Научная статья на тему 'Детализация изменений свойств прибортового массива угольного разреза электрофизическим методом'

Детализация изменений свойств прибортового массива угольного разреза электрофизическим методом Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

CC BY
185
41
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ВЕРТИКАЛЬНОЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ЗОНДИРОВАНИЕ / ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПРОФИЛИРОВАНИЕ

Аннотация научной статьи по наукам о Земле и смежным экологическим наукам, автор научной работы — Смирнов Н. А., Простов С. М.

Приведены результаты детализации геологической структуры прибортового массива на угольном разрезе «Красный Брод» методами вертикального электрического зондирования и электропрофилирования. С использованием одномерной инверсии данных ВЭЗ, нелинейной зависимости УЭС и мощности первого слоя для двухслойного геоэлектрического разреза дан прогноз изменения мощности слоя суглинков и расположения границы влагонасыщенной зоны от прилегающего гидроотстойника.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Текст научной работы на тему «Детализация изменений свойств прибортового массива угольного разреза электрофизическим методом»

© Н.А. Смирнов, С.М. Простов, 2011

УДК 550.372: 622.271.333

Н.А. Смирнов, С.М. Простов

ДЕТАЛИЗАЦИЯ ИЗМЕНЕНИЙ СВОЙСТВ ПРИБОРТОВОГО МАССИВА УГОЛЬНОГО РАЗРЕЗА ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИМ МЕТОДОМ

Приведены результаты детализации геологической структуры прибортового массива на угольном разрезе «Красный Брод» методами вертикального электрического зондирования и электропрофилирования. С использованием одномерной инверсии данных ВЭЗ, нелинейной зависимости УЭС и мощности первого слоя для двухслойного геоэлектрического разреза дан прогноз изменения мощности слоя суглинков и расположения границы влагонасыщенной зоны от прилегающего гидроотстойника. Ключевые слова: вертикальное электрическое зондирование, электрическое профилирование, гидротехническое сооружение, разрез.

ТТ& угольном разрезе «Красный Брод» на намеченном к разработке Новосергеевском участке возникла необходимость детализации геологического строения и локализации аномальных по физическим свойствам зон прибортового массива. Особенность изучаемого массива состояла в большой мощности четвертичных отложений, изменяющейся от 7 до 31 м, а также в наличии в непосредственной близости к борту гидроотстойника, способствующего влагонасыщению прилегающих рыхлых отложений.

Инженерно-геологические изыскания были проведены Томским инженерностроительным институтом. В пределах исследуемого участка расположены 33 и 34-ая разведочные линии, включающие 8 геологических скважин, пробуренных на расстоянии от 50 до 450 м. Толща

четвертичных отложений представлена, в основном, суглинками желтоватобурых, темно- и светло-бурых разностей со слабыми следами ожелезнения и редкими карбонатными включениями. Глины отмечены в подчиненном количестве в виде маломощных прослоек и линз. Основные физико-механические свойства суглинков приведены в таблице.

Основная часть исследований состояла в доразведке приповерхностного слоя для определения объемов рыхлых отложений, намеченных к гидросмыву, уточнении расположения границы слоя суглинков с коренными породами, которая в большинстве случаев рассматривается как потенциальная поверхность скольжения, а также в диагностировании вертикальной границы зоны влагонасыщенных грунтов, прилегающих к гидротехническому сооружению.

Поскольку слой высокопористых и

*Работа выполнена в рамках реализации ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009—2013 гг.

влажных суглинков, как правило, электрически контрастен по отношению Физико-технические свойства суглинков

к нижележащему слою коренных пород, для достижения поставленной цели перспективен электрофизический метод, включающий вертикальные электрические зондирования (ВЭЗ) и электропрофилирование (ЭП).

План опытного участка представлен на рис. 1. Для полевых измерений были намечены два профиля, перпендикулярных р. л. 33 и 34. Общая площадь обследованного участка составила 35 га.

Методика электрофизического мониторинга включала: ВЭЗ в точках профилей на пересечениях с р. л. 34; одномерную инверсию ВЭЗ и сопоставление геоэлектрического разреза с геологическими данными; ЭП с разносом между питающими электродами АВ, соответствующим расположению границы слоя суглинков; прогноз изменения мощности слоя четвертичных отложений по

профилям по данным ЭП; установление границы зоны влагонасыщения по отрицательным аномалиям на графиках ЭП.

Результаты ВЭЗ № 1, 2 и их инверсии приведены на рис. 2.

Невязка подбора теоретической кривой с экспериментальной составила около 6 %; разносы, соответствующие почвенному слою, не учитывались. Относительно высокую невязку можно объяснить влиянием на результаты измерений высокопроводящих глинистых включений, однако модифицированная схема установки с линейным шагом разносов позволила получить достаточно данных для адекватной интерпретации в рамках двухслойной модели геоэлектрического разреза. Из результатов ВЭЗ следует, что изучаемый массив может быть представлен в виде 2-слойного геоэлектриче-ского разреза: слой 1 песчано-глинистых четвертичных отложений с удельным электрическим сопротивлением (УЭС) Р1 = 22-27 Ом-м; слой 2 коренных пород с УЭС Р2 = 120-130 Ом-м.

При ЭП разносы АВ следует подбирать так, чтобы глубина исследований была достаточной для обнаружения искомого объекта. Проанализировав результаты ВЭЗ, были приняты разносы АВ1 = 60 м, АВ2 = 75 м для профилей О1Х1, 02х2 соответственно.

Результаты ЭП по профилям О1Х1 и 02х2 приведены на рис. 3.

На основной части графиков ЭП рк(х) изменение рк обусловлено изменением мощности h первого слоя. Для прогноза изменения h использована зависимость h(x) = ^рк0 р-1(х),

где ^ - значение h, соответствующее точке ВЭЗ на разведочной линии 34, м; рк0 - величина рк в точке ВЭЗ, Ом-м; рк -усредненные с шагом Дх = 50 м значе-

Свойства Диапазон /среднее

Объемный вес естественно-влажной породы, т/м3 1,93-2,09 1,99

Естественная влажность, % 18,59-27,26 19,89

Пористость, % 34,34-38,49 36,49

Степень влажности 0,788-0,964 0,898

Полная влагоемкость, % 19,74-23,61 21,81

Угол внутреннего трения пород с ненарушенной структурой, градус 17-21 19

Сцепление с ненарушенной структурой, МПа 0,0175-0,0435 0,0378

Рис. 1. План опытн

ские скважины;

1 участка: О1Х1, 02х2 - профили ЭП; -о — точки ВЭЗ; • - геологиче-на влагонасыщения грунтов; 1 - гидроотстойник; 2 - граница влагонасы-

щенной зоны, определенная по результатам ЭП

ния pк, соответствующие координате x, виде графиков hг(x). Резкое несоответ-

Ом м. ствие в зоне влагонасыщения объясня-

Анализ экспериментальных и рас- ется усложнением геоэлектрического

четных данных показывает, что диапа- разреза.

зоны изменения глубины слоя песчано- Во влагонасыщенных зонах, приле-глинистых наносов составляют: h = гающих к гидроотстойнику, величина рк

19.5-23,2 м для профиля О1Х1 и А = имеет аномально низкие значения рк <

24.6-29,1 м для профиля 02х2. В целом 27 Ом-м для профиля О1Х1 и рк < 22,8

результаты электрофизического монито- Ом-м для профиля 02х2. Координаты

ринга согласуются с данными геологи- границ влагонасыщенной зоны хв1 = 625

ческих изысканий, отображенными в м и хв2 = 525 м. Контуры зоны влагона-

сыщения грунтов нанесены на план опытного участка (см. рис. 1).

10

20

к

30

1 0 91 р\ Омм

| />1 = 27 Ом-м

о 1 о о р2= 1 30 Ом-м

о о о о о

40

^эф ’ ^

10

20

30

40

) < ) о Л Ом м

С с о с с /»! = 22 Омм

о ) ) 1

р2= 12 3 Ом-м

э

50 йэф, м

Рис. 2. Результаты ВЭЗ и их инверсии в точках №1 (а) и №2 (б): рк - эффективные УЭС; АВ -база (разнос установки); ^ф = (0,25-0,3) АВ - эффективная глубина зондирования; h - мощность первого слоя; р1 и р2 - истинное УЭС слоев

248

рк, Ом-м

25

24

23

22

21

20

19

18

б

рк, Ом-м ЗОГ

0*і,м

/г, м

28

26

24

22

20

/гРк

Ч \ \ \ ■V Л.г«

\ \ у. N ■ ! ^\Л.

сХ \ / ~~\ ■ \ \ / /

СП СП / \ ч / \ / ■'ф ГО Г° ИТ

Ч Рч‘ V Ч а:

600

500

400

300

200

100

х2, м

В 2

Рис. 3. Результаты ЭП, прогноз изменения мощности h глинистых отложений и границы влагонасыщенной зоны по профилю O1x1, AB1 = 60 м (а) и O2X2, AB2 = 75 м (б): рк - эффективные УЭС; рк - усредненные поинтервальные значения рк; h - прогнозные значения мощности слоя

четвертичных отложений; ^ - усредненные значения h по геологическим данным; хВ - координата границы влагонасыщенной зоны

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Рис. 4. Объемная модель прибортового массива: 1 - зона влагонасыщения грунтов; 2 - песчаноглинистые отложения; 3 - коренные породы

На основе отметок рельефа поверхности, геологических данных и результатов электрофизического мониторинга построена объемная модель исследуемого прибортового массива (рис. 4).

Проведенные исследования позволили решить следующие технологические задачи:

• уточнить объем четвертичных отложений, подлежащих гидросмыву;

• детализировать геологическое

строение массива для оценки его геоме-ханического состояния

Банк данных об изменении мощности слоя песчано-глинистых отложений и выявленных границах влагонасыщен-

ных зон в комплексе с физикомеханическими свойствами пород являются исходной информацией для расчета технологических параметров ведения горных работ. В частности, ТИСИ с использованием схем IX и X ВНИМИ установлено, что при благоприятном падении границы слоя рыхлых и коренных пород при коэффициенте запаса устойчивости п = 1,3 генеральный угол откоса борта составит 38°. При приближении борта к гидроотстойнику возможно формирование фильтрационного коллектора, что потребует принятия специальных технологических решений. йШЗ

— Коротко об авторах

Смирнов Н.А. - аспирант ГУ КузГТУ, SmirnovNick@yandex.ru

Простое С.М. - доктор технических наук, профессор кафедры теоретической и геотехнической механики ГУ КузГТУ, raen@kuzstu.ru

А

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.