УДК 622.273:550.83 Молев Михаил Дмитриевич проф., д.т.н. кафедра «Энергетика и безопасность жизнедеятельности»

УДК 622.273:550.83
Молев Михаил Дмитриевич
проф., д.т.н.
кафедра «Энергетика и безопасность жизнедеятельности»
Южно-Российский государственный университет экономики и
сервиса
г. Шахты, Ростовская обл.
Меркулов Анатолий Васильевич
доц., к.т.н.
Шахтинский филиал ФГОУ ДПО «Институт повышения
квалификации руководящих работников и специалистов»
г. Шахты, Ростовская обл.
Меркулова Виктория Анатольевна
доц., к.т.н.
Национальный минерально-сырьевой университет «Горный»
г. Санкт-Петербург
КОМПЛЕКСНАЯ ОЦЕНКА ГОРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ
ПРИ ПОДЗЕМНОЙ РАЗРАБОТКЕ МЕСТОРОЖДЕНИЙ
ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ
COMPREHENSIVE ASSESSMENT OF MINING AND GEOLOGICAL
CONDITIONS AT UNDERGROUND DEVELOPMENT OF MINERAL
DEPOSITS
В рамках всеобщей модернизации промышленности Российской
Федерации актуальной задачей является внедрение инновационных
методов хозяйствования на угольных шахтах. Одним из важнейших
направлений
повышения
рентабельности
угледобычи
авторам
представляется
планирование
горных
работ,
основанное
на
всеобъемлющей надежной информации о состоянии и строении
углевмещающего массива. По статистическим данным, геологическая
нарушенность угольного пласта, характеризующаяся средней частотой 4,8
нарушений на 1000 метров выемочного поля, является основным
фактором, который оказывает негативное влияние на техникоэкономические показатели работы очистных механизированных
комплексов. Так, внезапная встреча очистным забоем дизъюнктива или
размыва с неизвестными параметрами приводит к резкому снижению
темпов подвигания лавы (в 2-5 раз) и значительному материальному
ущербу [1].
В то же время опыт отработки выемочных столбов
механизированными комплексами показывает, что материальные убытки
можно снизить ориентировочно на 50% за счет выбора оптимальной
91
технологической схемы перехода нарушенной зоны, что возможно при
условии, если заблаговременно с высокой степенью точности определено
положение и размеры геологического нарушения в плане выемочного
столба. Таким образом, равильный учет влияния среды на этапах
планирования позволяет в некоторых случаях даже наращивать
производственный потенциал в процессе производственно-хозяйственной
деятельности без какого-либо увеличения производственных мощностей.
Аналогично можно решить вопросы выбора оборудования и
технологических схем отработки, а также применения специальных
мероприятий (например, торпедирования кровли пласта) на основе
надёжного
прогноза
физико-механического
состояния
массива
вмещающих пород.
Таким образом, одним из наиболее существенных факторов,
определяющих ритмичную работу шахт, является достоверность
прогнозных данных о горно-геологических условиях залегания угольных
пластов на подготавливаемых к очистной выемке участках шахтного поля.
Как
показывают
результаты
системного
анализа
процессов
информационного
обеспечения,
основными
направлениями
их
совершенствования являются повышение точности и достоверности
прогностических данных о состоянии среды, повышение надёжности
методов диагностики факторов углевмещающего массива, оказывающих
влияние на результаты решения задач и совершенствование
технологических процессов самого обеспечения, которое обусловливает
изменение технологических характеристик или снижение затрат.
В
настоящее
время
широкое
распространение
получили
инновационные методы прогнозирования горно-геологической ситуации
на угольных шахтах, использующие методологию шахтной геофизики.
Основными принципами, на которых базируется геофизическое
прогнозирование, являются:
– системный анализ априорной и полученной прогнозной
информации;
– дискретно-непрерывный мониторинг состояния углепородного
массива;
– вариантность (альтернативность) – разработка вариантов прогноза,
исходя из особенностей рабочей гипотезы и поставленной цели;
– комплексирование методов исследования в целях получения полной
и достоверной информации;
– всемерная оптимизация процессов исследований и формализация
интерпретационных процедур;
– использование современного математического аппарата и пакетов
прикладных компьютерных программ для надежной и оперативной
интерпретации полученных данных;
– синтез прогнозов, полученных на основе результатов геофизических
исследований с использованием полей различной физической природы
(электрических, сейсмических, акустических и т.п.);
92
– построение геолого-геофизических моделей угольного пласта,
нарушенных зон и углепородного массива;
–
верифицируемость,
включающая
определение
точности
достоверности и обоснованности прогнозов;
– разработка экономико-математических моделей, позволяющих
производить оценку технико-экономических параметров угледобычи в
конкретных ситуациях;
– рентабельность т.е. превышение экономического эффекта от
использования прогноза над затратами на его разработку [2].
Глубинная сущность методологии шахтной геофизики определяется
логической формулой: системный подход + формализация + оптимизация.
Исследования, проводимые в рамках каждой составляющей данного
выражения, направлены на решение общей задачи: создание надёжного
прогноза и состояния углевмещающего массива. Системный подход
позволяет определить геолого-геофизические задачи, установить основные
системообразующие связи между объектами поиска и степень
применимости методов прогнозирования в составе оптимального
разведочного комплекса. Посредством формализации достигается
включение в процесс математических методов и повышение
эффективности интерпретационных процедур. Оптимизацию в данном
случае можно определить как метод, позволяющий на каждом этапе
прогнозирования получить требуемые результаты с наименьшими
материальными и техническими затратами.
Основополагающим
условием
высокой
эффективности
геофизического
прогнозирования
выступает
экспериментально
установленная
хорошая
контрастность
электрических
и
сейсмоакустических свойств угольного пласта, пород нарушенной зоны и
вмещающих горных пород [3]. Различие в физических свойствах
указанных элементов горного массива создает условия для каналирования
энергии, излучаемых геофизическими приборами и уверенной регистрации
так называемых аномальных значений параметров физических полей. В
результате, посредством комплексной интерпретации экспериментальных
данных на основе эталонных моделей строится надежный геофизический
прогноз нарушенности углепородного массива в пределах выемочного
поля.
Инновационность
предложенного
способа
прогнозирования
заключается в существенном совершенствовании методологии выполнения
исследований, а также во внедрении информационных технологий в
интерпретационный процесс. Применение информационной технологии
позволило значительно повысить качество моделирования и надёжность
прогноза, что, в свою очередь, обеспечило эффективную поддержку
принятия решений по планированию горных работ и стабильную работу
угольных предприятий. Анализ статистических данных по отработке 600
участков нарушенных угольных пластов показал, что надёжность
93
прогнозирования составляет в среднем 90-93%, а точность определения
параметров тектонических нарушений 87-90%.
Как правило, материальный ущерб от снижения уровня добычи при
непосредственном «лобовом» переходе нарушенной зоны значительно
превышает затраты на монтажно-демонтажные работы очистного
оборудования и прохождение новой разрезной печи. Накопленный
положительный опыт по данной проблеме позволил техническим службам
шахт перейти к отработке нарушенного участка с использованием
технологических схем по варианту «заблаговременный перемонтаж» при
выборе параметров технологии на основе опережающего геофизического
прогноза.
Результаты внедрения геофизического прогнозирования в практику
подготовки шахтных полей к эксплуатации и установленные опытным
путём существенные связи между геомеханическими характеристиками
горного массива и регистрируемыми параметрами физических полей
вполне обоснованно позволили специалистам использовать методологию
шахтной геофизики для проведения исследований в области геомеханики
геологической среды.
Подземные
геофизические
исследования
геомеханической
направленности,
в
зависимости
от
горно-геологических
и
горнотехнических условий, осуществляются методами симметричного
электропрофилирования , отражённых сейсмических волн и спектральной
геоакустики. Основная роль на второй стадии прогнозирования,
называемой картированием,
отводится
акустической резонансной
дефектоскопии,
которая в силу своей физической основы с
удовлетворительной для принятия технологических решений точностью
"чувствует" расслоение горных пород – плоскости ослабленного
механического контакта (ОМК).
Анализ материалов экспериментальных работ показал высокую
технологичность
и
оперативность
акустической
резонансной
дефектоскопии массива горных пород. На производство всего цикла
геофизических исследований затрачивается максимально две рабочих
смены,
включая подземные измерения и камеральную обработку
результатов. При необходимости время исследований можно существенно
сократить, проведя их в "экспрессном" режиме, предусматривающем
интерпретацию
полученных
данных непосредственно в шахте.
Оперативная оценка материалов осуществляется с использованием
компьютеров класса "notebook", в память которых заложены эталонные
амплитудно-частотные графики и программы расчёта, или специальных
палеток кривых и номограмм в бумажной версии.
Высокая надёжность и технико-экономическая эффективность
геофизического прогнозирования строения углевмещающего массива дали
основание руководству многих шахт в угледобывающих бассейнах России
включить прогнозные исследования в качестве составного звена в
мероприятия по рациональному планированию горных работ.
94
Анализ
методологии
геофизического
прогнозирования
и
геологического строения массива горных пород в различных регионах
Российской Федерации показывает, что описанная методика вполне
применима при проектировании и строительстве подземных сооружений в
городах
(метро,
технических
коллекторов)
и
транспортной
инфраструктуры (тоннелей, эстакад), а также крупных производственных
объектов.
Широкий спектр объектов, при сооружении которых необходимо
обязательное использование геофизических исследований, определяется
высокой технологичностью и надёжностью описанного комплекса,
обусловленного его адаптивностью к различным горно-геологическим
условиям залегания горных пород.
Литература.
1. Молев М.Д. Геофизическое прогнозирование горно-геологических
условий подземной разработки угольных пластов: монография. –
Новочеркасск: ЮРГТУ, 2000. – 138 с.
2. Молев М.Д. Методология контроля и прогнозирования состояния
углепородного массива /ГИАБ. – 2007. – №3. – С. 159-162.
3. Молев М.Д. Основные положения теории комплексной
интерпретации результатов подземных геофизических исследований
/ГИАБ. – 2010. – №1. – С. 237-240.
Аннотация.
В статье представлены результаты разработки методики
прогнозирования горно-геологических условий угледобычи на основе
геофизических данных. Изложены принципы выбора методов
исследования и подходы к интерпретации результатов и оценке
параметров прогноза.
The paper presents the results of the methods to predict mining and
geological conditions of coal mining on the basis of geophysical data. The
principles of choice of research methods and approaches to the interpretation of
results and the estimation of parameters of the forecast.
Ключевые слова.
геофизическое
прогнозирование,
характеристики
прогноза,
разведочный
комплекс,
методика
интерпретации
результатов,
геологические нарушения, углевмещающий массив
geophysical forecasting, characteristics of prediction, exploratory complex,
technique results interpretation, geological disturbances, rock array
95