CC BY
35
© М.Д. Молев, 2003
УДК 622.014:504.064
М.Д. Молев
ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ СИСТЕМНОГО ПОДХОДА ПРИ ЭКОГЕОФИЗИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЯХ УГЛЕПОРОДНОГО МАССИВА
В связи с массовым закрытием нерентабельных уголь-ных шахт на территории Российской Федерации возникла многогранная науч-но-техничес-кая проблема, включающая комплекс задач по оценке, контролю, прогнозированию негативных последствий прекращения добычи угля и разработке мероприятий по их ликвидации.
По нашему мнению, корректное решение указанных задач возможно только на основе системного подхода. Применительно к закрывающейся угольной шахте и в контексте мониторинговых наблюдений можно выделить следующие системы: технологическую, горно-геологическую, экономическую, природную и организационно-техническую, которые тесно связаны между собой.
Основными показателями технологической системы являются схема вскрытия и подготовки шахтного поля, система разработки, протяженность горных выработок, способ управления горным давлением в лаве, общая площадь выработанного пространства.
Горно-геологическая система характеризуется мощностью и углом падения угольных пластов, газовыде-лением, водопритоком и физикомеханическими свойствами угля и вмещающих горных пород.
Экономическая система представляет интерес с точки зрения оценки финансовых затрат на выполнение работ и убытков от вредного воздействия негативных техногенных факторов.
Природная система характеризуется совокупностью параметров биосферы, изменяющейся при закрытии шахт, безопасными дозами воздействия.
Организационно-техническая система представляет собой комплекс методов, технологий, технических средств и организационных структур,
необходимый для осуществления геоэкологического мониторинга на площади углепородного массива, которую занимают ликвидируемые шахты.
С учетом физико-геологи-ческого представления об угленосной толще и поставленных задач организацию и осуществление исследования техногенных явлений следует строить на базе методологии подземной геофизики, которая рассматривает массив горных пород, происходящие в нем процессы и научно-технические работы как сложные природные и искусственно созданные системы в развитии и взаимодействии между собой [1].
Практическая реализация системного подхода в экологической геофизике предусматривает следующие процедуры:
• формулирование экологической задачи;
• формирование системы статических и динамических физикогеологических моделей изучаемого геоэкологического процесса на основе полного учета геологоструктурных, петрофизических, гидрогеологических, метеорологических и других условий и параметров;
• обоснование системы и методик экогеофизических исследований, разработку рациональных комплексов измерений на каждой стадии, выбор их места и роли в общей системе аналитических и природоохранных мероприятий;
• комплексная интерпретация экогеофизических данных и составление прогноза развития геоэкологической ситуации.
Рассмотрим содержание и порядок выполнения мероприятий по реализации изложенных научно-технических идей при организации геоэкологического мониторинга на шахтах Ростовской области.
Всесторонний анализ горногеологических, гидрогеологических и горнотехнических условий на шахтных полях Восточного Донбасса с применением физико-геологического и математического моделирования позволил установить: при так называемой «мокрой» консервации самым динамичным и масштабным негативным фактором, подлежащим изучению, является состояние подземной гидросферы [2].
С учетом полученных геологических и гидрогеологических сведений была сформирована система физикогеологических моделей углевмещающего массива для участков шахтных полей, имеющих типичные горногеологические условия для рассматриваемого бассейна.
На основе анализа возможных путей движения шахтных вод в пределах территории ликвидируемых шахт была разработана оптимальная сеть гидронаблюдательных скважин и выбраны участки для полевых геофизических наблюдений и межскважинно-го электрического просвечивания угленосной толщи. Особенность данной системы геофизических наблюдений за динамикой подъема шахтных вод состоит в том, что на основе сравнения различных вариантов определено оптимальное сочетание скважинных и поверхностных геофизических методов исследований, доля которых может изменяться в процессе мониторинга при изменении простанственно-временных характеристик изучаемой среды. Здесь имеется в виду увеличение или уменьшение числа гидронаблюдательных скважин, участков межскважинного просвечивания и зондирования в зависимости от подъема уровня шахтных вод.
Указанную возможность постоянной оптимизации работ, которая заложена в конструкции динамических систем, можно проиллюстрировать практическими примерами. Так, было сокращено в два раза количество точек скважинных наблюдений на ликвидируемых смежных шахтах «Краснодонецкая» и «Сине-горская» при образовании общих гидравлических резервуаров вследствие подъема воды до верхних горизонтов (-250 м), имеющих соединительные горные выработки.
Анализ научно-технической литературы и результатов опытных
исследований позволил выбрать оптимальный комплекс гидрогеофизических наблюдений, на базе которых можно оценить основные параметры процесса затопления и построить перспективный прогноз развития ситуации. В состав геофизического комплекса вошли следующие методы: скважинная гидроэлектрометрия (замер уровня воды), полевые электрозондирования, межскважинное электрическое просвечивание. Для каждого вида геофизических исследований была разработана оригинальная методика измерений и интерпретации полученных материалов. В основе аппаратурно-методического ком-плекса скважинных измерений и регистрирующей аппаратуры лежит теория распространения электрического тока в замкнутой цепи [3]. Специально для межскважинного электрического просвечивания была создана методика интепретации, использующая принципы низкочастотной электрической томографии.
Неотъемлемой частью экогео-физических наблюдений является комплексный анализ практических данных и составление прогноза развития экогеологической ситуации в масштабах всего угледобывающего региона. С этой целью создан банк
данных, который в различной форме (табличной, картографической и др.) содержит полное на определенный момент времени описание состояния гидросферы. Одновременно ведется анализ реального развития ситуации с разработанными ранее прогнозами и, при необходимости, вводятся соосветствующие коррективы. Фактически на современном этапе развития мониторинга территории ликвидируемых шахт Восточного Донбасса можно говорить о наличии в первом приближении постоянно действующей региональной гидрогеологической модели затопления углевмещающего массива, важность которой для ведения геоэкологических наблюдений трудно переоценить.
Технико-экономическая эффективность применения описанного комплекса гидрогеофизических методов исследований для оценки развития геоэкологической ситуации в пределах угледобывающего региона определяется следующим. Во-первых, геофизические результаты позволяют оперативно оценить состояние пространственно-вре-
менных параметров поземной гидросферы для любого участка затапливаемой территории в необходимый момент времени при мини-
мальных финансовых затратах. Во-вторых, на основе представительных данных, полученных во всех характерных точках бассейна, строится перспективный прогноз развития геоэкологической ситуации высокой степени надежности. В-третьих, использование результатов прогнозирования дает возможность разработать эффективные технические и управленческие решения по снижению негативного воздействия факторов, возникающих при ликвидации угольных шахт, на экологогигиеническую обстановку в регионе и нормальную работу действующих предприятий. Хорошим подтверждением эффективности экоге-офизических исследований является высокая сходимость прогнозных и фактических данных по параметрам затопления углевмещающего массива, что позволяет выполнять технические мероприятия в плановом порядке, не прибегая к каким-либо экстраординарным мерам. Уместно подчеркнуть, что на основе режимных экогеофизических исследований постоянно совершенствуется организационная структура центра геоэкологического мониторинга, что обеспечивает неуклонное снижение себестоимости работ.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Молев М.Д. Геофизическое прогнозирование горногеологических условий подземной разработки угольных пластов / Юж.-Рос. гос. техн. ун-т. - Новочеркасск: ЮРГТУ,
2000.
2. Зайденварг В.Е., Навитний А.М., Твердохлебов В.Ф. Гидрогеологические аспекты ликвидации шахт в России // Уголь. - 1999. - № 12.
3. Ефимов А.М., Молев М.Д., Солмин В.А. Мониторинг гидрогеологических процессов в углепородном массиве ликвидируемых шахт // Маркшейдерия и недропользование. -
2001. - № 1.
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ
Молев Михаил Дмитриевич — кандидат технических наук, заведующий бюро шахтной геофизики ОАО «Ростовуголь», доцент кафедры геофизики и техники разведки Южно-Российского государственного технического университета (НПИ).
