Выполнила: Тарасова Е.А.
Руководитель: Проскурня Ю.А.
Кафедра: «Полезные ископаемые и экологическая геология»
Шахтные воды оказывают крайне отрицательное воздействие на природную среду. В результате взаимодействия в горных выработках с разрушенными пустыми породами, полезным ископаемым на пути движения к водосборникам шахтные воды достигают высокой минерализации, в 2-3 раза превосходящей минерализацию исходной подземной воды. В них накапливаются соли тяжелых металлов, зачастую токсичные элементы, бактерии, много взвешенных веществ, они агрессивны и т.д.
Шахтные воды отличаются большим разнообразием химического состава и свойств. Они не пригодны для питья, а высокие минерализация и жесткость, агрессивность, содержание большого количества взвешенных веществ, загрязненность минеральными маслами, органическими веществами не позволяют использовать их в народном хозяйстве и для многих других целей без предварительной обработки и очистки.
Неочищенные шахтные воды, поступая в поверхностные водотоки и водоемы, вызывают в них нарушение солевого режима, обуславливающее нежелательные экологические сдвиги в гидросфере, ухудшают среду обитания животных и растений.
Кислые и агрессивные шахтные воды, кроме того, усложняют условия разработки угольных месторождений, требуют применения более дорогих механизмов, крепи, конструкций, ускоряют их износ и вызывают необходимость использования дорогостоящего оборудования для нейтрализации и др.
Актуальность: проблема шахтных вод всегда является актуальной с момента действия горного предприятия. Шахтная вода, имея различные показатели химического состава и агрессивных свойств, негативно влияет на оборудование и аппаратуру, применяемую при добыче угля. Поэтому необходимо проводить прогнозирование этих показателей для увеличения эффективности работы оборудования и снижения экономических затрат на его замену.
Цель: составить модель прогноза химического состава и агрессивных свойств шахтных вод на определенный период эксплуатации и глубину работ.
Задачи:
Предмет: химический состав и агрессивные свойства подземных и шахтных вод шахты «Трудовская».
Объект: подземные и шахтные воды в пределах шахтного поля шахты «Трудовская».
Научная новизна: до настоящего времени на шахте «Трудовская» не проводилось прогнозирования химического состава и агрессивных свойств подземных и шахтных вод.
Проблема прогнозирования химического состава шахтных вод стала актуальной и начала изучаться с 80-х годов ХХ века.
Исследованием данной проблемы занимались Г.П.Панасенко, В.Ф.Макляк, П.В.Калыгин, П.В.Блинов, Е.А.Яковлев.
Наибольшее количество работ, посвященных составлению прогнозов и моделей изменения химического состава шахтных вод, принадлежит Г.П.Панасенко.
В зарубежных источниках не встречается публикаций, связанных с рассматриваемой проблемой.
Набор данных для проведения работы проводился в ПО «Укруглегеология» из геологических отчетов по шахтам Донецко-Макеевского района.
Обзор литературы показал, что исследуемая проблема еще недостаточно изучена, что дает автору возможность для дальнейших исследований применительно к Донецко-Макеевскому угленосному району.
Задачей наших исследования является составление прогнозной модели химического состава шахтных вод шахты «Трудовская» для определенного горизонта работ, исходя из данных химических анализов шахтных вод шахт Донецко-Макеевского района и нахождения шахты-аналога.
При подборе шахты-аналога учитываются следующие факторы:
Проанализировав качественный состав углей, глубины отработок угольных пластов, горно-геологические условия и многие другие факторы, можно сказать, что вероятнее всего для шх. Трудовская шахтой-аналогом будет являться шх. Октябрьская.
Автором в ходе исследования был выбран вероятностный метод оценки в виду неоднородности данных по химическому составу шахт Донецко-Макеевского района.
Прогнозирование химического состава шахтных вод данным методом выполняется в несколько этапов:
Вероятностный метод прогнозирования химического состава и свойств шахтных вод основан на нахождении корреляции между содержаниями химических компонентов шахтных вод, с одной стороны, и глубиной разработки, площадью выработок, длительностью работы предприятия и т.д. - с другой.
Расчет корреляционных отношений проводился с помощью статистического пакета SPSS 10.0. Проанализировав получившуюся матрицу корреляции для дальнейшего исследования отбираются те характеристики, значения коэффициентов корреляции которых не менее 0,2. В данном случае, в результате проведения корреляционного анализа было выявлено, что значимые связи имеют такие показатели как минерализация, ионы K+Na и Cl. Для этих характеристик были составлены уравнения регрессии и построены графики, отражающие эти зависимости.
Общий вид регрессионного уравнения выглядит следующим образом (1.1):
| Y=ax+b | (1.1) |
Ниже будут приведены результаты регрессионного анализа для выбранных уже показателей.
Уравнение регрессии, отражающее зависимость минерализации от глубины отработки, выглядит следующим образом (1.2):
| [М]=2,823Н+2421,862 | (1.2) |
График зависимости минерализации от глубины отработки выглядит следующим образом (см. рис.1.1). На данном графике прослеживается тенденция к увеличению значения минерализации с глубиной отработки.
Уравнение регрессии, отражающее зависимость значений ионов K+Na от глубины отработки, выглядит следующим образом (1.3):
| [K+Na]=1,452Н+455,91 | (1.3) |
График зависимости значений ионов K+Na от глубины отработки имеет следующий вид (см. рис.1.2).
где [Cl] - прогнозируемое значение значений ионов хлора, Н - глубина отработки.
График зависимости значений ионов Cl от глубины отработки имеет следующий вид (см. рис.1.3).
Данный график отражает явную тенденцию к увеличению значений ионов хлора с глубиной отработки месторождения.
Следующим этапом работы является детальное прогнозирование параметров шахтных вод искомой шахты «Трудовская» относительно Донецко-Макеевского района и шахты – аналога, в данном случае, как описывалось ранее, шахты «Октябрьская».
Формулы (1.2-1.4) отражают общие закономерности, характерные для шахт района, по которому статистически обрабатывались фактические данные. С целью повышения точности прогнозов можно использовать данные надежного аналога, придав формулам иной вид путем деления соответствующих частей одной из формул, составленных по данным объекта прогнозирования, на те же части уравнения, составленного для аналога. В общем виде это будет выглядеть следующим образом:
| Yпр=(axпр+b)/Yан=(axан+b) | (1.5) |
| Yпр=(axпр+b)*Yан/(axан+b) | (1.6) |
При наличии действующей шахты на верхних горизонтах или при разведке более глубоких горизонтов месторождения в пределах горного отвода и эксплуатационной разведке, а также при перспективном прогнозировании для более глубоких горизонтов действующих шахт с целью повышения точности расчета прогнозных содержаний компонентов химического состава шахтных вод по формулам (1.2-1.4) его следует производить с введением поправки. Величина и знак поправки определяется путем сопоставления фактических содержаний компонентов в шахтных водах верхних горизонтов с рассчитанными по уравнениям регрессии. Использование поправки позволяет количественно учитывать ряд существенных техногенных и естественных факторов, не входящих в уравнение регрессии, но влияющих на формирование состава шахтных вод в условиях конкретного шахтного поля, для которого дается прогноз.
Расчет следует вести по следующим формулам:
| Yпр=Y’р*K | (1.7) |
| K=1/(1-±?) | (1.8) |
| ±?=(Yф-Yр)/Yф | (1.9) |
Таким образом, в ходе начального этапа проведения данных исследований были рассчитаны и проиллюстрированы зависимости показателей химического состава шахтных вод с глубиной, установлена тенденция увеличения значений этих показателей относительно глубины отработки угольных пластов, рассчитаны уравнения регрессии и построены графики, отражающие эти зависимости. Результаты проведенных исследований будут использованы в дальнейшем для расчета оценки точности выведенных регрессионных уравнений и прогноза изменения значений вышеперечисленных показателей на определенных горизонтах шахты «Трудовская». Исследовательская работа еще не закончена и ее окончание предполагается в декабре 2007 г.
Анимация 1 - Воздействие шахтных вод на выработку при прогнозировании их химического состава (объем 29,5 Кб, размер 424Х374 pix, 3 кадра, количество повторений 10, продолжительность 100с)
Анимация 2 - Воздействие шахтных вод на выработку без прогнозирования их химического состава (объем 65 Кб, размер 424Х374 pix, 6 кадров, количество повторений 10, продолжительность 100с)