CC BY
50
УДК 550.37:519.63/64
Н.Н. Неведрова, А.М. Санчаа, И.В. Суродина ИНГГ СО РАН, Новосибирск
ТРЕХМЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ДЛЯ УГОЛЬНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ КУЗБАССА
N.N. Nevedrova, A.M. Sanchaa, I.V. Surodina
Trofimuk Institute of Petroleum Geology and Geophysics SB RAS
Koptyug, 3, Novosibirsk, 630090, Russian Federation
THREE-DIMENSIONAL MODELLING FOR KUZBASS COAL-FIELD
For monitoring behind a condition of coal and accommodating layers in a number of mines of Kuzbas mine electroinvestigation is used. By means of the received geophysical characteristics (geoelectric parameters) on investigated sites reveal areas of disturbed coal layers, connected, for example, with raised irrigation, Assuring and gas saturation. These zones of the intense condition are investigated to forecast the possible geodynamic displays. For a substantiation of application of electroinvestigation in complex conditions of underground works, optimization of the sizes of settings three-dimensional modelling for typical coal cuts is executed. Results of modelling have shown an opportunity of allocation of anomalous zones by means of electrical methods.
ВВЕДЕНИЕ
На шахтах Кузбасса используется шахтная электроразведка для мониторинга за состоянием угольных и вмещающих пластов. С помощью полученных геофизических характеристик на исследуемых участках выявляют области нарушенности угольных пластов. Эти области могут быть связаны с обводнением, трещиноватостью, повышенной газонасыщеностью. Различные природные процессы создают зоны напряженного состояния в угольном пласте и вмещающих породах, изучение которых выполняется с целью прогнозирования возможных геодинамических проявлений, зачастую приводящих к тяжелым аварийным ситуациям.
Первые результаты по этой теме были опубликованы в [1]. Напомним, что система подземных электроразведочных измерений, показанная на рис. 1, и осуществляется следующим образом:
выемочное поле рассечено двумя штреками, в одном из которых находится генератор и питающие электроды (АВ), заземленные в кровлю и подошву угольного пласта. В массиве горных пород, включая угольный пласт, создается электрическое поле, которое измеряется во втором штреке с помощью системы заземленных приемных электродов (MN).
Измеренные полевые данные в настоящее время обрабатываются с использованием двумерной программы электрической томографии. При этом не учитывается целый ряд обстоятельств, которые следуют из трехмерности, имеющейся шахтной модели, например, влияния самих штреков, заполненных воздухом, различных металлических конструкций, условий заземления электродов.
Представленная на рис. 1 трехмерная модель угольного пласта, рассеченного двумя штреками, является базовой. Геоэлектрические параметры выбраны в результате интерпретации и анализа полевых данных, полученных в шахтах Кузбасса. Удельное электрическое сопротивление (УЭС) углей находится в интервале 1000-1500 Ом^м, УЭС вмещающей среды в среднем равняется 500 Ом^м. На данном этапе исследований полагаем, что вмещающие породы кровли и подошвы однородны, хотя в реальной ситуации в них могут присутствовать различные включения.
Рис.1. Базовая трехмерная модель (модель 1) со схематическим изображением подземной системы наблюдений по методу электрической
томографии
Для описанной постановки задачи было разработано математическое обеспечение для моделирования и анализа данных экспериментальных измерений с использованием представленной на рис. 1 системы наблюдений. Следует отметить, что актуально именно трехмерное моделирование, которое дает возможность обосновать применимость описанной технологии, оптимизировать размеры установок и получить количественные оценки зон нарушенности. Есть все предпосылки, что дальнейший совместный анализ позволит далее связать геоэлектрические параметры с физико-химическими свойствами опасных зон.
Расчеты были выполнены с помощью программы трехмерного моделирования, описание которой приведено в [1]. Всего было рассмотрено 3 модели с различной конфигурацией неоднородности. Кроме того, для одной и той же модели значение сопротивления неоднородности изменялось и равнялось соответственно 600 и 1000 Ом^м.
Модели и некоторые результаты трехмерного моделирования представлены на рис.2, 3, 4. Результаты представлены в виде зависимости сигнала (и) в линии MN от положения генераторной линии АВ.
А)
'Л
5
І
о
П.
С
зт
= 600 Ом*м
пл
= 1200 Ом*м
о
о
СП
о
о
3
X
у
о
—
о
о
о
СО
.5? С? С? (? <? СУ3 Ї? ,<Р (Р о"5
///* /////////// і о о а- а о о о о- а о о о- о- о
О о о Л й а М
Б)
Г«мератормые готим
200 М
Рис.2. Модель 2. А - сопротивление неоднородности 600 Ом^м, Б сопротивление неоднородности 1000 Ом^м
По представленным рисункам можно судить о влиянии конфигурации и размещения неоднородности в угольном пласте на измеренный сигнал. Например, при существующей системе измерений, можно пропустить узкую зону нарушенности, вытянутую параллельно штреку. В то время как неоднородности, расположенные перпендикулярно штрекам либо вытянутые по диагонали, выделяются в измеряемом поле значительно лучше. Кроме того, следует отметить, что даже слабоконтрастные неоднородности с УЭС в 1000 Ом^м при благоприятном размещении (рис. 2, 4) могут быть надежно обнаружены. Конечно, представленных расчетов еще недостаточно для окончательных заключений и методических рекомендаций для оптимизации
работ, но некоторые предварительные выводы можно сделать. Трехмерное моделирование, выполненное для конкретных моделей каменноугольных месторождений Кузбасса с пологим падением пластов, позволяет:
1. Уточнить количественные оценки геоэлектрических параметров как угольных и вмещающих пород,
2. Уверенно выделять неоднородности определенной формы, имеющиеся внутри угольного пласта,
3. Учесть степень влияния выделенных зон нарушенности на измеряемые электрические характеристики.
4. Неоднородность, представленную на рис. 3 можно выделить увереннее Во-первых при сильно контрастных значениях УЭС угольного пласта и неоднородности, во-вторых используя другие электроразведочные установки, имеющие большую глубинность.
*
К
X
2
<и
5
О-
С
зт
4= 600 Ом*м
о
о
Ы
К
К
т
о
н
о
Е
60 м
пл
= 1200 Ом*м
200 м
А)
Б)
=
* 3 05Е-04
///////////////
А4| авао'Л и» е«1 в«
Рис. 3. Модель 3. А - сопротивление неоднородности 600 Ом^м, Б -сопротивление неоднородности 1000 Ом^м
200 м
А)
Л? Р jf' sf1 4^
/■ / J / f f ff / / f j' / //
>i a dad di uaeei ее
Б)
Да і adad fli 0 і аіі «і
Рис. 4. Модель 4. А - сопротивление неоднородности 600 Ом^м, Б -сопротивление неоднородности 1000 Ом^м.
В заключение следует также отметить, что наиболее опасные газопроявления, приводящие к авариям в шахтах и человеческим жертвам, приурочены к зонам природных либо техногенных тектонических нарушений. По результатам исследований было установлено, что обработка данных шахтной электроразведки для целого ряда моделей, позволяет выделить зоны нарушенности угольных пластов. Это подтверждают результаты выполненного трехмерного моделирования.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Неведрова, Н.Н., Санчаа, А.М., Суродина, И.В., Дашевский Ю.А. Выявление областей нарушенности угольных пластов методами электроразведки с использованием трехмерного моделирования [Текст] / А.М. Санчаа, Н.Н.Неведрова, И.В.Суродина, Ю.А. Дашевский // ГЕ0-Сибирь-2008: сб. науч. ст. - Новосибирск, 2008. CD-rom - 5 с.
© Н.Н. Неведрова, А.М. Санчаа, И.В. Суродина, 2009
