Совершенствование геоэлектрического метода прогноза зон концентрации напряжений и разрушения угольных пластов по измерениям поля на земной поверхности

Сирота, Дмитрий Юрьевич

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Совершенствование геоэлектрического метода прогноза зон концентрации напряжений и разрушения угольных пластов по измерениям поля на земной поверхности
ВАК РФ 25.00.16, Горнопромышленная и нефтегазопромысловая геология, геофизика, маркшейдерское дело и геометрия недр

Автореферат диссертации по теме "Совершенствование геоэлектрического метода прогноза зон концентрации напряжений и разрушения угольных пластов по измерениям поля на земной поверхности"

004603515

На правах рукописи

о"

СИРОТА Дмитрий Юрьевич

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ГЕОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО МЕТОДА

ПРОГНОЗА ЗОН КОНЦЕНТРАЦИИ НАПРЯЖЕНИЙ И РАЗРУШЕНИЯ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ ПО ИЗМЕРЕНИЯМ ПОЛЯ НА ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ

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

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 О июн 2010

Кемерово 2010

004603515

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Кузбасский государственный технический

университет»

Научный руководитель -

доктор технических наук, профессор Иванов Вадим Васильевич

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Дырдин Валерий Васильевич;

кандидат технических наук, старший научный сотрудник Потапов Прокопий Васильевич

Ведущая организация -

Институт угля и углехимии СО РАН

Защита диссертации состоится «23» июня 2010 г. в 15.00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.102.02 в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Кузбасский государственный технический университет» по адресу: 650026, г. Кемерово, ул. Весенняя, 28.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Кузбасский государственный технический университет»

Автореферат разослан

Ученый секретарь диссертационного совета

Иванов В. В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Разработка угольных месторождений связана с изменением горного давления, перераспределением напряженно-деформированного состояния (НДС) массива горных пород и, как следствие, образованием зон концентраций механических напряжений. Негативное влияние образовавшихся зон концентраций механических напряжений заключается в оседании и обрушении кровли, разрушении сопряжений выработок, разрушении охранных целиков, защемлении и разрушении крепи, возникновении горных ударов и других форм динамического проявления горного давления.

К геофизическим методам относятся методы электрометрии, акустические методы, сейсмические методы, методы электромагнитного излучения. Наиболее простым в использовании является вариант электрометрического метода, основанный на измерении потенциала (в дальнейшем вместо выражения «разность потенциалов» будем использовать термин «потенциал», если разность потенциалов определяется между точками, разнесенными на достаточно большое расстояние, чтобы считать его сравнимым с бесконечностью) и напряженности естественного электрического поля (ЕЭП) Земли. Анализ литературы показывает, что подавляющая часть научных разработок посвящена измерению и последующему анализу потенциала и напряженности ЕЭП непосредственно в подготовительных или очистных выработках, что обусловлено большей величиной и интенсивностью электрических нолей в них. Однако, как непосредственные измерения, так и последующий их теоретический анализ, сопряжены с достаточно большими трудностями технологического характера: производство очистных работ вблизи точки измерения параметров электрического поля; наличие существенных электрических помех, обусловленных наличием добычных электрифицированных комплексов. Альтернативное направление, предложенное впервые проф., д.т.н. Б. Г. Тарасовым, заключается в исследовании параметров распределения электрического поля на земной поверхности и установлении взаимосвязей между этими параметрами и НДС массива горных пород.

Таким образом, возникает необходимость в совершенствовании геоэлектрического метода определения параметров зон концентрации механических напряжений и разрушения в разрабатываемых угольных пластах по измерениям ЕЭП с земной поверхности.

Работа выполнялась в рамках НИР № Ю7-ОПН-06П по заказу Агентства по энергетике Минпромэнерго РФ в 2006 - 2007 годах.

Объектом исследования является очаговая зона концентраций механических напряжений в угольных пластах.

Предметом исследования являются основные параметры естественного геоэлектрического поля, обусловленного указанной очаговой зоной.

Цель работы заключается в совершенствовании геоэлектрического метода прогноза зон концентрации напряжений и разрушения угольных пластов по измерениям геоэлектрического поля на земной поверхности, обеспечивающего максимальное использование геофизической информации для определения основных параметров очаговой зоны.

Задачи исследования:

- выявить закономерности распределения электрического поля, порожденного очаговой зоной концентрации механических напряжений и разрушения, расположенной в слоистой среде с плоскопараллельными границами, на основе решения прямой задачи геоэлектрики;

- исследовать эффект экранирования геоэлектрического поля па земной поверхности, обусловленный существованием приповерхностного увлажненного слоя наносов и горных пород;

- совершенствовать геоэлектрический метод прогноза зон концентрации механических напряжений и разрушения угольных пластов по измерениям ноля на земной поверхности в направлении максимального использования геофизической информации для количественного определения глубины залегания очага, его пространственных размеров, местоположения эпицентра на земной поверхности и градиента механических напряжений в очаговой зоне.

Идея работы заключается в установлении закономерностей распределения ЕЭП и их применении для определения параметров очаговой зоны концентрации напряжений и разрушения, а также количественной оценки механических напряжений в очаге па первых стадиях его формирования.

Методы исследований:

- методы теоретической геофизики, численные методы, методы теории аппроксимаций - для моделирования на ЭВМ распределения потенциала электрического поля, порожденного равномерно заряженным телом, расположенным в трехслойном изотропном однородном пространстве с плоскопараллельными границами.

- методы теоретической геофизики - для количественной оценки степени влияния экранирующего слоя на величину геоэлектрического поля.

- метод наименьших квадратов - для получения функциональных зависимостей, связывающих прогнозируемые параметры зон концентрации механических напряжений и разрушения угольных массивов и измеренный потенциал геоэлектрического поля на земной поверхности.

Научные положения, выносимые на защиту.

- глубина залегания очаговой зоны разрушения линейно связана с расстоянием между максимумами напряженности электрического поля над очагом разрушения, а расстояние между максимумами напряженности и потенциала связано с максимальным продольным размером очаговой зоны параболической зависимостью;

от 50 до 500 метров от нижней границы экранирующего слоя, коэффициент экранирования принимает значения от Кл = 0,4 до = 0,85 в эпицентре очага разрушения и значения от Кф = 0,8 до К^ = 0,9 вне эпицентра;

- геоэлектрический метод прогноза зон концентраций напряжений и разрушения угольных пластов по измерениям поля на земной поверхности состоит из обнаружения области максимальной концентраций изолиний потенциалов на единицу площади, определения величин потенциалов, напряженности, расстояния между экстремумами напряженности в заданной области и определения основных параметров очаговой зоны.

Научная новизна работы заключается:

- в обнаружении и исследовании свойств трех геометрических характеристик электрического поля: расстояния между точками экстремума напряженности ЭП; расстояния между точками экстремума напряженности и потенциала ЭП; отношения потенциала ЭП к его напряженности в выбранной точке;

- в исследовании эффекта экранирования электрического поля от объемных источников, обусловленного увлажненным слоем наносов и горных пород. Показана зависимость эффекта экранирования от угла наклона очага, от расстояния между очагом и экранирующим слоем;

- в получении инженерных формул, позволяющих определять параметры очаговой зоны концентрации механических напряжений в разрабатываемых угольных пластах;

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается:

- теоретическими исследованиями, базирующимися на апробированных методах электродинамики, теоретической геофизики, теории дифференциальных уравнений, механики деформируемого твердого тела; известных закономерностях распределения электрических полей в неоднородных средах;

- хорошей сходимостью с результатами исследований, проведенных другими исследователями;

- удовлетворительной сходимостью результатов, полученных с помощью численного моделирования, и результатов, установленных другими авторами в ходе натурных экспериментов.

Личный вклад автора заключается:

- в установлении закономерностей распределения потенциала ЕЭП на земной поверхности над зоной концентраций механических напряжений;

- в исследовании эффекта экранирования ЕЭП верхним увлажненным слоем наносов и горных пород;

- в установлении трех геометрических характеристик ЭП участка Земли над объемным источником тока;

- в обнаружении функциональных зависимостей между установленными геометрическими характеристиками и параметрами очага разрушения;

- в разработке методов обработки геофизической информации.

Научное значение работы заключается в установлении закономерностей распределения потенциала электрического поля на земной поверхности над зоной концентраций механических напряжений.

Практическое значение работы заключается в разработке метода обработки геофизической информации, позволяющего определять глубину залегания и пространственные размеры очаговой зоны концентрации механических напряжений и разрушения в разрабатываемых угольных пластах.

Реализация результатов исследования. Алгоритмы расчета реализованы в комплексе компьютерных программ по определению основных параметров очаговой зоны концентраций механических напряжений. Результаты работы включены в «Руководство по определению сейсмоопасных геодинамических процессов на шахтах и разрезах Кузбасса», (Кемерово, 2008 г).

Апробация работы. Основные положения и выводы работы в период ее выполнения докладывались и обсуждались на научном симпозиуме «Неделя горняка» (Москва, 2007 г.), VII Международной научно-практической конференции «Безопасность жизнедеятельности предприятий в промышленно развитых районах» (Кемерово, 2007 г.), научно-практических конференциях для студентов и аспирантов (Кемерово, 2007, 2008 гг.).

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 8 научных работ, в том числе 3 - в ведущих рецензируемых научных журналах и изданиях, рекомендованных ВАК РФ по специальности 25.00.16 «Горнопромышленная и нефтегазопромысловая геология, геофизика, маркшейдерское дело и геометрия недр».

Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, заключения, изложена на 155 страницах машинописного текста, содержит 17 рисунков, 17 таблиц и список литературы из 151 наименования.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе рассматриваются существующие на настоящее время гипотезы образования горного давления вокруг подготовительных и очистных выработок; приводится обзор существующих точек зрения на формирование очага разрушения; приводится обзор двух основных разновидностей методов контроля напряженно-деформируемого состояния: геомеханических и геофизических. На основе сделанного обзора формулируются цель и основные задачи диссертационного исследования.

До начала ведения горных работ породы в нетронутом массиве находятся в сложном напряженно-деформированном состоянии, определяемом весом вышележащих пород, тектоническими движениями земной коры, давлением газа, температурными изменениями. При ведении горных работ происходит перераспределение НДС массива горных пород, что приводит к обрушению, сдвижению и деформации пород разрабатываемого массива. В процессе перераспределения формируется очаговая зона концентраций механических напряжений (далее очаговая зона), которая охватывает достаточно большие объемы массива горных пород. Понятие очага и очаговой зоны впервые поя-

вилось в работах по сейсмологии Н. F. Reid'a, затем било развито М. Bath'ом, Н. Benioff ом, К.Е. Bullen'oM, Р. Byerly, S. Duda, J. Н. Hodgson'ом, II. Honda, II. Nakano, А. В. Введенской, В. И. Ксйлис-Бороком, Б. В. Косгро-вым. Па основе этих работ можно сделать вывод о том, что очаг сейсмического события (очаговая зона) - это некоторая объемная область горных пород, окружающая место зарождающегося разрыва и соответствующая зоне необратимых деформаций и максимальных перепадов механических напряжений.

Объединяя результаты исследований различных авторов о типах и видах разрывных нарушений, будем считать, что очаговая зона представляет собой эллипсоид, который повернут относительно плоскости дневной поверхности на угол а = 45° с наибольшей полуосью, направленной по падению к дневной поверхности, и наименьшей - вдоль перпендикуляра к линии падения.

При описании процессов, происходящих в очаговой зоне, будем придерживаться двух наиболее признанных и развитых на настоящий момент моделей: модели лавинно-неустойчивого трещинообразования (J1HT), разработанной Б. В. Костровым, В. И. Мячкиным, Г. А. Соболевым, О. Г. Шами-ной и кинетической концепцией прочности (KKII), предложенной С. Н. Жур-ковым, В. С. Куксенко, В. А. Петровым. Общим для этих моделей является представление о том, что очаговая зона разрушения является итогом эволюции стадийного процесса трещинообразования. Модель JIHT разбивает весь процесс формирования очаговой зоны на следующие три стадии: хаотичное накопление микротрещин под действием механических напряжений; объединение микротрещин в трещины более крупных размеров; необратимые деформации массива, локализованные в узкой области будущего макроразрыва. Модель ККП подразделяет процесс разрушения на две стадии: некоррелированное, хаотичное накопление трещин и образование очага разрушения. Таким образом, две первые стадии в рамках модели J1HT можно объединить в одну.

Модель ККП позволяет установить:

- количественное условие перехода от хаотичного накопления микротрещин под действием механических напряжений к формированию трещин более крупных размеров в виде концентрационного критерия разрушения

К = (!)-*. п*, (J)

где п - средняя концентрация микротрещин, 1/м1; / -средний линейный размер микротрещин, м; К ~ 3 - среднее расстояние между трещинами в образце единичного объема в долях их среднего размера /;

- продолжительность необратимых деформаций т предшествующих разрушению

r = roexp([í/0-r£T,]/W), (2)

где г„ »10"13 - период тепловых атомных колебаний около положения равновесия, с; у — активационный объем, м ; f/0 - энергия активации разрушения,

Дж; к - постоянная Больцмана, Т - абсолютная температура пород,

°К; агр - среднее внешнее напряжение, Па.

Для отслеживания и предотвращения негативных последствий проявления горного давления необходимо производить различные технологические мероприятия, которые включают геоконтроль и профилактические мероприятия по борьбе с динамическими явлениями. Согласно одной из классификаций, существуют четыре основных группы методов геоконтроля: аналитические, экспериментально-аналитические, экспериментальные, и лабораторные. Наиболее значимыми из перечисленных методов являются экспериментальные методы, которые можно, в свою очередь, подразделить на пять групп: маркшейдерские, геомеханические, геофизические, радиоактивные и визуальные. Наиболее информативными методами контроля являются геомеханические и геофизические методы (в частности электрометрические).

Исследованиями в области электрометрических методов контроля НДС горных пород занимались следующие ученые: М. В. Т'охберг, Ю. А. Дашев-ский, В. В. Дырдин, П. В. Егоров, В. В. Иванов, В. В. Кебуладзе, М. В. Кур-лсня, А. С. Лашхи, В. С. Могилатов, В. А. Моргунов, В. Н. Опарин, И. М. Петухов, П. В. Потапов, О. А. Похотелов, С. М. Простов, Ю. Г. Соловейчик, JI. А. Табаровский, Б. Г. Тарасов, А. И. Федоров, А. И. Шиканов, В. JI. Шкурат-ник, М. И. Эпов, Г. Е. Яковицкая, D. Danov, L. Flores-Márquez, F. Т. Freund, Р. Hristov, М. Gousheva, A. Konstantaras, Y. Omori, Р. Palangio, S. A. Pulinets, A. Ramirez-Rojas, I. Tohbo, O. Weis, M. Uyeshima, M. Kinoshita, S. Uyeda и другие.

Наиболее простым из электрометрических является метод измерения потенциалов и напряженности ЕЭП Земли на дневной поверхности. Однако анализ литературы показал, что проблеме определения геометрических и механических параметров очаговой зоны концентраций механических напряжений по результатам измерения ЕЭП на земной поверхности посвящено очень мало работ, что потребовало расширения и углубления теоретических знаний и обусловило цель и задачи диссертационного исследования.

Во второй главе приведено описание структуры горных пород кристаллического щита земной коры; дано описание простейших дефектов кристаллической решетки по Schottky и Френкелю. Приводится обзор некоторых возможных гипотез возникновения фонового естественного квазистационарного электрического поля в нетронутых угольных или рудных залежах. Описываются механизмы возникновения ЕЭП, связанные с механическими деформациями горных пород. Приводится описание диффузионного механизма возникновения ЕЭП, который позволяет установить взаимосвязь между первым инвариантом тензора механических напряжений и потенциалом электрического поля. Также исследуется механизм электризации трещин при их быстром распространении; дается оценка линейного заряда в вершине трещины.

Земная кора сложена различными горными породами. Все горные породы, образующие земную кору, состоят из минералов, которые можно подразделить на породообразующие и цементирующие. Из породообразующих минералов наиболее распространены силикаты и карбонаты. Силикаты слагают более 75% земной коры (а вместе с кварцем около 87%) и более 95% изверженных горных пород. Под действием внешней среды кристаллическая решетка минерала искажается и деформируется. В ионных кристаллах наиболее распространены дефекты по ЗсЬоИку и Френкелю.

В горных породах происходят процессы различной физической природы: тепловые, радиоактивные, электрические. В рамках диссертационного исследования рассматривается последний тип процессов. В настоящее время существует достаточно много гипотез, объясняющих механизм возникновения БЭП Земли в горных породах: гипотеза контакта двух разнородных сред А. П. Краева; гипотеза гальванического элемента А. С. Семенова; гипотеза протекания окислительно-восстановительных реакций В. Н. Дахнова; гипотеза возникновения пьезоэлектричества А. В. Шубникова, Э. И. Пархоменко; гипотеза возникновения электрического поля при движении краевых дислокаций М. И. Корнфельда, В. М. Финкеля, Ю. И. Головина, М. И. Молоцкого. Однако ни одна из перечисленных гипотез не позволяет объяснить установленный в работах Б. Г. Тарасова, В. В. Дырдина, В. В. Иванова факт взаимосвязи потенциала ЕЭП с первым инвариантом тензора механических напряжений на ранних стадиях формирования очага.

Для объяснения указанной взаимосвязи Б. Г. Тарасов с соавторами предложили новый механизм возникновения ЕЭП, который получил название диффузионного. Суть его заключается в следующем: при термодинамическом равновесии и отсутствии градиентов концентрации точечных дефектов диффузия дефектов является хаотичной и поэтому электрический ток не возникает. При появлении градиентов механических напряжений данное равновесное состояние нарушается; возникает направленный поток точечных дефектов, причем вакансии диффундируют в область максимального, а междо-узельные ионы - в область минимального давления. При различии коэффициентов диффузии катионных и анионных вакансий возникает результирующий «сторонний» ток, а также встречный ток проводимости, стремящийся скомпенсировать возникающее электрическое поле. При установлении динамического равновесия полный ток из объема, занимаемого дефектами, будет равен нулю, однако в данной области возникает стационарный заряд, который создает электрическое поле в окружающей среде. Как уставлено Б. Г. Тарасовым и др., взаимосвязь потенциала ЕЭП Земли и первого инварианта тензора механических напряжений описывается формулой:

а взаимосвязь напряженности ЕЭП Земли и величины перепадов механических напряжений - формулой:

г i2Vcx„ (4)

t=—--,

3 q

где Q ~ 10 ® - дилатация кристаллической решетки, м3; 1,602-10"" -

заряд вакансии, Кл; аи - первый инвариант тензора механических напряжений, Па.

В третьей главе рассматривается прямая задача расчета потенциала и напряженности электрического поля от глубинных источников в очаге разрушения в слоистой среде. Произведен расчет объемной плотности токов из очаговой зоны на трех основных стадиях формирования очага. Исследованы некоторые вопросы численной реализации алгоритмов, разработанных на основе аналитических решений; предложены новые вычислительные алгоритмы. Приведены оценки величины потенциала и напряженности квазистационарного электрического поля.

При решении прямой задачи расчета потенциала и напряженности электрического поля необходимо выбрать рабочую модель пространства, вмещающего источник тока. В общем случае горная порода в области горной выработки представляет собой неоднородную анизотропную среду. При этом неоднородность среды связана как с наличием пород различного вида, так и с наличием горных выработок, проведенных в нетронутой толще пород. Анизотропность присуща осадочным слоистым породам и метаморфическим породам с хорошо выраженной сланцеватостью. В случае исследования распределения потенциала в районе горной выработки возникает необходимость учитывать вышеприведенные обстоятельства. Однако, при моделировании распределения электрического поля на земной поверхности в области нетронутого массива, на расстоянии 100 - 500 метров от горной выработки влиянием последней на величину потенциала можно пренебречь.

Горные породы, вмещающие угольные пласты, для условий Кузбасса представлены аргиллитами, алевролитами, песчаниками, известняками и гравелитами. Кажущееся УЭС для аргиллита - 10 - 30 Ом»м, алевролита - 20 -60 Ом'м, песчаника - 60 - 120 Ом«м, известняка - 150 - 230 Ом»м, гравелита - 70 - 130 Ом'м. По данным скважинного каротажа осадочные породы представляют собой слои с практически постоянными в пределах каждого слоя электрическими характеристиками. В связи с этим горизонтальной анизотропией горных пород с достаточной степенью точности для практики также можно пренебречь и учитывать только вертикальную анизотропность, обусловленную пространственным распределением слоев горных пород.

Таким образом, в качестве вмещающего выберем слоистое, однородное изотропное в пределах каждого слоя, пространство.

Наличие высокопроводящего верхнего слоя увлажненных горных пород, мощность которого варьируется от 0 до 100 метров, создает экранный эф-

фекг. Непосредственный учет указанного эффекта достигается путем рассмотрения трехслойной среды. Таким образом, при моделировании распределения ЕЭГ1 будем считать, что количество слоев равно трем, при этом мощность нижнего (первого) и верхнего слоев предполагается бесконечной, мощность промежуточного слоя равна И, м. Третий слой является атмосферой с удельным электросопротивлением (УЭС) р, -»оо, Ом*м, УЭС первого и второго слоев будем обозначать д, рг, Ом*м соответственно. Заглубленный точечный источник тока расположен на расстоянии у,, м от границы первого и второго слоев и Я, м от дневной поверхности (см. рис. 1).

Слой Л

Слой 1

—> «о

Слон 3

Слой 1

Рис. 1. К расчету потенциала электрического ноля точечного источника и равномерно заряженного эллипсоида

Из теоретической геофизики известно, что данную задачу можно сформулировать в виде уравнения Лапласа с соответствующими фаничными и предельными условиями:

У> = 0 (5)

ОР.)™ > («>2 =(?3 ),=„♦/»

дер^ = д<р2 д<рг (6)

Р&у.у, РгдУы Ргду^*«

)«.„ -> 0, (<Р, )*.„ , л = л/'-'+У ■ 4яЯ

Решение (5, 6) для потенциала в верхнем слое имеет вид:

<ръ = - — [Л(т)Уг/тг)ехр(-дау)а'»г, (7)

2л- г

(1 — ^ )

где А(т)~— -—---, р1,р1 - УЭС первого и второго слоев, Ом*м;

1 + Кп ехр(-2тЬ)

Jtl(mr) - функция Бесселя нулевого порядка; 1 - величина тока точечного

источника; Кп = (р2 - р,) ■ (/?, + д ) ' - коэффициент отражения границы

второго слоя; г = л/хг +г2 - полярный радиус, м; й- толщина второго слоя, м; (р: - величина потенциала в ;-м слое, В.

Как указано выше, моделью очаговой зоны будет служить эллипсоид с полуосями Л > В £ С, повернутый на угол 45°. Интегрируя (7) по объему эллипсоида, запишем формулу для объемного потенциала электрического поля в виде ряда:

Мт-(АиУМт--{BjMm-~z2uMn

(8)

где рг - УЭС промежуточного слоя, Ом«м; Кп - коэффициент отражения

границы второго слоя; h - мощность промежуточного слоя, м; div j - объемная плотность токов, А/м3; Мш, Мт, Мою, Mm - эллиптические интегралы

ы V"i du и И du и V"[ du

вида = ^ J—M100=-J-J;

2 }{A+u)Q(u) 2 i(B+u)Q{u)

Q(u) =-^(A2+ u)(B2 + и)(Сг +u), V = ABC,

2 ¿Ш

м = П_ ^_

Мт _2 }(В*+«)&«)• Лм ~хмсо5а + {ум +2и)зта, Вм = -хм5\па + (ум +2п)со5а, £ - наи-

(А,)2 С8«)2 , - - -

большии корень уравнения —Ь --1- —¡,-= 1, хм, ум, гм - коор-

А +£ В С +£ динаты точки измерения потенциала. Все величины с чертой - приведенные величины от соответствующих размерных величин с размерным коэффициентом /Г1.

Дифференцируя (8) по переменным х, г, получим компоненты вектора напряженности электрического поля на земной поверхности, обусловленного равномерно заряженным эллипсоидом:

Е, = 2p2hdivj(l -Кп)Х(-КиУ(Аи cosаМт - Ви sinаМш),

я«0

Ех = 2p7hdivj(l - Кп)zu ±(-К]2ГМт.

(9)

На рис. 3, 4 приведены результаты численных расчетов величины потенциала и напряженности по формулам (8,9) на ЭВМ.

Рис. 3. Изолинии безразмерного потенциала ч> на земной поверхности для следующих значений параметров очага: Л = 90, В = 10, С =10, Я =150, й = 50,м, а = 45°, Кп =-0,6.

х(м)

Рис. 4. Изолинии безразмерной напряженности поля Е1г = -//^ + Е] па земной поверхности для следующих значений параметров очага: Л = 90, В = 10, С = 10, // = 150, А = 50, м, от = 45°, А',2 =-0,6.

Укажем закономерности экранного эффекта, обусловленного наличием дополнительного промежуточного слоя.

Введем, следуя Л. С. Семенову, числовую характеристику эффекта экранирования (коэффициент экранирования) по формуле:

='Г =■ (10)

<Р\ь* И«,,-.

где <р — величина потенциала электрического поля, вычисленная с учетом экранирующего слоя, В; ^ - величина потенциала электрического поля, вычисленная без учета экранирующего слоя, В.

Анализ величины Кл позволяет установить закономерности изменения величины Кл в зависимости от: а) знака коэффициента отражения нижней 1раницы экранирующего слоя; б) местоположения точки измерения потенциала электрического поля - координаты хи, м; в) доли мощности экранирующего слоя в общем расстоянии от источника тока до точки измерения потенциала — ///А; г) угла наклона объемного источника токов.

Произведенные исследования позволили сделать следующие выводы. При К12 < 0 величина К1к удовлетворяет неравенству: 1 > К<1: > 1 + Ки; при К12 > 0 величина КгН удовлетворяет неравенству: 1 < К^ < 1 + К12. Таким образом, независимо от точки измерения потенциала, при К12 < 0 возникает эффект ослабления, а при Кп > 0 - эффект усиления электрического поля. При этом, интенсивность ослабления или усиления электрического поля не является постоянной, а зависит от расположения точки измерения потенциала. А именно, наиболее сильно экранировано поле в эпицентральной области источника тока, при увеличении же расстояния от источника до пункта измерения потенциала влияние экранирующего слоя снижается. Аналогичная закономерность возникает при изменении отношения Я/А: сильнее всего (Кл «¡0,4) геоэлектрическое поле экранировано от источников, расположенных вблизи от экранирующего слоя, и наоборот, чем глубже расположен источник поля, тем меньше проявляется эффект экранирования: К1Н «0,5 (числовые значения приведены для случая экранирования Кп = -0,9). Кроме

того установлено, что при увеличении угла наклона интенсивность эффекта экранирования сдвигается в область наименьшего расстояния от очага до нижней границы экранирующего слоя.

Приведем графики коэффициента экранирования поля для эллипсоидального источника, в случае когда А- 90, 5=40, С-10, /? = 50 м, а = 45", Кп = {-0,6; - 0,9} (рис. 5, 6).

0.60.56

0.450.4-

200 Л" И

100 -600

Рис. 5. Зависимость Кл от величии хи и Рис. 6. Зависимость Кл от величин хи и II при Кп = -0,6. Н при Ка = -0,9.

Теоретический анализ показал, что зависимость эффекта экранирования от приведенной величины Н/й оказывается наиболее значимой и позволяет объяснить все (кроме первой) установленные закономерности.

Численная реализация и практическое применение формул (8, 9) сопряжено со следующими проблемами: малая скорость сходимости рядов в (8, 9) при величине Кп, близкой к - 1; низкая скорость вычисления эллиптических интегралов А/000, Мт, Мнсь Мт по каким-либо стандартным квадратурным формулам. Для решения первой проблемы предлагается использовать алгоритм поиска коэффициентов многочлена, доставляющего наилучшее равномерное приближение известной функции на заданном отрезке, предложенный Е. Я. Ремезом. Использование алгоритма Е. Я. Ремеза позволяет ограничиться в случае Ки =-0,9 не более чем 20 слагаемыми. Для решения второй проблемы используются известные неполные эллиптические интегралы В. С. СагЬоп'а.

Для определения перепадов механических напряжений в очаговой зоне

на первой стадии выпишем взаимосвязь между объемной плотностью сИг у и Уст :

(Ну )■

за

2др1АС

А агевт

С + -

-С2

■Га1 - с2

Уст...

(И)

где 102\ м3 - дилатация кристаллической решетки; <7 ~е «1,602-10 ", Кл - заряд вакансии; А, С - полуоси эллипсоида, м; р1 - УЭС пород 1 слоя, Ом»м.

Произведем расчет величины потенциала и напряженности электрического поля, порожденного равномерно заряженным эллипсоидом. Данные приведены в таблице 1. При расчетах предполагалось, что В = 0,5 • А, С = 0,1-Л, й = 50,0, а = 45°. Потенциал вычислялся в начале координат, напряженность - в точке ее максимума.

Таблица 1

Величины потенциала и напряжешшети электрического поля на начальной стадии ___формирования очаговой зоны.

Кп Усг^ « 5,0, МПа/м Усгф «10,0,МПа/м

-0,6 Я, м А, м (р, мВ Е, мВ/км <р, мВ Е, мВ/км

150,0 50,0 4,386 8,723 8,772 17,446

100,0 17,410 37,926 34,820 3.236 75,852 2.104

500,0 50,0 1,618 1,052

100,0 6,355 4,235 12,710 8,470

-0,9 150,0 50,0 2,015 2,619 4,030 5,238

100,0 7,962 11,238 15,924 22,476

500,0 50,0 0,986 0,449 1,972 0,898

100,0 3,871 1,804 7,742 3,608

В четвертой главе рассматриваются вопросы определения основных параметров очаговой зоны по измеренным значениям потенциала и напряженности электрического поля на дневной поверхности. К таким параметрам относятся: глубина залегания и пространственные размеры очаговой зоны; величина и местоположение эпицентра очаговой зоны на дневной поверхности; величина перепадов механических напряжений в очаговой зоне. Получены числовые оценки указанных выше параметров; построены функциональные зависимости, связывающие параметры очаговой зоны и значения потенциала и напряженности электрического поля на дневной поверхности; приведены примеры применения предложенных зависимостей.

Идея построения формул, связывающих значения потенциала и напряженности электрического поля с геометрическими и механическими параметрами очага, заключается в аппроксимации функциональных зависимостей (8, 9) с учетом (11) более простыми функциями одного действительно переменного.

Для определения глубины залегания очаговой зоны концентраций механических напряжений предлагается использовать геометрическую характеристику электрического поля Д£, м - расстояние между максимумами напряженности поля. В случае шарообразной очаговой зоны величина А,, не зависит от ее размеров; в случае же эллипсоидальной очаговой зоны зависи-

мость Af от размеров очага пренебрежимо мала, при условии, что продольный размер очага составляет максимум 200 метров.

Для определения размеров очаговой зоны предлагается использовать одну из двух геометрических характеристик: (р/Е, м, численно равную расстоянию между точкой максимума напряженности поля и точкой пересечения касательной к потенциальной кривой с осью <р = 0 в случае, когда потенциал и напряженность вычисляются в точке максимума напряженности поля; либо А , м, равную расстоянию между точками максимума потенциала и напряженности поля. При этом, с точки зрения практики, величина Av более удобна, чем <р/Е, поскольку не требует знания величин потенциала и напряженности ЕЭП, а только местоположения их максимумов, кроме того, определение величины <р!Е на практике сопряжено с достаточно большими погрешностями измерения.

Достоинства введенных характеристик заключаются в том, что они не зависят от выбора системы координат, от объемной плотности токов, а следовательно, и от стадии формирования очаговой зоны.

Приведем графики зависимости глубины Н от величины Дя и графики зависимости величины Л от А (рис.7, 8).

Рис.7. Зависимость Я от Д£ при различ- Рис. 8. Зависимость А<, от А при различных пых значениях коэффициентах отражения значениях коэффициентах отражения К12.

Функциональная зависимость между Н и Д£ имеет линейный вид:

Н = к ■ АЕ + т, (12)

где Н - глубина залегания, м; Л,, - расстояние между экстремумами, м; коэффициенты к, т вычисляются по методу наименьших квадратов и изменяются в зависимости от мощности экранирующего слоя И и коэффициента отражения К]2. Индекс детерминации для зависимостей (12) равен Я1 ~ 0,999.

Отметим, что в случае шарообразного источника и двухслойного пространства коэффициент к = , а т = 0.

Функциональную зависимость между А и Д„ лучше всего описывает параболическая зависимость следующего вида Д^ = с - Л2 /</2 или

(13)

где А - продольный полуразмер очага, м; А9 - расстояние между точками максимума напряженности и потенциала электрического поля, м; коэффициенты с, <1 определяются по методу наименьших квадратов и зависят от свойств вмещающего пространства, которые необходимо задавать перед расчетом.

Для локализации очаговой зоны концентраций механических напряжений установим функциональную зависимость между А^ми I, м - расстоянием от точки максимума напряженности электрического поля до границы эпицентра очаговой зоны (рис. 9, 10).

Ь=2Леояа I „»■«

Рис. 9. К определению положения эпицен- Рис. 10. Зависимость I от А при различ-тра на земной поверхности. ных глубинах залегания очага.

На основании рисунка 10 можно сделать вывод о линейной связи между А и /; учитывая же формулы (13), получаем зависимость между А„ и / .

Для определения величины перепадов механических напряжений в очаговой зоне предлагается использовать формулу, полученную на основе зависимости (11):

Уст = -

9?з -10'° -А-С

* 1,5-А2-(1 + Ки)-М-1/ где М = С + [А2 агс8т(07Л)]х , W = (А2 - С2)"2, С = 0,1 • А, а = Ко ~{Аи)2Мт -(ВиУМт -

(14)

Приведем два примера применения предложенных зависимостей.

Используем результаты измерений потенциала ЕЭП, произведенных В. В. Дырдиным, Г. В. Алексеевской и А. И. Шикановым по профилю, проложенному на земной поверхности над серединой лавы 17124 шахты имени Кирова при отработке пласта Бреевского в 1988 году. Приведем выкопировку с плана горных работ лавы 17124 в районе диагональной печи №1 и графики величины потенциала ЕЭП, измеренного на земной поверхности по профилю, проложенному над серединой лавы (рис. 11, 12).

Рис. 11 Выкопировка плана горных работ Рис. 12 График значений потенциала на земной

На рисунке 11 приведены три графика значений потенциала, измеренных соответственно 14, 15, 16.09.1988. Положение очистного забоя в эти дни было соответственно в точках с координатами х = 50,55,60 м.

Можно отметить качественное соответствие теоретических положений представленным экспериментальным данным. А именно, на втором [рафике наблюдаются два ярко выраженных максимума потенциала впереди и позади очистного забоя, что соот ветствует образованию двух очаговых зон концентраций механических напряжений. Расстояние между ними порядка 90 метров. После подвигания забоя 15.09.1988 произошло обрушение кровли, что привело к уменьшению механических напряжений в призабойной зоне - произошло уменьшение величины потенциала ЕЭП и сдвиг его максимума вглубь пласта.

Во втором примере рассмотрим карту изолиний потенциала, измеренного А.И. Шикановым и Г. В. Алексеевской на шахте «Распадская» в июле 1990 года (рис. 13).

Наибольшая концентрация изолиний наблюдается над границей между выработанным пространством и целиком. Величина потенциала, обусловленного перепадами механических напряжений, составляет г/> = 20 мВ или 0,02 В. Полагая, что изолиния в 10 мВ расположена в зоне концентрации изолиний, получим величину Д4. »300 м.

Определим глубину залегания очага в случае двух значений Кп = -0,6 и Кп = -0,9, а также двух значений А = 10 м и А = 25 м.

на шахте им. Кирова

поверхности

Рис. 13. Карта изолиний на земной поверхности после начала отработки лавы 3-6-11.

Если /г = 10, то при Ка=-0,6 получим что //«0,683-300-8,106=197, м, а при К„ =-0,9 - Я «0,604-300-14,867 = 166, м. Если же /г = 25, то при Ки = -0,6 получим что Я «0,653-300-5,649=190, м, а при Кп=-0,9 -Я «0,542-300-4,251 = 158, м.

Г. В. Алексеевская указывает, что очистные работы производились на I глубине Я = 170 м, что попадает в полученные интервалы.

Учитывая истинную глубину залегания Я = 170м и среднее значение = -0,75, определим возможные размеры очага при Ь = 10 и 25 м. По карте изолиний определим расстояние Д «130 м. Величину А определим следующим образом: А =30,345-(144,401 -130,0)"2 «115,0, м. Расстояние I от | области концентраций изолиний до границы очага составит: / = 143,909-0,6912• А « 143,909-0,691 -115,0«64,0, м. Величина перепадов механических напряжений, вычисленная по формуле (14), составит:

I „ 0,02-10'°-115,0-11,5 „ ,

= - - ----I--------- ----«5,8 ■ 10 , Па/м.

' 1,5-625,0-0,25-181,474331-1,074604

В работах Б. Г. Тарасова с соавторами показано, что критическое значение переладов механических напряжений Vо для возникновения ударо-

опасной ситуации составляет 10 МПа/м. Расчетное значение Уа «5 8

ср • '

М11а/м меньше критического, следовательно, опасности возникновения горного удара нет.

Произведем сравнительный анализ значений перепадов механических напряжений Уаср со значением Усгу, вычисленным по формуле, предложенной Б. Г. Тарасовым, В. В. Дырдиным, В.В. Ивановым и В. И. Мурашовым:

п 2,45-(«/2/)8-"-1)х

1-х.

(15)

где у — удельный вес пород, Н/м ; Н — глубина, м; / — расстояние до максимума потенциала, м; т - мощность пласта, м; дго - протяженность зоны отжима, м.

Возьмем типичные значения указанных величин: Н ¡»170,0 м - глубина залегания пласта; та3,7 м; /-х0 «1,756 м, где / - расстояние от кромки пласта до точки максимума потенциала, х0 я 0,244 - протяженность зоны отжима м; у я 0,036 МПа/м - объемный вес горной породы. В работе авторов произведены измерения потенциала в серии точек, разнесенных на одинаковое расстояние - 0,25 м. По формуле (15) получены следующие значения: (Т2 «14,88, МПа, сг, «13,65, МПа. Тогда величина перепадов составит величину У<х »4,9 МПа/м, что в пределах порядка совпадает с расчетным значением У<Т() « 5,8 МПа/м.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертационная работа является научно-квалификационной работой, в которой содержится решение задачи совершенствования геоэлектрического метода прогноза зон концентрации напряжений и разрушения угольных пластов но измерениям поля на земной поверхности, включающего обнаружение области максимальной концентраций изолиний потенциала на единицу площади, определение величин потенциала, напряженности, расстояния между экстремумами напряженности в заданной области, и нахождении основных параметров очаговой зоны (глубина залегания, пространственные размеры, величину перепадов механических напряжений) и имеющего существенное значение для горнодобывающей отрасли России.

Основные научные результаты, выводы и рекомендации сводятся к следующему.

1. Установлено, что распределение потенциала ЕЭП на земной поверхности над зоной концентраций механических напряжений обладает симметричной структурой; при этом наибольшие величины перепадов потенциала ЕЭП обнаруживаются в области наименьшего расстояния между зоной концентраций механических напряжений и земной поверхностью; величина потенциала на наиболее продолжительной стадии может достигать величины от 1,0 до 35,0 (мВ).

2. Объяснены следующие эффекты, связанные с экранированием ЕЭГ1 верхним увлажненным слоем наносов и горных пород:

а) при р2 <р,: 1 > Кя„ > 2рг Цр, + р,); при р2> р,\ 1 < Кл <2р, 1(р2 +/),), где Кл - коэффициент экранирования;

б) между расстоянием от источника тока до точки измерения потенциала и коэффициентом экранирования существует обратная зависимость: в эпицентре источника тока электрическое поле экранировано сильнее, чем вне эпицентра.

в) между расстоянием от источника тока до нижней границы экранирующего слоя и коэффициентом экранирования существует обратная зависимость: чем ближе источник расположен к нижней границе, тем сильией экранировано электрическое поле;

г) для наклонного объемного источника тока происходит сдвиг максимума экранирования в сторону в сторону уменьшения расстояния от очага до земной поверхности.

3. Установлено, что расстояние Д(, между максимумами напряженности ЭП над очагом разрушения, отношение <р/Е величины потенциала ЭП к его напряженности, расстояние Д между максимумами напряженности и потенциала ЭП являются геометрическими характеристиками ЭГ1 участка Земли над объемным источником тока.

4. Обнаружены линейная взаимосвязь между глубиной залегания очаговой зоны разрушения и величиной Д(,; параболическая взаимосвязь между величиной (р/Е и максимальным продольным размером очаговой зоны; параболическая же взаимосвязь между величиной и максимальным продольным размером очаговой зоны.

5. Предложенный алгоритм решения уравнения Лапласа в трехслойной среде для точечного источника, основанный на алгоритме Е. Я. Ремеза построения аппроксимирующего многочлена, позволяет ограничиться при любом сочетании УЭС слоев не более чем 20 слагаемыми.

Основные положения и результаты диссертации опубликованы

в ведущих рецензируемых научных журналах и изданиях, рекомендованных ВАК России.

1. Иванов, В.В. Электромагнитные возмущения в атмосфере перед крупными сейсмическими событиями [Текст] / В. В. Иванов, Д. 10. Сирота // Вестник КузГТУ. - 2006. - № 6.2. - С. 3-8.

2. Иванов, В. В. Геодинамические процессы в земной коре и возмущения электромагнитного поля при образовании разломов [Текст] / В. В. Иванов, В. А. Хямяляйнен, Д. Ю. Сирота, Р. В. Бузук И ГИАБ. - 2008. - №2. - С. 122 -132.

3. Иванов, В. В. Оценка напряжений в разрабатываемых угольных массивах по измерениям потенциала естественного электрического поля на земной поверхности [Текст] / В. В. Иванов, Д. Ю. Сирота // Изв. ВУЗов Горный журнал, - 2009. - № 2. - С. 97 -101.

в прочих изданиях:

4. Иванов, В. В. Определение параметров очага горно-тектонических ударов и землетрясений на основе измерения возмущений естественного электромагнитного поля земли [Текст] / В. В. Иванов, Д. Ю. Сирота // Материалы VII Межд. науч. - практ. конф. «Безопасность жизнедеятельности предприятий в промышленно развитых районах». - Кемерово. - 2007. - Т. 1. -с. 148-157.

5 Сирота, Д. Ю. Повышение скорости вычислений для одной задачи электроразведки [Текст] / Д. Ю. Сирота // Вестник КузГТУ. - 2008. № 1. — С. 81-85.

6. Сирота, Д. Ю. Эффект экранирования электрического поля от глубинных очагов разрушения в слоистой среде [Текст] / Д. Ю. Сирота // Вестн. КузГТУ. - 2008. - №3. - С. 36 - 39.

7. Сирота, Д. Ю. Определение глубины залегания и размеров очаговой зоны горного удара на основе измерений естественного электрического поля Земли [Текст] / Д. Ю. Сирота, В.В. Иванов Н Вестник КузГТУ. - 2008. - №6. -С.3-8.

8. Сирота, Д. Ю. Обнаружение эпицентра очага горного удара на основе измерений естественного электрического поля земли [Текст] / Д. Ю. Сирота // Материалы науч. - практ. конф. «Управление механическими процессами дезинтирации, инъекционного уплотнения и переработки горных пород». -Кемерово. - 2009. - С. 66 - 77.

Подписано в печать . Формат 60x84/16

Бумага белая писчая. Отпечатано на ризографе.

Уч. изд. л. 1,0. Тираж юо экз. Заказу" ГУ КузГТУ. 650026, Кемерово, ул. Весенняя, 28. Типография ГУ КузГТУ. 650099, Кемерово, ул. Д.Бедного,4а

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Сирота, Дмитрий Юрьевич

ВВЕДЕНИЕ

1. Формирование зон концентраций механических напряжений на удароопасных участках угольных пластов. Выводы и задачи исследований

1.1. Гипотезы проявления горного давления при ведении горных работ

1.2. Гипотезы формирования очага сейсмического события

1.3. Горные удары и их классификация

1.4. Методы контроля напряженно-деформируемого состояния и удароопасности массивов горных работ

1.4.1. Понятие геоконтроля

1.4.2. Геомеханические методы контроля

1.4.3. Геофизические методы контроля

Выводы и задачи исследований

2. Физические механизмы, возникновения естественного квазистационарного электрического поля в массивах горных работ

2.1. Структура горных пород кристаллического щита земной коры

2.2. Некоторые возможные механизмы возникновения ЕЭП в массивах горных пород

2.3. Диффузионный механизм возникновения ЕЭП в массиве горных пород

2.4 Механизм электризации трещин при их быстром распространении

2.4.1 Общий случай электризации движущихся трещин

2.4.2. Механизм электризации «быстрых» трещин

Выводы

3. Моделирование возмущений (аномалий) ЕЭП на земной поверхности от равномерно заряженного очага сейсмического события

3.1. Прямая задача расчета ЕЭП от глубинных заряженных очагов разрушения в слоистой среде

3.1.1. Потенциал точечного источника в трехслойном однородном изотропном пространстве

3.1.2. Потенциал равномерно заряженного эллипсоида

3.1.3. Вычисление напряженности электрического поля

3.1.4. Некоторые аспекты разработки численных алгоритмов на основе аналитических формул

3.1.5. Расчет объемной плотности токов и размерных коэффициентов

3.2. Эффект экранирования электрического поля

3.2.1. Экранирование электрического поля точечного источника

3.2.2. Экранирование электрического поля очага сейсмического события

Выводы

4. Разработка методики определения параметров зон концентрации механических напряжений в углепородных массивах

4.1. Оценка основных параметров очаговой зоны

4.1.1. Обобщение метода касательных

4.1.2. Определение глубины залегания очага разрушения

4.1.3. Определение линейных размеров очаговой зоны

4.2. Определение положения на земной поверхности эпицентра очага разрушения

4.3. Оценка максимальных значений механических напряжений в очаговой зоне и в области их концентраций вблизи фронта очистных работ

Выводы

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Совершенствование геоэлектрического метода прогноза зон концентрации напряжений и разрушения угольных пластов по измерениям поля на земной поверхности"

АКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ

Разработка угольных месторождений связана с изменением горного давления, перераспределением напряженно-деформированного состояния (НДС) массива горных пород и, как следствие, образованием зон концентраций механических напряжений. Негативное влияние образовавшихся зон концентраций механических напряжений заключается в оседании и обрушении кровли, разрушении сопряжений выработок, разрушении охранных целиков, защемлении и разрушении крепи, возникновении горных ударов и других форм динамического проявления горного давления.

Основные существующие методы контроля и прогнозирования напряженно-деформируемого состояния горного массива можно разделить на две основные группы: геомеханические и геофизические, каждая из которых обладает своими особенностями. Для геомеханических методов характерна большая трудоемкость, связанная с бурением скважин, созданием искусственного давления; полное или частичное разрушение образца (массива) горных пород в ходе исследования. Возможной альтернативой является группа косвенных геофизических методов, к которым относятся методы электрометрии, акустические методы, сейсмические методы, методы электромагнитного излучения.

Наиболее простым в использовании является вариант электрометрического метода, основанный на измерении потенциала (в дальнейшем вместо выражения «разность потенциалов» будем использовать термин «потенциал», если разность потенциалов определяется между точками, разнесенными на достаточно большое расстояние, чтобы считать его сравнимым с бесконечностью) и напряженности естественного электрического поля (ЕЭП) Земли. Анализ литературы показывает, что подавляющая часть научных разработок посвящена измерению и последующему анализу потенциала и напряженности ЕЭП непосредственно в подготовительных или очистных выработках, что обусловлено большей величиной и интенсивностью электрических полей в них. Однако, как непосредственные измерения, так и последующий их теоретический анализ, сопряжены с достаточно большими трудностями технологического характера: производство очистных работ вблизи точки измерения параметров электрического поля; наличие существенных электрических помех, обусловленных наличием добычных электрифицированных комплексов. Альтернативное направление, предложенное впервые проф., д.т.н. Б. Г. Тарасовым, заключается в исследовании параметров распределения электрического поля на земной поверхности и установлении взаимосвязей между этими параметрами и НДС массива горных пород.

ОБЪЕКТОМ ИССЛЕДОВАНИЯ является очаговая зона концентраций механических напряжений в угольных пластах.

ПРЕДМЕТОМ ИССЛЕДОВАНИЯ являются основные параметры естественного геоэлектрического поля, обусловленного указанной очаговой зоной.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ заключается в совершенствовании геоэлектрического метода прогноза зон концентрации напряжений и разрушения угольных пластов по измерениям геоэлектрического поля на земной поверхности, обеспечивающего максимальное использование геофизической информации для определения основных параметров очаговой зоны.

ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ:

- исследовать эффект экранирования геоэлектрического поля на земной поверхности, обусловленный существованием приповерхностного увлажненного слоя наносов и горных пород;

- совершенствовать геоэлектрический метод прогноза зон концентрации механических напряжений и разрушения угольных пластов по измерениям поля на земной поверхности в направлении максимального использования геофизической информации для количественного определения глубины залегания очага, его пространственных размеров, местоположения эпицентра на земной поверхности и градиента механических напряжений в очаговой зоне.

ИДЕЯ РАБОТЫ заключается в установлении закономерностей распределения ЕЭП и их применении для определения параметров очаговой зоны концентрации напряжений и разрушения, а также количественной оценки механических напряжений в очаге на первых стадиях его формирования.

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ:

- методы теоретической геофизики, численные методы, методы теории аппроксимаций — для моделирования на ЭВМ распределения потенциала электрического поля, порожденного равномерно заряженным телом, расположенным в трехслойном изотропном однородном пространстве с плоскопараллельными границами.

- методы теоретической геофизики — для количественной оценки степени влияния экранирующего слоя на величину геоэлектрического поля.

НАУЧНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ, выносимые на защиту:

- экранный эффект приповерхностного увлажненного слоя наносов и горных пород заключается в том, что если удельное электросопротивление указанного слоя более чем в 10 раз меньше удельного электросопротивления нижележащих слоев, то для очага разрушения расположенного на расстоянии от 50 до 500 метров от нижней границы экранирующего слоя, коэффициент экранирования принимает значения от Кф = 0,4 до Ksh =0,85 в эпицентре очага разрушения и значения от Ksh = 0,8 до Ksh = 0,9 вне эпицентра;

НАУЧНАЯ НОВИЗНА РАБОТЫ заключается:

ОБОСНОВАННОСТЬ И ДОСТОВЕРНОСТЬ НАУЧНЫХ ПОЛОЖЕНИЙ, ВЫВОДОВ И РЕКОМЕНДАЦИЙ подтверждается:

- хорошей сходимостью с результатами исследований, проведенных другими исследователями;

ЗНАЧЕНИЕ РАБОТЫ.

РЕАЛИЗАЦИЯ.

Алгоритмы расчета реализованы в комплексе компьютерных программ по определению основных параметров очаговой зоны концентраций механических напряжений. Результаты работы включены в «Руководство по определению сейсмоопасных геодинамических процессов на шахтах и разрезах Кузбасса», (Кемерово, 2008 г).

АПРОБАЦИЯ.

Основные положения и выводы работы в период ее выполнения докладывались и обсуждались на научном симпозиуме «Неделя горняка» (Москва, 2007 г.), VII Международной научно-практической конференции «Безопасность жизнедеятельности предприятий в промышленно развитых районах» (Кемерово, 2007 г.), научно-практических конференциях для студентов и аспирантов (Кемерово, 2007, 2008 гг.).

ПУБЛИКАЦИИ.

По результатам выполнения исследований опубликовано 8 научных работ, в том числе 3 - в ведущих рецензируемых научных журналах и изданиях, рекомендованных ВАК РФ по специальности 25.00.16 «Горнопромышленная и неф-тегазопромысловая геология, геофизика, маркшейдерское дело и геометрия недр».

ОБЪЕМ И СТРУКТУРА РОБОТЫ.

Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, заключения, изложена на 155 страницах машинописного текста, содержит 18 рисунков, 17 таблиц и список литературы из 151 наименования.

Заключение Диссертация по теме "Горнопромышленная и нефтегазопромысловая геология, геофизика, маркшейдерское дело и геометрия недр", Сирота, Дмитрий Юрьевич

ВЫВОДЫ

1 Распределение изолиний потенциала ЕЭП, обусловленного перепадами механических напряжений в области ведения очистных работ, характеризуется следующими тремя геометрическими величинами: расстоянием между точками максимума напряженности ЕЭП - Д/; м; расстоянием между максимумами напряженности и потенциала ЕЭП - м; расстоянием от точки пересечения касательной к графику потенциальной функции до координаты хм максимума напряженности поля - ф/ Е м; расстоянием от точки максимума напряженности ЕЭП до ближайшей точки эпицентра очаговой зоны - / м.

2 Расстояние между максимумами напряженности ЕЭП АЕ зависит линейным образом от глубины залегания очаговой зоны - Н .

3 Расстояние между максимумами напряженности и потенциала ЕЭП А зависит параболическим образом от продольных размеров очаговой зоны концентраций механических напряжений А.

4 Расстояние от точки максимума напряженности ЕЭП до ближайшей точки эпицентра очаговой зоны концентраций механических / зависит линейным образом от продольных размеров очага А.

5 Величина потенциала ЕЭП ф зависит от перепадов механических напряжений Vcrcp линейным образом, при этом порядок величины Vcrcp совпадает с аналогичными расчетными формулами других авторов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертационная работа является научно-квалификационной работой, в которой содержится решение задачи совершенствования геоэлектрического метода прогноза зон концентрации напряжений и разрушения угольных пластов по измерениям поля на земной поверхности, включающего обнаружение области максимальной концентраций изолиний потенциала на единицу площади, определение величин потенциала, напряженности, расстояния между экстремумами напряженности в заданной области, и нахождении основных параметров очаговой зоны (глубина залегания, пространственные размеры, величину перепадов механических напряжений).

Разработанный метод имеет существенное значение для горнодобывающей отрасли России.

Основные научные выводы и рекомендации, полученные лично автором, заключаются в следующем:

1. Установлено, что распределение потенциала ЕЭП на земной поверхности над зоной концентраций механических напряжений обладает симметричной структурой; при этом наибольшие величины перепадов потенциала ЕЭП обнаруживаются в области наименьшего расстояния между очаговой зоной концентраций механических напряжений и земной поверхностью

2. Установлено, что величина потенциала ср на первой, наиболее продолжительной стадии формирования очаговой зоны варьируется от 1,0 до 35,0 мВ; на второй стадии интенсивного трещинообразования величина потенциала (р может достигать сотен милливольт; на завершающей стадии, непосредственно перед формированием магистрального разрыва, величина потенциала ср достигает единиц и десятков вольт.

3. Предложенный алгоритм решения уравнения Лапласа в трехслойной среде для точечного источника, основанный на алгоритме Е. Я. Ремеза построения аппроксимирующего многочлена, позволяет ограничиться при любом сочетании УЭС слоев не более чем 20 слагаемыми.

4. Объяснены следующие эффекты, связанные с экранированием ЕЭП верхним увлажненным слоем наносов и горных пород: а) при р2 < р,: 1 >Ksh >2р2 /(р2 + р,); при рг > р,: 1 <<2р2/(р2 + р,), где ATJ/( - коэффициент экранирования; б) между расстоянием от источника тока до точки измерения потенциала и коэффициентом экранирования существует обратная зависимость: в эпицентре источника тока электрическое поле экранировано сильнее, чем вне эпицентра. в) между расстоянием от источника тока до нижней границы экранирующего слоя и коэффициентом экранирования существует обратная зависимость: чем ближе источник расположен к нижней границе, тем сильней экранировано электрическое поле; г) для наклонного объемного источника тока происходит сдвиг максимума экранирования в сторону в сторону уменьшения расстояния от очага до земной поверхности.

5. Установлено, что расстояние Аи между максимумами напряженности ЭП над очагом разрушения, отношение (р! Е величины потенциала ЭП к его напряженности, расстояние между максимумами напряженности и потенциала ЭП являются геометрическими характеристиками ЭП участка Земли над объемным источником тока.

6. Обнаружены линейная взаимосвязь между глубиной залегания очаговой зоны разрушения и величиной Д£; параболическая взаимосвязь между величиной ср!Е и максимальным продольным размером очаговой зоны; параболическая же взаимосвязь между величиной Ар и максимальным продольным размером очаговой зоны.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Сирота, Дмитрий Юрьевич, Кемерово

1. Егоров, П. В. Геомеханика Текст. / П. В. Егоров, Г. Г. Штумпф, А.А. Ренев и др. К.: Кемвузиздат, 2001. - 276 с.

2. Борисов, А. А. Механика горных пород и массивов Текст. / А. А. Борисов М.: Недра, 1980. - 360 с.

3. Баклашов, И. В. Механика горных пород Текст. / И. В. Баклашов, Б. А. Картозия-М.: Недра, 1975. -410 с

4. Динник, А. Н. Статьи по горному делу Текст. / А. Н. Динник М.: Углетехиздат, 1957. - 315 с.

5. Савин, Г. Н. Распределение напряжений около отверстий Текст. / Г. Н. Савин М.: Наука, 1968. - 216 с.

6. Феннер, Р. Исследование горного давления Текст. / Р. Феннер. — М.: Госгортехиздат, 1961.-132с

7. Лабасс, А. Давление горных пород в угольных шахтах Текст. / А. Ла-басс М.: ГНТИ, 1961.-213 с.

8. Либерман, Ю. М. Давление на крепь капитальных выработок Текст. / Ю. М. Либерман М.: Наука, 1969. - 312 с.

9. Руппенейт, К. В. Некоторые вопросы механики горных работ Текст. / К. В. Руппенейт М.: Углетехиздат, 1954. - 59 с.

10. Векслер, Ю. А. Исследование больших деформаций Текст.: дисс. докт. техн. наук / Ю. А. Векслер, КПИ, 1971.

11. Ержанов, Ж.С. Ползучесть горных пород. Текст.: дисс. докт. техн. наук / Ж. С. Ержанов, КПИ, 1962.

12. Максимов, А. П. Горное давление и крепь выработок Текст. / А. П. Максимов. -М.: Недра, 1973. 157 с.

13. Костров, Б. В. Механика очага тектонического землетрясения Текст. / Б. В. Костров М.: Наука, 1975. - 176 с.

14. Reid, Н. F. The California earthquake of April 18 1906, v. 2. The mechanics of the earthquake Text. / H.F. Reid, -The CIW, 1910.

15. Benioff, H. Earthquakes and rock creep Text. / H. Benioff, Bull. Seis-mol. Soc. America, —1951, v.41, n. 1

16. Bullen, К. E. On strain energy and strength in the Earth's upper mantle Text. / К. E. Bullen, Trans. Amer. Geophys. Union, 1953, v. 34, n. 1.

17. Bath, M., Benioff H. The aftershock sequence of the Kamchatka earthquake of Nov. 4 1952 Text. / M. Bath, H. Benioff, Bull. Seismol. Soc. America, 1958, v. 48, n. 1.

18. Bath, M., Duda S. Earthquake volume, fault plane area, seismic energy, strain, deformation and related quantities Text. / M. Bath, S. Duda, -Ann.geofis.1964, v. 17, n. 3.

19. Nakano, H. Notes on the natureof the forces which gave rise the earthquake motions Text. / H. Nakano, Seismol. Bull. Centr. Meteorol. Obs. Japan. 1923, n.l.

20. Byerly, P. Nature of faulting as deduced from seismograms. In "Crust of the Earth" Text. / P. Byerly, Baltimor, 1955.

21. Hodgson, J. H. Nature of faulting in large earthquakes Text. / J. H. Hod-json,-Bull. Geol. soc. America. 1957, v.68, n. 5.

22. Honda, H. The elastic waves generated from a spherical source Text. / H. Honda, Sci. Pept. Tohoku Univ. Ser. 5. Geophys., 1959, v. 11, n. 3.

23. Кейлис-Борок, В. И. Исследование источников, приближенно эквивалентных очагам землетрясений Текст.// Труды Геофиз. ин-та АН СССР, 1950, №9.

24. Введенская, А. В. Определение полей смещения при землетрясениях с помощью теории дислокаций Текст. // Изв. АН СССР, серия геофиз., 1956, №3.

25. Теркот, Д. Геодинамика. Геологические приложения физики сплошных сред Текст. / Д. Теркот, Г. Шуберт. М.: Мир, 1985, т2. - 730 с.

26. Гербер, И. С. Разрывные нарушения угольных пластов: по материалам шахтной геологии Текст. / И. С. Гербер, В. Е. Григорьев, Ю. Н. Дупак и др. Л.: Недра, 1979. - 190 с.

27. Гольдин, С. В. Оценка параметров очага готовящегося сейсмического события по данным о деформациях свободной поверхности Текст. / С.

28. B. Гольдин, JL А. Назаров, JL А. Назарова, М. П. Козлова// ФТПРПИ 2007, №3.-с. 25-35.

29. Ризниченко, Ю. В. Проблемы сейсмологии. Избранные труды Текст./ Ю. В. Ризниченко. -М.: Наука, 1985, 408 с. //- с. 9 -27.

30. Мячкин, В. И. Основы физики очага и предвестники землетрясения Текст. / В. И. Мячкин, Б. В. Костров, Г. А. Соболев, О. Г. Шамина // Физика очага землетрясений — М.: Наука. — 1975. — с. 104 — 117.

31. Куксенко, В. С. Модель перехода от микро- к макроразрушению твердых тел Текст. / B.C. Куксенко // Сб. «Физика прочности и пластичности». Л.: Наука. - 1986.-с. 36-41.

32. Журков, С. Н. О прогнозировании разрушения горных пород Текст. /

33. C. Н. Журков, В. С. Куксенко, В. А. Петров, В. Н. Савельев // Изв. АН СССР. Физика Земли.- 1977. -№ 6. с. 11 - 18.

34. Журков, С. Н. Физические основы прогнозирования механического разрушения Текст. / С. Н. Журков, В. С. Куксенко, В. А. Петров // ДАН СССР 1981, т. 259, № 6, с. 1350 - 1353.

35. Scholz, С. Н. The Mechanics of Earthquakes and Faulting Text. / С. H. Scholz. Cambridge University Press, 2002. - 471 p.

36. Добровольский, И. П. Теория подготовки тектонического землетрясения Текст. / И. П. Добровольский. М.: ИФЗ АН СССР, 1991. - 217 с.

37. Bak, P. Self-organized criticality: An explanation of 1/f noise Text. / P. Bak, C. Tang, K. Wiesenfeld.// Phys. Rev. Lett. 1987 № 59, pp. 381 - 384.

38. Яковицкая, Г. Е. Разработка метода и измерительных средств диагностики критических состояний горных пород на основе электромагнитной эмиссии Текст.: дисс. докт. техн. наук / Г. Е. Яковицкая. — Н. 2007. -389 с.

39. Гор, А. Ю. Концентрационный порог разрушения и прогноз горных ударов Текст. / А. Ю. Гор, В. С. Куксенко, Н. Г. Томилин // ФТПРПИ 1989, №3,-с. 54-60.

40. Тарасов, Б. Г. Физический контроль массивов горных пород Текст. / Б. Г. Тарасов, В. В. Дырдин, В. В. Иванов, А. Н. Фокин. М.: Недра, 1994.-238 с.

41. Ставрогин, А. Н. Экспериментальная физика и механика горных пород Текст. / А. Н. Ставрогин, Б.Г. Тарасов. С.-П.: Наука, 2001. - 343 с.

42. Бетехтин, В. И. Кинетика разрушения нагруженных материалов при переменной температуре Текст. / В. И. Бетехтин, В. М. Ройтман и др.// ЖТФ 1998, т.68, № 11,-с. 76-81.

43. Глебовский, П. А. Кинетическая трактовка структурно-временного критерия разрушения Текст. / П. А. Глебовский, Ю. В. Петров// ФТТ, 2004, т. 46, в. 6. с. 1021 - 1024.

44. Соболев, Г. А. Физика землетрясений и предвестники Текст. / Г. А. Соболев, А. В. Пономарев. М. Наука, 2003. - 281 с.

45. Авершин, С. Г. Горные удары Текст. / С. Г. Авершин. — М. Углетех-издат, 1955. 232 с.

46. Петухов, И. М. Горные удары и борьба с ними Текст. / И. М. Петухов, В. А. Литвин и др. П. ПКИ, 1969. - 396 с.

47. Петухов, И. М. Горные удары на угольных шахтах Текст. / И. М. Петухов. С.-Пт., 2004. - 232 с.

48. Ловчиков, А. В. Горно-тектонические удары на Ловозерском редко-метальном месторождении Текст. / А. В. Ловчиков // Вестник МГТУ. -2008, т. 11, - № 3, - с. 385 - 392.

49. Шемякин, Е. И. К вопросу о классификации горных ударов Текст. / Е. И. Шемякин, М. В. Курленя, Г. И. Кулаков // ФТПРПИ 1986, №5, с. 3 -11.

50. Phillips, D. Rock Bursts in Coal Mines Text. / D. Phillips, "Transactions of the Institution of mining Engineering" , 1944, № 2.

51. Rice, G. S. Rock Bursts in Coal Mines Text. / G. S. Rice // — "Transactions of AIME, Coal Division", 1936.

52. Егоров, П. В. Справочное пособие для служб прогноза и предотвращения горных ударов на шахтах и рудниках Текст. / П. В. Егоров, В. В. Иванов, В. А. Коваленко и др. Кемерово, 2000. - 294 с.

53. Простов, С. М. Геоэлектрический контроль на рудниках Текст. / С. М. Простов, Б. Г. Тарасов, В. В. Дырдин, В. А. Хямяляйнен К. ГУ Куз-ГТУ, 2003.- 167 с.

54. Глушко, В. Т. Геофизические методы контроля в угольных шахтах и тоннелях Текст. / В. Т. Глушко, В. С. Ямщиков, А. А Янланский. М.: Недра, 1987.-224 с.

55. Глушко, В. Т. Геофизический контроль в угольных шахтах Текст. / В. Т. Глушко, В. С. Ямщиков, А. А Янланский. К.: Наукова Думка, 1978. - 224 с.

56. Ямщиков, B.C. Контроль процессов горного производства Текст. / В. С. Ямщиков. М. Недра, 1988. - 446 с.

57. Hast, N. The measurement of rock pressure in mines Text. / N. Hast, — Svergeol. unders., 1958, Vol. 52, №3.-p. 183.

58. Leeman, E. R. The borehole deformation type of rock stress measuring instrument Text. / E. R. Leeman, Int. J. Rock. Mech. and Mining Sci., 1967, Vol. 4,-p. 23-44.

59. Тенслен, Э. Исследование давлений пород на железных рудниках Лотарингии Текст. / Э. Тенслен, Труды Международной конф. по горному давлению. Льеж, 1951.-М.: 1957.-е. 213-241.

60. Курленя, М. В. К вопросу определения напряжений в осадочных горных породах методом буровых скважин Текст. / М. В. Курленя, М. Б. Устюгов. // ФТПРПИ, 1968, № 6, с. 3 - 7.

61. Лукьянов, К. В. Изучение напряженного состояния угольных целиков методом буровых скважин Текст. / К. В. Лукьянов, А. А. Федосов и др. — В кн. «Измерение напряжений в массиве горных пород». Новосибирск, 1970,-с. 170- 174.

62. Мячкин, В. И. Ультразвуковые исследования напряженного состояния и свойств горных пород в массиве Текст.: Канд. дисс./ В. И. Мячкин. -М. 1965.-225 с.

63. Костров, Б. В. Влияние предварительного напряженного состояния на распространение плоских сейсмических волн Текст. / Б. В. Костров, Л. В. Никитин.// Изв. АН СССР. Сер. Физика Земли, 1968, № 9, с. 30 - 38.

64. Рогожников, В. И. Экспериментальное исследование влияния трещины на характер акустического сигнала Текст. / В. И. Рогожников.// В кн. «Современные проблемы механики горных пород. Л. 1972, — с. 108 — 110.

65. Rousler, R. Theoretische untersuchungen zur druckabhangigkeit Text. / R. Rousler, Freiberg. Gerl. Beit. Geophys., 1959, № 1, - S. 32.

66. Hughes, D. S., Kelly, J. L. Second order elastic deformation of solids Text. / D. S. Hughes, J. 1. Kelly, Phys. Rev. 1958, № 3, - p. 1145.

67. Murnaghan, F. D. Finite deformations of an elastic solids Text. / F. D. Murnaghan, Amer. J. Math., 1937, - pp. 235 - 260.

68. Ватолин, E. С. Изучение взаимосвязи акустических и прочностных свойств песчаников Карагандинского бассейна Текст. / Е. С. Ватолин, В. П. Бородин, О. П. Помашев // ФТПРПИ, 1972, № 3. с. 94 - 97.

69. Ватолин, Е. С. Статистические связи скорости продольных волн с некоторыми прочностными свойствами горных пород Текст. / Е. С. Ватолин, В. П. Бородин // Науч. сообщ. Ин-та горного дела им. А. А. Ско-чинского, 1972. вып 96. - с. 15 - 19.

70. Вибенга, Б. А. Соотношение между параметрами горных пород Текст. / Б. А. Вибенга, О. А. Мангунвиджойо, В кн. «Разрушение и механика горных пород». - М.: 1962. -с. 400 -410.

71. Савин, Г. Н. Рапространение упругих волн в твердом теле в случае нелинейно-упругой модели сплошной среды Текст. / Г. Н. Савин, А. А. Лукашев и др.// Прикл механика, 1970, № 6, вып. 2. с. 38 -42.

72. Сигаев, Е. А. Исследование прочности горных пород Кузбасса ультразвуковым методом Текст. / Е. А. Сигаев // — В. книге «Исследование физикомеханических свойств.» — М. 1962. — с. 121 — 124.

73. Tang, S. Wave propagation in initially-stressed elastic solids Text. // S. Tang, N. V. Buffalo. Acta, mech., 1967. Vol. 4, № 1, - p. 92 - 106.

74. Mogi, К. Magnitude-frequency relation for elastic shocks accompanying fractures of various materials and some related problems earthquakes Text. / K. Mogi //-Bull. Earth. Res. Inst. Tokyo Univ. 1962. Vol. 40. -p. 831 853.

75. Scholz, С. H. Experimental study of fracturing process in brittle rocks Text. / С. H. Scholz.//-J. Geo. Res. 1968. Vol. 73. № 4. p. 1447 - 1454.

76. Моги, К. Предсказание землетрясений Текст. / К. Моги. М.: Мир, 1988.-с. 382.

77. Meredith P.G. Temporal variations in seismicity during quasi-static and dynamic rock failure Text. / P. G. Meredith, I. G. Main, C. Jones // Tectono-phys. 1990. Vol. 175. - p. 249-268.

78. Weeks J. D. Changes in b-value during movement on cut surfaces in granite Text. / J. D. Weeks, D. A. Lockner, J. D. Byerlee// Bull. Seismol. Soc. Amer. 1978. Vol. 68. - p. 333 - 341.

79. Иванов, В. В. Исследование и разработка метода геоэлектрического контроля напряженного состояния угольных пластов при ведении горных работ Текст. : дисс. канд. техн. наук./ В. В. Иванов. — К. 1978. -161 с.

80. Шубников, А. В. Исследование пьезоэлектрических текстур Текст. / А. В. Шубников и др. М.: изд-во АН СССР, 1955.

81. Иванов, А. Г. Сейсмоэлектрический эффект второго рода Текст. / А. Г. Иванов. Изв. АН СССР. Сер. геогр. и геофиз., 1940, № 5.

82. Леб, Л. Статическая электризация Текст. / Л. Леб. М.: Госэнергоиз-дат, 1963.

83. Мецик, М. С. Электризация кристаллов слюды при их расщеплении Текст. // ЖТФ 1958, Т. 28, № 1.

84. Дыр дин, В. В. Исследование геоэлектрических полей с целью разработки оперативного метода оценки напряженного состояния призабой-ных зон угольного массива Текст.: автореф. канд. дисс./ В. В. Дырдин. -К. 1975.

85. Тарасов, Б. Г. О рудничной геоэлектрике Текст. / Б. Г. Тарасов. В сб. «Вопросы рудничной аэрологии». К. 1972, вып. 3.

86. Тарасов, Б. Г. Использование геоэлектрических полей в горном деле (Рудничная геоэлектирика) Текст. / Б. Г. Тарасов, В. В. Дырдин, В. В. Иванов.-К. 1974, -203 с.

87. Тарасов, Б. Г. Применение метода электрометрии для контроля за состоянием горных выработок в условиях рудника «Октябрьский» Текст. / Б. Г. Тарасов.// В сб. «Вопросы рудничной аэрологии». К. изд-во Куз-ПИ, 1976. Вып. 4. с. 250 - 257.

88. Тарасов, Б. Г. Применение метода электрометрии для контроля за состоянием горных выработок в условиях рудника «Октябрьский» Текст. / Б. Г. Тарасов и др. В сб. «Вопросы рудничной аэрологии». - Кемерово, изд-во КузПИ, 1976, вып 4. - с. 250 - 257.

89. Тарасов Б. Г. Контроль механического состояния массива по изменени вертикальной составляющей магнитного поля Текст. / Б. Г. Тарасов, В. В. Дырдин, В. В. Иванов// ФТПРПИ, 1976, № 1. с. 29 - 34.

90. Тарасов Б. Г. Геоэлектрический контроль состояния массивов Текст. / Б. Г. Тарасов, В. В. Дырдин, В. В. Иванов М.: Недра, - 1983 г. - 216 с.

91. Тарасов, Б. Г. Геотектонические процессы и аномалии квазистационарного электрического поля в земной коре Текст. / Б. Г. Тарасов, В. В. Дырдин, В. В. Иванов.// ДАН СССР 1990. Т. 312. №5. с. 1092 - 1095.

92. Алексеев, Д. В. Баротоки в твердых телах с диффузионным механизмом проводимости Текст. / Д. В. Алексеев// ФТТ 1991, т. 33, №10 -с. 1456- 1476

93. Алексеев, Д.В. О зарядах на движущихся трещинах в неполярных диэлектриках Текст. / Д. В. Алексеев// ФТТ 1992, т.34, №7, с. 20312039.

94. Алексеев, Д. В. Механизмы электризации трещин и электромагнитные предвестники разрушения горных пород Текст. / Д. В. Алексеев, П. В. Егоров, В. В. Иванов.// ФТПРПИ 1992, № 6. с. 27 - 32.

95. Алексеев, Д.В. Механизм формирования квазистационарного электрического поля в нагруженных горных породах Текст. / Д. В. Алексеев, В. В. Иванов, П. В. Егоров // ФТПРПИ 1993, №2. с. 3 - 6.

96. Курленя, М. В. Скважинные геофизические методы диагностики и контроля напряженно-деформированного состояния массивов горных пород Текст. / М. В. Курленя, В. Н. Опарин. Н.: Наука, 1999. - 330 с.

97. Семенов, А.С. Электроразведка методом естественного электрического поля Текст. /А. С. Семенов. 2-е изд. Л., Недра, 1974. 378 с.

98. Шиканов, А. И. Электрометрический контроль краевых зон угольных пластов Текст. / А. И. Шиканов, А. В. Дягилева, В. В. Дырдин. К. изд-во КузГТУ 2000, - 254 с.

99. Корсакова, О. В. Способы и устройства геоэлектричекого контроля массива горных пород Текст. / О. В. Корсакова, И. В. Савчук. -К.: 2005. 246 с.

100. А. с. № 622987 CI (RU), МКИ Е 21С 39/00 Способ определения зоны напряженного состояния горного массива / Б. Г. Тарасов, В. В. Дырдин, Б. К. Кретов, В. В. Иванов, В. И. Мурашов. № 2039977/22-03; Заявл. 02.07.74; Опубл. 05.09.78; Бюл. № 33.

101. Патент 1797668 Способ текущего контроля удароопасности горных выработок// КузПИ/ В. В. Дырдин, П. В. Егоров, Н. Н. Демидова; опубл. 23.02.93. бюл. 7.

102. Uyshima, М. Earthquake prediction research by means of telluric potential monitoring Text. / M. Uyeshima, M. Kinoshita, H. lino, S. Uyeda // Bulletin of the earthquake research institute university of Tokyo. 1989, vol. 64, pp. 487-515.

103. Dologlou, E. Power law relationship between parameters of earthquakes and precursory electrical phenomena revisited Text. / E. Dologlou// NHESS 2009, №9,-pp. 17-23.

104. Gousheva, M. Ionospheric quasi-static electric field anomalies during seismic activity in August-September 1981 Text. / Gousheva M., D. Danov, M. Matova// NHESS 2009, №9, pp. 3 - 15.

105. Gousheva, M. Quasi-static electric fields phenomena in the ionosphere associated with pre- and post earthquakes effects Text. / Gousheva M., D. Danov, P. Hristov, M. Matova// NHESS 2008, № 8, pp. 101 - 107.

106. Teisseyre, R Generation of electric field in an earthquake preparation zone Text. / R. Teisseyre // Annals of geophysics, 1997, vol XL, N. 2 pp. 297 -304.

107. Гохберг, M. Б. Сейсмоэлектромагнитные явления Текст. / M. Б. Гох-берг, В. А. Моргунов, О. А. Похотелов. -М.: Наука 1988, 170 с.

108. Гохберг, М. Б. Электромагнитные эффекты при разрушении земной коры Текст. / М. Б. Гохберг, И. JI. Гуфельд, Н. И. Гершензон, В. А. Пи-липенко// Изв. АН СССР Физика Земли 1985, № 1, с. 72 -87

109. Егоров, П. В. Исследование разрушения твердых тел методом регистрации импульсного электромагнитного излучения Текст. / П. В. Егоров, JI. А. Колпакова и др. К. Кузбассвузиздат, 2001. — с. 203.

110. Курленя, М. В. О прогнозе разрушения горных пород на основе регистрации импульсов электромагнитного излучения Текст. / М. В. Курленя, А. Г Вострецов и др. // ФТПРПИ 2001, №3 с. 41 - 52.

111. Вострецов, А. Г. Прогнозирование разрушения горных пород по спектральным характеристикам сигналов электромагнитного излучения Текст. / А. Г. Вострецов, Г. И. Кулаков, Ю. А. Тимоненков, Г. Е. Яко-вицкая // ФТПРПИ 1998, № 4, с. 21- 25.

112. Пимонов, А. Г. Имитационная модель процесса трещинообразования в очагах разрушения горных пород Текст./ А. Г. Пимонов, В. В. Иванов.// ФТПРПИ 1990, № з. с. 34 37.

113. Иванов, В. В. Статистическая теория эмиссионных процессов в нагруженных структурно неоднородных горных породах и задача прогнозирования динамических явлений Текст. / В. В. Иванов, П. В. Егоров, А. Г. Пимонов. // ФТПРПИ 1990, № 4. с.59 - 65.

114. Иванов В.В. Статистическая модель электромагнитной эмиссии из очага разрушения в массиве горных пород Текст./ В. В.Иванов, А. Г. Пимонов. // ФТПРПИ 1990. № 2. - с. 53 - 56.

115. Алексеев, Д. В. Херстовская статистика временной зависимости электромагнитной эмиссии при нагружении горных пород Текст. / Алексеев Д. В. и др. ФТПРИПИ 1993, №5, с. 27 - 30.

116. Кравцов, А. И. Геология Текст. / А. И. Кравцов, А. П. Бакалдина. -М.: Недра, 1979.-340 с.

117. Краев, А. П. Основы геоэлектрики Текст. / А. П. Краев. Д.: Недра, 1965,-583 с.

118. Дахнов В. Н. Электрические и магнитные методы исследования скважин Текст. / В. Н. Дахнов. -М.: Недра, 1981,-327 с.

119. Косевич, А. А. Основы механики кристаллической решетки Текст. / А. М. Косевич. М.: Наука, 1972, - 280 с.

120. Ландау, Л. Д. Теоретическая физика. Т. 10. Физическая кинетика Текст. / Е. М. Лифшиц, Л. П. Питаевский. М.: Наука, 1979, - 527 с.

121. Лаврентьев, М. А. Методы теории функций комплексного переменного Текст. /М. А. Лаврентьев, Б. В. Шабат. -М.: Наука, 1973. 737 с.

122. Матвиенко, Ю. Г. Модели и критерии механики разрушения Текст. / Ю. Г. Матвиенко. -М.: Физматлит, 2006. 328 с.

123. Арсенин, В. Я. Методы математической физики и специальные функции Текст. / В. Я. Арсенин. -М.: Наука, 1984. 380 с.

124. Ландау, Л. Д. Теоретическая физика. Т. 8. Электродинамика сплошных сред Текст. / Л. Д. Ландау, Е. М. Лифшиц. -М.: Наука, 1982. -621 с.

125. Дашевский, Ю. А. Обратные задачи электрических зондирований в сейсмоактивных зонах Текст. / Ю. А. Дашевский, А. А. Мартынов. — Н.: НГУ, 2002. 52 с.

126. Иванов, В.В. Физические основы электромагнитных процессов при формировании очага разрушения в массиве горных пород.Текст.: дис. докт. техн. наук: 05.15.11: защищена 02.07.04: утв. 15.09.04 / В. В. Иванов. Кемерово, 1994. —366 с.

127. Иванов, В. В. Электромагнитные возмущения в атмосфере перед крупными сейсмическими событиями Текст. / В. В. Иванов, Д. Ю. Сирота // Вестник КузГТУ 2006. Т 6.2. с. 3-8.

128. Муратов, Р. 3. Потенциалы эллипсоида Текст. / Р.З. Муратов. — М.: Атомиздат, 1976. — 143 с.

129. Кондратьев, Б. П. Теория потенциала Текст. / Б. П. Кондратьев. М.: Мир, 2007.-512 с.

130. Сирота, Д. Ю. Повышение скорости вычислений для одной задачи электроразведки Текст. /Д. Ю. Сирота.// Вестник КузГТУ 2008. Т 1. с. 81-85.

131. Бахвалов, Н. С. Численные методы Текст. / Н. С. Бахвалов. М. Наука. 1973 г.-632 с.

132. Ремез, Е. Я. Основы численных методов чебышевского приближения Текст. / Е. Я. Ремез. К.: Наукова думка, 1969. - 623 с.

133. Дзядык, В. К. Введение в теорию равномерного приближения функций полиномами Текст. / В. К. Дзядык. -М. Наука. 1977 г. -510 с.

134. Конников, И. А. Вычисление функции Грина для уравнения Лапласа Текст. / И. А. Конников// ЖТФ, 2007. Т 77. В.1. с. 15 - 20.

135. Конников, И. А. Вычисление квазистационарного поля в слоистой среде Текст. / И. А. Конников// ЖТФ, 2007. Т.77. В.4. с. 138 - 140.

136. Carlson, В. С. Computing elliptic integrals by duplication Text. / В. C. Carlson. -Numer. Math. 1979, № 33, -pp. 1 16.

137. Григорян, С.С. О механизме возникновения землетрясений и содержании эмпирических закономерностей сейсмологии Текст. / С. С. Григорян//ДАН СССР.-М.: 1988, т. 299, в. 5.-с. 1083- 1087.

138. Алексеевская, Г. В. Разработка метода обнаружения зон концентраций механических напряжений в массиве по электрометрическим измерениям с дневной поверхности Текст.: дисс. канд. техн. наук/ Г. В. Алексеевская. — Кемерово 1995, 135 с.

139. Сурков, В. В. Электромагнитные эффекты при землетрясениях и взрывах Текст. / В. В. Сурков. М.: изд-во МИФИ, 2000, - 237 с.

140. Кебуладзе, В. В. Исследование общих закономерностей электротеллурического поля Текст. / В. В. Кебуладзе, А. С. Лашхи. Тбилиси. Мец-ниереба 1979,-201 с.

141. Uyshima, М. Earthquake prediction research by means of telluric potential monitoring Text. / M. Uyeshima, M. Kinoshita, H. lino, S. Uyeda // Bulletin of the earthquake research institute university of Tokyo. 1989, vol. 64, pp. 487-515.

142. Алексеев, Д. В. Об электромагнитном предвестнике разрушения горных пород Текст. / Д. В. Алексеев, П. В. Егоров// ФТПРПИ 1994, № 3, -с 45 49.

143. Losseva, Т. V. Earthquake lights and rupture processes Text. / Т. V. Losseva, I. V. Nemchinov// NHESS 2005, № 5, pp 649 656.

144. Sorokin, V. M. DC electric field amplification in the mid-latitude ionosphere over seismically active faults Text. / V. M. Sorokin, A. K. Yaschenko and all.// NHESS 2005, № 5, pp. 661 - 666.

145. Тарасов Б. Г. Экспериментально-аналитический метод расчета напряжений в предельно напряженной зоне угольного пласта Текст. / Б. Г. Тарасов, В. В. Дырдин, В. И. Мурашев // — В кн. «Вопросы рудничной аэрологии» вып. 4. Кемерово 1976, с. 191 - 198.

Информация о работе

Сирота, Дмитрий Юрьевич
кандидата технических наук
Кемерово, 2010
ВАК 25.00.16

Диссертация

Совершенствование геоэлектрического метода прогноза зон концентрации напряжений и разрушения угольных пластов по измерениям поля на земной поверхности - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы