 |
ПРУДНИКОВ АНДРЕЙ НИКОЛАЕВИЧ |
|
| Адрес: | 83012 Украина, г.Донецк, ул.Куйбышева 203/38 | |
| e-mail: | dyxa1981@mail.ru | |
| Специальность: | "Маркшейдерское дело" | |
| Тема диссертации: | "Использование стохастических методов при решении маркшейдерских задач" | |
| Руководитель: | к.т.н. Грищенков Николай Николаевич | |
|
|
||
 |
Главная |  |
Автореферат |  |
Библиотека |  |
Полезные ссылки |  |
|||
|
|||||||||||
"Использование стохастических методов при решении маркшейдерских задач"
Актуальность
Одной из основных проблем решения широкого круга маркшейдерских задач являются погрешности исходных данных, получаемых в результате геологических и маркшейдерских съемок, а также в ходе лабораторных исследований физико-механических свойств полезного ископаемого и вмещающих пород. Эти погрешности могут достигать довольно значительных величин и существенно снижают точность получаемых результатов и геолого-маркшейдерского обеспечения горных работ в целом. Например, погрешности инклинометрической съемки скважин на глубинах 800-1200 м (что характерно для угольных месторождений центрального района Донбасса) приводят к погрешностям определения точек встречи скважин с пластом, достигающим нескольких метров, и соответственно снижают достоверность гипсометрических планов угольных пластов, являющихся основой для календарного планирования горных работ.
Другим примером влияния погрешностей исходных данных является прогнозирование напряженно деформированного состояния горного массива в зонах влияния очистных работ по результатам лабораторных исследований физико-механических свойств горных пород. В частности, только прочностные характеристики горных пород могут варьировать в широких пределах при их определении по различным методикам.
Существующие методы решения подавляющего большинства маркшейдерских задач основаны на детерминистском подходе к получению конечных результатов, что практически не учитывает влияние погрешностей исходных данных. Поэтому весьма актуальной задачей является разработка стохастических методов для решения геолого-маркшейдерских задач.
Цель работы
Идея работы заключается в установлении и использовании статистических закономерностей накопления погрешностей в результатах геолого-маркшейдерских съемок и решения геомеханических задач.
Научная новизна
- Обоснование метода построения гипсометрии угольных пластов с учетом погрешностей инклинометрической съемки разведочных скважин [рис] и маркшейдерской съемки угольных пластов в горных выработках.
- Разработана методика математического моделирования напряженно деформированного состояния горного массива в зонах влияния очистных работ. Эта методика основана на статистическом учете погрешностей исходных данных (параметров горно-технологической ситуации и характеристик физико-механических свойств вмещающих горных пород).
Практическая ценность
- Разработан алгоритм и программа накопления погрешностей определения точек пластопересечений по результатам инклинометрической съемки скважин.
- Разработаны программные средства для статистического моделирования гипсометрии угольных пластов по данным инклинометрической съемки скважин и маркшейдерских замеров с учетом погрешностей съемок.
- Разработана методика оценки точности построения гипсометрии угольных пластов по данным инклинометрической съемки и маркшейдерских замеров.
- Разработан алгоритм, и программа накопления погрешности прогнозируемых параметров напряжений в горном массиве при отработке свит угольных пластов.
- Разработаны программные средства для статистического моделирования параметров напряженно деформированного состояния горного массива в зонах влияния очистных работ по данным, определяющим горно-технологическую ситуацию и физико-механических свойства вмещающих горных пород.
- Разработана методика оценки точности прогноза напряженно деформированного состояния вмещающих пород толщи по результатам статистического моделирования.
Реализация результатов работы
Реализация результатов работы будет осуществляться в ПО "Донецкуголь" и в учебном процессе при подготовке студентов горных и маркшейдерской специальности.
Метод исследования
Использован комплексный метод исследования заключающийся в анализе и обобщении существующей технологии построения гипсометрии пластов, метода математического моделирования и метода математической статистики.
Введение
В связи с повышением уровня комплексной механизации горных работ постоянно возрастают требования промышленности к достоверности разведочных данных и точности их графического отображения.
Обеспечение безопасности эксплуатации наземных природных, промышленных и других объектов, более рациональное использование ресурсов, снижение риска возникновения аварий, уменьшение возможного ущерба при аварии, увеличение эффективности управленческих решений требует использования таких информационных систем.
Основные результаты разведки угольных месторождений представляются на вертикальных геологических разрезах и гипсометрических планах пластов [2], которые используются при подсчете запасов, проектировании, строительстве и эксплуатации горных предприятий. Точность и достоверность геологических разрезов и гипсометрических планов зависят не только от сложности геологического строения шахтного поля или участка, детальности и качества разведочных работ, но и от точности определения координат точек подсечения пластов скважинами и методики структурных построений. Построение геологических разрезов и гипсометрических планов - сложная и трудоемкая задача, в которой необходимо определить, построить и увязать в единую геологическую концепцию большое число структурно-геометрических элементов - точек, линий, углов, отметок, поверхностей. Нередко можно столкнуться с необходимостью выбора из двух или нескольких возможных решений наиболее правдоподобного.
Особое внимание нужно обратить на применение в практике геологоразведочных работ инклинометрии и использование данных, полученных с помощью этого метода, при структурных построениях. Ориентированная съемка скважин с использованием данных инклинометрии при геометризации угольных месторождений - наиболее эффективный метод повышения достоверности интерпретации геологоразведочной информации [1].
Эффективность применения выемочных комплексов и механизированных крепей в большой степени определяется постоянством горно-геологических условий. Поэтому очень важной проблемой является повышение разрешающей способности разведочных работ и методов графического отображения геологоразведочной информации [3]. Для ее решения необходимо, в частности, повысить точность инклинометрических съемок скважин. Без этого невозможно решить проблему повышения разрешающей способности разведочного бурения и, следовательно, обнаружения и геометризации малоамплитудных нарушений. С ростом глубины разведочных работ и применением направленного бурения повышение точности инклинометрии скважин приобретает все большее значение.
Более того, как показано в работе, погрешности определения координат точек встречи скважин с пластами угля и слоями горных пород оказывают определенное влияние на выбор параметров разведочной сети. Нельзя беспредельно сгущать сеть скважин, не повышая в то же время точности инклинометрических съемок.
При структурных построениях используются геологические, геометрические и математические методы. И чем теснее они взаимодействуют и дополняют друг друга, тем совершеннее методика геометризации угольных месторождений, достовернее и точнее получаемые на ее основе геологические разрезы и гипсометрические планы.
При разработке месторождения неизбежно встает вопрос об управлением горным давлением. Разработка свит угольных пластов приводит к резкому увеличению количества зон повышенного горного давления (ПГД). При ведении горных работ в этих зонах значительно снижается устойчивость непосредственной кровли очистных забоев, резко ухудшается состояние подготовительных и капитальных выработок, а также возрастает опасность внезапных выбросов угля, породы и газа. Поэтому, для решения практических задач по рациональному расположению, креплению и охране подготовительных и капитальных выработок, испытывающих влияние очистных работ соседних пластов, необходимо применение научно обоснованных методов расчета напряжений и смещений пород в окрестности выработок.
Предлагались различные способы управления горным давлением: использование защитных пластов, региональные зоны разгрузки, малоэнергоемкое воздействие на предельно напряженный массив, рациональное расположение горных выработок и другие.
Можно выделить семь основных факторов, влияющих на интенсивность проявлений горного давления: устойчивость непосредственной кровли, нагрузочные свойства основной кровли, устойчивость почвы, обводненность боковых пород и их нарушенность, удаленность от влияющего пласта, скорость подвигания очистного забоя. Степень опасности любой зоны ПГД оценивается в зависимости от сочетаний этих факторов.
Исследования зависимости деформаций от параметров напряженного состояния горного массива, свидетельствуют о потере устойчивости подготовительных выработок на глубинах 500-600 м при концентрации напряжений, равной удвоенной величине вертикального геостатического напряжения, т.е. 2 yН (где y - средняя плотность пород, а Н - средняя глубина расположения выработки). Принимая среднее значение y = 25 кН/м3, получим для данных глубин концентрацию напряжений, равную 25-30 МПа, что уже достаточно близко к пределу прочности аргиллитов и алевролитов во многих районах угленосной толщи Донбасса. Стоит отметить, что около 40 шахт Донбасса работает на глубине более 1000 м.
Безопасность ведения горных работ требует принятия эффективных мер по управлению горным давлением. Выявление подлинной картины распределения напряжений в горном массиве возможно только при наличии надежных и достаточно точных средств измерения этих напряжений. В настоящее время существуют два основных способа измерения напряжений в горном массиве: непосредственный и косвенный. Непосредственный способ предусматривает проведение измерений напряжений или вызываемых ими деформаций в горных выработках или скважинах, а косвенный способ, измерения напряжений в горном массиве не предусматривает, он основан на геофизических методах, в первую очередь, на методах акустической и электромагнитной эмиссии.
Для изучения напряженно-деформированного состояния горного массива также использовались методы конечных и граничных элементов.
Из всех методов моделирования напряженно-деформированного состояния горного массива в настоящее время наибольшее распространение получили математические методы. В частности, в работе В.И.Черняева предложен аналитический алгоритм определения напряжений в толще пород, апробированный на большом количестве производственного материала и подтвержденный результатами шахтных инструментальных измерений. Этот алгоритм использовался при разработке геоинформационной системы прогнозирования напряжённого состояния горного массива.
АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ И ДАЛЬНЕЙШИЕ ПЕРСПЕКТИВЫ
Так как моя работа находится в процессе выполнения, результат известен только промежуточный. На данный момент работа находится на реализацией методики компьютерного расчёта напряженно деформированного состояния горного массива с помощью средств MatLab.
 |
 |