Прогнозирование горно-геологических условий углепородного массива
Розглянута технологія прогнозу викидонебезпеки вугільних пластів, яка розроблена на основі обширної геолого-геофізичної інформації, що дозволяє в процесі проведення гірничих робіт отримувати і оперативно корегувати наявну викидонебезпечну ситуацію по вугільних пластах з урахуванням даних локального...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Геотехническая механика |
|---|---|
| Дата: | 2007 |
| Автори: | , , , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Інститут геотехнічної механіки імені М.С.Полякова НАН України
2007
|
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/31434 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Прогнозирование горно-геологических условий углепородного массива / Л.И. Пимоненко, В.А. Гончаренко, Г.Н. Горбачева, Н.С. Полякова, Ю. Сарьян, А.А. Каргаполов // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2007. — Вип. 73. — С. 84-90. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-31434 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Пимоненко, Л.И. Гончаренко, В.А. Горбачева, Г.Н. Полякова, Н.С. Сарьян, Ю. Каргаполов, А.А. 2012-03-08T21:39:38Z 2012-03-08T21:39:38Z 2007 Прогнозирование горно-геологических условий углепородного массива / Л.И. Пимоненко, В.А. Гончаренко, Г.Н. Горбачева, Н.С. Полякова, Ю. Сарьян, А.А. Каргаполов // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2007. — Вип. 73. — С. 84-90. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. 1607-4556 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/31434 622.531.322.550.832.4 Розглянута технологія прогнозу викидонебезпеки вугільних пластів, яка розроблена на основі обширної геолого-геофізичної інформації, що дозволяє в процесі проведення гірничих робіт отримувати і оперативно корегувати наявну викидонебезпечну ситуацію по вугільних пластах з урахуванням даних локального і поточного прогнозів. The discussed technology of the coal-burst risk prediction is developed on the basis of vast geophysical information; the technology helps to detect and efficiently adjust a burst-dangerous situation in the coal strata with taking into account data of local and current forecasts. ru Інститут геотехнічної механіки імені М.С.Полякова НАН України Геотехническая механика Прогнозирование горно-геологических условий углепородного массива Prediction of the geo-mining conditions in the coal-rock massif Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Прогнозирование горно-геологических условий углепородного массива |
| spellingShingle |
Прогнозирование горно-геологических условий углепородного массива Пимоненко, Л.И. Гончаренко, В.А. Горбачева, Г.Н. Полякова, Н.С. Сарьян, Ю. Каргаполов, А.А. |
| title_short |
Прогнозирование горно-геологических условий углепородного массива |
| title_full |
Прогнозирование горно-геологических условий углепородного массива |
| title_fullStr |
Прогнозирование горно-геологических условий углепородного массива |
| title_full_unstemmed |
Прогнозирование горно-геологических условий углепородного массива |
| title_sort |
прогнозирование горно-геологических условий углепородного массива |
| author |
Пимоненко, Л.И. Гончаренко, В.А. Горбачева, Г.Н. Полякова, Н.С. Сарьян, Ю. Каргаполов, А.А. |
| author_facet |
Пимоненко, Л.И. Гончаренко, В.А. Горбачева, Г.Н. Полякова, Н.С. Сарьян, Ю. Каргаполов, А.А. |
| publishDate |
2007 |
| language |
Russian |
| container_title |
Геотехническая механика |
| publisher |
Інститут геотехнічної механіки імені М.С.Полякова НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Prediction of the geo-mining conditions in the coal-rock massif |
| description |
Розглянута технологія прогнозу викидонебезпеки вугільних пластів, яка розроблена на основі обширної геолого-геофізичної інформації, що дозволяє в процесі проведення гірничих робіт отримувати і оперативно корегувати наявну викидонебезпечну ситуацію по вугільних пластах з урахуванням даних локального і поточного прогнозів.
The discussed technology of the coal-burst risk prediction is developed on the basis of vast geophysical information; the technology helps to detect and efficiently adjust a burst-dangerous situation in the coal strata with taking into account data of local and current forecasts.
|
| issn |
1607-4556 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/31434 |
| citation_txt |
Прогнозирование горно-геологических условий углепородного массива / Л.И. Пимоненко, В.А. Гончаренко, Г.Н. Горбачева, Н.С. Полякова, Ю. Сарьян, А.А. Каргаполов // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2007. — Вип. 73. — С. 84-90. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT pimonenkoli prognozirovaniegornogeologičeskihusloviiugleporodnogomassiva AT gončarenkova prognozirovaniegornogeologičeskihusloviiugleporodnogomassiva AT gorbačevagn prognozirovaniegornogeologičeskihusloviiugleporodnogomassiva AT polâkovans prognozirovaniegornogeologičeskihusloviiugleporodnogomassiva AT sarʹânû prognozirovaniegornogeologičeskihusloviiugleporodnogomassiva AT kargapolovaa prognozirovaniegornogeologičeskihusloviiugleporodnogomassiva AT pimonenkoli predictionofthegeominingconditionsinthecoalrockmassif AT gončarenkova predictionofthegeominingconditionsinthecoalrockmassif AT gorbačevagn predictionofthegeominingconditionsinthecoalrockmassif AT polâkovans predictionofthegeominingconditionsinthecoalrockmassif AT sarʹânû predictionofthegeominingconditionsinthecoalrockmassif AT kargapolovaa predictionofthegeominingconditionsinthecoalrockmassif |
| first_indexed |
2025-11-25T22:16:41Z |
| last_indexed |
2025-11-25T22:16:41Z |
| _version_ |
1850561954327822336 |
| fulltext |
84 Выпуск № 73
УДК 622.531.322.550.832.4
Д-р геол. наук Л.И. Пимоненко,
д–р техн. наук В.А. Гончаренко,
вед. инж. Г.Н. Горбачева (ИГТМ НАН Украины),
канд. геол-минерал. наук Н.С. Полякова,
Ю. Сарьян (Национальный горный университет),
вед. специалист А.А. Каргаполов (ДО УкрГГРИ)
ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ГОРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ
УГЛЕПОРОДНОГО МАССИВА
Розглянута технологія прогнозу викидонебезпеки вугільних пластів, яка розроблена на
основі обширної геолого-геофізичної інформації, що дозволяє в процесі проведення гірничих
робіт отримувати і оперативно корегувати наявну викидонебезпечну ситуацію по вугільних
пластах з урахуванням даних локального і поточного прогнозів.
PREDICTION OF THE GEO-MINING CONDITIONS IN THE
COAL-ROCK MASSIF
The discussed technology of the coal-burst risk prediction is developed on the basis of vast
geophysical information; the technology helps to detect and efficiently adjust a burst-dangerous
situation in the coal strata with taking into account data of local and current forecasts.
В настоящее время в Донбассе имеется ряд участков перспективных для
строительства шахт, на которых проведены все стадии разведки и доразведки
(работы выполнялись до 1994 г.). Среди них выделяется участок «Успенский-
Южный», на котором планировалось строительство двух очередей шахт. Там
была выполнена предварительная разведка и сделана прогнозная оценка горно-
геологических условий (ГГУ) залегания угольных пластов для обеспечения
безопасной разработки. Однако используемые в то время методы прогноза ГГУ
не позволили в достаточной мере обеспечить надежность полученных результа-
тов. Разработанные в 2000-2007 г.г. в ИГТМ НАНУ методы прогнозирования
ГГУ позволяют значительно повысить качество прогноза за счет комплексного
использования имеющейся геолого-геофизической информации и применения
современных компьютерных методов обработки и интерпретации.
Для решения подобных задач, весьма эффективно использование статистиче-
ских моделей, которые представляют собой математические выражения, содер-
жащие вероятностные характеристики изучаемых параметров. Такие модели
применяются для выявления и описания зависимости между свойствами геоло-
гических и геофизических параметров природных тел, типа угольных пластов и
вмещающих пород [1]. Так как на состояние углепородного массива влияет
множество факторов: давление, газоносность, степень метаморфизма, зольность,
трещиноватость, малоамплитудная нарушенность и т.п., то модель для прогноз-
ной оценки показателей горно-геологических условий массива с помощью гео-
физических параметров, отражающих все природные факторы, должна быть
многомерной и ее реализация может осуществляться с помощью корреляционно-
регрессионного анализа. Это направление при изучении частных моделей мно-
гомерных связей представляется наиболее приемлемым для решения задач опре-
"Геотехническая механика" 85
деления геологических показателей по данным каротажа, поскольку проведен-
ные исследования геофизических параметров указывают на их однородность,
нормальность распределения ошибок и детерминированность, которые являются
необходимыми условиями корректного применения классического многомерно-
го анализа. Для этих целей используется аппарат статистических зависимостей в
виде нелинейных регрессий. В угольной геологии эти методы моделирования
используются иногда для локального прогнозирования качества угольных пла-
стов и их физико-механических свойств. Геофизические данные, используемые
по разработанной методике, представляют собой параметры стандартного ком-
плекса методов каротажа углеразведочных скважин, которые отражают физико-
механические свойства массива (плотность и др.).
Участок «Успенский-Южный» расположен на территории Луганского гео-
лого-промышленного района. Угленосная толща сложена каменноугольными
отложениями свит: 4
2С , 5
2С , 6
2С и 7
2С , перекрытых верхнемеловыми (200 м), па-
леогеновыми (70 м) и четвертичными (5 м) осадками. К западу от участка нахо-
дится шахта им. В.И. Ленина, на востоке – шахта «Самсоновская-Западная»; по
падению отложений на севере участок примыкает к участку разведки «Менчи-
куровский» и «Чапаевскому руднику» (рис. 1).
1 – изогипсы пласта, 2 – скважины; 3 –разрывные нарушения.
Рис. 1 - Схема участка «Успенский-Южный»
В структурном отношении участок занимает центральную и юго-западную
части Лутугинской синклинали, входящей в северную полосу мелкой складчато-
сти Донбасса. В плане синклиналь имеет форму параллелограмма. На основной
площади участка угленосные отложения залегают относительно спокойно под
86 Выпуск № 73
углами 5 - 6°. С юга и юго-запада участок обрамляют крупные дизъюнктивные
нарушения: Ильичевский (Самсоновский), Лутугинский Северный и Лутугин-
ский Восточный надвиги. В восточной части участка затухают малоамплитудные
надвиги «А», «Б», «Д», развитые преимущественно на поле шахты «Самсонов-
ская – Западная». В южной и западной частях участка вдоль надвигов Ильичев-
ского (амплитуда 500 – 600 м), Лутугинского Восточного (70 – 470 м) углы паде-
ния возрастают до 60 - 75° и дислоцированность угленосных отложений увели-
чивается. Участок осложнен двумя складками второго порядка: Центральной ан-
тиклиналью и Южной синклиналью. Учитывая приуроченность участка к север-
ной полосе мелкой складчатости Донбасса, характеризующейся интенсивными
сдвиговыми деформациями, можно предположить наличие мелкой кулисообраз-
ной складчатости и разрывных дислокаций со сдвиговой составляющей.
Впервые для анализа поверхности угольных пластов были рассмотрены кар-
ты, построенные по гипсометрическим отметкам угольного пласта с примене-
нием высокочастотных фильтров (рис. 2). Очевидно, что эта карта более де-
тально отражает строение пласта по сравнению с картой построенной традици-
онными методами: во-первых, на ней выделен целый ряд мелких складок, ос-
ложняющих угольный пласт; во-вторых, в районе скважины Е3921 на рис. 1
отмечен изгиб изогипсы, а на рис. 2 отчетливо показано появление поперечных
нарушений, а также разрыв и смещение поверхности пласта в зоне Лутугинско-
го надвига. В настоящее время, в связи с развитием компьютерных технологий,
построение таких карт представляет определенный интерес при проектирова-
нии и работе шахт.
Рис. 2 – Схема гипсометрии участка «Успенский-Южный», построенная с применением вы-
сокочастотного фильтра
Литологический состав свит среднего карбона участка «Успенский-Южный»:
7
2С (415 м): песчаники – 25,3 %; угли – 0,6 %: 8m , 7m , 1
6m , 4m , 2m ;
6
2С (330 м): песчаники – 32,1 %; угли – 1,6 %: 7l , нl 1
6 , 3l , 1
2l ;
5
2С (500 м): песчаники – 49,3 %; угли – 1,5 %: вk1
7 , вk7 , 6k , 2k , 5k , вk8
и 2k ;
4
2С (300 м): песчаники – 12,2 %; угли – 0,5 %: 1
3i ;
"Геотехническая механика" 87
3
2С (80 м): песчаники – 45,8 %; угли – 0,9 %: 1
4h , 7h , 1
6h , нh9 , вh10 , вh11,
нh11.
Промышленная угленосность участка «Успенский-Южный» представлена
более чем 50-ю угольными пластами и пропластками. К наиболее выдержан-
ным относятся угольные пласты: 3l , 3k и 1
3i (угли марок Г и Ж). В литолого-
стратиграфическом плане рассматриваемые пласты расположены вблизи мощ-
ных до 70 м толщ песчаников («княгиневских», «боковских», «рубежанских»),
перекрытых пластами известняков.
Газоносность углей колеблется в среднем от 10 – 16 до 20 м3/т с.б.м. Из пес-
чаника 1
22SKk наблюдалось фонтанирование газа в скв. 1516; в районе
скв. Е 3841, Е 3900, Е 3827, Е 3824, Г 2925, Л 4839, Л 4855, Л 4881 и Л 4883 от-
мечается зона повышенной газоносности углей пласта l3.
Пористые (пористость песчаников достигает 15 %) и достаточно мощные
пласты песчаников, перекрытые известняками (особенно свита 5
2С ), сложная
тектоника и большая газоносность массива позволяют предположить возмож-
ность скоплений метана, а, следовательно, появление на более глубоких гори-
зонтах выбросов и суфляров.
Учитывая относительно сложные ГГУ участка, прогноз выбросоопасности
выполнялся для наиболее выдержанных по простиранию угольных пластов.
Используя максимальное количество геологических (глубина - Н), геофизи-
ческих (iф, ρĸ
гз, Iγ, Iγγ ) и горнотехнических (местоположение выбросов, суфля-
ров) сведений, на основе многомерных математических моделей с применением
современных методов регрессионного анализа, реализованных компьютерными
программами, проведен расчет комплексного критерия выбросоопасности Ву
для угольных пластов вk7 , 5k , 3i [1]:
«Ву» = 22,591 – 15,521 Н + 1,544 iф – 0,005 ρĸ
гз – 0,693 Iγ + 0,905 Iγγ –
– 0,104 ∆d + 14,946 (Н)2+8,454 (iф)2 – 1 10-6(ρĸ
гз)2+ 0,022 (Iγ)
2 –
– 0,061 (Iγγ)
2 + 4 10-4 (∆d)2,
где H – глубина залегания угольного пласта, iф – сила тока, регистрируемая ме-
тодом фокусированного зонда, ρĸ
гз – кажущееся сопротивление, измеренное
градиент – зондом, Iγ и Iγγ – интенсивность, соответственно, естественного и
рассеянного гамма-излучения, ∆d – изменение диаметра скважины по глубине.
Коэффициент множественной корреляции уравнения равен 0,82, остаточная
дисперсия 0,002. При проверке этого уравнения на контрольной группе данных
«Ву» (по 37 пробам из 25 скважин) оказалось, что между контрольными и рас-
четными значениями критерия «Ву» нет значительных случайных и системати-
ческих расхождений (критерий tрасч=1,36, а tтабл=1,96; критерий Fрасч=1,22, а
Fтабл=1,29; оба критерия рассматривались при доверительной вероятности 0,95).
Среднеквадратическая погрешность определения «Ву» составила 12,9 %.
Вычисленные значения критерия «Ву» по 237 угольным пластопересечениям и
значения критерия "Вп" по 473 слоям песчаников в 79 скважинах участка «Успен-
88 Выпуск № 73
ский-Южный» позволили получить пространственное представление прогнозируе-
мой выбросоопасной ситуации. Для этого по каждому из исследованных угольных
пластов вk7 , 5k и 1
3i были созданы электронный и графический варианты материа-
лов, в состав которых вошли карты по указанным пластам с прогнозируемой вы-
бросоопасной ситуацией с изолиниями (режим 2D). Отмеченные особенности гор-
но-геологических условий исследованного массива пород на участке разведки «Ус-
пенский-Южный» весьма наглядно иллюстрируются на рис. 3.
Однако при расчете комплексного критерия Ву не учитывается тектониче-
ская дислоцированность, которая является одним из основных факторов, ос-
ложняющих горные работы и по геофизическим данным на имеющемся уровне
знаний прогноз ее весьма сложен. Для прогноза тектонической дислоцирован-
ности в данной работе был применен метод аналогии [2], который основывает-
ся на предположении о подобии морфологии, расположения и параметров раз-
рывных и складчатых малоамплитудных нарушений в сходных по своему
строению и генезису структурах.
По подобию региональных тектонических условий, в качестве объекта-
аналога выбраны шахты “Перевальская” (угольные пласты 5k , нk3 , вk3 ) и им. Ар-
тема (угольные пласты 1
1l , 1
2l , 4l ), поля которых расположены в пределах Селез-
невской котловины. Последняя представляет собой полузамкнутую складку
асимметричного строения, вытянутую в широтном направлении. Северное крыло
котловины крутое с углами падения пород 55-80°, южное - пологое
(10-25°). Простирание пород на крыльях Селезневской котловины широтное и
почти прямолинейное. Малоамплитудная нарушенность изучалась по планам
горных работ и картам локальных структур. Отмечено, что угольные пласты ос-
ложнены малоамплитудными нарушениями, которые, в основном, представлены
надвигами, реже – сбросами, сопровождающимися зонами перемятых и неустой-
чивых пород. Судя по картам локальных структур и планам горных работ, нару-
шения приурочены, в основном, к местам, где действие тектонических сил про-
явилось наиболее активно - к перегибам пликативных структур, а также к зонам
влияния крупных разрывных нарушений. К этим, наиболее нарушенным участ-
кам угольных пластов приурочено подавляющее большинство выбросов.
Так, на шахте «Перевальская» по пласту вk3
зарегистрировано 39 выбросов
угля, которые присходили в зоне концентрации малоамплитудных нарушений
(амплитуда нарушений 0,5 - 5 метров); на пласте 5k зарегистрировано 2 выбро-
са угля, которые приурочены к зоне Селезневского надвига. На поле шахты им.
Артема более нарушенным является крутое крыло синклинальной складки
(grad наклона 0,5) и большая часть выбросов приурочена к зонам влияния раз-
рывных нарушений на этом крыле.
По аналогии на участке «Успенский-Южный» посредством тренд - анализа
по поверхности угольных пластов 3l , 3k и 1
3i с использованием данных буровых
скважин и горных работ были построены и проанализированы карты локальных
структур.
"Геотехническая механика" 89
1 – градации критерия выбросоопасности "Ву";
2 – изолиния критерия выбросоопасности "Ву"; 3 – тектоническое нарушение.
Рис. 3 – Прогнозируемая выбросоопасность и тектоника угольных пластов:
а – вk7 , б – 5k , в – 1
3i (участок разведки «Успенский-Южный);
90 Выпуск № 73
Очевидное смещение осей локальных синклинальных складок позволяет
рассматривать их, как кулисообразную складчатость, образование которой
большинство исследователей связывает со сдвиговыми процессами. В тектони-
ческом плане наиболее сложными являются центральная часть участка «Успен-
ский-Южный», осложненная мелкой складчатостью, и западная, в которой со-
средоточены разрывные дислокации.
По аналогии с шахтами “Перевальская”, им. Артема и полученными данны-
ми о тектонической дислоцированности участка, можно предположить, что на
участке разведки «Успенский-Южный», во-первых, наиболее опасна по выбро-
сам угля и газа центральная, наиболее нарушенная часть, во-вторых, отмечается
тенденция нарастания выбросоопасности угольных пластов от вk7 , до 1
3i (значе-
ния «Ву» ≥15) с глубиной.1
Аномальному повышению степени выбросоопасности пласта 1
3i на участке
разведки «Успенский-Южный» способствует, очевидно, и то, что в его почве
залегают очень мощные и крупнозернистые разновидности песчаников сви-
ты 4
2C . Такое "соседство" создает жесткую энергетическую подушку, которая,
увеличивает выбросоопасность залегающих вблизи угольных пластов.
Учитывая вероятностный характер прогноза выбросоопасности на всех кар-
тах, для обеспечения надежности и исключения ошибок первого рода (возник-
новение выбросов при неопасном прогнозе) введена переходная зона
13≤ «Ву» <15. При ведении горных работ в этой зоне рекомендуется проводить
локальный прогноз выбросоопасности, вскрывая угольный пласт, и оценивать
его текущую выбросоопасность с учетом границ переходной зоны.
Таким образом, технология прогноза выбросоопасности угольных пластов и
песчаников, разработанная на основе обширной геолого-геофизической инфор-
мации из всех геологоразведочных скважин позволяет с помощью современных
персональных компъютеров и сопровождающих мощных программных средств
(геоинформационных систем) подойти вплотную к созданию объемного изо-
бражения исследуемого углепородного массива [3]. Электронная версия атласа
всех графических рабочих материалов, иллюстрирующих углепородный массив
на участке разведки «Успенский-Южный» во всех ракурсах, позволит в процес-
се ведения горных работ на поле будущей шахты получать и оперативно кор-
ректировать имеющуюся прогнозную выбросоопасную ситуацию по угольным
пластам с учетом данных локального и текущего прогнозов.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Гончаренко В.А. Оценка выбросопасности угольных пластов на основе классификации их каротажных
параметров / В.А. Гончаренко // Науковий вісник НГА України. – Дніпропетровськ, 2000. – №4. – С. 8 – 9.
2. Тектоника и горно-геологические условия разработки угольных месторождений Донбасса / В.Е. Заби-
гайло, В.В. Лукинов, Л.И. Пимоненко, Н.В. Сахневич. – К. : Наук. думка, 1994. – 152 с.
3. Гончаренко В.А. Возможности компьютерной технологии прогнозирования зон скоплений метана в
Донбассе / В.А. Гончаренко, Л.И. Пимоненко // Геотехническая механика: Межвед. сб. научн. тр. /ИГТМ НАН
Украины. – Днепропетровск, 2005. – Вып. № 54. – С. 153 – 160.
1 Последнее может быть связано с тем, что с увеличением глубины залегания исследуемых угольных пластов
вk7 , 5k и
1
3i степень углефикации и газоносность увеличиваются
|