ведения горных работ требуют повышения надежности электрометрического прогноза гидродинамического состояния углепородного массива для обоснования новых геотехнологических решений разработки обводненных угольных месторождений. Применение автоматизированного электрометрического мониторинга надугольного комплекса пород путем приближения приёмно-питающих (линейных) электродов к объекту исследования и оперативной обработки результатов полученных измерений позволит повысить надежность прогноза и контроля гидрогеологических и технологических свойств массива и интегрировать указанный прогноз в общешахтную систему автоматизированного контроля.

Целью диссертационной работы является разработка подземно-полевого электрометрического метода прогнозирования состояния обводненных углепородных массивов Подмосковного бассейна, позволяющего кардинально повысить информативность и надежность оценок нарушенности и обводненности надугольного комплекса пород, а также гарантировать выявление прорывоопасных зон в нем для эффективной и безопасной отработки угольных пластов.

Основная идея работы состоит в комплексной оценке и использовании закономерностей влияния трещиноватости, обводненности, слоистости, нарушенности и механических свойств углепородного массива на его электрофизические свойства и создании на основе установленных закономерностей моделей, алгоритмов, программных комплексов и аппаратуры, позволяющих оценивать фактическое состояние массива и прогнозировать динамику его изменений при ведении горных работ для принятия решения о способах подготовки угольных пластов к эффективной и безопасной отработке.

Методы исследований:

- аналитические методы математического моделирования электрических полей в углевмещающих породах;

- натурные экспериментальные исследования влияния строения, нарушенности, обводненности и физико-механических свойств массива горных пород на электрические параметры, регистрируемые в полевых и шахтных условиях;

Основные научные положения, выносимые на защиту:

• Эффективная и безопасная отработка обводненных месторождений Подмосковного бассейна невозможна без опережающего электрометрического прогноза нарушений, который должен рассматриваться как необходимый элемент горных технологий. Основные типы геологических нарушений и обводненных зон в надугольном комплексе пород Подмосковного бассейна могут классифицироваться как прорывоопасные зоны по генезису, морфологии, частоте встречаемости, технологическим свойствам и электрометрическим параметрам слагающих пород.

• Сложные гидрогеологические условия шахт Подмосковного бассейна описываются трехслойной геоэлектрической моделью анизотропного массива надугольных пород, которая может быть упрощена путем её замены на две двухслойные: при расчете модели сверху - со стороны первого-второго и снизу — со стороны третьего-второго слоев.

• Разработанная математическая модель расчета нормального и аномального электрических полей слоистого массива горных пород отличается использованием вертикальных линейных питающих диполей и приближением приемных электродов к объекту исследования, а также заменой расчетов потенциала и(г) над трехслойной средой расчетами потенциала над двумя двухслойными.

• Оптимальные схемы размещения питающих (АВ) и приёмных (МЫ) диполей при реализации метода подземно-полевой электрометрии могут быть получены на основе теории линейных питающих заземлителей с учетом доли стекающего тока в геологическую среду и обоснованием параметров детерминированных аномалий.

• Эффективность применения электрометрического прогнозирования состояний углевмещающего комплекса пород определяется полнотой извлечения информации из полученных измерений, которая обеспечивается использованием современных вероятностно-статистических методов фильтрации полезного сигнала на фоне помех.

• Критериями прогноза типов обводненных и необводненных нарушений являются обоснованные в работе значения таких электрометрических параметров, как размеры аномалии, её интенсивность, градиент аномального эффекта с учетом слоистости и трещиноватости углепородного массива, а также величина обратной вероятности обнаружения детерминированной аномалии.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются:

- большим объёмом экспериментальных исследований, проведенных на шахтах Подмосковного бассейна;

Научная новизна:

- на основе данных электрометрического прогноза о нарушенности и обводненности углепородного массива обоснованы эффективные и безопасные способы подготовки к отработке угольных пластов.

Научное значение диссертации заключается:

Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались на научно-технических конференциях (ПНИУИ, 1976-1989 гг.), на отраслевом семинаре по научно-техническим проблемам эффективного осушения строящихся шахт (ПНИУИ, 1980 г.), на Всесоюзной научно-технической конференции специалистов угольной промышленности (ИГД им. A.A. Скочинско-го, 1987 г.), на IX Всесоюзном научно-техническом семинаре-совещании (Донецк, УФ ВНИМИ, 1987 г.), на заседаниях технического совета ПНИУИ (19841990 гг.), на научных семинарах ННЦ ИГД им. A.A. Скочинского (1985-1988 гг.), на научно-технических конференциях НИ РХТУ им. Д.И. Менделеева (Новомосковск, 1993-2009 гг.), на научно-технических конференциях ТулГУ (Тула,

2005-2009 гг.), на научном симпозиуме «Неделя горняка» (Москва, МГГУ,

2006-2009 гг.).

Заключение Диссертация по теме "Горнопромышленная и нефтегазопромысловая геология, геофизика, маркшейдерское дело и геометрия недр", Логачева, Валентина Михайловна

6.4. Выводы

1. Разработан алгоритм определения оптимальной длины лавы с учетом обеспечения нагрузки на забой по данным электрометрического прогноза про-рывоопасных зон в углевмещающем комплексе пород. Расчет коэффициента совершенства схемы организационных работ Кс проводился с учетом факторов, осложняющих ведение горных работ, полученных по данным электрометрического прогноза состояния обводненных углепородных массивов Подмосковного бассейна.

2. Обоснованы способы подготовки угольных пластов к отработке с учетом нарушенности и обводненности углепородного массива по площади выемочного столба, каждый из которых рассматривается и учитывается как случайная величина.

3. Получены критерии прорывоопасности аномальных зон (табл. 6.5 и 6.6) по данным электрометрического прогнозирования состояния углепородного массива.

4. По разработанной и утвержденной ОАО "Тулауголь" методике интерпретации были обработаны результаты электрометрии подземно-полевого метода по шахтам "Бельковская", "Прогресс", "Подмосковная", "Никулинская", "Владимировская" и др. на 22 выемочных столбах и выданы рекомендации по рациональному расположению дренажных скважин и эффективной отработке угля. При этом выявлены 54 геологических нарушения различных типов и обводненных зон, из них 4 ложных и 5 пропущенных. По результатам электрометрического прогнозирования прорывоопасных зон получена надежность безошибочного прогноза 83%.

5. Оперативность и объективность определения аномальных зон по разработанной автором методике интерпретации с использованием ПЭВМ позволяет получить расчетный экономический аффект на один выемочный столб.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертация является научно-квалификационной работой, в которой решена важная научная проблема разработки подземно-полевого электрометрического метода прогнозирования состояния обводненных углепородных массивов Подмосковного бассейна, что имеет существенное значение для обеспечения эффективности и безопасности отработки угля в сложных гидрогеологических условиях.

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

6. Обоснованы критерии прогноза типов прорывоопасных зон по следующим электрометрическим параметрам: размер аномалии, её интенсивность, градиент аномального эффекта с учетом слоистости и трещиноватости, а также получены пределы изменения этих параметров.

7. Обоснован критерий оценки нарушенности углепородного массива на основе дифференциации характеристик изменения параметров электрического поля, которым оценивается вероятность возникновения аномального явления. В качестве критерия принята величина обратной вероятности Р; обнаружения детерминированной аномалии, которая должна быть Р| > 0,5. Исследования показали, что этот критерий действителен для широкого диапазона горногеологических условий Подмосковного бассейна в целом.

8. Разработаны:

Библиография Диссертация по наукам о земле, доктора технических наук, Логачева, Валентина Михайловна, Тула

1. Бурчаков A.C., Жежелевский Ю.А., Ярунин С.А. Технология и механизация подземной разработки пластовых месторождений. - М.: Недра, 1989. -431 с.

2. Подмосковный угольный бассейн / Под ред. Потапенко В.А. Тула: «Гриф и К0», 2000. - 276 с.

3. Якубовский Ю.В., Ляхов A.A. Электроразведка. М.: Недра, 1974.376 с.

4. Инструкция по прогнозированию зон повышенной обводненности и контролю осушенности надугольных известняков методами шахтной полевой электроразведки. Новомосковск: ПНИУИ, 1981.

5. Внедрить комбинированный способ прогнозирования обводненности надуголькой толщи на головных объектах: Отчет о НИР (заключительный) / ПНИУИ; Руководители B.C. Момчилов, Н.У. Савенков. 0410104302; № ГР0182064619, Инв. №02860009168 - Новомосковск, 1985.

6. Временная методика определения плановых и фактических показателей экономической эффективности внедрения научно-технических мероприятий в угольной промышленности. / ЦНИЭуголь. М., 1983.

7. Сапелкин И.Н. Отчет по службе шахтной геологии и осушения шахт за 1987 год / МУП СССР; ПО "Новомосковскуголь". Новомосковск, 1988.

8. Момчилов B.C. Исследование обводненности и осушение выемочных столбов при применении комплексной механизации на шахтах Подмосковного бассейна: Автореф. дис. канд. техн. наук. М.; МИРГЭМ, 1966. - 19 с.

9. Давыдов А.П. Горно-гидрогеологические условия освоения угольных месторождений Подмосковного бассейна в зависимости от закарстованности известнякового фундамента: Автореф. дис. канд. геол.-мин. наук, М: МГРИ, 1968-21 с.

10. Геология месторождений угля и горючих сланцев СССР Том 2, Подмосковный бассейн. - М.: Госгеолтехиздат, 1962. - 518 с.

11. Газизов М.С. Карст и его влияние на горные работы. М: Наука. 1971 - 204 с.

12. Новиков Е.Д., Выявление обводненных зон в массиве угленосных пород с поверхности шахтного поля электрометрическим методой: Автореф. дис. . канд. техн. наук. Ц.: УТИ, 1981. -19 с.

13. Комиссаров C.B., Таганов П.Ф. Методическое руководство по осушению шахт Подмосковного бассейна, М.: Недра, 1971. - 77 с.

14. Мелькановицкий И.У., Ряполова В.А., Хордикайнен М.А. Методика геофизических исследований при поисках и разведке месторождений пресных вод. М.; Недра, 1982. - 239 с.

15. Огильви H.A. Физические и геологические поля в гидрогеологии. -М.: Наука. 1974. 198 с.

16. Мелькаиовицкий И.М. Геофизические методы при региональных гидрогеологических исследованиях. М.: Недра, 1964. - 176 с.

17. Вычислительная математика и техника в разведочной геофизике: Справочник геофизика. М.: Недра, 1982. - 222 с.

18. Тархов А.Г., Бондаренко В.М., Никитин A.A. Комплексирование геофизических методов. М.; Недра, 1982. - 295 с.

19. Вешев A.B. Электропрофилирование на постоянном и переменном токе. Л.: Недра, 1960. - 391 с.

20. Электроразведка: Справочник геофизика. М.: Недра, 1980 - 218 с.

21. Козак С.З. Поле точечного источника тока в горизонтально-слоистой анизотропной среде // Геология и геофизика.- 1984. № 9. - С. 134-138.

22. Могилатов B.C., А.К. Гендельман. О возможности использования обсаженных скважин в наземно-скважинной электроразведке на нефть и газ в условиях Сибирской платформы // Геология и геофизика. 1983. - № 12. -С. 99-105.

23. Могилатов B.C. Математическое моделирование задач наземно-сква-жинной электроразведки // Геология и геофизика. 1983. - № 3. - С. 111-116.

24. Заборовский А.И. Электроразведка. М.: Гостоптехиздат, 1963.

25. Хмелевской В.К. Основной курс электроразведки. М.: МГУ, 1970 —245 с.

26. Никитин A.A. Статистические методы выделения геофизических аномалий. М.: Недра. 1979. - 280 с.

27. Федынский В.В. Разведочная геофизика. М.: Недра, 1997. - 669 с.

28. Корниенко В.П. Руководство к практическим занятиям по электроразведке. М.: Недра, 1997. - 183 с.

29. Жданов М.С. Электроразведка. -М.: Недра, 1986. 315 с.

30. Савенков Н.У. Исследование зон водной опасности при горных pa3pâ-ботках методами электроинтроскопии: Автореф. дис. . канд. техн. наук М.: МГИ, 1970. - 18 с.

31. Азаров H .Я. Геофизические методы прогнозирования горногеологических условий эксплуатации угольных месторождений Подмосковного бассейна: Автореф. дис. канд. геол.-мин.- наук. М.; МГУ, 1978. - 16 с.

32. Дружинин И.К. Основы инженерной геологии. М.: Недра, 1987.347 с.

33. Ломтадзе В.Д. Инженерная геология месторождений полезных ископаемых. Л. Недра. : 1966. - 272 с.

34. Гульянц P.A. Обоснование критериев и разработка методики прогноза нарушенности угольных пластов при электропрофилировании выемочных столбов. Автореф. дис. канд. техн. наук. М.: МГИ, 1984. - 15 с.

35. Анциферов A.B. Разработка критериев и методики интерпретации сейсмоакустических данных для прогноза морфологических нарушений угольного пласта: Автореф. дис. . канд. техн. наук. М.: ИГД им. A.A. Скочинского, 1988.- 15 с.

36. Кривега В.И. Прогноз горно-геологических условий эксплуатации шахт Подмосковного бассейна по данным сейсмопросвечивания: Автореф. дис. . канд. техн. наук. М.: МГРИ, им. С. Орджоникидзе, 1987. - 23 с.

37. Exploration 1985 /|| Mining Eng / (USA). 1986 - V.38 - № 5. - S 321-330.

38. Leonard Mayr Patricia Y. Development and azimuthal resistivity swiveys for jointed formations // NWWA/EPA conf. Sviface and Borehole ueophys. Meth yround Water Ynvest, San Antonio. Text Febr. 7-9. 1984 / Proc. Worthingtion, Ohio. - 1984. - S. 52-91.

39. Csoras Y. Spezielle. Probleme und Ergebnisse der angewandten Yeophysilc in Bergban der Ungavischen Volksrepublin // Neu Bergbanchmik. 1978 - V.8. -№ 10. - S. 596

40. Бучарский Б.В., Тикшаев B.B., Горячев B.B. Решение задач гидрогеологии с помощью электроразведки // Разведка и охрана недр. 1985. - С. 49-53.

41. Weber F. Möglichkeiten der modern yeophysik im Bergbsn // Berg und Huttennische Monatshfte. 1981 - № 6. - S. 242-249.

42. Losch W. Militxer H., Rosler R. Untersuchungen zur Hohlraunerkundung mit geoclektischen Widerstandsverfahren // Neue Bergbantechnik. 1976. - V.6 -№ 9. - S. 658-661.

43. Reische H. Ueopsikalische Strukturerkundung vor Braukohle-Lagerstatten // Z. angew. yed. 1983. - V.29 - № 7. - S. 335-337.

44. Матюшечкин В.Ф., Молев М.Д., Дзис Н.Д. Опыт применения трех электродного электропросвечивания на антрацитовых шахтах Донбасса // Методика и техника шахтной геологии и геофизики: Сб. науч. тр./ ВНИМИ. Л., 1982.-С. 69-74.

45. Смирнов A.A., Закутский С.Н., Притыка И.В. Электроразведочный практикум. Воронеж: ВГУ, 1979. - 177 с.

46. Притыка И.В. Применение электроразведки при изучении пород карьеров КМА (на примере Стойленского месторождения): Автореф. дис. . канд. геол.-мин. наук. Пермь: ПТУ, 1986 - 23 с.

47. Зернов Н.Ф. Особенности изучения карста и его проявлений методами электроразведки в известняках СУБРа // Применение геофизических методов для изучения скальпах оснований: Сб. науч. тр. / М.: Гидропроект. 1986, -№ 114.-С. 71-77.

48. Мелькановицкий И.М. Применение наземных геофизических исследований при региональном гидрогеологическом изучении артезианских бассейнов, сложенных терригенными породами (методические рекомендации). -М.: ВСШНГЕО, 1973.- 107 с.

49. Мелькановицкий И.М. Оценка фильтрационных свойств водоносных и слабопроницаемых пород по материалам наземных и скважинных геофизических исследований // Тезисы докладов IX Всесоюзного научно-технического семинара. / УФВНИМИ. Донецк, 1987. - С. 40-41.

50. Аржевикин Ю.А. Статистические алгоритмы прослеживания и классификации геофизических объектов: Автореф. дис. . канд. физ.-мат. наук. JL; ЛГУ, 1985.

51. Шкабарня Н.Г. Автоматизированная интерпретация данных методов сопротивлений и вызванной поляризации на основе математического моделирования в горизонтально-неоднородных средах: Автореф. дис. . докт. техн. наук, Владивосток, 1984.

52. Матвеев Б.К. Электроразведка при поисках месторождений полезных ископаемых. М.: Недра, 1982. - 375 с.

53. Шкабарня Н.Г. Автоматизированная интерпретация кривых ВЭЗ и ВЭЗ-ВП в рудных районах // Разведка и охрана недр. 1986. - № 11. - С. 40-45.

54. Sophisticated geophysikal data processung and interpretation // Mining Y. -1986. V.307. - № 7892.

55. Rosler R.Interpretation geopysikalischer Messunger mettels inverser Aufgaben //Neu Bergbautechnik. 1978. - V.8. - № 10.

56. Rulska Teresa, Ussinska Krystyna. Wybrane algoryimy I programy do ja-koseiowej I itosciowei interpretacji danych proiilowych // Binl inf. ytofiz. siosov. -1983.-№ 1-2.

57. Бондаренко B.M., Викторов Г.Г., Демин H.B. и др. Новые методы инженерной геофизики. М.: Недра, 1983. - 224 с.

58. Тархов А.Г., Бондаренко В.М. и др. Подземная геофизика. М.: Недра, 1973.-311 с.

59. Азаров Н.Я., Яковлев Д.В. Сейсмоакустический метод прогноза горно-геологических условий эксплуатации угольных месторождений М. : Недра, 1988.- 199 с.

60. Блох И.М. Электропрофилирование методом сопротивлений. М.: Госгеолтехиздат, 1962. - 240 с.

61. Уэйт Дж. Р. Геоэлектромагнетизм. М.: Недра, 1987. - 235 с.

62. Телфорд В.М., Гельдарт Л.П., Шериф P.E., Кейс Д.А. Прикладная геофизика. М.: Недра, 1980. - 502 с.

63. Овчинников И.К. Теория поля. М.; Недра, 1971. - 312 с.

64. Yanusz Peson. Krotki Opis Metod Obliczania kzzywych teoretycznych pionowych sondjwan elektrooporowych // Technika poszukiwan yeologicznych. -1984. -V.2.3.- №5-6. S. 8-15

65. Методика геофизического прогноза удароопасности участков угольных пластов и рудных залежей. М.: Недра, 1980. - 88 с.

66. Методы геофизики в гидрогеологии и инженерной геологии (методическое руководство). М.: Недра, 1972. - 296 с.

67. Комплексирование методов разведочной геофизики: Справочник геофизика. М.: Недра, 1984. - 383 с.

68. Провести опытно-промышленную проверку и внедрить усовершенствованные способы полевой электроразведки, 1980.

69. Хмелевской В.К., Одинцов К.Д., Кадур Taxa. Электрогеофильтраци-онные исследования методам ВЭЗ. / Геология и разведка: Известия ВУЗ. -1986.-№3.- С. 138-141.

70. Методические рекомендации по обработке и интерпретации электрометрических данных с помощью ЭВМ при прогнозировании нарушенных и обводненных зон в надугольных породах. ПНИУИ, № ГРО1860055919, Новомосковск, 1988. -23 с.

71. Киселев H.H. Исследование и прогноз горно-геологических условий шахтных полей Мосбасса геофизическими методами. Автореф. дис. . канд. геол.-мин. наук / ТЛИ. Тула, 1980. - 17 с.

72. Гречухин В.В. Геофизические методы исследования угольных скважин. М.: Недра, 1975.-360 с.

73. Логачева В.М., Королева Л.И. Расчет нормального и аномального полей в плоско-параллельной геоэлектрической среде // Каталог программных средств: ОФАП уголь Ильинское, Инв. № ИМ 048, 1988.

74. Логачева В.М., Королева Л.И. Расчет вероятности обнаружения детерминированной аномалии // Каталог программных средств: ОФАП уголь -Ильинское. Инв. № ИМ 050, 1988.

75. Инструкция по сейсмическому поиску и картированию зон обводненных геологических нарушений угольного пласта в выемочных столбах шахт Подмосковного бассейна. Новомосковск: ПНИУИ, 1987. - 36 с.

76. Захаров В.Н. Разработка методологии и обоснование критериев прогнозирования состояния горного массива сейсмоакустическими методами при подземной угледобычи; Автореф. дис. . докт. техн. наук. М.: ИГД им. A.A. Скочинского, 2003. - 37 с.

77. Миронов К.В. О связях угленосности с образованием и развитием структурных форм земной коры. В кн.: Тектоника угольных бассейнов и месторождений СССР. - М.: Недра, 1976. - С. 71-90.

78. Терентьев Е.В. Элементарные тектонические структуры угольных бассейнов и их типизация. В кн.: Тектоника угольных бассейнов и месторождений СССР. - М.: Недра, 1976.

79. Физические свойства горных пород и полезных ископаемых (петро-физика). Справочник геофизика. М.: Недра, 1976. - 527 с.

80. Пархоменко Э.И. Электрические свойства горных пород. М.: Недра, 1965. - 164 с.

81. Газизов М.С., Новиков ЕЛ. Группирование обводненных зон в толще угленосных пород Подмосковного бассейна по генетическим и морфологическим признакам. Научные сообщения ИГД им. A.A. Скочинского. М., 1979.

82. Коломейский Н.В. Специальная инженерная геология. М.: Недра, 1969. - С. 56,70,204.л

83. Ржевский В.В., Новик Г.Я. Основы физики горных пород. М.: Недра, 1984. - 359 с.

84. Якубовский Ю.В. Электроразведка. М.: Недра, 1973. - С. 39,111.

85. Вешев А.И. и др. Эквивалентные схемы и параметры приемных линий. Геофизическая аппаратура. М.: Недра, 1974, - № 55.

86. Вишняков А.Э. и др. Возбуждение и измерение полей в электроразведке. Л.: Недра, 1974. - 75 с.

87. Докукин A.B., Коровкин Ю.А., Яковлев Н.И. Механизированные крепи и их развитие. М.: Недра, 1984. - 288 с.

88. Выгодский М.Я. Справочник по высшей математике. М.: Наука, 1972.-872 с.

89. Качурин Н.М., Ковалев P.A., Ефимов В.И., Бобовников А.Л. Аэрогазодинамика углекислотообильных шахт. М.: Издательство Московского государственного горного университета, 2005. - 302 с.

90. Килячков А.П. Технология горного производства. М.: Недра, 1992. -415 с.

91. Бурчаков A.C., Харченко В.А., Кафорин Л.А. Выбор технологических схем угольных шахт. М.: Недра, 1975. - 274 с.

92. Способы вскрытия, подготовки и системы разработки шахтных полей / Под ред. Братченко Б.Ф. М.: Недра, 1985. - 494 с.

93. Борисов A.A. Механика горных пород и массивов. М.: Недра, 1980.-360 с.

94. Липкович С.М., Жизлов Н.И., Сапицкий К.Ф., Дорохов Д.В., Збор-щик М.П., Поморцев А.Д. Задачник по подземной разработке угольных месторождений. М.: Недра, 1969. - 208 с.

95. Глушко В.Т., Ямщиков B.C., Яланский A.A. Геофизический контроль в шахтах и тоннелях. М.: Недра, 1987. - 278 с.

96. Скважинная и шахтная рудная геофизика: Справочник геофизика / Под ред. Бродового В.В. Книга вторая. М.: Недра, 1988. - 440 с.

97. Горбачев Ю.И. Геофизические исследования скважин. М.: Недра, 1990. - 398 с.

98. Методика геофизического прогноза удароопасности участков угольных пластов и рудных залежей. М.: Недра, 1980. - 88 с.

99. Ляховицкий Ф.М., Хмелевской В.К., Ященко З.Г. Инженерная геофизика. М.: Недра, 1989. - 252 с.

100. Электроразведка: Справочник геофизика / Под ред. Хмелевского В.К. и Бондаренко В.М. Книга первая. М.: Недра, 1989. - 438 с.

101. Момчилов B.C., Потапенко В.А. Опыт применения персональных компьютеров при оценке горно- и гидрогеологических условий // Техника и технология подземной добычи угля: Сб. нау. тр. / ПНИУИ. Новомосковск. -1993.-С. 20.

102. Якубовский Ю.В., Ренард И.В. Электроразведка. М.: Недра, 1991. - 359 с.

103. Хмелевской В.К., Попов М.Г., Калинин A.B. Геофизические методы исследования. М.: Недра, 1988. - 396 с.

104. Огильви A.A. Основы инженерной геофизики / Под ред. Богословского В .А. М.: Недра, 1990. - 501 с.

105. Момчилов B.C. Защита шахт от подземных вод. М.: Недра, 1989.189 с.

106. Подколзин A.A. Диагностика технического состояния гидромеханических систем горно-шахтного оборудования / РХТУ им. Д.И. Менделеева, Новомосковский ин-т, Новомосковск, 2004. 268 с.

107. Потапенко В.А., Сидорчук В.К, Цыплаков Б.В. Разработка пологих угольных пластов короткими очистными забоями. Тула: «Гриф и К0», 2007. -352 с.

108. Логачева В.М., Подколзин A.A. Повышение эффективности разработки месторождений электрометрическим прогнозированем аномальных зон в углевмещающих породах. / РХТУ им. Д.И.Менделеева. Новомосковский институт; Новомосковск, 2006. 138 с.

109. Гетопанов В.Н., Рачек В.М. Проектирование и надежность средств комплексной механизации. М.: Недра, 1986. 208 с.

110. Худин Ю.Л., Глазов Д.Д., Мамонтов C.B. Комплексно-механизированная выемка нарушенных угольных пластов. М.: Недра, 1985. -198 с.

111. Подольский В.А. Решение задач течения подземных вод методом конечных элементов / ГОУ ВПО РХТУ им. Д.И.Менделеева. Новомосковский институт (филиал); Новомосковск, 2007. 70 с.

112. Страданченко С.Г. Обоснование отработки околоствольных целиков короткими очистными забоями при сохранении безаварийной эксплуатации шахтных стволов,- Автореф. дис. . док. техн. наук. Тула, 2003. - 39 с.

113. Копылов А.Б. Обоснование параметров крепления подготовительных и очистных выработок на основе комплексной оценки горно-геологических условий угольных месторождений. Автореф. дис. . док. техн. наук. - Тула, 2006. - 39 с.

114. Сидорчук В.К. Обоснование технологии разработки угольных пластов с трудноуправляемыми кровлями и ограниченными запасами. Автореф. дис. . док. техн. наук. - Тула, 2000. - 38 с.

115. Батуков П.М. Управление труднообрушаемой кровлей в сложных гидрогеологических условиях Подмосковного бассейна. Автореф. дис. . канд. техн. наук. - Тула, 2002. - 16 с.

116. Головин К.А. Обоснование параметров и создание оборудования для гидроструйной цементации неустойчивых пород в горном производстве. -Автореф. дис. . док. техн. наук. Тула, 2007. - 38 с.

117. Сидорчук В.К., Сарычев В.И., Шендулиди И.А. Гибкие технологии подземной разработки пологих угольных пластов. Тула: Изд. ТулГУ, 2001. -152 с.

118. Крашкин И.С. Исследование комплексно-механизированных процессов горных работ шахт Подмосковного бассейна. Автореферат дис. . док. техн. наук. - Москва, 1978. - 38 с.

119. Рябов Г.Г. Обоснование эколого-технологических принципов использования отходов горного производства в стройиндустрии горнопромышленного региона. Автореф. дис. . док. техн. наук. - Тула, 2004. - 39 с.

120. Логачева В.М., Новиков Е.Л. Опыт применения электрометрии для прогнозирования обводненности и нарушенности вмещающих пород на шахтах

121. Подмосковного бассейна // Информационный сборник ЦНИЭИуголь «Научно-технические достижения и передовой опыт в угольной промышленности». -Москва, 1990. № 4. - С. 17-20.

122. Логачева В.М. Геофизические методы прогнозирования аномальных зон // Труды научно-технической и учебно-методической конференции профессорско-преподавательского состава и сотрудников филиала РХТУ. Новомосковск, 1993. - С. 282.

123. Логачева В.М. Интерпретация геофизических данных с целью обнаружения обводненных зон в надугольных породах // Материалы научно-технической конференции НИ РХТУ. 4.2. Новомосковск, 1994. - С.149-150. Деп. в ВИНИТИ 5.10.95, № 2685-В95.

124. Логачева В.М. Электрометрия как метод прогноза аномальных зон // Материалы научно-технической конференции НИ РХТУ, 9-13 декабря 1998, 4.1. Новомосковск, 1998. - С. 139-140. Деп. в ВИНИТИ 5.02.98, № 331-В98.

125. Логачева В.М., Жариков A.B. Электрометрические критерии оценки прорывоопасности вод в горных массивах // Тезисы докладов III научно-технической конференции молодых ученых и аспирантов НИ РХТУ. Новомосковск, 2001. - С. 3.

126. Логачева В.М., Шпак A.B. Гидрогеологическое состояние над-угольного комплекса пород по данным электроразведки // XXV научная конференция проф.-препод. состава и сотрудников НИ РХТУ: Тезисы докладов. 4.1. -Новомосковск, 2006. С. 77.

127. Логачева В.М. Электрометрическое прогнозирование прорывоопас-ных зон для повышения безопасности отработки угольных пластов // Горный информационно-аналитический бюллетень (ГИАБ). 2006. - № 2. -С. 112-113.

128. Логачева В.М. Оценка физического состояния надугольного комплекса пород на предмет прорывоопасности // Горный информационно-аналитический бюллетень (ГИАБ). 2006. - № 3 - С. 71-73.

129. Логачева В.М. Пример гидрогеологического истолкования геофизических измерений с использованием ЭВМ // Горный информационно-аналитический бюллетень (ГИАБ). 2006. - № 4 - С. 61-65.

130. Логачева В.М., Дмитрак Ю.В. Гидрогеологические условия залегания угольных пластов месторождений Подмосковного бассейна // Горный информационно-аналитический бюллетень (ГИАБ). 2006. - № 6. - С. 28-30.

131. Логачева В.М., Захаров В.Н. Математическое обоснование электрометрического прогноза аномальных зон в углевмещающем комплексе пород // Горный информационно-аналитический бюллетень (ГИАБ). 2006. -№6.-С. 133-139.

132. Логачева В.М., Дмитрак Ю.В. Основные типы геологических нарушений в углевмещающем комплексе пород Подмосковного бассейна // Горный информационно-аналитический бюллетень (ГИАБ). 2006. - № 7. -С. 29-32.

133. Logacheva V.M. Geophysical forecasting of disturbances coalcontaining soils // Academy of minig sciences. Geotechnologies and environ-mental protection. -Tula, 2006.-№ l.-p. 66-69.

134. Logacheva V.M. Analysis of the means of interpretation of geographical measulrelments // Academy of minig sciences. Geotechnologies and environ-mental protection. Tula, 2006. - № 1. - P. 70-74.

135. Logacheva V.M. Methodical baslis of conducting field and udergroud electro ilnvestilgaion // Academy of minig sciences. Geotechnologies and environmental protection. Tula, 2006. - № 1. - P. 75-81.

136. Logacheva V.M. Results of determined anomalies calculation according mathematical modulation data // Academy of minig sciences. Geotechnologies and environ-mental protection. Tula, 2006. - № 1. - P. 82-84.

137. Бауков Ю.Н., Рубан A.Д., Шкуратник В.JI. Горная геофизика. Электрометрические методы. 4.1. Методы сопротивлений. М.: Издательство Московского государственного горного университета, 2000. - 89 с.

138. Шкуратник В.Л., Таныгин О.Ф., Таныгин М.О. Сравнение установок подземного электропрофилирования на карст с помощью метода конечных разностей // Горный информационно-аналитический бюллетень (ГИАБ). 2006.- № 6. С. 74-76.

139. Логачева В.М. Обработка и интерпретация данных электрометрических исследований на шахтах Подмосковного бассейна // Горный журнал. -2006. № 6. - С. 69-72.

140. Логачева В.М. Повышение достоверности теоретико-вероятностных методов выявления прорывоопасных зон в углевмещающих породах // Известия Тульского государственного университета. Серия "Геотехнологии". -Тула: Изд-во ТулГУ. 2006. - Вып.1. - С. 294-300.

141. Логачева В.М. Физико-математические основы метода наземно-скважинной и подземно-скважинной электрометрии // Известия Тульского государственного университета. Серия "Геотехнологии". Тула: Изд-во ТулГУ. -2006.-Вып.1.-С. 312-318.

142. Логачева В.М., Дмитрак Ю.В., Подколзин A.A. Геофизическое прогнозирование нарушенности и обводненности массива горных пород // Горный информационно-аналитический бюллетень (ГИАБ). 2006. - № 11. - С. 35-36.

143. Логачева В.М. Эвристическая оценка обводненности надугольной толщи по данным электрометрии // Горный информационно-аналитический бюллетень (ГИАБ). 2006. - № 12. - С. 146-148.

144. Логачева В.М. Геофизическое исследование углепородного массива для обоснования технологических параметров ведения горных работ // Материалы XXVI научно-технической конференции НИ РХТУ им. Д.И. Менделеева. 4.2. Новомосковск, 2007 - С. 84.

145. Логачева В.М. Электрометрическое прогнозирование состояния уг-левмещающих пород для выявления причин дестабилизации работы очистных забоев. Новомосковск: Изд. ГОУ ВПО "РХТУ им. Д.И. Менделеева", Новомосковский институт (филиал). - 2008. - 136 с.

146. Иванов И.П. Инженерная геология месторождений полезных ископаемых. М.: Недра. - 1990.

147. Бурцев Л.И., Каплунов Д.Р., Мочалин М.П. Совершенствование камерно-столбовой системы разработки. — М.: Наука, 1967.

148. Бурчаков A.C., Гринько Н.К., Ковальчук А.Б. Технология подземной разработки пластовых месторождений полезных ископаемых. М.: Недра, 1978. - 536 с.

149. Атлас углей Подмосковного бассейна. Т.1 / B.C. Яблоков, Н.П. Гвоздева, В.И. Кочетов и др. / ЦБТИ. Тула. - 1962.

150. Гапанович Л.Н., Попов С.Ф. Лаврухин Л.Я. и др. Короткие комплексно-механизированные лавы за рубежом // Зарубежный опыт, добыча и переработка угля. Экспресс-информация. Вып.9. М.: ЦНИЭИуголь, 1990. - 62 с.

151. Глушихин Ф.П., Кузнецов С.Т., Орлов A.A. Единая классификация кровли пологих пластов // Уголь, 1982. № 4. С. 12-15.

152. Грицко О.Г., Власенко Б.И. Экспериментально-аналитический метод определения напряжений в массиве горных пород. Новосибирск: Наука, 1976.- 187 с.

153. Каталог пологих пластов с тяжелыми кровлями в угольных бассейнах страны. Л.: ВНИМИ, 1974. - 105 с.

154. Крашкин И.С. Взаимодействие механизированных крепей с боковыми породами в сложных горно-геологических условиях // Уголь. 1981. -№ 3.- С. 3-7.

155. Крашкин И.С., Брайцев A.B., Шатиров C.B. Оценка целесообразности внедрения камерно-столбовой системы разработки на шахтах Российской Федерации // Уголь, 1998. № 3. С. 21-25.

156. Методология расчета горного давления. М.: Наука, 1981- 101 с.

157. Методические документы по определению нагрузок на очистные забои угольных шахт. М.: ИГД им. A.A. Скочинского, 1980. - 140 с.

158. Потапенко В.А. К вопросу повышения адаптивности механизированных крепей в сложных горно-геологических условиях // Управление горным давлением в комплексно-механизированных забоях / ИГД СО АН СССР. Новосибирск: 1989. - С. 160-164.

159. Потапенко В.А. Разработка прогрессивных технологических схем отработки запасов пологих угольных пластов Автореферат докт. Дисс. -МГГУ, 1991.-61 с.

160. Правила безопасности в угольных и сланцевых шахтах. М.: Недра, 1986. - 447 с.

161. Прогрессивные технологические схемы разработки пластов на угольных шахтах. М.: ИГД им. A.A. Скочинского, 1979. - часть 2. - 248 с.

162. Прогнозный каталог шахтопластов Кузнецкого угольного бассейна с характеристикой горно-геологических и горно-технических факторов на 1995 и 2000 гг. М.: ИГД им. A.A. Скочинского, 1991. - 47 с.

163. Проскуряков Н.М. Управление состоянием массива горных пород. -М.: Недра, 1991.-368 с.

164. Сидорчук В.К., Сарычев В.И. Гибкие технологии разработки угольных пластов. Тула: изд. ТулГУ, 2001. - 148 с.

165. Технология подземной разработки пластовых месторождений. Под общ. редакцией A.A. Борисова. М.: Недра, 1970. - 368 с.

166. Турчанинов И.А., Иофис М.А., Каспарьян Э.В. Основы механики горных пород. Л.: Недра, 1977. - 503 с.

167. Горное дело. Энциклопедический справочник. М.: Углетехиздат, т.5. - 1958. - С. 373-375.

168. Ержанов К.С. Теория ползучести горных пород и ее приложения. -Алма-Ата: Наука, 1964. 173 с.

169. Зайденварг В.Е. и др. Угольная промышленность за рубежом. М.: Горная промышленность, 1993. 390 с.

170. Каталог пологих пластов с тяжелыми кровлями в угольных бассейнах страны. Л.: ВНИМИ, 1974. - 105 с.

171. Каретников В.Н., Сарычев В.И. Моделирование равновесных и предельных состояний «крепи-массив». М.: Горный вестник, № 4, 1996. С. 47-51.

172. Козлов C.B. Основные проблемы технического переоснащения угольных шахт России. М.: МГТУ. 1999. - 68 с.

173. Качармин С.Д. 150 лет Подмосковному бассейну / ЦНИЭИуголь. -М. 1994.

174. Потапенко В.А., Цыплаков Б.В. Выбор варианта подготовки и отработки участка шахтного поля в условиях Подмосковного бассейна // Уголь. -1990.-№4.

175. Баклашов И.В., Картозия Б.А., Шашенко А.Н., Борисов В.Н. Геомеханика: Учебник для вузов. В 2 т. М.: Издательство Московского государственного горного университета, 2004. - Т.2. Геомеханические процессы. - 249 с.

176. Потапенко В.А., Грицаюк Б.И. Совершенствование технологии разработки мощных пологих и наклонных пластов // Уголь. 1990. - № 2. - С.13-15.

177. Абрамкин Н.И. Обоснование технологий комплексного освоения буроугольных месторождений Автореферат докторской диссертации. - МГГУ, 2007. - 32 с.

178. Потапенко В.А. Создание ресурсосберегающих технологий и средств комплексной механизации добычи полезных ископаемых. М.: Горный вестник, № 3, 1996. С. 19-21.

179. Сарычев В.И., Сидорчук В.К. Гибкие технологии разработки пологих угольных пластов. Тула: Изд. ТулГУ, 2000. - 185 с.

180. Потапенко В.А., Ковалев В.Г., Казанский Ю.В. Основные направления научно-технического прогресса на шахтах Подмосковного бассейна / ЦНИЭИ уголь. М. - 1990.

181. Простов С.М., Хямяляйнен В.А., Гуцал М.В., Бахаева С.П. Геоэлектрический контроль зон укрепления глинистых горных пород. Томск: Изд-во Том. ун-та, 2005. - 127 с.

182. Простов С.М. Исследование и разработка оперативного метода контроля напряженного состояния и трещиноватости рудного массива по параметрам электрических полей. Автореферат кандидатской диссертации. - Москва, 1980.- 19 с.

183. Логачева В.М. Основные геотехнологические факторы, влияющие на эксплуатацию угольных месторождений // Известия Тульского государственного университета. Естественные науки. Серия "Науки о Земле". Тула: Изд-во ТулГУ. - 2007. - Вып.2. - С. 246-248.

184. Логачева В.М. Геолого-геофизический анализ угленосных геологических структур // Известия Тульского государственного университета. Естественные науки. Серия "Науки о Земле". Тула: Изд-во ТулГУ. - 2009. - Вып.5. -С. 60-63.О1. О) ^

Информация о работе

Логачева, Валентина Михайловна
доктора технических наук
Тула, 2010
ВАК 25.00.16

Диссертация

Разработка подземно-полевого электрометрического метода прогнозирования состояния обводненных углепородных массивов Подмосковного бассейна - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы