Інститут гірництва та геології
Спеціальність: Маркшейдерська справа
Актуальність
У зв'язку з веденням гірничих робіт на великих глибинах (800 - 1000м), значно підвищуються вимоги вугільної промисловості до точності й надійності геологорозвідувальних даних, особливо з питань тектонічної будови родовища. У цей час у Донбасі на глибинах більше 800м працює 140 шахт, 40 шахт працює на глибинах більше 1000м. Освоєння глибоких горизонтів вимагає вдосконалювання методики розвідки й, насамперед, методики прогнозу гірничо-геологічних факторів, які є визначальними при проектуванні й будівництві гірничих підприємств, а також при експлуатації родовищ. Перед геологічними службами шахт при підготовці нових лав ставиться завдання обов'язкового забезпечення прогнозу порушеності вугільних шарів. Тому знання кількісних закономірностей зміни амплітуд розривних порушень як по простяганню, так і по падінню площин зміщувачів має велике теоретичне й практичне значення, дає можливість шахтній геологічній службі більш обґрунтовано прогнозувати положення й характер зміни амплітуд розривів на запроектованих до відпрацьовування площах. Незважаючи на успішні результати досліджень геології Донецького басейну питання про кількісні характеристики зміни амплітуд розривних порушень вивчені недостатньо повно. Не виявлені при розвідці малоамплітудні тектонічні порушення можуть привести до:
- раптових викидів вугілля й газу;
- ускладнюють ведення очисних і підготовчих робіт;
- різко знижується продуктивність праці, а це свою чергу веде до зупинки очисного вибою й демонтажу комплексу. Всі перераховані вище фактори негативно відбиваються на економічних показниках вугільного підприємства
Таким чином, прогноз малоамплітудних розривних порушень, не виявлених у процесі детальної розвідки, є досить актуальним.
Ціль
Метою цієї роботи є дослідження тектонічної порушеності вугільних шарів Донбасу, розробка методу прогнозу й установлення зв'язку тріщинуватості вугільного масиву з малоамплітудними розривними порушеннями.
Для досягнення мети в роботі вирішуються наступні задачі:1. Аналіз існуючих методів прогнозу тектонічної порушеності вугільних шарів.
2. Класифікація порушень по ступеням їхнього впливу на технологічний процес виїмки вугілля.
3. Установлення зв'язку між содиз’юнктивними тріщинами й елементами залягання малоамплітудних порушень із метою прогнозу тектонічних порушень.
Методи дослідження
Застосовується комплексний метод дослідження, що включає цілеспрямований аналіз літературних джерел, аналіз питань по прогнозуванню тектонічної порушеності, використання кореляційного апарата математичної статистики.
Ідея роботи
Тріщинуватість вугільного масиву первинна стосовно розривних тектонічних порушень. Таким чином, геометризація тріщинуватості вугільного масиву дозволить здійснити прогноз елементів залягання малоамплітудних розривних порушень.
Можливі очікувані результати
Прогноз елементів залягання малоамплітудних розривних порушень на основі автоматизації обробки тріщинуватості вугільного масиву
АНАЛІЗ ЛІТЕРАТУРНИХ ДЖЕРЕЛ ПО ПИТАННЮ ДОСЛІДЖЕННЯ Й ПРОГНОЗУ ТЕКТОНІЧНОЇ ПОРУШЕННОСТІ НА ВУГІЛЬНИХ ПЛАСТАХ
1.1 Огляд існуючих методів прогнозу розривних порушень
Досвід ведення гірничих робіт на шахтах Донбасу доводить важливість прогнозування зон поширення малоамплітудних тектонічних порушень вугільних шарів. В умовах Донбасу детальною розвідкою шахтних полів встановлюються порушення з амплітудою понад 10 - 15м. Дана проблема залучає багатьох дослідників, тому що через свою складність представляє великий науковий інтерес і має безпосереднє практичне застосування. Надійне прогнозування малоамплітудних тектонічних порушень, що зміщають вугільні шари на 0.1 - 10м, залишається невирішеною проблемою, тому що не виявлені порушення впливають не тільки на техніко-економічний показники видобуткових ділянок, але й на роботу шахти в цілому.
До теперішнього часу нагромадився досить великий досвід прогнозування розривних порушень на всіх стадія освоєння родовища. Використовуються як самостійні методики, так і в сполученні з декількома різними методиками. Відомі графічні, графоаналітичні, геофізичні, геологічні і ймовірносно-статистичні методи виявлення малоамплітудних тектонічних порушень. До цього часу дослідження в області прогнозу тектонічних порушень велися по двом напрямкам.1. Прогноз положень і параметрів окремих порушень.
2. Кількісна оцінка порушеності вугільних шарів.
Сучасний рівень розвитку сейсмічних методів розвідки дозволяє перейти від прогнозу порушень вуглевміщуючого масиву по пластоперетинанням в окремих точках з досить рідкою мережею свердловин до виявлення, простежуванню поширення й трасуванню малоамплітудних тектонічних порушень пластів по густій мережі сейсмічних профілів з денної поверхні. При цьому щільність і повнота досліджень набагато вище щільності розвідницьких свердловин навіть при детальній розвідці, а сполучена вартість сейсморозвідувальних робіт на порядок нижче, ніж розвідницьке буріння. Однак, як показує досвід польової геофізики, у цей час реалізовано виявлення геофізичними методами порушень вугільних пластів з амплітудою зсуву на рівні 10м і більше. У статті И.С.Коржова [1] описується застосування методу спрямованого прийому сейсмічних хвиль при прогнозі малоамплітудних розривів. Автором був розроблений спосіб прогнозу, що застосовувався в Західному Донбасі. Однак спрогнозована область порушення не повністю збігалася з розривами, виявленими в процесі буріння свердловин. У роботі здійснювався прогноз тільки середнеамлітудних розривів. А.А.Глухов, А.В.Анциферов [2] розглядають застосування методу визначення типів і параметрів малоамплітудних тектонічних порушень за результатами комп'ютерного моделювання й теоретичного аналізу особливостей поширення сейсмічних коливань у вугільній товщі. Застосовувалася дана методика на галузевих підприємствах і організаціях України, зокрема на шахті «Самарская», на шахті «Жовтнева», що в ряді випадків дозволило підвищити надійність сейсмоакустичного прогнозу
В.А.Гаранин, Х.Г.Сахинов [3] описують у своїй роботі застосування бурової сейсморозвідки, яка виключає вплив верхніх частин земної кори та створюючий оптимальні умови для прийому сейсмічних хвиль. Для того щоб ефективно застосовувати цей метод на практиці необхідна наявність двох свердловин з відстанню між ними менш 200м, тільки в цьому випадку використовуючи цей метод можливо встановити тектонічні порушення з амплітудою 2 - Зм. Дана методика прогону застосовувалася на деяких полях шахт Кузнецького району. А.А.Глухов, А.И.Компаниец, А.В.Анциферов [4] розглядають питання шахтної сейсморозвідки, як один з найбільш ефективних геофізичних методів прогнозу будови гірничого масиву. Цей метод базується на використанні систем критеріїв, заснованих на аналізі амплітудних, частотних, швидкісних і інших характеристик інформаційних хвильових пакетів різної природи. Установлені експериментально й підтверджені теоретичними розрахунками залежності структури сейсмічного сигналу й параметрів хвильових пакетів різної природи від характеристик основних типів геологічних порушень вугільних пластів. Проте, у цього методу є й свої істотні недоліки: при поступовому переході до відпрацьовування більше тонких і глибоко, що залягають шарів, використання сейсморозвідки приводить до недієздатності існуючих систем критеріїв. Подальше підвищення вірогідності прогнозу в 2 - 5 разів можливо за рахунок одержання тривимірного зображення структурно-тектонічної будови масиву гірських порід у межах шахтного поля. Однак, геофізичні методи визначення малоамплітудних тектонічних порушень поки в нашій країні не одержали широкого поширення. В.В.Назимко, А.В.Мерзликин, В.С.Захаров [5] у своїй роботі для прогнозу малоамплітудних тектонічних порушень пропонують використовувати нейронні мережі й генетичні алгоритми. Це відносно новий напрямок у науці, що одержало широке поширення в розвинених західних країнах при прогнозуванні політичних, економічних, фізичних, біологічних і інших багатоскладних процесів. Дана методика полягає в тім, що, з огляду на всю накопичену інформацію про досліджуваний об'єкт, установлюється зв'язок між його елементами й параметрами, що дозволяє з високим ступенем точності спрогнозувати досліджуване явище. Так само дана методика має кілька переваг: відносно не високу трудомісткість і собівартість, що особливо важливо для наших гірських підприємств.
Як говорилося вище, існують ще й інші методи визначення малоамплітудних тектонічних порушень. Зокрема в Донбасі на розвідувальних підприємствах одержав широке поширення метод аналогій, що полягає в перенесенні закономірностей розвитку малоамплітудних розривів, які були встановлені на найближчих експлуатованих ділянках, на участки, що розвідуються. Надійність даного методу не досить висока. Деякі вчені займалися вивченням закономірності розвитку й установлення зв'язків між малоамплітудними й великими тектонічними порушеннями. Так одним з перших, хто зайнявся цим питанням був А.А.Белицкий, що у своїй роботі [6] зробив вивід, що малоамплітудні розриви в просторі завжди пов'язані з більшими розривами. Автор запропонував взяти за основу прогнозу порушеності шахтних полів виявлену закономірність.
При дослідженні закономірностей зміни більших і середніх розривів установлено, що в місцях різкого зменшення амплітуди основного розриву, як правило, розташований малоамплітудний розрив з амплітудою, близькою до величини зменшення. При цьому виявлений наслідок дії певного механізму, що управляє динамікою й кінематикою розвитку малоамплітудних тектонічних порушень Е.Ф.Шкурсий [7], було зроблене припущення, що оперяючи великий розрив малоамплітудні порушення поширюються в площині шару в межах площі, обмеженої еліпсом. Зі збільшенням довжини розриву до точки з максимальною амплітудою підвищується інтенсивність приросту площі, що покривається порушеннями, що оперяють, і навпаки. Вивчалися великі порушення в умовах Селезневского й Алмазно-Марьевского геолого-промислового району. У процесі вивчення встановили, що дійсно зі збільшенням довжини великого геологічного порушення відстань, на яке поширюються оперяючи його малоамплітудні порушення, збільшується в перпендикулярному напрямку, росте й площа, що покривається ними.
Багато вчених з метою прогнозу займалися вивченням керна геологорозвідувальних свердловин. Інформація, отримана по даним дослідження керна, дозволяє встановити наявність тектонічного порушення в зоні розвідницької свердловини. На цій основі Ю.Н.Нагорним, В.Н.Нагорним [8] була розроблена методика прогнозування малоамплітудних тектонічних порушень, що ґрунтується на дослідженні фактичної порушеності малоамплітудних порушень відпрацьованих частин шахтопластів, і визначення її кількісної оцінки, при цьому виділяється п'ять категорій порушень. Потім по керну геологорозвідувальних свердловин досліджується інтервал порід на 50 - 100 метрів вище й нижче вугільного шару, установлюється кількісна оцінка порушень окремих пачок гірських порід. Після чого розраховується середній ступінь порушення порід інтервалу в свердловинах і проводиться їхній поділ на п'ять категорій, які відповідають категоріям фактичних порушень. Це дозволяє здійснювати прогноз на невідпрацьовані частини шахтних шарів. Однак у цього методу є свої недоліки, до яких ставиться певний суб'єктивізм в описі керна різними працівниками; неможливість визначення елементів залягання площини зміщуавача й амплітуди порушення.
В.А.Букринським [9] був запропонований метод прогнозу малоамплітудних тектонічних порушень безпосередньо в гірських виробітках. Суть методу полягає в тім, що відбувається зміна тріщинуватості вугілля в міру наближення вибою виробітку до геологічного порушення. Для різних районів вугільних родовищ існують свої характерні системи тріщин, але з наближенням до розривних порушень характер тріщинуватості міняється. Максимуми систем змінюються, роздвоюються або взагалі зникають. Даний метод має певні недоліки, до яких ставиться низька ефективність, тому що цей метод тільки уточнює можливе положення малоамплітудних розривних порушень у межах стовпа, що виймається.Даним питанням, займався також А.В.Стягун [10]. Автором була розроблена методика прогнозування гірничо-геологічних умов відпрацьовування запасів вугілля для ефективного використання комплексної механізації в умовах Донецько-Макіївського геолого-промислового району Донбасу. Установлено ступінь кількісного впливу тектонічних порушень на технологічний процес виїмки вугілля. Основним фактором, що впливає на використання механізації, є розривні порушення. Отримано кореляційні залежності між кількістю малоамплітудних тектонічних порушень і їхніх параметрів: довжиною й амплітудою розривів. Установлені залежності дозволяють здійснити прогноз кількості розривних порушень заданої довжини й амплітуди. Запропоновано показник ступеня загальної тектонічної порушеності вугільних шарів КС на шахтах, що дозволяє враховувати всі види геологічних порушень, що впливають на використання виймочних комплексів.
В.Ф.Приходченко у своїй роботі [11], [12]запропонував ряд методів прогнозу, в основі яких лежить генетичний зв'язок малоамплітудної розривної порушеності з конкретними геологічними факторами. У цілому вони дають задовільну порівнянність прогнозних і фактичних даних. Але цей метод прогнозу не дає одноваріантної відповіді.Найбільше поширення в практиці гірських робіт одержали графоаналітичні і ймовірні-статистичні методи прогнозування малоамплітудної розривної порушеності. Графічний метод виявлення дрібних порушень запропонував А.И.Осецкий [13]. Суть даного методу полягає в тім, що на гіпсометричному плані будують кілька паралельних розрізів. Очевидно, що у випадку розриву сплошності вугільного пласту на цих розрізах лінія його підошви буде мати перегонів по висоті. Спосіб дає гарні результати на пологих шарах, для яких характерні тектонічні розриви, що простираються по падінню шару. Однак у цього способу є свої недоліки: неможливість застосування на похилих і крутих шарах, повинна бути щільна розвідницька мережа. Графоаналітичний метод, заснований на зв'язку тріщинуватості тектонічної структури вугленосної товщі, розроблений В.А.Букринським [9]. Теоретичною базою даного методу є подання про єдиний механізм утворення складчастості, розривних порушень і тріщинуватості. Метод полягає в аналізі графіків, що характеризують зміну тріщинуватості залежно від відстані до розривного порушення. По графіках визначають момент «сплеску», тобто таку точку після якої значення показників різко збільшуються. Відстань від цієї точки до розривного порушення називається зоною впливу розривного порушення.
Імовірно-Статистичні методи прогнозування базуються на масовій обробці геолого-маркшейдерської інформації про досліджуване явище. З їхньою допомогою встановлюють статистичні зв'язки між окремими параметрами малоамплітудного порушення й деяких характеристик вугіль товщі, що вміщає. До таких характеристик звичайно відносять мінливість гіпсометрії, довжина великих розривів, міцність вугілля й порід, що вміщають, кути падіння пласту, глибину залягання, відстань до великого порушення, місце розташування ділянки родовища в складці, потужність і речовинний склад порід і ін.
1.2 Мета й завдання дослідження
Аналіз існуючих методів прогнозу свідчить про те, що необхідно розробити метод, який би сполучив низьку вартість, малу трудомісткість і більш повно використовував накопичену інформацію про розкриті на суміжних до прогнозного ділянках малоамплітудних порушеннях. Для цього необхідно детально вивчити механізм зародження й розвитку малоамплітудних розривних порушень. Для підвищення надійності необхідно використовувати сполучення методів прогнозування, що у свою чергу підвищує трудомісткість і збільшує витрати на проведення робіт. Реалізація методів прогнозу можлива тільки безпосередньо в гірських виробітках. Існуючі в цей час методи прогнозу не забезпечують достатню надійність і вірогідність отриманих результатів. У зв'язку із цим необхідно розробити метод прогнозу малоамплітудної порушеності, що більш повно використовує накопичену інформацію про розкриті й підтверджені порушення, що дозволяють вірогідно визначити амплітуду розривів на проектованих ділянках з досить високою ймовірністю й мінімальними витратами. Запропоновані показники ступеня порушеності, з огляду на вплив всіх типів геологічних порушень, дозволяють судити про рівень використання комплексної механізації, дають можливість вирішувати завдання поточного й перспективного планування розвитку гірських робіт. Практика розробки вугільних родовищ доводить, що більшість шахтних полів має порушене залягання вугільних шарів і порід, що вміщають, при переході розривних тектонічних порушень, рівень навантаження на очисний вибій знижується.
Метою цієї роботи є встановлення зв'язку тріщинуватості вугільного масиву з малоамплітудними розривними порушеннями й розробка методу прогнозу.Для досягнення мети в роботі необхідно проаналізувати існуючі методи прогнозу тектонічної порушеності вугільних шарів на основі геолого-маркшейдерської документації. Класифікувати порушення по ступені їхнього впливу на технологічний процес виїмки вугілля, вивчити процес утворення тектонічних розривів. Визначити співвідношення між параметрами й елементами залягання малоамплітудних розривних порушень. Розробити метод прогнозу малоамплітудної тектонічної порушеності.
(6 кадрів, задержка - 50 млсек, розмір - 145 кб).