CC BY
53
----------------------------------------------- © П.Ф. Сидоренко, 2011
УДК 622.23:553(075)8:550.8 П.Ф. Сидоренко
ПРОБЛЕМЫ ПОВЫШЕНИЯ ДОСТОВЕРНОСТИ ПРОГНОЗА ГОРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ, ОСЛОЖНЯЮЩИХ ОТРАБОТКУ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ
Представлены методические особенности оценки достоверности прогноза горногеологических условий отработки угольных пластов с учетом полноты изучения осложняющих факторов и применения результатов комплекса полевых и шахтных геологических и геофизических методов их исследования, что позволяет повысить экономическую эффективность добычи запасов угля в сложных горно-геологических условиях Ключевые слова: шахта, угольный пласт, добыча, геолого-геофизический прогноз, угольно-сырьевой потенциал.
ТУ настоящее время РФ входит в число мировых лидеров по количеству разведанных запасов угля и объемам угледобычи. Ресурсный потенциал углей России превышает 4 трлн т. Несмотря на то, что запасы угля размещены по территории РФ крайне неравномерно (94 % угольных ресурсов сосредоточены в Сибири и на Дальнем Востоке, и лишь — 6 %. на Европейской части России и Урале [3], перспективы возрождения угольной отрасли и роль ее в различных отраслях промышленности и в энергетике в настоящем и будущем велика. Кроме энергетического и узкотехнологического использования углей, многие ученые и производственники указывают на необходимость более интенсивного развития высокотехнологическом направления. Тем более, что цена такой продукции намного превышает цену кокса. Так угли, и в особенности антрациты месторождений Восточного Донбасса, шахты «Обуховская», «Обуховская № 1», «Замчаловская», позволяют развивать технологическое направление для получения таких продуктов как карбид кремния, гуминовых препаратов, фильтрующих материалов,
адсорбентов, пигментов и др. Учитывая при этом, что шахты Восточного Донбасса разрабатывают тонкие угольные пласты в сложных горно-геологических условиях, малотоннажность сырья при высокой стоимости высокотехнологичной продукции позволит повысить рентабельность освоения разведанных угольных месторождений
В то же время значительное количество разведанных и уже подготовленных к освоению запасов — 164 млрд. т, составляющих нераспределенный фонд не вовлекаются в лицензирование, так как не соответствуют современным требованиям угольной промышленности к степени их изученности и подготовленности к освоению [3]. Геологоэкономическая оценка запасов в настоящее время производится на основе рыночных принципов с использованием действующих в данный период ценовых и нормативных показателей. Но при оценке степени их изученности и подготовленности к освоению используются принятые ранее кондиции. И запасы угля, отнесенные к благоприятным (активным) и рекомендуемым к угледобыче, зачастую по факту не соответствует
утвержденным ГКЗ. Поэтому давно назрела необходимость повышения достоверности прогнозирования и оценки угольного сырьевого потенциала на всех стадиях геологоразведочных работ (ГРР) путем привлечения и внедрения новых технологий и методики оценки.
Угольная промышленность России на конец 2007г практически полностью находится в руках частных углеугольносырьевой потенциал, добывающих предприятий: 240 шахт и разрезов в частной собственности и лишь 1 шахта в собственности государства [2]. Долгосрочная государственная стратегия воспроизводства угольной сырьевой базы РФ на период до 2020 г. [1] определяет темпы и объемы ГРР на уголь с увеличением финансирования за счет средств федерального бюджета и внебюджетных источников. И такое увеличение наблюдается в последние годы с опережением в 1,5 раза за счет средств недропользователей [3]. Наличие большого количества запасов угля с низкой достоверностью прогноза условий их отработки, а значит нецелесообразных к отработке или неподтвердившихся по горногеологическим причинам не может стимулировать заинтересованность собственников в инвестировании финансовых средств в разработку таких месторождений.
Одной из причин низкой достоверности геологического материала угольных месторождений является по нашему мнению существенное отличие требований к изученности угольных пластов на стадиях разведки, предшествующих эксплуатации, от условий, которые позволяют эффективно вести угледобычу. Особенно это касается таких горногеологических факторов, осложняющих угледобычу, как малоамплитудная тектоника, литогенетическая нарушенность (размывы, замещения, раздувы и пр.),
зоны локального распространения неустойчивых пород непосредственной кровли др. Так, например, для оценки факторов устойчивости пород непосредственности кровли важно с точностью до нескольких метров определить местоположение, ширину, протяженность зоны неустойчивых пород. Для факторов тектонической нарушенности кроме этих параметров необходимо определить с точностью до полуметра амплитуду нарушения, а угол наклона смести-теля с точностью до 10 градусов. Кроме того, важно знать литологический состав пород, вмещающий угольный пласт. Для факторов литогенетической нарушенности необходимо в определенных условиях учитывать такой параметр, как мощность между кровлей угольного пласта и песчаником «раз-мваного» типа, опять же с точностью до метра. Такой точности в определении параметров осложняющих факторов при ГРР с применением только геологоразведочных скважин достичь невозможно. Даже после геологической документации на стадии эксплуатационной разведки, разведочных и эксплуатационных подземных горных выработок в процессе вскрытия и подготовки шахтного поля к угледобыче остаются достаточно крупные участки, где прогноз таких факторов не может считаться высокой достоверности.
Методически оценка достоверности геологического прогноза горногеологических факторов ГГФ должна строиться на основе анализа и сравнения фактических данных, полученных по результатам отработки исследуемых участков. При этом сравниваются прогнозные и фактические параметры, позволяющие предоставлять полную информацию об исследуемом факторе, необходимую для принятия технических и технологических решений при отработ-
ке исследуемых участков. При наличии на участке исследования нескольких осложняющих факторов, оценка достоверности проводится по каждому из них, а итоговая оценка определяется как среднее арифметическое или средневзвешенное из достоверности каждого фактора. В связи с этим ясно, что истинная степень достоверности результатов ГГР может быть определена лишь на стадии эксплуатационной разведки. Но установление перечня осложняющих отработку угольных пластов факторов и параметров, определяющих эффективность угледобычи, является первоочередной задачей. Для этого можно использовать методы аналогии, экспертных оценок и др. Полнота такого перечня определяется оптимизирующими факторами с учетом поставленной геологической задачи для каждого стадии и этапа ГРР. Анализ необходимых для определения параметров осложняющих факторов и разрешающей способности, методик и технологий, в том числе новых, позволяет рекомендовать их к применению на определенных стадиях ГГР.
Известна внедренная на шахтах Восточного Донбасса методика комплексного геолого-геофизического прогноза, разработанная на основе опыта применения комплекса геологических и шахтных геофизических методов [7]. Эта методика позволяет осуществлять исследование и прогноз устойчивости пород непосредственной кровли, литогенетической и тектонической нарушенности угольных пластов с достоверностью, удовлетворяющей требованиям эффективной и безопасной разработки месторождения. В зависимости от поставленной геологической задачи, горнотехнической ситуации, заданных оптимизирующих факторов (по времени, количеству, предельным величинам и надежности исследуемых параметров, за-
тратам на проведение геологогеофизических работ и пр.) формируются типовые, рациональные и оптимальные комплексы геолого-геофизических методов. Применение комплексных гео-лого-геофизических методов исследования позволило повысить достоверность прогноза различных ГГФ от 80 до 100 %. Конечным результатом геологоразведочных работ является горногеологический прогноз факторов, осложняющих отработку запасов и выделение участков с благоприятными, неблагоприятными и рискованными к отработке запасами [7].
Далее прогноз выносится на графическую основу масштаба 1:2000 и служит документом, на основе которого выбираются схемы расположения подготовительных и очистных выработок, обосновываются способы их проведения, обеспечивающие наивысшие технико-экономические показатели работы угледобывающего предприятия. Заблаговременное выявление площадей с неблагоприятными и рискованными к отработке запасами обеспечивает выбор такой схемы расположения очистных и подготовительных выработок, при помощи которой запасы на участках, благоприятных к отработке, отрабатываются с минимальным количеством потерь. При этом планирование местоположения горных выработок осуществляется таким образом, чтобы запасы, относимые к общешахтным и эксплуатационным потерям, располагались на участках с неблагоприятными и рискованными к отработке запасами. Ввиду того, что рискованные к отработке запасы могут располагаться на участках возможного распространения нарушенности угольного пласта, проведение горных выработок необходимо осуществлять по проекту, обеспечивающему безопасное ведение горных работ в опасных зо-
нах. Данная методика позволяет проводить площадные исследования, но размеры их зависят от возможности и разрешающей способности применяемой в шахте геофизической аппаратуры и густоты сети горных выработок. Обычно они не превышают первых сотен метров.
Важным же, как мы убедились, является повышение достоверности ГГР на стадиях предшествующих эксплуатационной. В дополнение к типовым методикам геофизических исследований скважин (ГИС), наиболее адаптированной к поставленным геологическим задачам и оптимизирующим факторам является полевая сейсморазведка. Причем речь идет о высокоразрешающей сейсморазведке (ВРС), выполняемой по технологии ЗАОр «НП «Запприкаспийгео-физика» (ЗПГ) [4]. При площадном картировании сейсморазведочные работы МОГТ ОГТ 2D ВРС позволяют в интервале глубин от ста, до тысячи и более метров выявлять и прослеживать нарушения с амплитудой от 10м и зоны размывов угольного пласта. Такие работы методом ВРС с положительным результатом ЗПГ проводились на угольных предприятиях Донбасса в Днепропетровской области еще в 1993 году. При этом применение минимизированных источников позволил довести спектр колебаний полезного сигнала до 180 Гц, что обеспечило расширение пространственно-временной разрешенности сейсмической записи, уверенное выделение малоамплитудных нарушений и других необходимых геологических сведений [5]. В настоящее время ЗПГ проводятся полевые сейсморазведочные работы методом (ВРС) МОВ ОГТ-2D в Волгоградской области и Республика Калмыкия. Так на Городищенской, Наримановской, Сарпинско-Тингутинской, Светлоярской и других площадях при бурении глубо-
ких скважин выявлены залежи бишофи-та, была успешно решена задача по детальному расчленению соленосной толщи в межскважинном пространстве на основе материалов сейсморазведки [6], причем площадь исследований носила локальные размеры. Последнее обстоятельство позволяет рекомендовать технологию ВРС к применению и на этапе перспективного прогнозирования стадии эксплуатационной разведки при доразведке отдельных блоков, и крупных участков шахтного поля. Данная технология может служить дополнением к комплексам шахтных геолого-геофизических методов исследования, а использование всего комплекса методов исследования резко повысит достоверность прогноза горно-геологических факторов, осложняющих отработку угольных пластов.
Для внедрения комплекса полевых и шахтных геофизических методов исследования безусловно требуется проведение определенного объема опытнометодических работ, разработка нормативной документации, узаконивающей обязательность использования комплекса новейших технологий и применяемых методов и методик при ГГР на уголь, разработка и совершенствование программно-аппаратурных комплексов. И здесь определяющую роль должны играть МПР России, ведущие научные и производственные организации, занимающиеся проблемами угольной промышленности и угледобычей (ВНИМИ, ВНИГРИуголь, компания «Русский уголь» и др.). Финансирование работ возможно осуществлять как за счет федерального бюджета (НИОКР) так и используя средства частных угледобывающих компаний, заинтересованных в повышении экономической эффективности добычных работ.
Создание и внедрение новейших технологий прогнозирования и оценки угольного сырьевого потенциала позволит повысить рентабельность освоения разрабатываемых, а также разведанных
1. Долгосрочная государственная программа изучения недр и воспроизводства минерально-сырьевой базы России на основе баланса потребления и воспроизводства минерального сырья (с изменениями и дополнениями в соответствии с приказом МПР России от 08.02.2006 № 16). — М.: МПР России, 2006.
2. Таразанов И.И. Итоги работы угольной промышленности России за 2007 год. // Уголь — 2008 — № 3 — С. 39—46.
3. Логвинов М.И., Файдов О.Е., Староко-жева Г.И., Косинский В.А., Андросова Г.Б., Вялов В. И. Состояние, перспективы воспроизвод-ста и использования угольной сырьевой базы России. Разведка и охрана недр». — №9. — 2008. — С. 103—108
4. Патент № 2107310 на изобретение «Способ высокоразрешающей сейсморазведки методом общей глубиной точки (МОГТ) с ис-
угольных месторождений, составляющих нераспределенный фонд недр, в том числе при их переоценке по критериям рыночной экономики.
--------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
пользованием взрыва зарядов», авт. Кобылкин И.А. и др. 1997.
5. Методика и технология высокоразрешающей сейсморазведки на основе использования оптимизированных источников» (Рекомендации). Авторы: Кобылкин И.А. и др. Фонды ЗАОр «НП «Запприкаспийгеофизика». — Волгоград, 1993.
6. Иванкин А.В. и др. Возможности прогнозирования залежей бишофита по материалам сейсморазведки, «Приборы и системы разведочной геофизики». — Саратов. — № 4. — 2007. — С. 51—54.
7. Сидоренко П.Ф. Методика формирования рациональных геолого-геофизических комплексов прогноза горно-геологических факторов, осложняющих отработку угольных пластов. Геология угольных месторождений. Вып. 16 / Екатеринбург, УГГГА, 2006. — С. 82—89. ЕШ
— Коротко об авторе
Сидоренко П.Ф. — кандидат геолого-минералогических наук, доцент, заместитель генерального директора по новым технологиям и внешним связям ЗАО работников «Народное предприятие «Запприкаспийгеофизика», [email protected].
А
