авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 |   ...   | 5 | 6 || 8 |

«М ИНИ СТЕРСТВО ЭН ЕРГЕТИ КИ РО ССИ ЙСКОЙ Ф ЕДЕРАЦИИ РОССИ ЙСКАЯ АКАДЕМ ИЯ НАУК Н А У Ч Н О -И С С Л Е Д О В А Т Е Л Ь С К И Й И Н С Т И Т У Т Г О РН О Й Г Е О М Е ...»

-- [ Страница 7 ] --

R " p и ya'v - несу­ щая способность анкера и соответствующая ей предельная (разрушающая) вели­ чина выхода (смещения) анкерного стержня при его выдергивании из шпура [2];

Па - плотность установки анкеров, равная (3) где п и b - количество анкеров в ряду и расстояние между рядами;

1 - единица длины выработки.

Рис. 1. Схемы к расчету оптимальных параметров анкеров при креплении кровли вы работки по принципу подвешивания породны х слоев:

а - общ ий вид закрепленной кровли;

б - расчетная схема Таким образом, условившись, что реакции этих оснований г ((z) и ги(х) линей­ но пропорциональны прогибам балки y(z) и у(х), будем иметь многослойную бал­ ку, испытывающую изгиб под действием неравномерно распределенных нагрузок гц(г) и га(х), направленных вверх, и равномерно распределенной по пролету нагруз­ ки q, направленной вниз. При этом примем, что последняя величина определяется в основном весом скрепленных пород t f ^ n p - Y Z V 1’ (4) а пролет выработки увеличивается до значения в результате отжима угля и об­ разования призм сползания Д:

g = 0 + 2A = e o + 2 h, - t g ( ^ ^ ), (5) где у - средний объемный вес пород;

К пр - коэф ф ициент пригрузки скрепляемых породных слоев;

0 - первоначальная ширина (пролет) выработки;

h n - мощность пласта в пределах высоты выработки;

р - угол внутреннего трения угля.

Рассматриваемая нами многослойная балка, подвеш енная на анкерах, пред­ ставляет собой систему «порода-крепь», разрушение которой происходит в резуль­ тате излома породных слоев и разрыва (или выдергивания из шпуров) анкерных стержней. Поэтому, реш ение задачи состоит в том, чтобы найти такие выгодные параметры крепи, при которых породные слои и подшивающие их анкерные стерж­ ни были бы нагружены одинаково (например, на 70-80% от своей несущей спо­ собности). Для этого необходимо вычислить максимальный изгибающий момент, действующий на породные слои балки, и найти ее максимальный прогиб.

Н апиш ем диф ф еренциальное уравнение изогнутой оси (четвертой степени) для каждого участка балки [3]. Для защ емленной части А О ";

будем иметь (6) ^ т + у Т.Т. У = ° dz TE I ii а для свободной части О1}СВ';

d 4y k q,.

— r + ----- — У - — - — (7) dx T E.I. Y.E.I.’ ii ii где T.EI. - жесткость многослойной расслоившейся балки, подвешенной на анкерах.

Совместное реш ение этих уравнений дает выражения для прогибов балки на каждом участке - функции у(х) и y(z), после чего находится закон изменения изги­ бающего момента вдоль пролета выработки М (х) и за его пределами M (z). Анализ полученных зависимостей показывает, что максимальный момент М'"“ действует х у боков выработки и его величина определяется выражением M “ = U-»-5 = U - « ~ ^ -------- (8) 2|3 (2р р + \|/2) в котором коэф ф ициенты имеют следующие значения:

Vi = 2р\ (ар + — ) + (2р2 + ф){ар - — ) ;

а а В3 З 2 = (Рг + Ръ)(ар+ — ) - 2рх(ар----- ) ;

а а -213 = ( 2 - e ' 2pf - e 2pt) cos p* p + e~2pf + e m ) tg p f sin ;

( = ( e p' + e - pf) t g p - 2 s i n p / ;

px = e p - e ~ p - ( 1 - e _2p,) c o s p f + (1 + e “2pf)tgP /?-sin p/?;

3 = e p e- e~pf + (1 - e 2pr) cos p - (1 + e 2pf) tg fit • sin pt ;

p Из приведенных формул видно, что значение М пм зависит не только от вели­ х чины действующей нагрузки и пролета выработки, но и от значения параметров р (в большей степени) и а (в меньшей степени), которые, в свою очередь, характери­ зуются соотношением жесткостей крепи, пласта и сшитых породных слоев пачки.

П отеря несущей способности заанкерованной пачкой наступает тогда, когда величина максимального изгибающего момента М"",х достигает своего предельно­ го значения М пр. Д ля того, чтобы его найти, примем, что внутри пачки отслоения (не путать с расслоениям и) возникнуть не могут, поскольку она сшита сталеполи­ мерными анкерами, которые закреплены химическим составом в шпурах по всей их длине. Это допущ ение позволяет говорить о равенстве прогибов всех слоев и их кривизны. Следовательно, можно записать, что между предельными изгибающими моментами М.опр и М.пр, разруш ающими г-тый слой соответственно когда он оди­ ночный, и когда находится в пачке, справедлива зависимость [4]:

(9) ( 10) где a h. и у "ч - мощность и прочность на изгиб /-того слоя пачки, Е1. - его жесткость.

Под термином /-тые слои здесь понимаются отдельности, на которые происхо­ дит расслоение пачки (в геологическом смысле одна такая отдельность может состо­ ять из нескольких породных слоев, представляющих собой монолитную составную балку). Для применения последних выражений, таким образом, необходимо знать по­ ложение ослабленных контактов, по которым происходит разделение пород в пачке.

Из ряда найденных величин М."р определяется минимальная, которая и явля­ ется предельным изгибающим моментом заанкерованных пород кровли М пр:

(Н) М п = т т { м ;

р}.

р П риравняв друг другу (с учетом принятого коэффициента запаса) выражения (8 ) и (1 1 ), методом подбора или с помощью графиков рис. 2 вычисляется оптималь­ ные значения параметра в, а затем - коэффициента ка и искомой плотности анкеров U. Длина анкеров определяется суммарной мощностью подшиваемых пород Е/г. и необходимой величиной заглубления стержней в «породу-мост» (0,5 - 1,0 м).

-214 м_ up i,i ---- = 9л._ '' г 'Г \ V 4. ч \ ч \ 3. « N _.

.

1=7 д. \ 3 ч Ч, ---- N ч s_ 2. V N\1N.

Ч ч ( =5м N \ s Г vj 1- 4V 4ч 1. N ч.4 «* i — 1*" 0, ] ------ ----- --- О Р€ 1,5 2,5 3,5 4, для ширины выработки в 5, 7 и 9 м Рис. 2. Номограммы определения параметра при величине параметра a t = 10 (сплошные линии) и а = 20 (пунктирные линии).

Штрих пунктирной стрелкой показан ход вычислений Одновременно с этим должно выполняться условие прочности анкеров, зак­ лючающееся в том, что их наибольшее удлинение, равное в данном случае макси­ мальным смещениям скрепленной пачки в середине пролета у"'"', не должно пре­ вышать определяемой экспериментально предельной величины у ” Из рис. р.

видно, что значение у",ах может быть найдено в результате сложения прогиба бал­ ки АО1! у стенки выработки у() (при z = 0) и прогиба балки О 1 tCB';

на середине ее пролета y t (при х = 1 12) :

( 12) У =Уо+У -(a - +c + d )+ -^ -(a + b + c - ), где b d =' 2а 2а у, = е рт (А- sin(P^ 12) + В- cos([W / 2)) + е ' р' /2 (С •sin(p* / 2) + D cos((3 /2 )) + -$ К ' Входящие в последние зависимости коэффициенты определяются следующи­ ми выражениями:

f \ Pl _ VrPi A= q к. 04/OR2.

Р / \ в=Д. Р±+ jVjgi (4(2p2^ + V2)-I^/iy \ Р ЧгРз _ С = V К 4р4(2р2q + y ) - E J z I IJ р+р.

D 3- + = —— 4p4(2pV+V2)'I^//y Поскольку ось О У и сила q направлены в противоположные стороны, то зна­ чение q в эти вы раж ения необходимо подставлять с отрицательным знаком.

К сож алению, приходится признать, что полученные вы раж ения довольно громоздки и использовать их при практических расчетах «вручную» не удобно.

Однако, с применением ЭВМ эта проблема снимается. Автором для среды Excel разработана специальная программа, позволяющая автоматизировать все трудо­ емкие цикличные вычисления и быстро найти искомое реш ение. С ее помощью, в частности, был рассмотрен следующий пример. В непосредственной кровле штрека шириной 0 = 6 м, пройденного по пласту угля (А = 1,5 м, Е = 0,3-104 М Па, р = 38°, цц = 38°), залегает три относительно слабых породных слоя небольшой мощности (А, = 0,3 м,, = 1,2-104 МПа, а (1 ч = 2,8 М Па;

h 2 = 0,45 м, Е г = 1,0-104 МПа, п а (2п = 2,4 М Па;

А3 = 0,5 м, Е ъ = 0,9-104 М Па, о (3п = 2,1 М П а), над которыми нахо­ ч ч дится шести метровый слой прочного песчаника. Средний объемный вес пород у = 0,026 М Н/м3, К пр = 1,2. В качестве крепи планируется использовать сталеполи­ мерные анкеры с несущей способностью /?н"р = 70 кН, у которых у ;

1 = 0,016 м. пр При глубине закрепления в слое песчаника в 1 м их активная длина равна 2,25 м.

Расчет показал, что при коэффициенте запаса 1,5 рациональная плотность анке рования составит 0,49 анк/м2 против плотности 0,7 анк/м2, найденной без учета несущ ей способности закрепленны х пород. Это озн ачает, что сниж ение метал­ лоемкости крепи в дан ном случае составляет около 30%. О чевидн о, что чем больш ей несущей способностью обладают подвешиваемые слои, тем на большую экономию металла в креплении можно рассчитывать.

Ли т е р а т у р а 1.Хлусов А.Е. Расчет параметров анкеров при креплении ш ироких выработок // И зве­ стия высших учебных заведений. Горный журнал. 2009. № 4.

2.Хлусов А.Е. К расчету несущей способности сталеполим ерного анкера // Вестник М агнитогорского ГТУ им. Г.И. Н осова. 2009. № 1.

3.У манский А.А. О расчете балок на упругом основании. Л.: Ленгострансиздат, 1933.

4. Ржаницы н А.Р. Т еория составных стержней строительных конструкций. М. : С издат, 1948.

-216 Д -р техн. наук С.Г. БА Р А Н О В ВН И М И ВЛИЯНИЕ СКОРОСТИ ПОДВИГАНИЯ ОЧИСТНОГО ЗАБОЯ, ГЛУБИНЫ РАБОТ И МОЩНОСТИ ПОРОД ОСНОВНОЙ КРОВЛИ НА ШАГ ЕЁ ОСАДКИ Реш ение вопроса о влиянии скорости подвигания лавы представляет доволь­ но сложную задачу. Во-первых, потому, что оно долж но быть основано на натур­ ных исследованиях. Во-вторых, необходимо заранее выбрать фактор, который бы зависел одноврем енно от скорости подвигания забоя, глубины работ, мощности пород основной кровли, оказывал бы влияние на параметры зоны беспорядочного обрушения пород при выемке угольного пласта, а также на механизм поведения пород в зонах трещ иноватости и плавного опускания слоев кровли.

Что касается первого требования о необходимости реш ения задачи на д ан ­ ных натурных исследований, то оно не требует особого доказательства. И м енно шахтные данны е позволят решить поставленную задачу с наименьш ей погреш ­ ностью конечных результатов Вопрос второй связан с выбором фактора, являющ егося основным при реш е­ нии поставленных задач. Проведенные многочисленные исследования в шахтных условиях показывают, что таким фактором является шаг осадки основной кровли.

Без учета названного ф актора невозможно вообще эф ф ективное реш ение рассмат­ риваемой проблемы. К ак будет показано далее, шаг осадки зависит от скорости подвигания лавы, глубины работ, мощности пород основной кровли. О т его вели­ чины зависит и время образования консоли зависающих за крепью пород. Он также влияет на ш ирину зоны беспорядочного обрушения пород кровли за крепью. Чем больше длина шага осадки, тем больше ш ирина зоны беспорядочного обрушения пород. Второй параметр этой зоны, а именно её высота, зависит от мощности легко обрушающихся пород, залегающих непосредственно над пластом и от вынимае­ мой мощности пласта.

В конкретных условиях может оказаться, что прочные слои основной кровли залегают непосредственно над пластом. П римером могут служить данны е шахт К узнецкого бассейна: имени Волкова, «Т аеж ная», «Б ирю линская», по пласту XXVII, им. К ирова по пласту Поленовскому, «Комсомолец» по пласту Емелья новскому. В этих случаях зона беспорядочного обрушения пород кровли за линией крепи будет располагаться над основной кровлей и она такж е будет определять­ ся величиной ш ага обруш ения основной кровли. Это наиболее н еблагопри ят­ ные случаи залегания пород кровли. П оэтому в дальнейш ем важ но установить взаимосвязь между шагом обрушения пород, параметрами зоны беспорядочного их обрушения, выявить периодичность и зоны максимальных (опасных) опуска­ ний пород в призабойном пространстве лавы во время облома слоев основной кровли.

По данным, полученным в натурных условиях, на рисун­ У У = Ю 251Ln(x) 42 ке 1 представлены зависимо­ 0. сти изменения шагов осадки основной кровли по мере уве­ личения скорости подвигания 2 лавы.

s' с;

Группировка точек вок­ ш40 I О & руг представленных зависимо­ стей выполнена в зависимости 13 i0 от средней мощности пород основной кровли, то есть за висимостьу, включает данные лав, в которых мощность ос­ новной кровли изменялась от 13 до 20 м (в среднем 16 м), за­ висимость у 2включает данные, 0 1 2 3 4 5 6 7 где мощность изменялась от Скорость подвигания лавы, м/сут 21 до 30 м (в среднем 27 м) и 1 - средняя мощность основной кровли равна 16 м;

зависимость _3- при изменении у 2 - средняя мощность основной кровли равна 27 м;

ш к1 от 31 до 60 м (в среднем 3 - средняя мощность основной кровли равна 47 м 47 м).

Из представленных гра­ Рис. 1. Изменение шага осадки основной кровли фиков видно, что по мере уве­ в зависимости от скорости подвигания очистного личения скорости подвигания забоя очистного забоя шаг осадки основной кровли также увеличивается. Рост шагов осадки наблюдается при всех измеренных мощностях основной кровли. Интенсивный рост изучаемого параметра наблюдается при увеличении скорости до 8-1 Ом. Вместе с увеличением шага осадки основной кровли растет соответственно ширина зоны беспорядочного обруше­ ния пород непосредственной кровли (рис. 2). В свою очередь, чем больше эта ве­ личина, тем при прочих равных условиях во время обрушения основной кровли в интенсивное движение придут большие объемы пород, залегающих над основной кровлей. Этот фактор, естественно, скажется на характере нагружения крепи во время облома зависающей плиты пород. Отмеченное изменение шага осадки ос­ новной кровли прослеживается для всех трех зависимостей, представленных на рисунке 1.

Сочетания величин ширины и высоты зон беспорядочного обрушения пород может быть различным и поэтому будут по-разному оказывать влияние на поведе­ ние слоев кровли над очистным пространством. Третье необходимое требование получения исходных данных заключается в том, чтобы выбранные объекты иссле­ дований должны позволять получать такие данные, по которым можно было бы построить все названные зависимости (изменение шага осадки основной кровли от её мощности, скорости подвигания лавы и глубины работ).

0,5fto Рис. 2. Шаг первичной осадки основной кровли и параметры зон /Г ) беспорядочного ю обрушения пород: н. кр. - непосредственная кровля;

о.кр. - основная кровля;

hm - высота подбучивания обрушившимися породами основной кровли;

h(ti - высота m беспорядочного обрушения пород;

/ь - ширина зоны беспорядочного обрушения пород;

1 - шаг первичной осадки основной кровли ж Только в этом случае можно говорить о комплексном влиянии ф акторов ско­ рости подвигания лавы, глубины работ, мощ ности пород основной кровли на величины парам етров зон беспорядочного обруш ения кровли отрабаты ваемого пласта.

К роме того, при анализе и обработке шахтных материалов полученные дан­ ные следует объединять в группы, в которых величины мощности основной кров­ ли изменяются в определенных наперед установленных диапазонах.

Зависимости изменения величины шага осадки основной кровли от глубины работ представлены на рисунке 3. Характерно, что с увеличением глубины работ в пределах от 100 до 350 м шаг осадки основной кровли увеличивается. О днако, при глубине, равной 350 м, он совсем прекращается. Дальнейш ее увеличение глубины приводит к уменьшению шага осадки. Как будет показано дальш е (см. рис. 4), это происходит потому, что с увеличением глубины работ коэф ф ициент крепости кон­ кретной породы уменьшается, следовательно, облом зависающих пород основной кровли происходит при меньшем зависании слоев. Н а основании анализа данных рисунков 1 и 3 составлена таблица, устанавливающая взаимосвязь между величи­ нами скорости подвигания забоя v3 шага первой осадки основной кровли /,, глубины работ Я, мощности пород основной кровли т к^и времени ф ормирования осадки tn.

К непосредственной кровле относят легкообруш ающ иеся слои пород, проч­ ность которых на одноосное сжатие не превыш ает 3,5 кН/см2 ( ( 3,5). П о мере подвигания лавы они обрушаются за крепью непосредственно за передвижением её секций или при небольшом зависании, порядка 2,0 - 3,0 м. В ряде случаев непос­ редственная кровля может отсутствовать. Тогда над пластом залегают прочные слои, предел прочности которых на одноосное сжатие не менее 5,0 кН/см2 ( ( 5,0).

-219 Породы основной кровли, как правило, бывают представ­ лены песчаниками, известня­ ками, алевролитами.

В колонке (foc) представ­ лены величины времени, в те­ чение которого происходило о б р азо ван и е такого отхода очистного забоя от разрезной печи, при котором породы ос­ новной кровли обрушались.

Оно определяется расчетным путем из выражения:

tIK = —,с у т (1) v, Глубина работ, м При глубинах работ (для 1 - очистные забои с т ср = 16 м ;

к Кузнецкого бассейна) превы­ ш аю щ их 350 м, шаг осадки 2 - очистные забои с m кр = 27 м ;

f cn уменьшается. М аксимальная скорость подвигания очистно­ 3 - очистные забои с m кр = 47 м f c го забоя 6,0 м/сут была зафик­ сирована при работе очистного Рис. 3. Влияние глубины разработки на величину первичного шага осадки основной забоя на глубине 450 м.

кровли Параметры, определяющие шаг осадки основной кровли т к р, м v3, м/сут. /ОС 7 м, tn, сут.

Глубина 17 = 100 м 16,0 2,0 21,0 10, 27,0 29,0 29, 1, 47,0 0,2 43,0 23, Глубина Н = 200 м 16,0 3,4 29,0 8, 27,0 2,6 37,5 14, 47,0 47,0 39, 1, Глубина Н = 300 м 16,0 5,4 37,5 6, 27,0 4,2 44,0 10, 47,0 2,8 53,0 18, Глубина Н = 350 м 16,0 6,0 39,0 6, 21,0 4,7 46,0 9, 47,0 3,6 54,0 15, Основной причиной изменения шага осадки основной кровли от глубины ра­ бот является тот факт, что до указанной глубины их прочность увеличивается, а затем начинает уменьш аться. О б этом свидетельствуют данны е граф ика на рисунке 4, который построен по фактическим данным, полученным в шахтных условиях.

С увеличением глубины работ от 100 до 350 м зн ачение коэф ф и ц и ен та f воз­ растает от 5 до 9. Д альн ей ш ее увеличение глубины п риводит к ум еньш ению рассматриваемого парам етра (см. точки при глубинах 370 и 450 м на рис. 4). О тме­ ченная закономерность объясняется следующим образом.

о о.

С I S^ у = -0.0001*2 + 0.0644Х - 1. §3 Й2 = 0. !

100 200 300 400 Глубина работ (Н),м;

песчаник Рис. 4. Изменение коэффициента крепости ( песчаника в зависимости от глубины работ на шахтах Кузбасса П о мере возрастания глубины работ одновременно действуют два фактора:

увеличивается крепость пород и их напряженное состояние. Первый фактор спо­ собствует увеличению ш ага осадки, второй его уменьшению. До глубины работ 350 м фактор крепости породы оказывает большее влияние на величину шага осад­ ки, чем ф актор напряж енности пород на уменьш ение шага осадки. Поэтому, в этом диапазоне глубин шаг осадки растет сначала быстро, затем замедляется. При глубине работ более 350 м фактор увеличения напряженности пород начинает ска­ зываться в большей степени, чем их крепость, что приводит к увеличению трещ ино­ ватости пород и уменьш ению шага осадки. Аналогичные результаты увеличения прочности пород по мере углубления работ до определенного предела были полу­ чены другими исследователями на основе анализа статистических данных о работе очистных забоев.

П о мере углубления работ время образования шага осадки кровли убывает (рис. 5).

Интенсивность уменьшения величины 1жс углублением работ тем больше, чем больше мощ ность пород основной кровли.

С другой стороны, по мере увеличения мощности пород основной кровли вре­ мя образования первичного шага осадки ta растет. При этом, чем глубже ведется выемка угля, тем интенсивность роста рассматриваемого параметра от мощности пород основной кровли меньше. В рассматриваемых условиях наибольш ая интен­ сивность изменения парам етра ( t j наблюдается при глубине работ 1 0 0 м, наимень­ шая - при 350 м.

-221 Следует отметить, что в t шахтных условиях шаг осадки ж' кровли определяется по воз­ действию обрушенных пород на параметры взаимодействия крепи с боковыми породами:

на опускание кровли, податли­ вость стоек, состояние нижних слоев кровли (образование заколов, вывалов) и крепи (де­ ф ормации, поломки отдель­ ных элементов).

Нередко при этом пред 0 60 0 5 200 6 0 35 00 полагается, что породы основ­ ной кровли обрушаются на 1- = 16 м;

2 - т ? = 27 м;

3 - т * = 47 м всю мощность. Однако при р р р значительной мощности ос Рис. 5. Влияние глубины работ (Н) на изменение времени НОВНОЙ кровли породы, ее образования первичного шага осадки (1ж) слагающие, могут иметь плос­ кости ослабления, располо­ женные на определенных расстояниях от пласта. Поэтому, при первичной осадке в этом случае обрушится не вся мощность пород, а только нижние слои основной кровли. В зависимости от степени подбучивания вышележащих слоев обрушен­ ными, их последующие осадки могут не сказываться на состояние кровли и крепи в очистных и подготовительных выработках. Вследствие этого может быть приня­ то ошибочное мнение о том, что при первой осадке обрушилась вся толща пород основной кровли. На самом деле картина, как видим, может быть другой.

Изменение времени образования первичного шага осадки основной кровли от её мощности можно проследить по графикам на рисунке 6.

1-Н = 100 м;

2- Н = 200 м;

3- Н = 300 м;

4- Н = 350 м Рис. 6.

Влияние мощности пород основной кровли (т ) на изменение времени образования первичного шага осадки (/о) М о щ н о с ть п о р о д о сн о в н о й кров л и.м Изменение времени обра­ зования предельного, первич­ ного шага осадки пород основ­ ной кровли в зависимости от скорости подвигания очистно­ го забоя п ред ставл ен о на рисунке 7. Зависимости постро­ ены по средним зн ачен и ям изучаемых параметров, приве­ денных в таблице. П ри всех рассматриваемых средних зна­ чениях мощ ностей основной кровли, изменяющихся в сред­ нем в пределах от 16 до 47 м, Скорость подвигания очистного забоя, м/сут с увеличением скорости подви­ 1 - т сп = 16 м;

2 - m cp = 27 м;

3 —m c = 47 м кР f fp гания забоя (v3) время образо­ вания первичного шага осадки Рис. 7. Изменение времени образования первичного шага осадки пород основной кровли (/J основной кровли (tit) уменьша­ от скорости подвигания очистного забоя (v.i) ется. И чем больше мощность пород основной кровли, тем больше интенсивность уменьшения величины to по мере возрастания vr Отмечен­ ная закономерность наблюдается несмотря на то, что с ростом скорости подвига­ ния очистного забоя одновременно увеличивается первичный шаг осадки. При­ чиной этому является то обстоятельство, что при прочих равных условиях с измене­ нием пропорционально изменяется время образования первичного шага осадки.

В тоже время шаг осадки кровли в меньшей степени зависит от скорости подвига­ ния очистного забоя. В этом нетрудно убедиться при анализе данных таблицы.

Основная причина роста шага осадки основной кровли при увеличении ско­ рости подвигания очистного забоя заключается в следующем. В конкретных условиях время расслоения пород непосредственной кровли и отслоения их от вышележащих слоев мало зависит от скорости подвигания очистного забоя. Это приводит к тому, что деформация на изгиб пород основной кровли в расчете на 1 м увеличения пролета уменьшаются. Поэтому предельный изгиб слоев основ­ ной кровли, при котором происходит ее обрушение, наступает при большем отхо­ де забоя от разрезной печи (при большем шаге осадки Отмеченное обстоятель­ ство подтверждается исследованиями других авторов.

Д -р техн. наук, проф. Ф.И. ВОСКОБОЕВ Научный цент р геомеханики и проблем горного производства СПГГИ(ТУ) БЕЗОПАСНАЯ И ЭФФЕКТИВНАЯ РАЗРАБОТКА УГОЛЬНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ РОССИИ В СЛОЖНЫХ ГОРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ НА ОСНОВЕ СОЗДАНИЯ И ПРОМЫШЛЕННОГО ВНЕДРЕНИЯ АКТИВНЫХ СПОСОБОВ УПРАВЛЕНИЯ ГЕОМЕХАНИЧЕСКИМ СОСТОЯНИЕМ МАССИВА ГОРНЫХ ПОРОД Разупрочнение труднообрушаемых пород основной кровли методом передового торпедирования Основные результаты исследований, помещ енные в предлагаемой статье, по­ лучены автором во ВН И М И.

Сложные условия разработки угольных месторождений при достижении кри­ тических глубин занимаю т подавляющий удельный вес. Так, для Воркутинского месторождения, к настоящ ему времени они занимают практически 100%, для Куз­ басса - 65+70%.

В результате обследований установлено, что общее количество разрабатыва­ емых шахтопластов с труднообрушаемыми кровлями во всех угольных бассейнах России достигает 52%.

А нализ производственного опыта и результатов исследований дает основа­ ние сделать вывод, что традиционно применяемые способы и средства управления геомеханическим состоянием массива, которые применялись с начала отработки угольных месторождений на малых глубинах, относящ иеся, в подавляющем боль­ шинстве случаев, к категории «пассивных» в отношении эффективности и безопас­ ности управления геомеханическим состоянием массива, в условиях критических глубин разработки исчерпали свои возможности и встала проблема обоснования и разработки новых реш ений.

Применение механизированных крепей с различным рабочим сопротивлени­ ем. Опыт применения крепей 1-го ряда сопротивления (300-540 кН /м2) на шахтах Кузнецкого, К арагандинского, Донецкого и П ечорского бассейнов показал, что на их основе невозможно решить вопросы управления труднообруш аемой кров­ лей. О сновной причиной является несоответствие нагрузочны х свойств кровли рабочему сопротивлению крепи в период проявления осадки основной кровли.

Происходила массовая посадка крепей «нажестко», приводящ ая к завалу очист­ ных забоев, деф ормациям секций крепей.

-224 Приведем некоторы е фактические данные.

На шахте «Распадская» в 7-ми лавах с крепями ЗО К П, КМ81Э, О К П -7 0,1-2УКП, КМ-130 И 1М КП в результате осадок основной кровли было деформировано от 17-ти до 45-ти секций крепи, что привело к остановкам лав на несколько месяцев для демонтажа выведенных из рабочего состояния секций или замены комплекса в целом. В результате шахте был нанесен экономический ущерб, исчисляемый д е­ сятками миллионов рублей.

На шахте «Тайжина» (Кузбасс) 10.04.2004 г. в результате осадки пород основ­ ной кровли в лаве 1-1-5-5 произош ел взрыв метано-воздушной смеси. Погибло человек.

Тоже относится и к крепям с повышенным сопротивлением (2-й ряд крепей ОКП-70, М130, М81, М 87Д) Р до 650-730 кН /м2 поскольку это связано с тем, что в зависимости от величины и места приложении равнодействующ ей внеш ней н а­ грузки в элементах крепи могут возникать критические усилия, приводящ ие к д е­ формации основания секций крепи (рис. 1 ).

а) б) с) Рис. 1. К ритические схемы взаимодействия секций крепи О К П -70 с боковыми породами:

а) нагруж ение секций крепи через козырек;

б) нагруж ение через козы рек и ограж дение, приводящ ее при совпадении равнодействующей с осью передней траверсы к ж есткой системе;

в) подпор задней траверсы породным блоком с образованием ж есткой системы Высокое сопротивление до 1300 т обеспечивает работоспособность крепи и устойчивость очистной выработки, но не исключает при разработке угольных пла­ стов с труднообрушаемыми кровлями, вследствие обрушения пород основной кров­ ли в динамичном реж име выброса газовоздушной смеси в рабочие выработки с опасными последствиями (взрыв или возгорание метана).

Из сопоставительного анализа процесса смещение кровли в очистном забое (рис. 2 ) при отсутствии торпедирования и при торпедировании мож но конста­ тировать, что при торпедировании участок упругого прогиба значительно умень­ шается и одноврем енно значительно увеличивается участком разруш ения. Это привело к ликвидации динамического характера взаимодействия кровли с крепью при ее опускании почти на 300 мм.

-225 Рис. 2.

Обобщенные графики опускания кровли при отсутствии торпедирования и при его применении на шахте им. 50-летия СССР При этом состояние кровли в призабойном пространстве было удовлетвори­ тельным.

Научные поиски показали, что одним из эффективных и безопасных решений являются активные способы управления геомеханическим состоянием массива горных пород.

Сущность активных методов управления геомеханическим состоянием мас­ сива горных пород заключается в оперативном перераспределении напряженно деформированного состояния (НДС), изменения физико-механических свойств пород вслед за проведением или с некоторым опережением забоя выработок на базе разгрузочно-упрочняющих технологических мероприятий или адекватности реагирования способами управления НДС основным характеристикам проявле­ ний горного давления в отношении исключения или минимизации потери есте­ ственной несущей способности вмещающих выработку пород с тем, чтобы обес­ печить длительную прочность и несущую способность пород и на этой основе эксплуатационное состояние выработок в заданный период времени и исключить предпосылки для проявления динамических явлений и взрывов газа метана. После­ днее остается до настоящего времени реальной угрозой гибели людей при работе в подземных условиях.

Для обоснованного выбора схем и параметров, закладываемых для разупроч­ нения скважин и определения нагрузочных свойств кровель разработана допол­ нительная типизациям кровель. В соответствии с дополнительной типизацией кровель деление производится на 2 типа: к 1-му (ЗА) отнесены породы с 8сж МПа, а ко 2-му (ЗБ) - более 60 МПа, где 3-третий класс кровель по классифика­ ции ВНИМ И (тяжелые, к которым относятся и труднообрушаемые кровли). Диа­ пазон труднообрушаемых кровель между верхней и нижней границей разделен на 4 подтипа: ЗА,;

ЗА,;

ЗА 3;

ЗА4;

ЗБ,, ЗБ2, и т. д..

Каждый подтип характеризуется соответствующим значением отношения hJ m n (Рис- 3).

Рис. 3. Дополнительная типизация тяжелой кровли по нагрузочным свойствам Вводится характеристика непосредственной кровли по устойчивости (обосно­ вание выбора крепей, схема параметров заложения скважин): Н - неустойчивая;

У - устойчивая.

С целью выделения в процессе расслоения пород основной кровли мощности нагружающей пачки и особенностей ее взаимодействия с вышележащей толщей проведена типизация по структуре. Выделено 5 структурных типов кровель.

Рекомендуемые для разупрочнения кровли следующие схемы расположения ра зупрочняющих скважин: перпендикулярная, параллельная, наклонная (рис. 4а, б, в).

3F" Т / Т а а б) в) Рис. 4. Способы торпедирования труднообрушаемой кровли По опыту применения перпендикулярных схем располож ения скважин в ряде бассейнов установлено, что они являются наиболее эф ф ективны ми в отношении обеспечения необходимой степени разупрочнения труднообруш аемых кровель на пластах с а 30°.

Разупрочнение труднообрушаемых пород кровли способом гидромикроторпедирования Способ гидромикроторпедирования (ГМТ) является комбинированным спо­ собом, совмещающим использование энергии взрыва и гидрообработки массива пород кровли и почвы.

Применяется только при наличии гидрофильных песчаников в основной кровле, отличаю щ ихся достаточны м влагопоглощ ением для сниж ения их прочностных показателей и изменения деформационных свойств.

Параметры и схемы расположения скважин выбираются (назначаю тся) ана­ логично и с учетом тех же факторов, что и при разупрочнении передовым торпе­ дированием.

Разгрузка приконтурного массива горных выработок путём отсечения зависающих консолей основной кровли П ри разработке угольных пластов длинными очистными забоями, оснащ ён­ ными механизированными крепями, с обрушением кровли, по периметру площа­ ди обрушения, как правило, зависают консолирующие породные пачки мощностью равной высоте обруш ения кровли. Последние создают пригрузки на приконтур ный массив горных пород, которые могут проявляться в форме интенсивных сме­ шений боковых пород и угольного пласта в выработке, вызывают пучение почвы, а на пластах, склонных к геодинамическим явлениям - к их проявлениям. Н а вы­ сокогазообильных пластах создаются условия для вытеснения из выработанного пространства в рабочие выработки газовоздушных смесей с опасной для возгора­ ния и взрыва концентрацией газа метана.

Н аиболее перспективным для исключения зависаю щ их породных консолей является взрывогидравлический метод (ВРГ), поскольку он менее трудоёмок, ме­ нее затратный и достаточно эффективный при соблюдении определённых требо­ ваний к выбору параметров технологического цикла.

Разгрузка горного массива в окрестности выработки разупрочнением краевой части угольного пласта путем нагнетания в пласт водных растворов ПАВов в режиме напорной фильтрации или диоксида углерода К ш ироко известным и применяемым на практике способам релаксации на­ пряжений в зоне опорного давления выработок достаточно обоснованы механи­ ко-взрывные способы извлечения угля: бурение сетки скважин, нарезание щелей, взрывание камуфлетных зарядов, гидрорыхление и т.д.

О бщ еизвестны н едостатки этих методов, из которы х главны е: наруш ение сплош ности угольного массива, что отрицательно отраж ается на устойчивости выработки.

-228 В то же время эффективность способов кратковременна и требует повторе­ ния технологических операций по разгрузке массива. И, наконец, процесс реа­ лизации способа не безопасен и не технологичен. В связи с этим в результате проведения комплекса исследований был разработан способ и технология, осно­ ванные на безопасной релаксации напряжений до уровня либо не превы ш аю щ е­ го предела прочности массива, либо обеспечиваю щ его его остаточную несущую способность, при которой не нарушается устойчивость выработки (рис. 5).

Рис. 5.

Перераспределение поля напряжений в приконтурной области горного массива до и после разуплотнения краевых частей угольного пласта:

/ - зона разуплотнения угля краевой части угольного пласта;

1,2 - напряжения в зоне опорного давления до и после разуплотнения угольного пласта;

3 - область разгружения пород Решаемые задачи сводились к следующим.

О пределялся рациональны й радиус разгрузки массива. К ритерии - миним и­ зац и я см еш ен и й к о н т у р а вы раб отк и. Р езу л ь тат - в п р ед ел ах 1,0 -1,5В, где В - ширина сечения выработки. П ри таком радиусе разгрузки его дальнейш ее уве­ личение практически не сказывается на скорости смешения контура выработки.

Технология управления напряжённо-деформированным состоянием прикон­ турного массива выработок разуплотнением краевых частей угольного пласта была проверена в рамках, опытно-промышленных испытаний на четырех шахтах Ц ент­ рального и Восточного районов Донбасса (Торецкая П О «Орджоникидзеуголь», Гуковская О А О «Гуковуголь», Б.И. Красина О А О «Ростовуголь» и ш/у «Краснодо­ нецкое») В настоящ ее время технология применяется в промышленном масштабе на шахтах «К омсомольская», «Северная» и «Заполярная» О А О «Воркутауголь»

в течение 3-х лет.

В общем случае, т. е. независимо от применяемых способов разупрочнения эф ф ект разупрочнения оценивается коэффициентом разупрочнения К р, который представляет собой отнош ение шага «вызванных» осадок к естественному шагу первичных и вторичных осадок:

К рп = L mt L m - коэффициент разупрочнения в зоне первичных осадок основной кровли;

^рвт = ^ т 1 ^нте “ коэффициент разупрочнения в зоне вторичных осадок основной кровли;

где L m - шаг «вызванной» первичной осадки основной кровли, м;

L m - шаг «выз­ ванной» вторичной осадки основной кровли, м;

L ne, L me - шаг естественных пер­ вичных и вторичных осадок основной кровли, м.

-229 Геомеханический эф ф ект разупрочнения кровли достигается в зоне первич­ ной осадки основной кровли при значениях К равных 0,8-0,85.

Для всех схем располож ения разгрузочных скважин рекомендуются следую­ щие параметры залож ения и размещ ения заряда ВВ:

- расстояние верхнего торца заряда от пласта для шахт Восточного Донбасса и Кузнецкого бассейна - 15+17м.

- расстояние ниж него торца заряда от пласта при прочной непосредствен­ ной кровле (5сж 40 М П а) и её отсутствии - 3+5 м.

- п ри п р ед ел е п р о ч н о с ти на сж ати е п о р о д н е п о с р е д с т в е н н о й кровли (5сж 40 М П а) нижний торец заряда располагается на расстоянии 2-3 м от ее верх­ него контура.

М асса заряда ВВ при торпедировании при рекомендуемых схемах расположе­ ния скважин на 1 м длины скважины должна составлять для труднообрушаемой кровли подтипа ЗА 3 - 3,5 кг, подтипа ЗБ - 4-5 кг.

Основные научные и практические результаты С оздано новое направление исследований в геомеханике, основанное на кон­ цепции активного перераспределения напряжений и деф ормаций в техногенном массиве горных пород в окрестности очистных и подготовительных выработок, открываю щ ее перспективы эффективной, безопасной и рентабельной разработ­ ки угольных месторождений России.

Научно обоснован и разработан способ снижения напряж ений путем разуп­ рочнения труднообрушаемых пород кровли методом передового торпедирования и гидром икроторпедирования, являющ ихся эф ф ективны м региональны м сред­ ством охраны очистных и подготовительных выработок в условиях разработки уголь­ ных пластов с труднообрушаемыми кровлями и теряющими устойчивость в условиях критических глубин породами непосредственной кровли, почвам и, склонными к пучению, опасных по динамическим явлениям (горные удары, внезапные выб­ росы угля и газа, динамические разломы почв). С применением этого способа были ликвидированы динам ические осадки основной кровли и обеспечена эф ф екти в­ ная и безопасная работа ком плексно-механизированны х очистных забоев и эк ­ сплуатационное состояние подготовительных выработок.

Для охраны подготовительных выработок от высоких опорных нагрузок, под­ верженных влиянию очистных работ, разработан взрывогидравлический способ разруш ения пород основной кровли, преимущ еством которого является малый расход ВВ (0,7 -0, 8 кг на скваж ину),вы сокая безопасность на газообильньх п ла­ стах, опасны х по внезапны м выбросам и пыли, возм ож ность ори ен тирован и я поверхности разруш ения массива в любом заданном направлении на основе при­ менения кумулятивных зарядов ВВ.

Разработан новый бесполостной способ разгрузки массива горных пород в окрестности одиночной подготовительной выработки, проходимой в массиве, пу­ тем нагнетания в пласт в режиме напорной фильтрации водных растворов ПАВ или диоксида углерода, отличающийся более высокой надёжностью и эффективно­ стью по сравнению с известными традиционно применяемыми (бурение скважин, нарезки щелей, камуфлетное взрывание и др.). О пределены оптимальные пара­ метры способа для ш ирокого круга горно-геологических условий.

-230 Совокупный технико-экономический эф ф ект от внедрения результатов рабо­ ты выражается следующими факторами. В зонах разгрузки от высоких (критических) напряжений обеспечивается устойчивость непосредственной кровли, исключаются динамические осадки основной кровли и не требуется применение металлоемких крепей с высоким сопротивлением. П ри уменьшении шага обруш ения кровли в лаве снижается объем газа, выделяющегося из обрушенных пород и поступаю щ е­ го в рабочее пространство выработок. Исключается опасность проявления дина­ мических явлений (горные удары, внезапные выбросы угли и газа, разломы почв, возгорание ила взрыв метана).

А ктивные способы управления геомеханическим состоянием пород кровли были внедрены порядка в 300 очистных забоях на угольных месторождениях Рос­ сии, что обеспечило существенное повышение объема добычи угля, безопасность и эффективность работ.

Экономический эф ф ект проведенных мероприятий по угольной отрасли Рос­ сии составляет около миллиарда рублей.

-231 О/I В Н ИМ И wjii A I / \_/ Д -р техн. наук, проф. Д.В. ЯКОВЛЕВ, д-р техн. наук С.В. Ш АКЛЕИН* ВН ИМ И *ИУУ СО РАН К ОЦЕНКЕ РЕСУРСНОЙ БАЗЫ УГОЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ РОССИИ Введение Необходимость больших капиталовложений в горную промыш ленность и по­ вышенный риск этих вложений побуждает государственные и инвестиционные институты постоянно повышать требования к надежности и достоверности геоло­ гической инф орм ации о недрах. Н едооценка данного вопроса может привести к крупным техническим просчетам и финансовым потерям. Ш ирокий резонанс в России, как и во всем мире, получила, например, история с золотомедным место­ рождением Бусанг в И ндонезии, которую многие считаю т крупнейш ей аферой XX века. После заявления в 1995 г. канадской венчурной компанией Вге-Х Minerals об открытии на острове Борнео объекта с запасами золота п орядка 2000 т капита­ лизация акций этой компании достигла 6 млрд долларов СШ А. В 1997 г. при со­ ставлении Т Э О эксплуатации месторождения независимой компанией Strathcona Mineral Services Ltd. (Канада) были выявлены факты недостоверности геологичес­ ких данных (в том числе факты подлога вплоть до вымачивания керна скважин в золотосодержащем растворе), что привело к катастрофическому падению акций Bre-X Minerals. Потери обманутых акционеров оцениваются в 1,5 млрд долларов.

С 1 января 2008 года в России введена в действие новая «К лассификация за­ пасов и прогнозных ресурсов твердых полезных ископаемых». П ринятое в ней раз­ деление запасов по степени их достоверности в целом соответствует известной системе JO R C (Joint O re Reserves Com mittee), но несколько более детализирова­ но. Российским запасам категорий А и В в JO R C соответствует понятие «measured resources», запасам категори и С, - «indicated resources», а зап асам категории С1 - «inferred resources».

В отличие от предшествующей редакции 1997 года новая «Классификация...»

впервые, в целях повышения надежности геологических оценок, содержит требова­ ние о том, что «При квалификации запасов полезных ископаемых по категориям в качестве дополнительного классификационного показателя должны использовать­ ся количественные и вероятностные оценки точности и достоверности определения основных под счетных параметров».

-232 Актуальность П роектные реш ения по строительству и эксплуатации угольных предприятий зачастую выбираю тся с использованием геологических моделей, построенных на основе недостоверных геологических данных.

В связи с этим весьма актуальной проблемой является разработка методики оценки достоверности геологической информации. Т акая методика одинаково важ­ на при экстенсивном и интенсивном развитии угледобычи в России.

При этом под экстенсивным развитием мы понимаем разведку и вовлечение в промы ш ленное освоение новых участков месторож дений;

под интенсивным повышение полноты использования недр за счет внедрения новых технологий д о­ бычи, обеспечивающих перевод нерентабельных запасов в рентабельные.

Основной принцип количественной оценки достоверности изучения угольны х месторож дений Задача определения достоверности результатов геологического моделирова­ ния месторождения (достоверности запасов) сводится к задаче оценки степени расхождения между реально существующим природным объектом и его моделью.

Н епосредственное реш ение задачи в такой постановке невозможно, так как ни­ каких иных сведений об объекте, кроме использованных при создании его моде­ ли, не имеется. П оэтом у ее реш ение может осущ ествляться только косвенными методами.

В основу разработки таких методов авторами положена достаточно простая и очевидная идея о том, что если в каждой реальной точке геологического простран­ ства изучаемый признак может иметь только одно единственное значение, то и модель, адекватно описы ваю щ ая его изменение, такж е долж на быть од н озн ач ­ ной. Отсю да следует, что проявление неоднозначности построений в процессе моделирования является свидетельством неадекватности создаваемой модели и реального объекта. Таким образом, оценка достоверности геологической модели может быть выполнена на основе оценки степени ее неоднозначности с опреде­ ленной степенью вероятности.

Собственно неоднозначность любых построений может быть оценена лишь при наличии избыточных измерений или определений. О днако при изучении недр они возникают крайне редко и нежелательны, так как являются следствием избы­ точной разведки объекта исследований и приводят к значительным материальным затратам. Т ак в 2006 г. стоимость 1 м разведочной скважины на уголь (с учетом всех видов испытаний и исследований) практически уже приблизилась к 170 евро.

Поэтому подход к созданию метода измерения степени неоднозначности модели может основываться ещ е на одной, экономически оправданной идее искусствен­ ного создания косвенных избыточных определений в сетях геологоразведочных скважин.

Искусственное создание косвенных избыточных определений в сетях изме­ рений предлагается осущ ествлять в пределах контура четырехугольной ячейки сети измерений. Рассмотрим выпуклый четырехугольник с верш инами - точ ка­ ми замеров изучаемого признака (рис. 1). В нем мож но провести две диагонали, пересекаю щ иеся в общ ей точке К. Любой изучаемый признак, в соответствии со свойством однозначности геополя, долж ен иметь в точке К одно единственное значение.

-233 Используя метод интерполирования, по точности соответствующий методу, примененному при построении анализируемой модели, мож но определить значе­ ние признака в точке К из каждой диагонали. Т еоретически они должны быть равны друг другу. О днако, в силу наличия погрешностей измерений и интерполя­ ции, их значения не будут совпадать друг с другом. П оэтому их разность, являясь разностью двух независимых косвенных определений, мож ет рассматриваться в качестве меры неоднозначности модели.

I Рис. 1.

Создание косвенных избыточных определений в четырехугольной ячейке сети разведочных скважин Оценка достоверности изучения гипсом ет рии угольного пласт а П ри оценке достоверности изучения гипсометрии угольного пласта в каче­ стве оцениваемого показателя используется высотная отметка точки подсечения почвы (кровли) пласта геологоразведочной скважиной.

Результаты исследований, выполненные с использованием данных горных работ по угольным разрезам Кузбасса наивысшей сложности геологического строения, ука­ зывают на целесообразность применения для интерполяции между скважинами кубической сплайн-функции, которая обеспечивает равную точность построений с традиционными эвристическими методами. Поэтому расчет показателя неодноз­ начности модели гипсометрии, который впредь будем именовать ламбда-крите­ рием разведанности, может производиться по формуле:

к, = | [ F, (х) 7X5,)- F 2(x) 7(5,) ]/?, + ( Z, - Z, ) F3(x) + Z, - [ F x(x') Г(б2) - F i x ') T(S4) ] R 2- ( Z 4- Z 2) F 3 (x') - Z 2 \, (1) где R p R 2 - горизонтальны е длины диагоналей 1-3 и 2-4 четырехугольника сети замеров;

х, х' - отнош ения длин 1-К к 1-3 и 2-К к 2-4;

Т{8 ;

) - тангенс угла падения пласта в направлении диагонали, которому присваивается знак «минус», если на­ правления диагонали (от подсечения с меньшим условным номером к большему) и направление линии падения пласта согласны или знак «плюс» в противном слу­ чае;

Z - высотная отметка пласта в точке /-го пластоподсечения.

Функции F. определяю тся по значениям параметров х или х' по формулам:

F {(x) = (1 - х ) 2х ;

F 2(x ) = ( \ - х ) х 2 ;

(2 ) F ](x) = ( 3 - 2 х ) х 2.

-234 Ламбда-критерий оценивает неоднозначность построений гипсометрии плас­ та в направлении вертикали. Такой подход не вполне справедлив, поскольку, осо­ бенно для пластов крутого залегания, одна и та же вертикальная н еопределен­ ность в полож ении пласта приводит к различным смещениям в полож ении пласта на разрезе. П оэтому оценка неоднозначности моделей гипсометрии оценивается не в вертикальном, а в нормальном к пласту направлении.

В качестве исходной информации, используемой при оценке достоверности гипсометрии, используются данные о пространственных координатах точек изме­ рений и элементах залегания пласта в них, определяемых с помощью имеющихся моделей гипсометрии.

Так как реальная сеть геологоразведочных измерений не обеспечивает ее раз­ биение на четырехугольники абсолютно правильной геометрической формы, то были выполнены специальны е экспериментальные исследования по установле­ нию допустимых геометрических характеристик оценочных четырехугольников.

Установлено, что их ф орма долж на отвечать следующим требованиям:

- точка пересечения диагоналей четырехугольника долж на быть удалена от его вершин на расстояние от 0,3 до 0,7 длины каждой диагонали;

- отнош ение длины наибольшей диагонали к длине наименьшей не долж но превышать 2,6 );

- внутренние углы четырехугольника должны находиться в пределах от 25° до 155°.

Значения ламбда-критерия разведанности реально отражаю т имеющую место неоднозначность моделей гипсометрии только тогда, когда плотность Разведоч­ ной сети обеспечивает правомерность интерполяции значений признака в простран­ стве между замерами. Д ля производства оценки правомерности интерполяции вы­ сотных отметок вы полняется построение ф ункции (условно названной кривой разведанности), связываю щ ей средние значения ламбда-критериев разведаннос­ ти со средними площ адями оценочных четырехугольников. П остроение кривой производится путем последовательного двукратного разреж ения сети измерений.

Естественно, что кривая долж на иметь характер монотонно возрастаю щей функ­ ции, так как по мере снижения плотности сети точек наблюдений достоверность результатов моделирования обязана постоянно снижаться. Установлено, что встре­ чаются три основных типа кривых разведанности, по характеру которых можно оценить правомерность структурных построений гипсометрии пласта (рис. 2 ).

Следует заметить, что условие 2 на рис. 2 мож ет возникнуть не только при ограниченной возмож ности интерполяции, но и при сущ ественной переразвед ке объекта, т. е. в условиях повсеместной правомерности интерполяции отметок почвы пласта. Д ействие этого обстоятельства обнаруж ивается по значению ве­ личины А31. 1.

Полученные оценки неоднозначности построений гипсометрии используются в качестве количественны х квалификационны х показателей при категоризации запасов по степени их достоверности в процессе государственной экспертизы. П о степени достоверности изучения гипсометрии пласта к российской категории А относятся запасы контуров, в которых ламбда-критерий не превыш ает 7 м, к кате­ гории В - от 7 до 13 м и к категории С, - от 13 до 50 м). К ак показы вает опыт Кузбасса, данны е уровни неоднозначности гипсометрических построений, с ве­ роятностью 0,67, соответствуют следующим фактическим погреш ностям гипсо­ метрических планов: до ± 4 м, от ± 4 м до ± 8 м и свыше ± 8 м (до ± 30 м).


-235.Интерполяция правомерна X б бл 5бл 2.Интерполяция правомерна в оценочных блоках с площадями менее S Kp X _о——O-J—о X зн SK s 6jl p 3.Интерполяция не правомерна в X бл Обозначения:

статистически равные значения X Рис. 2. Таблица решений по оценке правомерности интерполяции высотных отметок почвы пласта Н а основании расчета значений критериев разведанности создаю тся специ­ альные карты - картограммы достоверности или категоризации (рис. 3), на кото­ рых выделяются контуры с различным уровнем достоверности изучения призна­ ка. К ак видно на рисунке, вышеприведенные требования к ф орме четырехуголь­ ных оценочных блоков не всегда позволяют осущ ествить оценку всей площади участка (например, северо-восточной части участка на рис. 3). Т акие «пропущ ен­ ные» контуры, как правило, имеют незначительные размеры и оцениваю тся по аналогии. К роме того, в процессе оценки иногда имеет место и появление незна ч (тельных по площ ади участков с повышенной степенью разведанности.

-236 Рис. 3. Картограмма достоверности изучения гипсометрии пласта III поля шахты « Ольжерасская» в Кузнецком угольном бассейне Оценка достоверности изучения нарушенности угольного пласта Степень интенсивности развития дизъюнктивной нарушенности пластов обыч­ но оценивается в России с помощью коэффициента нарушенности А. Забродина.

Коэффициент представляет собой суммарную протяженность длин линий скре­ щений разрывных нарушений с пластом (в метрах), отнесенную к площади оцени­ ваемого участка (в гектарах). Данный коэффициент определяется на стадии гео­ логоразведочных работ с существенной систематической погрешностью. Хотя обычно считается, что она занижается примерно в 3 раза, понятно, что эта величи­ на не постоянна и зависит от плотности сети замеров и геологической сложности объекта.

О ценка ожидаемой степени такого занижения для конкретного объекта вы­ полняется на основе выявленной тесной корреляционной связи между отношением коэфф ициентов наруш енности по данным горных и разведочны х работ (D ) и сте­ пенью неоднозначности модели гипсометрии:

(3) D = 0,1 + 0, где X - средние значение ламбда-критериев разведанности;

S c~ средние значение площади оценочных четырехугольных блоков в сотнях тысяч м2.

Для оценки ожидаемой фактической степени дизъю нктивной нарушенности участка следует рассчитать коэффициент А. Забродина по данным геологоразве­ дочных работ и умножить его на рассчитанный по формуле 3 коэф ф ициент зани­ жения D.

В соответствии с существующими в России представлениями, повсеместное применение очистных механизированных комплексов экономически оправдано, когда степень м алоамплитудной наруш енности участка не превы ш ает 30 м/га.

Причем собственно малоамплитудная нарушенность в целом незначительно вли­ яет на уровень п огреш ности гипсом етрического п лан а угольного пласта. Эта погрешность даж е в условиях значимой степени наруш енности может не превы­ шать величины ± 4 м, допустимой для запасов категории А. Это обстоятельство обязательно долж но учитываться при оценке достоверности запасов нарушенных пластов. П оэтому, если ож идаем ая степень наруш енности по А.Забродину пре­ вышает величину 30 м/га, выделенные по ламбда-критерию запасы категории А должны быть переоценены в категорию В, а категории В - в С,.

Оценка достоверности изучения м ощ ност и угольного пласт а и показат елей качества у гл я Так как моделирование иных значимых факторов, таких как мощности плас­ та, чистых угольных пачек, породных прослоев и основных показателей качества угля выполняется одинаковыми методами, а информ ация о результатах их изме­ рений и определений имеет сходный характер, то оценка достоверности изучения закономерностей их размещ ения в пространстве недр может выполняться на ос­ новании единых критериев. В соответствии с предлагаемыми принципам и оп ре­ деления н еоднозн ачн ости, она мож ет быть оценена с пом ощ ью специального абсолютного дельта-критерия разведанности, аналогичного ламбда-критерию, но основанного на применении линейной интерполяции между замерами:

(4) Д = | { Р, - Р, ) х + Р Г (Р -Р 2) х ' - Р г 1, где Р. - значение оцениваемого признака (мощности, зольности, выхода летучих и т.д.) в точке г-го пластопересечения;

х, х' - отнош ения длин.

В связи с тем, что для большинства оцениваемых парам етров имеет значение не столько абсолю тная величина неоднозначности модели, сколько ее относитель­ ное (в процентах) значение, помимо абсолютного дельта-критерия используется и относительный, выраженный в процентах, дельта-критерий:

-238 - 2о о ^ - л ;

* + л - ^ - р гх - л % (5) Гр3- р |;

х v Jр P J./P 4- л I 'v ' x P2 ’ / / Р _ Р l +.,+ гр _ Р +р П о ф актору мощ ности угольного пласта наиболее характерная величина от­ носительного дельта-критерия для категории А не превыш ает 6 %, для категории В - 6 -й 5 % и для категории С, - 15-^50%.

О ценка правомерности интерполяции величин изучаемого признака в меж скважинном пространстве, являющ аяся необходимым условием корректного при­ менения критериев разведанности, производится на основе сравнения значений общей и негеометризуруемой изменчивости признака, в условиях относительной незначимое™ влияния последней:

4с (6) К= а где Дс - средние значение абсолютного дельта-критерия разведанности (характе­ ризующая уровень негеометризуруемой изменчивости);

о - среднеквадратичес­ кое отклонение значений признака от его среднего значения (характеризую щ ая общий уровень изменчивости);

если число используемых измерений (п) меньше 30, то рассчитанное по классической формуле значение а долж но быть увеличено за счет введения поправки М иллера-Кона, т. е. умножена на величину:

(?) В случае, если величина К 0,8, делается вывод о неправомерности интерпо­ ляции зн ачен ий п р и зн ак а в м еж скваж инном п ространстве и, соответственно, о невозможности построения его изолиний и оценки достоверности его изучения с помощью критериев разведанности. В соответствии с существующими представ­ лениями, в случае отсутствия правомерности интерполяции мощности пласта, до­ стоверность запасов долж на быть оценена не выше категории С г Исключение могут составлять только случай, когда необходимость вскрытия геометрических закономер­ ностей изменения мощности не имеет принципиального значения. К ак правило, это относится к выдерж анным по мощности пластам.

Заклю чение В результате анализа накопленного опыта проведения экспертиз Э кспертно­ технический Совет ФГУ «Государственная комиссия по запасам полезных иско­ паемых» (уполномоченного органа России по проведению государственной гео­ логической эксп ерти зы ) рекомендовал прим енение излож енной методики для оценки точности и достоверности определения основных подсчетных параметров, установления количественных квалификационных показателей при категоризации и подсчете запасов углей на месторождениях Кузбасса, а также при государствен­ ной экспертизе материалов геологоразведочных работ.

-239 вними О / | Ш \Ж /" % f / \ г % _Г *' Проф. Г. РАФ А Т (ДМ Т) канд. геоп.-мин. наук И.В. В Е Д Я Е В А (ИМГРЭ) А.Ю. В Е Д Я ЕВ (МГТУ) МНОГОМЕРНЫЙ СТАТИСТИЧЕСКИЙ МЕТОД ГЕОМЕТРИЗАЦИИ И ОЦЕНКИ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ Н а VII М еждународном маркшейдерском конгрессе, проходившем в 1988 г. в Л енинграде (ныне Санкт-П етербурге), первый из выш еназванных авторов пред­ ставил доклад на тему геометризации и количественной оценки границ тектони­ ческого влияния при разграничении каменноугольных месторож дений Рурской области (Германия) на однородные участки [1]. П реж де всего, речь шла о разра­ ботке новых технологий и внедрении компьютерных методов для их реализации, позволяющих точнее, быстрее и эффективнее обрабатывать собранные в услови­ ях действующего горного предприятия маркшейдерские и геолого-тектонические данные и оперативно выдавать результаты их обработки, чтобы использовать пос­ ледние для оптимизации горных работ. Эти новейшие для того времени методы позволили решить ряд важных для производства горных работ вопросов. Сюда относится раннее распознавание разрывных нарушений впереди очистного забоя на основе геометризации микротектоники [2]. Дело в том, что геометрически мик ротектонические структуры располагаются, как правило, законом ерно по отно­ шению к главным нарушениям. Далее, важным является распознавание зон воз­ можного вывала горных пород на действующих горных предприятиях, который может происходить в результате пересечения поверхностей разнонаправленны х трещин [3]. Нельзя также не отметить прогнозирование опасности горного удара [4] и исследования в области безопасности при подземном захоронении промышлен­ ных отходов [5]. Помимо этого, геометризация ограничивающих возможности отра­ ботки пласта нарушений во многом определяет направление горных работ [6 ].

П ри реш ении всех этих вопросов постоянно требуется соверш енствование технологий сбора и обработки геолого-маркшейдерской информации, повышение точности и достоверности получаемых границ. При этом, поскольку речь идет о больших массивах варьирующ их значений одновременно наблюдаемых геолого­ маркшейдерских показателей, большое значение для их анализа и интерпретации приобретаю т методы многомерной математической статистики. И менно тогда ав­ тор познакомился с методами разграничения геологических объектов по комплексу признаков, разработанны ми в Академии Наук СССР проф. Д.А. Родионовым, уче­ ники которого являю тся соавторами настоящей статьи. Особенностью и практи­ ческим значением этих методов является то, что они позволяю т при построении -240 той или иной границы использовать не один, а сразу набор признаков. Это исклю­ чает противоречия в определении положения границ, которые неизбежно возни­ кают, если границы строятся по каждому признаку раздельно. В данной вероятно­ стной модели многомерность понимается именно в геологическом смысле, а не так, как это принято сейчас в компьютерных каркасных ЗО-моделях, остающихся одномерными с точки зрения признакового пространства.


К сожалению, эти передовые для того времени методы не могли быть в пол­ ной мере реализованы и доведены до уровня промышленных технологий при ж из­ ни проф. Д.А. Родионова в силу отсутствия в то время компью теров необходимой мощности и ГИС-технологий, позволяющих быстро осуществлять визуализацию и анализ численных реш ений. О днако в настоящее время данное теоретическое на­ правление п олучило дальнейш ее развитие на каф едре м аркш ейдерского дела М осковского горного университета под общим руководством проф. В.Н. П опова и проф. В.Н. Руденко с целью создания новых многомерных методов геометриза­ ции и оценки полезных ископаемых, основные полож ения которых, а такж е неко­ торые иллюстрирующие их практические результаты будут рассмотрены ниже.

Предлагая одномерные модели (по числу моделируемых с помощью детерми­ нированной пространственной переменной геологических показателей), предста­ вители геостатистики нередко настаивают на том, что случайная величина вообще не подходит для моделирования геологических показателей, поскольку эксперимент в геологии не удовлетворяет следующим условиям: 1 ) возможности бесконечного повторения испытания;

2 ) независимости результата каждого такого испытания от результатов всех предш ествую щ их испытаний. «Если, наприм ер, испытание состоит в отборе пробы в точке с координатами х, у, z, то содерж ание металла в такой пробе будет единственным, физически определенным и ни в коей мере не случайным. Н ет никакой возможности повторения испытания, т.е. условие 1 не выполняется. О днако мож но отобрать новую пробу не в точке х, у, z, а в непосред­ ственной близости от н е е.... Но тогда нарушается условие 2» [7].

С казанное трудно отрицать, но давайте зададимся вопросом: а о каком испы­ тании в данном случае идёт речь и кт о его проводит - лицо, отбирающ ее пробу, или же природа? И является ли геолог экспериментатором или скорее наблюдате­ лем, фиксирующим события в ходе независимо от него разворачивающегося (или за­ вершившегося) геологического процесса с целью понять его скрытую внутреннюю структуру и вывести внутренние параметры, проявляю щ иеся в виде реализаций тех или иных случайных величин?

Ж. М атерон, видимо, не учёл того обстоятельства, что, хотя теория вероятно­ стей действительно описывает только повторяю щ иеся в большом числе события, существует не один, а как минимум три класса таких событий [8 ]:

1. Одно и то же событие повторяется несколько раз, причём условия, при ко­ торых соверш ается это событие, возвращ аю тся к одному и тому же начальному состоянию перед каждым повторением. Примеры: серия подбрасываний монеты, повторные измерения физической величины;

2. Одно и то же событие, меняющееся со временем, наблюдается некоторое ко­ личество раз в последовательные моменты времени. Пример: положение частицы в броуновском движении, наблюдаемое в микроскоп в различные моменты времени;

3. Несколько различных событий, которые могут быть рассматриваемы в рам ­ ках данной проблемы, принадлеж ат к одному и тому же виду и наблюдаются од­ новременно. Примеры: полож ения нескольких броуновских частиц, наблюдаемых -241 в один и тот же момент времени;

размеры урожая пш еницы с некоторого числа различных участков;

продолжительность работы некоторого количества электри­ ческих лампочек.

Очевидно, что в геологии мы сталкиваемся с третьим классом случайных со­ бытий, тогда как Ж. М атерон имеет в виду первый. Поэтому, не отрицая значения пространственной переменной в принципе, невозможно согласиться с интерпрета­ цией именно геологического показателя как функции точки или пространственных координат. И, напротив, случайная величина Е( = {Е,п, %,..., а /= 1, п, является адекватной моделью геологического объекта.

П окажем, что уже само представление месторождения полезных ископаемых с помощью вероятностной модели сразу приводит к новым для геологии нетриви­ альным результатам, поскольку позволяет использовать для их нахождения аппа­ рат математической статистики. Воспользуемся простым одномерным примером из классической монографии Ж. М атерона [7]. Речь идет о совокупности замеров мощности пласта, расположенных в виде сетки 20x30 через 10 м.

В этом случае рассматриваемый пласт изображен классически в виде непре­ рывной топоповерхности в изолиниях мощности. К акие либо внутренние границы при этом не фиксируются. В случае использования вероятностной модели мощ­ ность моделируется как случайная величина, что позволяет объективно установить участки стабильного поведения данного показателя. Эти участки и, соответствен­ но, границы между ними, отвечаю т однородным в смысле некоторого критерия группам наблюдений, обладающим устойчивыми статистическими характеристи­ ками (например, средним значением). Имея эти характеристики, можно построить оценку для любого выемочного блока (например, методом средневзвешенного). При этом положение такого блока внутри того или иного однородного участка мини­ мизирует погрешность оценки (здесь: мощности).

Но, безусловно, наиболее полно преимущества вероятностной модели прояв­ ляются при переходе от одномерного пространства к многомерному, когда иссле­ дуются области стабильного поведения всего ком плекса исследуемых показате­ лей и границы, на которых происходит нарушение этой стабильности.

Критерий для проверки гипотезы об однородности выборочной совокупности X\ = {хп, ха,..., x tj,..., xlm t = 1, п, предложен Родионовым [9] и задан на множе­ }, стве разбиений второго порядка:

т П\П2[ х Ф - х ( р ] ^ z -------- — {— j= ( n\ + n 2) s j где х '. 'и хУ - средние арифметические значения признака с номером у, вычис­ ленные для каждой из двух групп, на которые разделён набор из п наблюдений;

и ( и п 2 - число наблюдений в каждой из этих групп;

s.2 - оценка дисперсии призна­ ка с номером у, вычисленная в предположении равенства дисперсий обеих групп, на которые делится совокупность.

Если проверяем ая гипотеза верна, то v(R2) будет представлять собой значе­ ние случайной величины, распределённой как ч2 с т степенями свободы. Т.о., ги­ потеза об однородности принимается, если m ax v(R2) = x 2 и отклоняется, если qm m ax v(R2 %qm. В последнем случае объект может быть разделён как минимум на ) -242 две группы, причём в качестве оптимального варианта разграничения выбирается тот, которому соответствует m ax v(R2 [9].

) Следует отметить, что месторождения нередко представлены десятками ты ­ сяч проб, в каждой из которых определяется множество показателей (например, содержаний компонентов). В этих условиях разграничение всей совокупности дает избыточные границы, затрудняю щ ие его интерпретацию. О грубление путем по­ нижения уровня значимости нарушает ряд исходных посылок модели, что ведет к дополнительным искажениям. Поэтому было предлож ено новое реш ение, осно­ ванное на последовательном агрегировании однородных групп, полученных при обычном уровне значим ости. Н а рис. 1 п оказана п роцедура агрегирован и я, т.е.

устранения ф луктуаций. О на п рекращ ается, когда заф и кси ро ван резкий рост критерия.

График агрегирования однородных групп число груш Рис. 1. А грегирование однородных групп (критерий tau) Распространяя процедуру агрегирования на случай множества подпространств Г, из которых состоит пространство Т, можно построить модель месторождения как неупорядоченный по s класс Е п непересекающихся линейно упорядоченных множеств Т (например скважин, профилей и т.д.) m -мерных случайных величин.

В результате п роверки гипотезы об однородности Т происходит вы деление и прослеж ивание рудных тел, типов и сортов руд, марок угля и т.д. от одной выра­ ботки к другой.

В качестве примера рассмотрим модель геометризации Орловского колчедан­ но-полиметаллического месторождения (Рудный Алтай) на основе данных количе­ ственного атомно-адсорбционного анализа на Си, Zn, Pb, Ва, Fe, Аи, Ag по метровым интервалам рудного керна эксплуатационных разведочны х скваж ин, пробурен­ ных в 1989-1992 г.г. между 8-9 и 8-7 горизонтами на полную мощность рудных тел в рамках проекта по изучению распределения благородных металлов в рудах и вме­ щающих породах Орловского месторождения. При этом использованы данные наблю дений по 58 скваж инам (рис. 2). Н иж е в таблице приведены основны е ста­ тистические характеристики полученных однородны х совокупностей, соответ­ ствующих природным типам руд.

-243 Рис. 2.

Многомерная статистическая модель Орловского колчеданно­ полиметаллического месторождения в проекции на 8 и 9 горизонты (названия типов руд см. в таблице) Статистические характеристики однородных групп (природных типов руд) Средние содержания компонентов Тип руд Pb Ва Аи Fe Си Zn Ag 0,24 1,34 0, 10,07 0,09 0, Серно-колчеданный (1) 0, 6,52 0, 7,30 0,26 0,06 0, М едно-колчеданный (2) 18, 0, 13,57 0,82 0,07 33, М едно-цинковый (3) 34,86 0, 0,84 0, 6,32 3,66 2,03 23, Полиметаллический (4) 36, 60, Барит-полиметаллический (5) 1,57 6,21 1,72 14, 27,98 1, Ранее на месторождении выделялось более 11 природных типов руд [10], на­ ходящихся в крайне противоречивых пространственных отнош ениях и поэтому отрабатывавшихся валовым способом. Как видно из таблицы и рис. 2, многомер­ ная модель позволяет выделить 5 устойчивых природных типов руд, закономерно локализованны х в пространстве, построить их границы и дать количественную оценку всего комплекса показателей. По суммарному содерж анию РЬ и Zn эти природные типы могут быть объединены в два основных промыш ленных техно­ логических сорта: I) барит-полиметаллический (4 и 5 природны е типы) и II) мед­ но-колчеданно-цинковы й (1, 2 и 3 природные типы). Эти сорта, выделяемы е для раздельного обогащ ения, различаются по суммарному содержанию РЬ и Zn (для сорта П суммарное содерж ание РЬ + Zn 1,0). Данное соотнош ение полностью соответствует тому, которое принято на комбинате. О днако теперь эти сорта вы­ делены в недрах, т.е. в массиве, а не в результате сортировки уже отбитой руды, что создает объективн ы е предпосылки для эф ф екти вн ого ф ун кц ион и рован ия системы управления качеством путём селективной посортовой отработки и сокра­ щения объёмов покусковой сортировки добытых руд.

Литература 1. Rafat, G. (1988): Entwicklung und Anwendung von ED V -Program m en zur Quantifizierung von G renzen der tektonischen B eanspruchung und von geotechnisch wichtigen D aten in der SteinkohlenlagersU tte des Ruhrgebietes. VII. Internationaler Kongress fur M arkscheidew esen UdSSR, Leningrad 28. Juni-2. Juli 1988, Sammelband IV.

2. Rafat, G. (1985): Prognose von Gebirgsschlaggefahr. IV. Tektonik und Gebirgsschlaggefahr.

Bergbau-Forschung G m bH, 49 S., 18 Abb. Essen 1987.

3. Rafat, G., Palm, H.J., Ehrhardt, W., Kuschke, M. (1990): Е тП и Я des A bbaus auf die G ebirgsauflockerung und betriebliche Folgerungen fur die Abbaufiihruug.G liickauf 126 (1990) Nr. 21/22.

4. Ehrhardt und Rafat (1983): Die Bedeutung der tektonischen Beanspruchung fur den Steinkohlenbergbau im R uhrkarbon. Gluckauf-Forschungshefte, Jg 44 (1983), H. 1, Essen.

5. Rafat, G. (1991): Verfahren zur Erm ittlung von Durchlassigkeiten in Endlagerungsdeponien zur Abschfltzung der muglichen K ontam ination der B io sp lw e. Das M arkscheideswesen 98 (1991) Nr.'l.

6. Rafat, John und G raf (1988): E rm ittlung p o ten tieller G esteinsausbruchzonen beim Streckenvortrieb und im A bbau. Gluckauf-Forschungshefte, Jahrgang 49 (1988) Nr. 6, Dezember.

7. Матерон Ж. О сновы прикладной геостатистики. М.: Мир, 1968. 488 с.

8. Арлей Н., Бух К. Введение в теорию вероятностей и математическую статистику. М.: Изд-во иностранной литературы, 1951. 246 с.

9. Родионов Д.А. Статистические реш ения в геологии. М.: Н едра, 1981. 231 с.

10. Попов В.Н., Руденко В.В., Бадамсурэн X. и др. О ценки недропользования. М.: Изд во Академии Горных наук, 2001. 296 с.

-245 Канд. геол-мин. наук В.Ф. КО Л ГАН О В, канд. техн. наук И.Ф. БО Н ДАРЕН КО И нст ит ут «Якутнипроалмаз»

А К «АЛРОСА»

ОСОБЕННОСТИ ЗОНАЛЬНОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ СОДЕРЖАНИЙ АЛМАЗОВ В КИМБЕРЛИТОВЫХ ТРУБКАХ Установлено, что изменчивость алмазоносности в пределах кимберлитового месторождения мож ет иметь как случайный характер, обусловленный независи­ мым распределением гнездовых скоплений высоких концентраций и отдельных зерен алмазов, так и закономерный, в результате разных фаз внедрения кимбер литовой руды, а такж е присутствия ксенолитизированных пород в горизонталь­ ном и вертикальном сечениях месторождения. Н есмотря на то, что выделенные геологические блоки имеют различные содерж ания, изменение алмазоносности не является скачкообразной, кроме случаев выделения блоков по петрографичес­ кой принадлежности.

А лмазоносность кимберлитовых месторождений подразумевает в основном такие параметры как общ ее содерж ание, содерж ание по классам крупности ал­ мазов, их изм енчивость, частоту встречи ювелирных и крупных алмазов. Эти основные факторы определяю т методику оценки и разведки алмазных месторож­ дений. Распределение по содержанию, средней массе кристаллов алмазов и выхо­ ду ювелирных камней в кимберлитовых трубках неравномерное, характеризуется в основном логнормальным или близким к нему распределением (рис. 1 ).

Распределение алмазов по горизонтали в пределах одного однородного руд­ ного столба или геологического блока также неравномерное, представляет собой высокочастотную изменчивость, обусловленную случайным чередованием относи­ тельно богатых, средних и бедных по содержанию участков. Эти участки обычно имеют значимое различие по количеству и содержанию алмазов и незначительно изменяются по их весовой характеристике.

Н аличие участков с относительно высокой концентрацией обусловлено пре­ имущественно большим количеством кристаллов алмазов, а не наличием алмазов крупного класса. В пределах рудного тела или выделенного геологического блока обычно существует преобладание площади с относительно бедным и средним уров­ нем содерж ания, богатые участки встречаются крайне редко.

-246 Рис. 1. Гистограммы распределения алмазов по данным кернового опробования верхней части кимберлитовой трубки: 1 - по общему содержанию алмазов (в уел. ед.);

2 - по весовой характеристике алмазов (в уел. ед.);

3 - по количеству кристаллов алмазов (в уел. ед.) Достоверность данных кернового опробования для определения содержаний алмазов в кимберлите зависит как от гранулометрии, так и от особенностей рас­ пределения алмазов в рудном теле. Установлено что в крупных месторождениях имеется неоднородный характер распределения алмазов, который выражается в случайном чередовании участков с бедным, средним и богатым содержанием. При этом богатые участки занимают относительно малый объем, но запасы алмазов в них значительны. Повышенные значения содержаний алмазов в таких участках связано, главным образом, с увеличением числа кристаллов.

Таким образом, одним из важнейших условий обеспечения достоверности определения средних содержаний алмазов при разведке является решение вопро­ са о доле богатых участков в среднем содержании и общих запасах месторождения.

Истинное влияние богатых участков на общие запасы алмазов (среднее содержа­ ние) выявляется лишь при достижении значительных равномерно распределен­ ных объемов опробования. Оценка содержаний по меньшим объемам опробования в большинстве случаев занижает истинное содержание алмазов. Предполагаемая по теоретическим предпосылкам высокая вероятность систематического заниже­ ния содержания алмазов, определяемого по разведочным керновым пробам, под­ тверждается большим объемом фактического материала. Вместе с тем увеличе­ ние общих объемов опробования при разведке до вполне представительных ( и более тонн), связано значительным увеличением объемов буровых работ, что экономически нецелесообразно.

Тем не менее, некоторые общие закономерности изменчивости относительно высоких концентраций алмазов в кимберлитовых месторождениях можно устано­ вить. Для полноты представления о характере пространственного распределения высоких содержаний алмазов в рудном теле требуется более детальное рассмотре­ ния их расположения в трехмерной проекции. Приведенные ниже данные касают­ ся непосредственно влияния тектонических нарушений на определение величины вероятности обнаружения повышенных содержаний алмазов в пределах рудного массива. При выделении керновых проб с высоким содержанием алмазов, причем для каждого месторождения это значение показателя различно, выявляется неко­ торая особенность их распределения в массиве рудного тела, которая заключается в том, что пробы с высокой концентрацией зерен алмазов определяются зонами, связанными с повышенной трещиноватостью и тектоническими нарушениями (рис. 2). Эта особенность распределения содерж аний алмазов характерна п рак­ тически для всех м есторож дений Западной Я кутии, находящ ихся в отработке компанией А К «АЛРОСА».

Рис. 2. Пример распределения керновых проб с высокой концентрацией алмазов для месторождений тр. Удачная (слева) и тр. Айхал (справа) Исходя из такого характера зональности в распределении содерж аний алма­ зов в пределах рудных тел, может быть сделан вывод о влиянии структуры рудно­ го поля на условия формирования распределения алмазов и самой алмазоносности месторождения. Скорей всего, образование кимберлитовых трубок носило не мгно­ венный, с геологической точки зрения, а более длительны й и пульсационны й характер. П осле первоначального заполнения внедряю щ имся кимберлитом поло­ сти трубки очередные порции кимберлитового расплава, потоки кимберлитового флюида, несущие алмазы, менее агрессивно поступали к поверхности, используя наименее консолидированные линейные зоны, ориентированные согласно основ­ ным направлениям трещ инной тектоники района месторождения и поддерживаемые в активном состоянии тектоническими движениями, сопровождаю щ ими процесс внедрения кимберлитовой магмы.

В ыявленная особенность распределения содерж аний алмазов в пространстве рудного тела имеет весьма весомое значение как при выборе сети разведочного оп роб о ван и я коренн ы х м есторож ден и й алмазов, так и в п роц ессе отработки месторож дения.

-248 СОДЕРЖАНИЕ Яковлев Д.В.

ВНИМ И - геомеханика и маркшейдерское д ел о.....7....................................................................... Мазикин В.П.

Состояние проблемы сейсмобезопасности К узбасса...................................................................... Мельников Н.Н., Козырев А.А., Панин В.И.

Техногенная сейсмичность как отражение эволюции напряж енно-деформ ированного состояния геологической среды в горнорудной природно-технической си с те м е................................................................................ Лазаревич Т.П., Поляков А.Н.

Горный мониторинг сейсмической и геодинамической безопасности К у зб а с с а.................. Цирель С.В., Мулев С.Н., Петрушина В.Ф.

Вариации и анизотропия скоростей распространения сейсмических волн в напряженных массивах на глубоких рудн иках............................................................................... Корчак А.В., Рубан А.Д., Шкуратник В.Л.



Pages:     | 1 |   ...   | 5 | 6 || 8 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.