Главная » 2014 » Июнь » 20 » Скачать Разработка электрометрического метода прогноза параметров пространственной неоднородности кровель пологих угольных пластов. бесплатно
3:46 AM
Скачать Разработка электрометрического метода прогноза параметров пространственной неоднородности кровель пологих угольных пластов. бесплатно
Разработка электрометрического метода прогноза параметров пространственной неоднородности кровель пологих угольных пластов
Диссертация
Автор: Зюзин, Евгений Александрович
Название: Разработка электрометрического метода прогноза параметров пространственной неоднородности кровель пологих угольных пластов
Справка: Зюзин, Евгений Александрович. Разработка электрометрического метода прогноза параметров пространственной неоднородности кровель пологих угольных пластов : диссертация кандидата технических наук : 25.00.16 / Зюзин Евгений Александрович; [Место защиты: Кузбас. гос. техн. ун-т] - Кемерово, 2010 - Количество страниц: 129 с. ил. Кемерово, 2010 129 c. :
Объем: 129 стр.
Информация: Кемерово, 2010
Содержание:
ВВЕДЕНИЕ
1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ
11 Влияние неоднородности пород кровли на отработку пологих угольных пластов
12 Анализ методов исследования неоднородности кровли пологих угольных пластов
13 Применение электрометрических методов для исследования неоднородности массива
Выводы Цель и задачи исследований
2 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ОСОБЕННОСТЕЙ ПОДЗЕМНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ В КРОВЛЕ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ И ИНТЕРПРЕТАЦИИ ИХ РЕЗУЛЬТАТОВ
21 Определение строения и электрических свойств слоев кровли по данным электрического зондирования с поверхности выработки
22 Влияние переходного сопротивления контакта пород непосредственной и основной кровель на распределение электрического поля источника в слоистом анизотропном массиве
23 Учет влияния поверхности выработки и угольного пласта на результаты электрических измерений в кровле
Выводы
3 ИССЛЕДОВАНИЯ ВЛИЯНИЯ ТРЕЩИНОВАТОСТИ И ПРОЧНОСТИ ПОРОД НА КАЖУЩЕЕСЯ УДЕЛЬНОЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ СЛОЕВ КРОВЛИ
31 Влияние параметров одиночных трещин на кажущееся удельное электрическое сопротивление пород кровли
32 Влияние систем трещин на кажущееся электрическое сопротивление пород кровли
33 Влияние заполнителя трещин на кажущееся электрическое сопротивление пород кровли
34 Исследование связи прочностных характеристик пород с их удельным электрическим сопротивлением
Выводы
4 ШАХТНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ СТРОЕНИЯ И ТРЕЩИНОВА
ТОСТИ ПОРОД КРОВЛИ
41 Методика проведения шахтных электрометрических исследований кровли угольных пластов
42 Определение строения и литологического состава пород кровли по результатам электрометрических измерений
43 Оценка параметров трещин и их ориентации в кровле угольных пластов
Выводы
Введение:
При отработке пологих угольных пластов большое влияние на выбор технологического режима добычи оказывает залегающий над ними массив горных пород — кровля пласта. В настоящее время в Кузбассе на вскрываемых и отрабатываемых горизонтах имеется более 110 шахтопластов пологого залегания. Подавляющая часть шахтопластов имеет кровли весьма неоднородного строения. При этом устойчивость, активность и нагрузочные свойства кровли определяются количеством слоев, их мощностью, литологическим составом, прочностью и трещиноватостью. Эти параметры могут изменяться в пределах выемочного столба в достаточно широком диапазоне, что вызывает проблемы с управлением кровлей, связанные с появлением дополнительных операций, непредусмотренных организацией работ. Это приводит к увеличению трудоемкости рабочих процессов, а в ряде j случаев и к остановке очистных забоев.
Массив горных пород представляет собой совокупность нескольких ^ залегающих рядом или вмещающих друг друга типов горных пород и может ^ I включать петрографически и фациально неоднородные массы. Изменения физических свойств и вещественного состава горных пород в этом пространстве определяют его неоднородность. Практическое значение в задачах горного производства имеют такие виды неоднородности массива, как трещиноватость, слоистость, наличие твердых включений и пустот, границы раздела полезных ископаемых и вмещающих пород.
Детальное изучение неоднородностей кровли в пределах выемочного столба предполагает составление прогнозных карт поведения подработанного массива горных пород. Частично информация для их составления набирается при геологоразведочных работах, позволяющих получить только общую картину горно-геологического строения месторождения. Для получения более детальной информации необходимо значительно повышать плотность разведочной сети, что существенно увеличивает стоимость и трудозатраты.
В связи с этим представляется целесообразным применение для целей доразведки кровель пологих угольных пластов методов геофизики, в частности, электроразведки, хорошо зарекомендовавших себя при ведении наземных глубинных геологоразведочных работ. Однако, их применение в традиционных вариантах для подземных электрометрических измерений невозможно ввиду ряда особенностей — отсутствия как таковой границы раздела сред, определяющей полупространство, необходимость исследований на малую глубину, относительно слабой дифференциацией породных слоев по электрическим свойствам и др. Учет этих особенностей при проведении подземных электрометрических исследований неоднородного породного массива и для последующей интерпретации результатов измерений является актуальной задачей.
Исследования выполнялись в рамках реализации НИР №981-96 по заказу Комитета по высшей школе Миннауки России в 1999-2000 годах, НИР №107-ОПН-ОбП по заказу Агентства по энергетике Минпромэнерго РФ в 2006-2007 годах.
ОБЪЕКТОМ ИССЛЕДОВАНИЙ является неоднородный массив горных пород в кровле угольных пластов.
ПРЕДМЕТОМ ИССЛЕДОВАНИЙ являются геометрические и механические параметры пространственной неоднородности слоев кровли пологих угольных пластов.
ЦЕЛЬ РАБОТЫ — разработка электрометрического метода прогноза параметров пространственной неоднородности кровель пологих угольных пластов по измерениям из подземных выработок на стадии оконтуривания выемочных столбов для последующего прогноза поведения подработанного породного массива.
ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ
• Выявить закономерности распределения активного электрического поля точечного источника в слоистых трещиноватых средах в окрестности подземной горной выработки.
• Установить связь кажущегося удельного электрического сопротивления (КУЭС) с параметрами трещиноватости при четырехэлектродных схемах измерений на основе закономерностей распределения активного электрического поля.
• Установить связь КУЭС вмещающих пород с их прочностью.
• Разработать метод прогноза параметров пространственной неоднородности кровель пологих угольных пластов по измерениям активного электрического поля с контура подготовительных выработок и в массиве для количественного определения числа слоев, их породного состава, трещиноватости и прочности.
ИДЕЯ РАБОТЫ заключается в использовании закономерностей распределения активного электрического поля в массиве для количественного определения параметров неоднородности пологих угольных пластов на стадии оконтуривания выемочных столбов.
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
• Методы теоретической геофизики, численные методы - для количественной оценки степени влияния параметров неоднородности массива на величину активного электрического поля на основе решения прямой задачи электроразведки и для расчета на ЭВМ распределения КУЭС в поле точечного источника, расположенного на контуре выработки и в массиве, анизотропия которого вызвана наличием одиночных и упорядоченной системы трещин.
• Методы физического моделирования — для количественной оценки степени влияния угольного пласта, контура выработки и контакта породных слоев на распределение КУЭС в массиве.
• Экспериментальные методы, методы теории аппроксимации - для получения функциональной закономерности, связывающей измеренное КУЭС с прочностью пород, и для оценки адекватности полученных теоретических зависимостей экспериментальным данным путем их сопоставления.
НАУЧНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ, ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ
• При электрическом зондировании слоев кровли с контура подготовительных выработок четырехэлектродной симметричной установкой учет влияния на измеряемое КУЭС переходного сопротивления контакта слоев, поверхности выработки и экранирующего действия угольного пласта проводится введением поправочных коэффициентов, причем влияние последних учитывается только при глубине проникновения в диапазоне от 2,5 мощностей пласта до 25 и 5 мощностей первого слоя соответственно для изотропного и анизотропного массива.
• При пересечении четырехэлектродным симметричным зондом плоскости трещины наблюдается резкий рост КУЭС, причем его максимальное значение соответствует центру зонда, влияние трещины исчезает на расстоянии 5-6 баз зонда, а зависимость усредненного скачка КУЭС от логарифма раскрытия трещины носит нелинейный характер и позволяет по его величине определять раскрытие трещины; при электрозондировании с контура выработки коэффициент трещиноватости слоев рассчитывается по коэффициенту анизотропии, определяемому из построенных палеток для КУЭС.
• Связь приведенной прочности углевмещающих пород Кузбасса с их приведенным УЭС в диапазоне влажности W=l,2-2,8% и пористости П=2,6-7,7% носит параболический характер с корреляционным отношением 0,87, причем прочность пород на одноосное сжатие в зависимости от электросопротивления возрастает в литологическом ряду - аргиллиты, алевролиты, песчаники.
• Метод прогноза пространственной неоднородности кровель пологих угольных пластов по электрометрическим измерениям с контура подготовительных выработок состоит в обнаружении аномальных зон электрического поля источника тока установками зондирования с предложенными параметрами, определения в них распределения КУЭС, по характеру и величине которого по предложенным методикам определяются число слоев, их породный состав, трещиноватость и прочность.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА
• Установлено влияние выработки, угольного пласта и контакта породных слоев на распределение активного электрического поля в кровле. Установлен диапазон глубин зондирования существенного влияния этих факторов, предложен способ их учета.
• Установлен характер распределения КУЭС в окрестности одиночных и систем трещин при пересечении их плоскостей зондом, обнаружена и исследована зависимость усредненных скачков КУЭС от логарифма раскрытия трещин.
• Установлена функциональная связь приведенной прочности пород, залегающих в кровле угольных пластов Кузбасса, от приведенного значения их удельного электрического сопротивления.
• Построены палетки и получены инженерные формулы, позволяющие в отличие от результатов исследований, полученных другими авторами проводить не только качественную интерпретацию, но и количественно определять параметры неоднородности слабодифференцированных по КУЭС слоев на малых глубинах.
ОБОСНОВАННОСТЬ И ДОСТОВЕРНОСТЬ НАУЧНЫХ ПОЛОЖЕНИЙ, ВЫВОДОВ И РЕКОМЕНДАЦИЙ
• Подтверждается теоретическими исследованиями, базирующимися на апробированных методах теории электроразведки, электродинамики, теории дифференциальных уравнений, механики деформированного твердого тела, известных закономерностях распределения активных электрических полей в неоднородных средах;
• Подтверждается хорошей сходимостью аналитических результатов, и результатов натурных экспериментов, полученных в том числе и другими авторами.
ЛИЧНЫЙ ВКЛАД АВТОРА
• В детальном исследовании в среде искажений поля точечного источника поверхностью выработки, угольным пластом, контактами слоев.
• В установлении закономерностей распределения КУЭС пород в окрестности одиночных и систем трещин.
• В обнаружении статистически значимых регрессионных связей между электрическими и прочностными характеристиками пород.
• В разработке методик обработки полученной геофизической информации.
НАУЧНОЕ ЗНАЧЕНИЕ
Научное значение заключается в установлении закономерностей распределения поля точечного источника в слоистых трещиноватых средах в окрестности подземных выработок.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ
Практическое ценность работы заключается в разработке метода прогноза неоднородности кровель угольных пластов, позволяющего определять их строение, породный состав, трещиноватость слоев на стадии оконтуривания выемочных столбов на основе построенных палеток и полученных инженерных формул.
РЕАЛИЗАЦИЯ РАБОТЫ
Алгоритмы расчета параметров неоднородности кровли по результатам натурного определения КУЭС в подземных выработках реализованы в комплексе компьютерных программ. Результаты работы включены во «Временные методические указания по оценке структуры, свойств и напряженного состояния труднообрушаемых кровель угольных пластов», согл. с Госгортехнадзором 20.12.2001, утв. фил. «Беловоуголь» компании «Кузбассуголь» 20.12.2001 (Кемерово, 2002), «Временные методические указания по оценке литотипа, прочности и устойчивости пород кровли методом электроразведки» согл. с Госгортехнадзором 25.12.2002, утв. ОАО «Сибирь-уголь» 12.12.2002 (Кемерово, 2002), монографию «Электроразведка труднообрушаемых кровель угольных пластов», рекомендованную к использованию в учебном процессе для студентов специальностей горного профиля ГУ КузГТУ (Кемерово, 2001).
АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ
Основные положения и выводы работы в период ее выполнения докладывались и обсуждались на научном симпозиуме «Неделя Горняка» (Москва, 2004, 2006 г.г.), научно-практической конференции «Управление механическими процессами дезинтеграции, инъекционного уплотнения и переработки горных пород» (Кемерово, 2009 г.), научно-практических конференциях преподавателей, аспирантов и студентов ГУ КузГТУ (Кемерово, 2000-2010 г.г.).
ПУБЛИКАЦИИ
По результатам выполненных исследований опубликовано 9 научных работ, в том числе 2 — 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».