CC BY
25
УДК 622.831.322
ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ЗОН, ОПАСНЫХ ПО ГАЗОДИНАМИЧЕСКИМ ЯВЛЕНИЯМ ИЗ ПОЧВЫ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК, ПРИ МЕХАНИЗИРОВАННОЙ ОТРАБОТКЕ КАРНАЛЛИТОВОГО ПЛАСТА В
Л.В. Маковеи
Пермский государственный технический университет
В статье приведены результаты исследований по разработке метода прогноза зон, опасных по газодинамическим явлениям, при отработке карналлитового пласта В в условиях рудника 1 РУ ОАО «Сильвинит». Приведены результаты реализации многомерного дискриминантного анализа и решающие правила для прогноза опасных зон.
Шахтное поле рудника СКРУ-1 расположено на севере Соликамского участка Верхнекамского месторождения калийных солей в пределах Соликамского поднятия. В настоящее время карналлито-вый пласт В отрабатывается только на шахтном поле СКРУ-1. Пласт карналлита состоит из 6 слоев, по которым содержание хлористого магния изменяется от 14 до 26,5 %. Глубина залегания пласта В на шахтном поле колеблется от 145 до 380 м.
Породы карналлитового пласта В являются весьма насыщенными по свободным газам, в состав которых входят водород, метан, тяжелые углеводороды, сероводород и азот. Из продуктивных пластов Верхнекамского месторождения пласт В является наиболее газоносным. Газоносность пород верхнего 6-го слоя пласта изменяется от 0,09 до 5,66 м3/м3, в среднем составляя 1,78 м3/м3 [1, 2]. Вниз по разрезу пласта газоносность снижается. Высокая газоносность и особые физико-механические свойства карналлитовых пород являются существенными факторами возникновения газодинамических явлений при разработке пласта В.
С начала применения комбайновой отработки карналлитово-го пласта В до 1 декабря 2006 г. в журнале регистрации газодинамических явлений (ГДЯ) на шахтном поле рудника СКРУ-1 зафиксировано 4 газодинамических явления из почвы горных выработок. Первое ГДЯ такого типа произошло в 1996 г. на 1-й восточной панели с интенсивностью 60 м3, второе - в 1997 г. там же и еще два случая разрушения пород почвы, сопровождающиеся газовыделением, произошли в 2002 и 2006 гг. на 3-й и 7-й восточных панелях. Все ГДЯ произошли при комбайновой выемке нижнего слоя очистной камеры, очаг ГДЯ располагался в кровле пласта Б смешанного состава.
Повышение эффективности и безопасности ведения горных работ при механизированной выемке карналлитового пласта В, опасного по газодинамическим явлениям из почвы горных выработок, для рудника СКРУ-1 ОАО «Сильвинит» является достаточно актуальной проблемой.
В настоящее время методы прогноза подобных ГДЯ отсутствуют, поэтому практически повсеместно применяются меры по предотвращению ГДЯ путем бурения шпуров в почву до контакта с кровлей пласта Б и их торпедирование.
Исходными данными для проведения статистического анализа с целью получения решающего правила прогноза зон, опасных по ГДЯ из почвы горных выработок, при комбайновой отработке карналлитового пласта В являются результаты геологоразведочных работ, проведенных на восточной части шахтного поля рудника СКРУ-1. Подземные геологоразведочные скважины располагались на восточной части шахтного поля, по которым имеются полные сведения о строении и химическом составе пород пластов КрП, Кр1, А, Б и В. База исходных данных включает в себя около 70 наблюдений по следующим геологическим параметрам: абсолютная отметка кровли пласта, его мощность, содержание в породах пласта хлористого калия, хлористого натрия, хлористого магния, брома, сульфата кальция и нерастворимого остатка. Ввиду отсутствия значений указанных параметров в точках ГДЯ необходимо для формирования обучающей выборки выполнить их оцифровку с использованием геоинформационных моделей восточной части шахтного поля руд-
ника путем интерполяции значений по имеющимся результатам геологической разведки.
На основе построенных геоинформационных моделей восточной части шахтного поля рудника по каждому параметру получены оцифрованные значения в точках ГДЯ, которые вошли в обучающую выборку для проведения линейного дискриминантного анализа с использованием различных статистических процедур.
Линейный дискриминантный анализ общей выборки исходных данных проводился с использованием классических статистических процедур и робастных. Предварительно сформированная обучающая выборка включала наблюдения, которые отнесены к опасной по ГДЯ группе, и наблюдения, которые отнесены к неопасной группе.
Классификация общей выборки, с использованием классических процедур, дала следующие результаты: в обучающей выборке при использовании классических процедур линейного дискриминантного анализа классифицировано правильно 70,4 % исходных сгруппированных наблюдений. Далее был проведен линейный дискриминантный анализ этой же общей выборки, но уже с использованием робастных процедур на основе весовых оценок Хьюбера.
В результате его реализации вероятность правильной классификации составила 75,0. В этом случае принимаем за решающее правило прогноза зон, опасных по ГДЯ из почвы горных выработок, при комбайновой отработке карналлитового пласта В для условий шахтного поля рудника СКРУ-1 выражение, полученное при использовании робастных процедур:
3,35-Х! +37,05-Х5 - 3,03-Х7 + 7,28 > 0,
где Х1 - мощность пласта Б, м; Х5 - содержание Вг в пласте Б, %; Х7 -содержание нерастворимого остатка в пласте Б, %.
В решающее правило, полученное при использовании весовых оценок Хьюбера, не включены следующие параметры: содержания в породах пласта Б хлористого калия, магния, натрия и сульфата кальция.
Процедура прогноза заключается в подстановке численных значений показателей Хи Х5, Х7 в выражение и получении рассчитанного
значения Гр. В случае, если рассчитанное значение Рр > 0, то точка наблюдения относится к зоне, опасной по ГДЯ; в противном случае, если Рр < 0, точка наблюдения относится к зоне, неопасной по ГДЯ.
Проведена оценка адекватности метода прогноза практике ведения горных работ. На основании подстановки численных значений в полученное решающее правило составлена прогнозная карта зон, опасных по ГДЯ из почвы горных выработок, для условий комбайновой отработки карналлитового пласта В шахтного поля рудника СКРУ-1 ОАО «Сильвинит».
Прогнозная карта зон, опасных по ГДЯ, наглядно демонстрирует адекватность решающего правила практике ведения горных работ. Это свидетельствует о работоспособности метода прогноза зон, опасных по ГДЯ из почвы горных выработок. Все зафиксированные на руднике СКРУ-1 ГДЯ из почвы горных выработок при комбайновой отработке карналлитового пласта В попадают в прогнозируемые зоны, опасные по ГДЯ (рисунок).
В процессе выполнения исследований получены следующие результаты:
1. На основании результатов детальной разведки с поверхности, подземных геологоразведочных работ сформирована исходная база данных для условий восточной части шахтного поля рудника СКРУ-1. Реализованы процедуры классического и робастного дис-криминантного анализа исходных данных, и получено решающее правило для отнесения участков карналлитового пласта В при комбайновой отработке к зонам, опасным по ГДЯ из почвы горных выработок.
2. Построена карта прогноза зон, опасных по ГДЯ из почвы горных выработок, при комбайновой отработке карналлитового пласта В для условий шахтного поля рудника СКРУ-1 ОАО «Сильвинит». Все зафиксированные на руднике ГДЯ из почвы горных выработок на карналлитовом пласте В попадают в прогнозные опасные зоны.
Рис. Прогнозная карта зон, опасных по ГДЯ из почвы горных выработок, при комбайновой отработке карналлитового пласта В для условий рудника СКРУ-1 ОАО «Сильвинит»
Список литературы
1. Изучить газоносность пластов В и Г в руднике СКРУ-1, оценить эффективность профилактической обработки пласта В методом торпедирования и мероприятий по его безопасной механизированной выемке в различных горно-геологических условиях: отчет о НИР. ГИ УрО РАН; Рук. С.С. Андрейко. - Пермь, 2002. - 60 с.
2. Иванов О.В. Оценка газоносности пород сильвинитовых и карналлитовых пластов верхнекамского месторождения калийных солей // Стратегия и процессы освоения георесурсов: материалы ежегодной науч. сессии Горного ин-та УрО РАН по результатам НИР в 2005 г. 6-13 апреля 2006. - Пермь: Горный институт УрО РАН, 2006. -С. 160-163.
