CC BY
42
Список литературы
1. Карагандинский угольный бассейн: справочник / Н.А. Дридж [и др.]. М.: Недра, 1990. 299 с.
2. Проектирование шахт: учебник для вузов / под ред. Л. А. Пучкова. 4-е изд., перераб. и доп. М.: Изд-во Академии горных наук, 2000. 375 с.
3. Квон С.С., Алиев С.Б. Технико-технологические решения повышения эффективности разработки угольных пластов Карагандинского бассейна //Уголь. 2003. Вып. 9. С. 10-11.
V.V. Melnik, N.I. Abramkin, A.N. Abramkina
SUBSTANTIATING AND EVALUATING POTENTIAL POSSIBILITIES OF MINES WITH USING NEW MINING FIELDS MINERAL RESOURCES
The necessity of creating new approach to substantiating and evaluating potential possibilities of mines, which using high-performance equipment at mining processes was substantiated. The new approach to forming a model of evaluating modern mine potential was submitted and new spheres of using the model was given.
Key words: mineral resources, development of mine take, technological scheme parameters, processes parameters, industrial potential.
Получено 12.11.12
УДК 620.179.16: 550.3
М.Д. Молев, д-р техн. наук, зав. кафедрой (Россия, Шахты, ЮРГУЭС), В.А. Меркулова, канд. техн. наук, доц., (8812) 328-82-51, шкашау5@шай.ги (Россия, Санкт-Петербург, НМСУ «Горный»)
ВЫБОР ПАРАМЕТРОВ ТЕХНОЛОГИИ ПОДЗЕМНЫХ ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫХ РАБОТ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ГЕОФИЗИЧЕСКИХ ДАННЫХ
Изложены научно-практические основы применения подземных геофизических методов для оценки геомеханического состояния углевмещающего массива. Приведены сведения о технико-экономической эффективности предлагаемого геофизического комплекса.
Ключевые слова: параметры, технология, подготовительные работы, геофизические данные
Проведение подземных горных выработок в связи с необходимостью повышения технико-экономической эффективности и безопасности производства работ требует применения современных горностроительных технологий. Одним из основных условий правильного выбора технологии с точки зрения обеспечения указанных условий является использование
полномасштабной геомеханической информации о состоянии массива горных пород в пределах отрабатываемого участка шахтного поля.
Важную техническую проблему при проведении выработок в сложных горно-геологических условиях, которыми характеризуется большинство угольных месторождений, представляет выбор и расчет параметров крепи. Как показывает практика подземных горных работ, достоверная информация об углепородном массиве позволяет выбрать оптимальные параметры элементов крепления горных выработок.
Существующие методы геологического прогноза (методы аналогий и геологической съемки) не позволяют с достаточной степенью надежности однозначно решить указанную проблему, а бурение разведочных скважин является весьма трудоемким и дорогостоящим и не всегда технически осуществимым в подземных условиях процессом.
В последние годы с целью прогноза горно-геологических условий успешно применяются подземные геофизические методы, которые, используя различие в физических параметрах геологических объектов, обеспечивают пространственную оценку нарушенности массива горных пород. Здесь необходимо подчеркнуть технико-экономические преимущества горной геофизики перед другими методами прогнозирования: высокая разрешающая способность разведки, надежность информации, оперативность выполнения, относительно низкие материальные затраты на проведение измерений и подготовительные операции. По результатам сопоставительного анализа прогнозных геофизических и фактических данных надежность обнаружения нарушенной зоны и определения ее местоположения в плане шахтного поля составляет 80...93 % [1].
Результаты внедрения геофизического прогнозирования в практику подготовки шахтных полей к эксплуатации и установленные опытным путем существенные связи между геомеханическими характеристиками горного массива и регистрируемыми параметрами физических полей вполне обоснованно позволили специалистам использовать методологию шахтной геофизики для проведения исследований в области геомеханики геологической среды.
Подземные геофизические исследования геомеханической направленности в зависимости от горно-геологических и горнотехнических условий осуществляются методами симметричного электропрофилирования, отраженных сейсмических волн и спектральной геоакустики. Основная роль на второй стадии прогнозирования, называемой картированием, отводится акустической резонансной дефектоскопии, которая в силу своей физической основы с удовлетворительной для принятия технологических решений точностью "чувствует" расслоение горных пород - плоскости ослабленного механического контакта (ОМК).
Методика геоакустического поиска плоскостей ОМК не представляет особой технической сложности и заключается в измерении по профи-
лю с шагом 1.. .2 м характеристик резонансных колебаний пород кровли или почвы горной выработки. Указанные колебания возникают в горном массиве при ударном возбуждении посредством специального устройства - тампера на расстоянии 1,5.5 м от точки наблюдения. Параметры регистрируемого геоакустического сигнала согласно современным физическим представлениям определяются геометрическими размерами породных слоев и их физико-механическим свойствами [2, 3]. На основе анализа результатов экспериментальных исследований установлено, что амплитуда резонансного отклика зависит от степени ослабления механического контакта между слоями горных пород. Регистрация колебаний в шахтных условиях осуществляется специально разработанными переносными геоакустическими спектроанализаторами или модернизированными кассетными магнитофонами. Для надежного решения задачи картирования ОМК выполняются два профиля: по кровле и почве горной выработки.
По результатам измерений строятся амплитудно-частотные кривые с использованием пакета прикладных компьютерных программ, основанных на математической теории быстрых преобразований Фурье. Графики обрабатываются с привлечением методов корреляционного и регрессионного анализа для определения амплитуд и резонансных частот и идентификации принадлежности резонансных максимумов плоскостям ОМК. В итоге обработки экспериментальных данных определяются расстояния до плоскостей ослабления по профилю наблюдений. Полученная геофизическая информация используется для расчета параметров нарушенной зоны и технико-экономических показателей проведения и крепления горной выработки.
Анализ материалов экспериментальных работ показал высокую технологичность и оперативность акустической резонансной дефектоскопии массива горных пород. На производство всего цикла геофизических исследований затрачивается максимально две рабочих смены, включая подземные измерения и камеральную обработку результатов. При необходимости время исследований можно существенно сократить, проведя их в "экспрессном" режиме, предусматривающем интерпретацию полученных данных непосредственно в шахте. Оперативная оценка материалов осуществляется с использованием компьютеров класса "notebook", в память которых заложены эталонные амплитудно-частотные графики и программы расчета, или специальных палеток кривых и номограмм в бумажной версии.
Специально разработанный и апробированный методический прием, заключающийся в том, что геоакустические измерения начинаются от так называемой «контрольной» точки, в которой априорно известно расстояние до плоскостей ОМК, позволяет по материалам исследований надежно провести картирование плоскостей вдоль подготовительной горной выработки. Геофизическая информация совместно с геологическими данными о литологическом составе и физико-механических свойствах горных
пород, является надежной основой для расчетов паспортов крепления и элементов технологических схем проведения горных выработок.
Для обеспечения качественной оценки физико-механического состояния пород кровли с привлечением геоакустического спектрального метода необходимо выполнение шахтных измерений и вычислительных процедур (интерпретации) в определенном порядке. Комплекс выполняемых работ должен содержать следующие основные этапы:
а) планирование и организация шахтных исследований и камеральной обработки;
б) подготовительные работы;
в) измерения акустического сигнала в горных выработках;
г) предварительная интерпретация результатов измерений;
д) детализационные шахтные исследования;
е) окончательная интерпретация;
ж) составление заключения по результатам исследований с прогнозом состояния кровли.
В зависимости от поставленной задачи (прогнозирования расслоения кровли после завершения прохождения выработки или в процессе ее проведения) шахтные геоакустические измерения должны выполняться по двум разным алгоритмам. Геофизические исследования, осуществляемые в пройденной выработке, включают поисковый и детализационный этапы. Назначение второго этапа состоит в картировании аномальных участков пород кровли, выделенных на основе предварительной интерпретации.
При мониторинговом варианте наблюдений, выполняемых в приза-бойной части горной выработки по мере ее проведения, параллельно с шахтными измерениями необходимо производить оперативную обработку. Ускоренная интерпретация выполняется с целью выдачи экспрессного геофизического заключения для принятия технологического решения.
Надежным обоснованием рекомендаций, изложенных в данной статье, служат результаты шахтных испытаний методики. Экспериментальные работы по оценке физико-механического состояния пород кровли горных выработок с привлечением геоакустического сигнала проводились в течение двадцати пяти лет на шахтах Донбасса. Объем испытаний составил 137 профилей в различных горных выработках, которыми охватываются все типичные горно-геологические условия. Сопоставление прогнозных данных с результатами каротажа скважин, разведочного бурения и другими фактическими материалами горных работ позволило:
а) оценить возможность практической реализации теоретических разработок;
б) разработать методику шахтных измерений;
в) определить количественные критерии оценки состояния пород.
В результате анализа экспериментальных сейсмограмм установлено, что изменение количества поверхностей ОМК и качества их механиче-
ского сцепления между смежными породными слоями адекватно описываются спектральными характеристиками регистрируемого геоакустического сигнала. С возрастанием числа плоскостей появляются дополнительные спектральные составляющие, при этом амплитуда максимумов однозначно зависит от степени ослабления механической связи по поверхности контакта.
По результатам шахтных испытаний геоакустический спектральный метод оценки физико-механического состояния пород кровли характеризуется следующими показателями:
а) надежностью определения количества поверхностей ОМК 90 %;
б) дальностью исследований (по вертикальной оси) 15.20 м;
в) разрешающей способностью - минимально определяемым расстоянием между двумя соседними плоскостями 0,2 м;
г) погрешностью определения расстояния до ОМК 10 %;
д) надежностью прогнозирования состояния кровли по критерию устойчивости 90 % [4].
Достоверность геофизических данных подтверждает тот факт, что за двадцать пять лет, в течение которых технологи шахт используют геоакустическую информацию для выбора схем проведения выработок, не было случаев обрушения пород кровли или значительной деформации элементов крепи.
Полученные технико-экономические показатели геофизического прогнозирования строения пород кровли при проведении подготовительных горных выработок на шахтах Донбасса с учетом анализа конкретных горно-геологических условий позволяют рекомендовать описанные подземные геофизические методы для широкого промышленного использования при отработке шахтных полей в других угольных бассейнах России и зарубежных стран.
Список литературы
1. Писеев Н.А., Молев М.Д. Опыт планирования горных работ на основе шахтной геофизики // Уголь. 1995. Вып. 1. С.60-62.
2. Бауков Ю.Н., Данилов В.Н. Физические основы резонансного метода контроля расслоения кровли горных выработок // Изв. вузов. Горный журнал. 1988. Вып. 11.
3. Молев М.Д. Геофизическое прогнозирование горно-геологических условий подземной разработки угольных пластов // Южного-Рос. гос. техн. ун-т. Новочеркасск: ЮРГТУ (НПИ), 2000.
4. Матвеев В. А., Молев М.Д. Оценка состояния углепородного массива на выемочном участке с помощью методов шахтной геофизики // ГИ-АБ. 2005. Вып. 3. С. 92-95.
M.D. Molev, V.A. Merkulova
CHOICING TECHNOLOGICAL PARAMETERS OF FIRST UNDERGROUND WORKINGS WITH A HELP OF GEOPHYSICAL DATA
Science and practical foundations of the underground geophysical methods using for geomechanic state estimation of coal-containing massif are stated. Data of technical and economic effectiveness of the geophysical complex proposed are given.
Key words: parameters, technology, first underground workings, geophysical data.
Получено 12.11.12
УДК 622.831
М.Г. Попов, канд. техн. наук, ассист. [email protected] (Россия, Санкт-Петербург, Горный университет)
СТРОИТЕЛЬСТВО СТВОЛА ШАХТЫ ГЛАВНОГО КОЛЛЕКТОРА В СЛОЖНЫХ ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ
Рассмотрено строительство ствола большого диаметра. Описана технология сооружения постоянной крепи. Приведены основные характеристики ствола и проходческого оборудования.
Ключевые слова: ствол, крепь, строительство, сваи, грунт.
Через шахтные стволы при сооружении тоннельных коллекторов и метрополитенов осуществляется разворот основных подземных работ. Поэтому, несмотря на небольшую долю в общем объеме работ, быстрое и успешное проведение ствола шахты сокращает общие сроки строительства.
При строительстве подземных сооружений в условиях Санкт-Петербурга возникает множество проблем, связанных с наличием сложных водонсыщенных грунтов и плотной застройки. Это подчеркивает актуальность разработки новых и совершенствования существующих технологий строительства стволов шахт коллекторов.
Рассмотрени современный опыт строительства ствола шахты УРС-422, являющегося частью продолжения главного коллектора канализации северной части Санкт-Петербурга.
Шахта № УРС-422 диаметром 23/20 м и глубиной 91,9 м расположена на территории городской застройки в Северной части Санкт-Петербурга на Выборгской набережной между Гренадерской улицей и Крапивным переулком. Она предназначена для регулирования стоков продолжения главного коллектора Северной части города в зоне дюкера. К стволу примыкают микротоннель от шахты №414Б/4 на глубине 32,55 м до лотка и штольня от шахты №422/2 на глубине 90,0 м до лотка.
