WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

 

На правах рукописи

Логачева Валентина Михайловна

РАЗРАБОТКА ПОДЗЕМНО-ПОЛЕВОГО
ЭЛЕКТРОМЕТРИЧЕСКОГО МЕТОДА 
ПРОГНОЗИРОВАНИЯ  СОСТОЯНИЯ 
ОБВОДНЕННЫХ УГЛЕПОРОДНЫХ МАССИВОВ ПОДМОСКОВНОГО БАССЕЙНА

Специальность 25.00.16 - «Горнопромышленная и нефтегазопромысловая
геология, геофизика, маркшейдерское дело и геометрия недр»

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

доктора технических наук

Москва 2009

Работа выполнена на кафедре «Геотехнологий и строительства подземных сооружений» Тульского государственного университета

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор  Шкуратник Владимир Лазаревич

доктор геолого-минералогических наук,
профессор Хмелевской Виктор Казимирович

доктор технических наук, профессор  Простов Сергей Михайлович

Ведущая организация: УРАН Институт проблем комплексного освоения недр РАН (г. Москва)

Защита диссертации состоится «___» ______ 2010 г. в ___ часов на заседании диссертационного совета Д 212.128.04 при Московском государственном горном университете по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский проспект, 6.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского
государственного горного университета.

Автореферат разослан «___»  _________  2010 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета,

докт. техн. наук, профессор                                                Ю.В. Бубис

Общая характеристика работы

Актуальность работы. Необходимым условием эффективного планирования отработки угольных месторождений является наличие надежной информации прогнозного характера об их гидрогеологических условиях. При этом особое значение имеет обнаружение нарушенных и обводненных зон в надугольном комплексе пород. При ведении геологоразведочных работ и последующей доразведке угольных месторождений с использованием стандартной сетки расположения скважин достигаемая надежность описания свойств и состояния массива горных пород не превышает 50%. В процессе ведения горных работ с появлением техногенной нарушенности в массиве происходит перераспределение напряженного состояния, изменяются гидродинамические режимы подземных вод в обводненных горных породах и соответственно изменяются их свойства и состояние. Существующие способы осушения шахтных полей не учитывают наличия локальных прорывоопасных зон в углевмещающих породах. В результате в действующих очистных забоях происходят катастрофические прорывы подземных вод из надугольных водоносных горизонтов. Например, на ш.«Никулинская» в очистных забоях ежегодно происходит до 10 прорывов воды с дебетом 20-40 м3 и выносом песка от 100 до 2500 тыс.м3. Это приводит к остановке забоев и потере объемов добычи угля. Поэтому на стадии эксплуатации шахт Подмосковного бассейна широко применяется оперативный геофизический прогноз и контроль гидрогеологического состояния и технологических свойств массива. Среди них наибольшее распространение получил электрометрический прогноз, уровень надежности которого на действующих шахтах достигает 70%.

Усложнение гидрогеологических и горнотехнических условий на перспективных участках Подмосковного угольного бассейна (связанное с увеличением до 130 м глубины залегания угольного пласта и наличием мощного надугольного тарусско-окского водоносного горизонта), необходимость роста нагрузки на очистной забой и обеспечения безопасности ведения горных работ требуют повышения надежности электрометрического прогноза гидродинамического состояния углепородного массива для обоснования новых геотехнологических решений разработки обводненных угольных месторождений. Применение автоматизированного электрометрического мониторинга надугольного комплекса пород путем приближения приёмно-питающих (линейных) электродов к объекту исследования и оперативной обработки результатов полученных измерений позволит повысить надежность прогноза и контроля гидрогеологических и технологических свойств массива и интегрировать указанный прогноз в общешахтную систему автоматизированного контроля.

Таким образом, разработка подземно-полевого электрометрического метода  прогнозирования  состояния  обводненных углепородных массивов Подмосковного бассейна является актуальной и важной научной проблемой.

Диссертационная работа выполнялась в соответствии с Аналитической ведомственной целевой программой «Развитие научного потенциала высшей школы (2009-2010 гг.)» (Рег.номер 2.2.1.1/3942) и Федеральной целевой программой «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» (ГК № 02.740.11.0319).

Целью диссертационной работы является разработка подземно-полевого электрометрического метода  прогнозирования  состояния  обводненных углепородных массивов Подмосковного бассейна, позволяющего кардинально повысить информативность и надежность оценок нарушенности и обводненности надугольного комплекса пород, а также гарантировать выявление прорывоопасных зон в нем для эффективной и безопасной отработки угольных пластов.

Основная идея работы состоит в комплексной оценке и использовании закономерностей влияния трещиноватости, обводненности, слоистости, нарушенности и механических свойств углепородного массива на его электрофизические свойства и создании на основе установленных закономерностей моделей, алгоритмов, программных комплексов и аппаратуры, позволяющих оценивать фактическое состояние массива и прогнозировать динамику его изменений при ведении горных работ для принятия решения о способах подготовки угольных пластов к эффективной и безопасной отработке.

Методы исследований:

- анализ и обобщение существующих методов оценки и прогнозирования условий залегания и нарушенности углепородного массива;

- аналитические методы математического моделирования электрических полей в углевмещающих породах;

- натурные экспериментальные исследования влияния строения, нарушенности, обводненности и физико-механических свойств массива горных пород на электрические параметры, регистрируемые в полевых и шахтных условиях;

- компьютерная обработка, анализ и интерпретация геофизической информации, полученной в натурных экспериментах, с помощью разработанных алгоритмов и программных комплексов.

Основные научные положения, выносимые на защиту:

  1. Эффективная и безопасная отработка обводненных месторождений Подмосковного бассейна невозможна без опережающего электрометрического прогноза нарушений, который должен рассматриваться как необходимый элемент горных технологий. Основные типы геологических нарушений и обводненных зон в надугольном комплексе пород Подмосковного бассейна могут классифицироваться как прорывоопасные зоны по генезису, морфологии, частоте встречаемости, технологическим свойствам и электрометрическим параметрам слагающих пород.
  2. Сложные гидрогеологические условия шахт Подмосковного бассейна описываются трехслойной геоэлектрической моделью анизотропного массива надугольных пород, которая может быть упрощена путем её замены на две двухслойные: при расчете модели сверху – со стороны первого-второго и снизу – со стороны третьего-второго слоев.
  3. Разработанная математическая модель расчета нормального и аномального электрических полей слоистого массива горных пород отличается использованием вертикальных линейных питающих диполей и приближением приемных электродов к объекту исследования, а также заменой расчетов потенциала U(r) над трехслойной средой расчетами потенциала над двумя двухслойными.
  4. Оптимальные схемы размещения питающих (АВ) и приёмных (MN) диполей при реализации метода подземно-полевой электрометрии могут быть получены на основе теории линейных питающих заземлителей с учетом доли стекающего тока в геологическую среду и обоснованием параметров детерминированных аномалий.
  5. Эффективность применения электрометрического прогнозирования состояний углевмещающего комплекса пород определяется полнотой извлечения информации из полученных измерений, которая обеспечивается использованием современных вероятностно-статистических методов фильтрации полезного сигнала на фоне помех.
  6. Критериями прогноза типов обводненных и необводненных нарушений являются обоснованные в работе значения таких электрометрических параметров, как размеры аномалии, её интенсивность, градиент аномального эффекта с учетом слоистости и трещиноватости углепородного массива, а также величина обратной вероятности обнаружения детерминированной аномалии.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются:

- большим объёмом экспериментальных исследований, проведенных на шахтах Подмосковного бассейна;

- представительным объёмом теоретических исследований, результаты которых не противоречат известным фундаментальным закономерностям электроразведки в углепородных массивах;

- использованием при проведении лабораторных и натурных экспериментов аппаратурного обеспечения с высокими метрологическими характеристиками;

- удовлетворительной сходимостью результатов теоретических расчетов нормальных  и аномальных полей в массиве с параметрами этих полей, полученными экспериментально (различие соответствующих оценок не превышало 10-12 %);

- высокой вероятностью (достигающей 83 %) безошибочного прогноза прорывоопасных зон в углевмещающем массиве, подтвержденной данными отработки выемочных столбов.

Научная новизна:

- установлены функциональные зависимости формирования и распро странения электрического поля в массиве надугольных пород от совокупности влияющих факторов при проведении его геофизического мониторинга, а также получены уравнения, отражающие связь между основными электрическими параметрами и степенью обводненности и нарушенности горных пород;

- разработана геоэлектрическая модель анизотропного массива
надугольных пород с учетом их многослойности по данным стандартного
каротажа;

- на основе математического моделирования электрических полей с использованием автоматизированной обработки информации и учетом разработанных критериев определены условия и вероятности возникновения прорыва подземных вод в горные выработки;

- установлены закономерности влияния параметров питающих и приемных диполей на  электрические характеристики поля в массиве, на основе которых разработан метод электрометрических исследований, включающий предварительный анализ гидрогеологической информации, использование обсадных колонн скважин в качестве питающих электродов, проведение наземных площадных и подземных измерений;

- разработана методика интерпретации электрометрической  информации, учитывающая данные анализа широкого диапазона значений горно- и гидрогеологических факторов и обоснования критериев прогнозирования состояния массива;

- разработаны алгоритмы, блок-схемы и пакеты прикладных программ, обеспечивающие автоматизированную обработку геофизической информации для прогнозирования условий ведения горных работ, что позволяет повысить эффективность отработки участков шахтных полей в различных горно-геологических условиях;

- на основе данных электрометрического прогноза о нарушенности и обводненности углепородного массива обоснованы эффективные и безопасные способы подготовки к отработке угольных пластов.

Научное значение диссертации заключается:

- в разработке подземно-полевого электрометрического метода прогнозирования состояния углепородного массива;

- установлении закономерностей формирования и распространения электрического поля в обводненных углепородных массивах, имеющих сложное строение;

- обосновании и установлении критериев, позволяющих прогнозировать различные типы нарушенных и обводненных зон в массиве горных пород;

- экспериментальном уточнении влияния различных типов нарушений массива горных пород на регистрируемые параметры электрического поля
с учетом помеховых факторов.

Практическое значение работы заключается в разработке методического, аппаратурного и программного обеспечения для реализации подземно-полевого электрометрического метода  прогнозирования  состояния  обводненных углепородных массивов Подмосковного бассейна.

Реализации результатов работы. Основные результаты работы использованы в: «Техническом задании на проектирование станции УЭРС», утвержденном ОАО «Росуголь» (г. Москва); «Инструкции на применение комбинированного способа электрической разведки условий обводнености надугольной толщи», утвержденной ОАО «Росуголь»;  «Методических рекомендациях по обработке и интерпретации электрометрических данных с помощью ПЭВМ для прогнозирования нарушенных и обводненных зон в  над-угольных породах», принятых и утвержденных ОАО «Подмосковный НИУИ» (г. Новомосковск) и ОАО «Тулауголь»; а также частично внедрены в научно-учебный процесс Тульского государственного университета и Новомосковского института Российского химико-технологического университета им. Д.И. Менделеева.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались на научно-технических конференциях (ПНИУИ, 1976-1989 гг.), на отраслевом семинаре по научно-техническим проблемам эффективного осушения строящихся шахт (ПНИУИ, 1980 г.), на Всесоюзной научно-техничес-кой конференции специалистов угольной промышленности (ИГД им. А.А. Скочинского, 1987 г.), на IX Всесоюзном научно-техническом семинаре-совещании (Донецк, УФ ВНИМИ, 1987 г.), на заседаниях технического совета ПНИУИ (1984-1990 гг.), на научных семинарах ННЦ ИГД им. А.А. Скочинского (1985-1988 гг.), на научно-технических конференциях НИ РХТУ им. Д.И. Менделеева (Новомосковск, 1993-2009 гг.), на научно-технических конференциях ТулГУ (Тула, 2005-2009 гг.), на научном симпозиуме «Неделя горняка» (Москва, МГГУ, 2006-2009 гг.).

Публикации. По теме диссертации опубликованы 43 работы, включая 2 монографии и 9 статей в изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки России.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав, заключения и включает 75 рисунков, 24 таблицы и перечень литературы
из 214 наименований.

Автор выражает искреннюю благодарность профессору, д.т.н. Николаю Михайловичу Качурину, д.т.н., профессору, Владимиру Ивановичу Сарычеву, д.т.н., профессору, Вячеславу Алексеевичу Потапенко, д.т.н., профессору, Анатолию Алексеевичу Подколзину, Ирине Анатольевне Юровой, коллективу кафедры «Геотехнологий и строительства подземных сооружений» ТулГУ, а также родным и друзьям за постоянную поддержку, помощь, внимание и
посвящает памяти сына.

Основное содержание работы

В рамках первой главы был проведен анализ особенностей разработки пологих угольных пластов в сложных гидрогеологических условиях Подмосковного угольного бассейна. Обеспечения эффективности добычи полезных ископаемых можно достичь за счет совершенствования методов прогнозирования и оценки состояния и динамики горно-гидрогеологических условий, технологических свойств и наличия нарушенных  и обводненных зон в надугольном комплексе пород при проектировании и эксплуатации угольных шахт.

Исследованиям, направленным на повышение эффективности добычи угля подземным способом, посвящены работы ученых ННЦ ГП-ИГД им. А.А. Скочинского, ИПКОН РАН, ВНИМИ, ПНИУИ, КузНИУИ, МГГУ,
С-ПбГГИ(ТУ), ТулГУ и других организаций. Значительный вклад в развитие методов подготовки, отработки и прогнозирования условий ведения и проектирования очистных и подготовительных работ внесли: А.С. Бурчаков, А.В. Докукин, Е.И. Захаров, В.Н. Каретников, Н.М. Качурин, И.С. Крашкин, Ю.Н. Кузнецов, В.В. Мельник, В.А. Потапенко, Л.А. Пучков, В.И. Сарычев, В.А. Хямяляйнен и многие другие. Однако, несмотря на значительные успехи, достигнутые в этой области исследований, использование многих предложений по проектированию горных работ наталкивается на серьезные трудности, которые в большинстве случаев связаны с недостаточной изученностью обводненности массива горных пород, отсутствием надежного прогнозирования изменения свойств пород и их технологических характеристик при ведении очистных работ.

Анализ современных методов прогнозирования гидрогеологического состояния массива горных пород позволил установить, что наиболее эффективными для угольных шахт являются геофизические методы и прежде всего электрометрические. Опыт применения электрометрических, сейсмоакустических и других геофизических методов в целях прогнозирования нарушенных и обводненных зон в массиве горных пород отражен в работах Н.А. Азарова, А.С. Вознесенского, М.С. Газизова, Р.А. Гульянца, В.Н Захарова, Н.Н. Киселева, В.Ф. Матюшечкина, И.М. Мелькановицкого, М.Д. Молева, Ю.Г. Мясникова, Е.Л. Новикова, А.А. Огильви, С.М. Простова, А.Д. Рубана, Н.У. Савенкова, А.А. Смирнова, В.К. Хмелевского, В.Л. Шкуратника, Д.В. Яковлева и др.

Современное состояние знаний по рассматриваемой проблеме, а также  цель и идея работы обусловили необходимость постановки и решения следующих задач исследований:

- выявить условия и вероятность возникновения прорыва подземных вод и плывунов в горные выработки и обосновать основные типы прорывоопасных зон;

- разработать геоэлектрическую модель анизотропного массива  надугольных пород и обосновать критерии прогнозирования обводненного состояния массива;

- установить информативные критерии для выявления и определения зон и основных параметров горно-геологического нарушения, повышающие разрешающую способность подземно-полевого электрометрического метода;

- установить закономерности формирования и распространения электрического поля в массиве надугольных пород;

- выявить и оценить характеристики электрических полей в массиве от параметров питающих и приемных диполей для эффективного проведения наземных и подземных измерений;

- разработать аппаратуру, алгоритмы, блок-схемы и пакеты прикладных программ, обеспечивающие автоматизированную обработку электрометрической  информации и прогнозирование условий ведения горных работ;

- разработать подземно-полевой электрометрический метод прогнозирования нарушенности и обводненности углепородного массива для обеспечения эффективного и безопасного ведения горных работ;

- оценить технико-экономическую эффективность прогнозных рекомендаций для практического применения их на шахтах при обосновании способов подготовки угольных пластов к отработке.

До начала 80-х гг. на шахтах Подмосковного бассейна широко применялись подземные и полевые методы электроразведки. Однако с вводом в эксплуатацию новых шахт с наличием в геологическом разрезе мощного (до 70 м) высокоомного окского известняка, являющегося экраном электрического поля, применение в отдельности полевых или подземных методов стало малоэффективным. Сложность горно-гидрогеологического строения толщи пород на шахтах потребовала приближения приемно-питающих электродов к исследуемому комплексу горных пород и тщательного изучения в нем распределения нормального и аномального полей. Оптимальным решением этой проблемы, учитывая работы А.И. Заборовского, В.С. Могилатова и В.С. Моисеева по эффективности применения линейных питающих электродов, является прогнозирование нарушенных и обводненных зон в надугольных породах методом наземно-скважинной и подземно-скважинной электрометрии, получившим в ОАО "Подмосковный НИУИ" название комбинированного способа подземной и полевой электрометрии - КСППЭ. Суть этого метода заключается в использовании обсадных колонн скважин в качестве питающих линейных электродов и измерении электрического поля на дневной поверхности (НСЭМ) и из горных выработок (ПСЭМ). Однако эффективное применение рекомендуемого метода сдерживается нерешенными вопросами его физико-математического обоснования, отсутствием математических моделей геоэлектрических условий залегания горных пород и рационального комплекса методов интерпретации электрометрических данных. Надежность прогнозирования в сложных горно-геологических условиях с помощью этих методов не превышает 70 %. Это объясняется сложностью и разнообразием гидрогеологического состояния массива и его изменением в процессе ведения горных работ. В связи с мощным развитием вычислительной техники и компьютерных технологий появилась возможность моделирования электрических полей в конкретных горно-геологических условиях для проведения оперативной предварительной оценки структуры и параметров электрического поля с учетом влияния аномальных зон в углевмещающих породах.

Массив горных пород угольных месторождений представляет собой сложную анизотропную, дискретную, слоистую, трещиноватую, обводненную среду, содержащую большое количество нарушений (сбросов, надвигов, разрывов и др.), находящуюся в напряженном состоянии. Непрерывное развитие горных работ изменяет состояние и свойства массива и вносит соответствующие изменения в техногенные процессы, происходящие в нем, что приводит к формированию аномальных зон. Ведение горных работ вблизи или непосредственно в таких зонах приводит к нарушениям режима работы шахты и даже к авариям. Таким образом, заблаговременное прогнозирование состояния массива горных пород при подземной разработке обводненных угольных месторождений является необходимым.

Геологическое строение Подмосковного бассейна можно представить как горизонтально-слоистую структуру, надугольный комплекс пород которой характеризуется значительной невыдержанностью по мощности и составу отдельных слоев, наличием геологических нарушений в них. По материалам геологических служб шахт выделены основные типы геологических нарушений и обводненных зон в надугольном комплексе пород Подмосковного бассейна по генезису, морфологии, физическим и технологическим свойствам слагающих пород как потенциальных прорывоопасных зон. Это карсты, эрозионные долины, мульдообразные понижения и трещиноватые зоны, которые характерны локальной обводненностью, дифференцируемостью физико-механических свойств горных пород, слагающих тот или иной слой (рис.1,а). Такие прорывоопасные зоны могут обусловить прорывы воды и плывунов в лавы, что снижает нагрузку в несколько раз и приводит к значительному материальному ущербу. Продолжительность выхода из строя лавы составляет от 10 суток до 1 года, а иногда горные выработки не подлежат восстановлению. Гистограмма частоты встречаемости нарушений Р и способы их обнаружения по максимальному размеру d в плане (рис.1,б) показывают целесообразность применения электрометрического метода прогнозирования. Анализ исследований материалов шахтных геологических служб показал, что 95-97 % прорывов в горные выработки произошли из надугольных пород и лишь 3-5 % - из подугольных. Поэтому основное внимание при прогнозировании прорывоопасных зон уделено изучению массива  надугольных пород. Проведенный анализ позволил сформулировать отмеченные выше цель и задачи исследований.

а)

Рис. 1. Основные типы геологических нарушений в надугольном комплексе пород (а) и  гистограмма частоты встречаемости нарушений Р и способы их обнаружения по максимальному размеру d  в плане (б)

Вторая глава посвящена разработке и исследованию имитационных и математических моделей геоэлектрических условий углевмещающего комплекса пород. Закономерности распределения поля при электрометрических исследованиях углепородного массива на шахтах Подмосковного бассейна изучались Н.У. Савенковым, Е.Л. Новиковым, Р.А. Гульянцем и другими учеными. При этом они рассматривали точечное заземление питающих электродов на физических моделях в электролитических ваннах. Однако физическое моделирование идеализирует реальную геологическую среду и затрудняет получение достоверных результатов из-за трудности создания критериев подобия. Поэтому, чтобы правильно истолковать получаемые результаты электрометрии при всем многообразии условий, необходимо рассчитать математическим путем поведение электрического поля в многослойном разрезе «без» и «с» геологическими нарушениями в нем.

Для разработки геоэлектрической модели были изучены и проанализированы геологические и геофизические показатели надугольных пород, полученные по данным бурения и стандартного каротажа углеразведочных скважин. Для проведения математического моделирования обоснована и разработана трехслойная горно-геоэлектрическая модель надугольных пород, основные геолого-геофизические параметры прорывоопасных зон и вмещающих пород которой представлены в таблице 1.

Таблица 1. Геолого-геофизические параметры геоэлектрической
модели надугольного комплекса пород

№ геоэлектрического слоя

Состав
горных
пород

Геологический индекс

Характеристика пород
вмещающей среды

Характеристика пород аномального
объекта

мощность слоя, м

кажущееся сопротивление, Ом⋅м

мощность, м

поперечные размеры, м

кажущееся сопротивление, Ом⋅м

min

max

optim

min

max

optim

min

max

optim

min

max

optim

min

max

1

Суглинок, глина, песок

Q,
Mz

10

40

25

20

100

60

10

40

25

10

100

30

10

200

2

Известняк

5

70

30

200

800

500

5

70

50

10

100

50

30

1500

3

Песок, известняк, уголь, глина


15

40

20

50

120

80

5

40

30

10

100

30

10

500

Анализ каротажных данных геологических нарушений и обводненных зон в надугольных породах показал, что кажущееся электросопротивление ρк изменяется от 1500 Ом⋅м (сухая трещиноватая зона) до 10 Ом⋅м (обводненная мульда).

Математическое моделирование выполнено для следующих размеров нарушения: 5, 10, 20, 40, 50, 70 м - по мощности (hа); 10, 30, 50, 100 - по поперечному размеру (dа). Максимальное приближение трехслойной модели (рис. 2) к натурным условиям позволило получить по разработанным алгоритмам и программам серию номограмм распределения нормального и аномального электрических полей. При этом важным является то, что модель рассматривалась как с кровли первого горизонта, так и с подошвы третьего.

а)  б) в)

       Рис.2. Геолого-каротажные характеристики углевмещающих пород
для обоснования параметров геоэлектрической модели: а) геологический разрез;  б) диаграммы электрического (ρ) и радиоактивного каротажа (); в) геоэлектрическая модель

В связи с симметрией задачи нормальное электрическое поле не зависит от угла φ и потенциал U определяется по осям r и z следующим выражением:

U(r,z) = ,                                (1)

где I - ток источника возбуждения, А; Jo - функция Бесселя; m - переменная интегрирования; V (m,z) - функция поля.

Решение задачи сводится к отысканию функции V (m,z), которая, как и любое поле, есть сумма нормального и аномального полей:

V(m,z) = Vн(m,z) + Vа(m,z).                                        (2)

Для однородного полупространства определение потенциала электрического поля при заземлении питающей цепи линейным электродом, с которым отождествляется обсадная колонна скважины, получено следующее выражение:

  U(r) = ,  (3)

где а - длина электрода, м; b - радиус электрода, м; r – расстояние от питающего электрода до точки измерения, м.

Потенциал поля над трехслойной горизонтальной средой для точечного источника поля описывается следующим выражением:

U(r) = ,  (4)

где h – общая мера для мощностей первого h1 и второго h2 слоев, м; qn – коэффициент эмиссии.

В результате математического решения и анализа выражений (1)-(4) потенциал электрического поля на поверхности трехслойной среды от линейного заземлителя может быть определен формулой:

U(r) = .  (5)

Выражение в квадратных скобках в физическом смысле отражает изменение расстояния от точки измерения до источника тока и учитывает "индивидуальность" геоэлектрического разреза. Выражение в фигурных скобках является поправкой в значении потенциала, учитывающей линейность питающего электрода. Сложность математических расчетов заключается в определении коэффициента эмиссии, который определяется для каждой геоэлектрической среды по рекуррентной формуле:

= К12 + K23qm - K12 K23, (6)

где К12 и К23 - коэффициенты отражения электрического тока при переходе из первой среды во вторую (К12) и из второй среды в третью (К23), которые равны:

К12 =  , (7)

К23 = ,

индексы р1, р2 - численные коэффициенты, которые для каждой геоэлектрической модели равны:

р1 = h1/h,  и р2 = (h1+h2)/h,  (8)

m - положительное целое число, которое выбирается аналитическим путем. При m > 7 существенного изменения в значениях потенциала поля для геоэлектрического разреза шахт бассейна не происходит (по данным расчетов автора). Поэтому максимальное число m = 7.

В случае двухслойного разреза потенциал электрического поля от линейного питающего заземлителя с учетом проведения измерений на поверхности выемочного столба равен:

U(r) = ,  (9)

а с учетом проведения измерений из оконтуровочных штреков выемочного столба потенциал на любой глубине (z) исследований равен:

  (10)

где ΔIc - сила тока, стекающего с обсадной колонны; m = 1-7 (эти пределы, обоснованные для трехслойной среды, остаются оптимальными и для двухслойной); z - глубина залегания угольного пласта, которая для шахт-новостроек бассейна изменяется от 50 до 130 м.

По данным математического моделирования задач наземно- и подземно-скважинной электрометрии получены следующие результаты:

- по разработанным алгоритму (рис. 3) и программе решена прямая задача электрометрии;

Рис. 3. Схема алгоритма расчета потенциала над трехслойной средой

- установлена возможность замены расчетов потенциала над трехслойной средой двумя двухслойными средами при рассмотрении модели сверху (со стороны первого-второго) и снизу - (со стороны третьего-второго слоев) при сходимости нормального фона 30 мВ;

- в зоне экстремальных значений (ПК 0-10) тренд нормального поля при точечном заземлении диаметрально противоположен тренду при линейном заземлении (рис. 4);

Рис. 4. Номограмма распределения потенциала нормального поля при
точечном и линейном заземлении питающей линии

- закономерности аномального поля при помещении аномального объекта на ПК 5-10 показали уверенную его регистрацию с интенсивностью 135-145 % на краевых участках (рис. 5);

- при изменении параметров аномального объекта ρвм.ср/ρа = 2-10 (ρвм.ср.=  ρ1,ρ2 или ρ3), dа= 10-100 м, hа= 5-70 м (ha = h1, h2, или h3) аномальный эффект над центром объекта изменяется на 5-50 %, над краями объекта в 2-10 раз, что обеспечивает надежность получения количественных характеристик (dа, hа и ρа) при интерпретации графиков электрометрии, полученных как на дневной поверхности, так и в горной выработке (табл. 2).

а)

Рис. 5. Математическое моделирование аномального поля в случае карстовых нарушений в основной кровле и в угольном пласте: а) графики распределения аномального поля; б) горно-геологическая модель пространственного положения нарушений

Таблица 2. Количественные характеристики аномальных зон по данным математического моделирования

Тип геологического нарушения

Размеры нарушения, м

Ширина детерминированной аномалии da, м

Сопротивление аномального объекта, ρа, Ом⋅м

ρвм.ср./ρа

Интенсивность аномалии
η=100%

горизонтальные
da = ƒ(ΔUext)

вертикальные
ha=ƒ(η)

обводненное нарушение

необводненное нарушение

по центру

по границе

Мульдообразное понижение

30-50

30-60

50

10-200

10-15

1

30-50

50-150

Эрозионный
размыв

50-100

20-40

70

20-500

10-27

0,4-1,5

50-85

150-700

Карстовое
нарушение

20-60

50-70

30

30-15000

7-27

0,1-1,5

85-150

170-900

Трещиноватая зона

10-30

30-40

20

50-1000

4-16

0,1-0,5

85-150

150-1000

В третьей главе рассматриваются обоснование и разработка подземно-полевого метода электрометрического прогнозирования состояния массива горных пород. Характер cтекания тока с поверхности трубы и весь физический процесс был исследован на основе теории линейных заземлителей. Установлено, что для условий Подмосковного бассейна достаточно заземлить питающую линию АВ на устья скважин, так как сопротивление вмещающей среды высокое (ρвм.ср ≥ 50 Ом⋅м). При этом большая часть тока (≈ 80%) распределится по всей колонне и на ее забое будет не менее 10 % от общего задающего тока, что подтверждает возможность практического применения электрометрических методов при измерении полезного сигнала как на дневной поверхности, так и в горных выработках, где IAB → 4 А. Выявлены закономерности cтекания тока с обсадной колонны в геологическую среду в зависимости от ее электрического сопротивления. При пересечении обсадной колонны низкоомного (до 25 Ом⋅м) пласта в него будет стекать 40 % тока, а высокоомного (более 300 Ом⋅м) – 20 %. Установлено влияние параметров питающих и приемных диполей на электрические характеристики поля в массиве, на основе чего разработана методика проведения исследований, включающая предварительный анализ гидрогеологической информации, использование обсадных колонн скважин в качестве питающих электродов, наземные (площадные) и подземные (штрековые) измерения. Основные параметры имеют следующие значения:
АВ = (10…20)·h, MN = 10 м, Ih = 0.1·I0. Это дает основание для уверенного прогнозирования нарушенных обводненных и необводненных зон в  надугольном комплексе пород Подмосковного бассейна (рис. 6 и 7).

Рис.6. Кривая зависимости характера стекания тока с обсадной колонны от сопротивления вмещающей среды

Рис. 7. График определения электрического тока вдоль обсадной колонны

Прогнозирование прорывоопасных зон в надугольных породах электрометрическим методом производится на стадии эксплуатации угольных месторождений Подмосковного бассейна с поверхности выемочного столба и из штреков, оконтуривающих выемочный столб. Методика проведения шахтных электрометрических наблюдений включает в себя следующие этапы: рекогносцировочные геолого-гидрогеологические и геофизические исследования с целью определения размеров установки для конкретных параметров ожидаемых геологических аномалий; площадные поисковые электрометрические наблюдения по сетке 10×10 м на двух-трех разносах как с точечным заземлением питающей линии АВ, так и с заземлением на обсадные трубы (НСЭМ); детализационные профильные электрометрические измерения в штреках с заземлением питающей линии АВ на устье скважин (ПСЭМ). Таким образом, с двух сторон, сверху и снизу, "просвечивается" весь надугольный комплекс пород (рис. 8).

На поверхности выемочных столбов бассейна имеются устья водопонизительных, переспускных и других скважин, количество которых вполне достаточно для проведения полевых и подземных электрометрических наблюдений всей площади выемочного столба с несколькими разносами питающей линии АВ. Полученные площадные данные электрометрии дают общую оценку всего выемочного столба. Параллельно или последовательно с НСЭМ (в зависимости от количества имеющихся геофизических отрядов) проводятся профильные измерения разности потенциалов в штреках по направлениям - кровле, стенкам, почве (ПСЭМ). Естественно ожидать, что приближение элементов установки к интересующей части разреза или объекта в массиве горных пород повышает эффект в наблюдаемом поле.

В четвертой главе предложено обоснование методики интерпретации электрометрических данных. Эффективность геофизических методов в значительной мере определяется полнотой извлечения информации из полученных наблюдений. Повышение разрешающей способности электрометрических исследований связано с проблемой выделения полезных сигналов на фоне помех. Проведенные методически правильно и в большом объеме геофизические исследования не решают поставленные горно- и гидрогеологические задачи, если не предусмотреть обработку и интерпретацию первичного материала с использованием современных вероятностно-статистических методов.

а)

 

б)

Рис. 8. Технологические схемы проведения измерений: а) метод наземно-скважинной электрометрии (НСЭМ); б) метод подземно-скважинной (ПСЭМ) электрометрии

Анализ методов обработки геофизической информации и уровня надежности прогнозирования гидрогеологического состояния и наличия прорывоопасных зон в массиве горных пород показал, что использование ранее принятых положений и нормативов не удовлетворяет требованиям эффективной и безопасной отработки месторождений. Сложность принятия решения усугубляется также тем, что полная и достоверная информация состояния массива имеется только около разведочных скважин и неизвестна его динамика. Поэтому представляется важным рассмотрение последовательности горно-гидрогеологического истолкования электрометрических данных, которое включает в себя первичную обработку, геофизическую качественную и количественную интерпретацию и составление документации (заключения и рекомендаций) для представления предприятиям и использования их при разработке проектов способов осушения и выемки угля. Схема оптимального комплекса методов обработки и интерпретации (применительно к данным методов НСЭМ и ПСЭМ) разработана автором на основании изучения и анализа имеющихся в геофизике современных методов интерпретации и включает в себя качественное, количественное и горно-гидрогеологическое направления. Все эти направления взаимосвязаны и включают в себя графические, аналитические, статистические и вероятностные методы.

Методы осреднения широко распространены в статистике (работы И.М. Блоха, А.Г. Тархова и др.) и направлены на уменьшение изрезанностей графиков и увеличения наглядности визуального выделения аномалий. Оптимальным "окном" для условий бассейна определено: по методу среднего геометрического - трехточечное, по методу скользящего (подвижного) среднего - трех- и пятиточечное. К полученным графикам применяются аналитические методы выделения аномалии, основанные на сравнении с теоретическими для получения количественных параметров аномалии. По данным математического моделирования получена информация о характере и параметрах аномалий от различных прорывоопасных зон, т.е. решена прямая задача геофизики. По шахтным графикам электрометрии решается обратная задача геофизики - выявление параметров геологического нарушения в надугольных породах: его глубины залегания и поперечных размеров. Обосновано несколько типов детерминированных (известных по форме и параметрам) аномалий, которые зависят от геологической природы нарушения и соответствуют различным типам нарушений (см. табл. 2). Однако статистические и аналитические методы служат для выделения довольно сильных аномалий, которые можно подтвердить визуально. При этом графики наблюдений несут в себе информацию и о слабых аномалиях, которые не обнаруживаются на фоне помех визуально. В этом случае используются методы распознавания образов. Одной из возможностей фильтрации полезной информации на фоне помех является метод обратных вероятностей. Для условий бассейна разработан алгоритм этого метода (рис. 9). Сложность математического аппарата метода обратных вероятностей делает расчет «вручную» трудоемким и длительным. Использование ПЭВМ значительно повышает эффективность математической обработки и уменьшает период интерпретации по каждому выемочному столбу от 3 месяцев до 1-2 недель, что обеспечивает оперативную выдачу прогнозных рекомендаций на шахты.

Результаты измерений разности потенциалов электрического поля, полученные методом НСЭМ, подвергаются статистическим расчетам:

ΔUпов = , (11)

где ΔU′,ΔU - соответственно измерения при меньшем и большем разносе питающей линии АВ. Этим обеспечивается исключение влияния неоднородностей в верхнем слое.

Значения ΔU, полученные в горных выработках методом ПСЭМ, предлагается представлять в следующем виде:

ΔUш = ,  (12)

где ΔUк, ΔUп – измерения ΔU по кровле и почве штрека. Этим исключается влияние оконтуровочных штреков.

Для получения объемной характеристики всего геологического разреза надугольных пород по конкретному профилю (штреку) наблюдений вводится объемный параметр ΔUоб: 

ΔUоб = ΔUпов + ΔUш.                 (13)

Кроме описанных характеристик электрического поля (ΔUпов, ΔUш, ΔUоб), существенное значение имеют полученные по ним эквивалентные параметры суммарной продольной проводимости (Si) и суммарного поперечного сопротивления (Ti).

Рис. 9. Блок-схема алгоритма расчета вероятности обнаружения аномалии

Согласно работам В.К. Хмелевского, И.М. Мелькановицкого и др. эти параметры для условий бассейна выражаются следующими уравнениями:

Si = ;  Ti = , (14)

где - суммарная мощность исследуемого комплекса пород; ΔUi = ΔUпов, ΔUш, ΔUоб в i-й точке профиля. Физический смысл характеристик Si и Ti заключается в следующем: основываясь на параметрах электрической анизотропии, они количественно отражают структурную анизотропию горных пород в массиве. Характеристика разреза поперечного сопротивления (Т) с точки зрения технологических свойств отражает степень трещиноватости и нарушенности пород в каждой точке измерений. Продольная проводимость разреза (S) характеризует степень слоистости надугольной толщи с учетом глинистых прослоек. Это дает дополнительную информацию о прорывоопасности геологического нарушения и уточняет глубину его залегания (hа).

В пятой главе представлены промышленные исследования и результаты внедрения методики интерпретации электрометрического прогнозирования геотехнологических условий ведения горных работ. Обработка одного из графиков, полученного при измерении по кровле штрека 110 Восточного шахты «Бельковская», показана на рис. 10. При этом были произведены трех и пяти точечное арифметическое и геометрическое осреднения. Эти графики не имеют визуально интерпретируемый вид, а на пикетах 22-24 можно уверенно выделить отрицательную (обводненную) аномалию, которая подтверждается методом отношения градиентов потенциала и методом обратных вероятностей. На шахту были выданы рекомендации по локальному осушению в прорывоопасной зоне, которые не были учтены, и произошел прорыв.

Примером обнаружения неизвестного с помощью нескольких методов является  эвристическая оценка обводненной надугольной толщи по данным электрометрии (рис. 11). Здесь представлены графики измерений ΔU по кровле и почве 20 вост. штрека ш.«Прогресс», графики вероятности (Р) и обратной вероятности (1/Р) обнаружения детерминированной аномалии, графики кажущихся сопротивлений (к) электропрофилирования (ЭП) в модификации срединного градиента (СГ) на разных разносах питающих диполей АВ, выделены и указаны аномальные зоны на конкретных пикетах.

1 - переходимое нарушение; 2 - непереходимое нарушение; 3 - рекомендуемые границы обхода нарушения; 4 - рекомендации по бурению скважин

Рис. 10. Схемы ведения горных работ на шахте «Бельковская»: а) проектная схема отработки; б) данные геофизического исследования массива горных пород; в) обработка результатов исследований; г) прогноз и рекомендации ведения очистных работ; д) прорыв воды из-за несоблюдения рекомендаций

Рис.11. Эвристическая оценка обводненности надугольной толщи
по данным электрометрии на шахте "Прогресс"

Графики электрометрии, полученные на ш.«Никулинская» по пяти параметрам (ΔUпов, ΔUш, ΔUоб, S, Т), характеризуются большой изрезанностью, трудночитаемостью и несут в себе сложную информацию как о полезной составляющей поля - аномалии, так и о помехах. Их физический смысл отражает дифференциацию и сложность литологического и морфологического факторов геологического разреза по штреку наблюдения. Поэтому одной из возможностей фильтрации полезного сигнала на фоне помех является статистико-математическая обработка данных электрометрии. Итак, по результатам математического моделирования и данных опытно-промышленной проверки электрометрического прогнозирования прорывоопасных зон получены электрометрические критерии для параметров поля ΔUпов, ΔUш, ΔUоб, которые особенно эффективны, если их применять к полученным на ш.«Никулинская» параметрам продольной проводимости (S) или слоистости и поперечного сопротивления (Т) или трещиноватости (рис. 12).

Это объясняется сходством основных законов (Дарси и Ома), описывающих фильтрационные процессы жидкости и постоянные электрического поля, в массиве горных пород, т.е. функциональной зависимостью фильтрационных и электрических параметров от сходных геолого-гидрогеологических факторов. Строгих аналитических связей между геофильтрационными и электрическими величинами нет, а статистические связи появляются в результате совместного анализа гидрогеологических и электрических характеристик прорывоопасных зон. Для условий шахт Подмосковного бассейна приводятся критерии выделения прорывоопасных зон для основных типов нарушений в надугольных породах (табл. 3).

Таким образом, к полученным пяти характеристикам электрического поля (ΔUпов, ΔUш, ΔUоб, S, Т) применяется комплекс методов интерпретации: графические, статистические, аналитические и вероятностные, по которым получены конкретные количественные характеристики каждого типа прорывоопасных зон. Выделение аномальных зон методом обратных вероятностей с использованием математической модели аномалий, применительно к полученным геофизическим характеристикам ΔUпов, ΔUш, ΔUоб, S, Т, позволяет полностью исключить субъективность при интерпретации.

Рис.12. Совмещенная схема горно-геофизических характеристик для гидрогеологической  интерпретации данных ПСЭМ: а) графики ΔUш и осредненный по методу среднего геометрического; б) геологический разрез и кривые ΔU, измеренные по кровле (ΔUк) и почве  (ΔUп); в) графики продольной проводимости S, поперечного сопротивления Т и дебита скважин Q

Таблица 3.  Критерии прорывоопасности по продольной проводимости и поперечному сопротивлению массива горных пород

Наименование
критерия

По S (слоистость)

По Т (трещиноватость)

обводненный карст (размыв)

мульда

трещиноватая зона (сухая)

обводненный карст (размыв)

мульда

трещиноватая зона (сухая)

Вид аномалии

Положительная

Положительная

Отрицательная

Отрицательная

Отрицательная

Положительная

Величина аномалии

1,5-2

1,1-1,4

3-6

2-5

1,2-1,5

2-4

Интенсивность аномалии

0,5-0,7

0,1-0,2

2-7

0,4-0,6

0,2-0,4

3-5

Градиент аномального эффекта (×10-2), 1/м

2,5-3,5

0,25-0,45

2-5

3-4,5

0,2-0,4

2-4

Форма аномалий:

узкая

+

+

+

+

широкая

+

+

+

+

В шестой главе рассматриваются вопросы, связанные с подготовкой угольных пластов к отработке на основе электрометрического прогнозирования прорывоопасных зон. Геофизические исследования проводились в период между окончанием проходки горных выработок, оконтуривающих выемочный столб, и пуском лавы в эксплуатацию. В общей сложности этот период обычно длится 2-3 мес. Длительность геофизической съемки составляет 2-3 недели на один выемочный столб длиной 1000 м и шириной 100 м и около двух недель необходимо на интерпретацию и выдачу конкретных рекомендаций геологам шахт по осушению: бурение наклонных восстающих скважин на тульский горизонт из горной выработки или с поверхности выемочного столба бурение водопонижающих скважин на окский горизонт. Оставшегося времени до пуска лавы вполне достаточно для выбора схем осушения рационального размещения в штреках дренажных устройств и полной подготовки лавы к эксплуатации.

По многочисленным данным шахтного электрометрического прогнозирования аномальных зон в углевмещающем комплексе горных пород были обоснованы схемы безаварийной подготовки к отработке выемочных столбов с учетом величины и расположения непереходимых нарушений
(рис. 13). Геологи шахт не всегда реализуют геофизические рекомендации по локальному осушению прорывоопасных зон, поэтому в процессе отработки лав происходят прорывы воды и плывунов в горные выработки, что снижает эффективность отработки и приводит к остановке горных работ.

нарушение со стороны штрека

а) конвейерного б) вентиляционного

нарушение в средней части выемочного участка

в) нарушение малых размеров г) нарушение больших размеров

Рис. 13. Схемы подготовки к отработке выемочного столба, имеющего непереходимое нарушение

Для повышения надежности осушительных мероприятий предполагается пройти дополнительный дренажный штрек, что особенно необходимо при нарезке выемочных столбов с длиной лавы Lл = 120-140 м (рис.14). Учитывая геологический разрез, в аномальную зону можно рекомендовать бурение восстающих наклонных скважин из дренажного штрека на тульские и окские обводненные породы, а также водопонижающие скважины с поверхности на окские известняки. Дальнейшую отработку можно вести как две лавы по очереди.

а)

б)

Рис.14. Подготовка угольных пластов к отработке: а) геологический разрез с прогнозной рекомендацией прорывоопасной зоны; б) схема подготовки выемочного столба к отработке

Важнейшими параметрами системы разработки являются размеры выемочного столба: длина выемочного столба и длина очистного забоя. Анализ работы 207 выемочных столбов Подмосковного бассейна показывает, что
60 % выемочных столбов имели длину до 500 м, 27 % - от 500 до 800 м и только 13 % имели длину 800-1400 м. Длина лавы колебалась в очень широких пределах: от 35 до 130 м. Среднедействующая линия одного очистного забоя составила 79,7 м. Расчеты показали, что рациональная длина очистного забоя в зависимости от горно-геологических условий (устойчивости боковых пород, гипсометрии, наличия нарушений угольного пласта, условий поддержания выемочных выработок) и типа комплекса, выбранного по преобладающей мощности угольного пласта в выемочном столбе, находится в пределах 60-130 м. При ведении очистных работ характер сдвижения толщи слоистых пород изменяется в довольно широких пределах и зависит от многих факторов, основными из которых являются: вынимаемая мощность угольного пласта, глубина ведения работ, структура и физико-механические свойства пород, длина лавы. Принимаемые решения по определению рациональных значений длины лав и выемочного столба, на основе которых разработан алгоритм определения оптимальной длины лавы с учетом обеспечения нагрузки на забой (рис.15), должны одновременно удовлетворять условию экономической и технической целесообразности. Расчет коэффициента совершенства схемы организационных работ Кс проводился с учетом факторов, осложняющих ведение горных работ, полученных по данным электрометрического прогноза состояния обводненных углепородных массивов Подмосковного бассейна.

По разработанной и утвержденной ОАО "Тулауголь" методике интерпретации были обработаны результаты электрометрии подземно-полевого метода по шахтам "Бельковская", "Прогресс", "Подмосковная", "Никулинская", "Владимировская" и др. на 22 выемочных столбах и выданы рекомендации по рациональному расположению дренажных скважин и эффективной отработке угля. При этом выявлены 54 геологических нарушения различных типов и обводненных зон, из них 4 ложных и 5 пропущенных. По результатам электрометрического прогнозирования прорывоопасных зон получена надежность безошибочного прогноза 83 %.

Рис.15. Алгоритм определения оптимальной длины лавы с учетом
обеспечения нагрузки на забой

Заключение

Диссертация является научно-квалификационной работой, в которой решена важная научная проблема разработки подземно-полевого электрометрического метода прогнозирования состояния обводненных углепородных массивов Подмосковного бассейна, что имеет существенное значение для обеспечения эффективности и безопасности отработки угля в сложных гидрогеологических условиях.

Основные научные и практические результаты работы, полученные лично автором, заключаются в следующем:

1. Доказана необходимость дальнейших электрометрических исследований для обоснования геотехнологических решений, позволяющих оценивать фактическое обводненное состояние массива и прогнозировать его динамику при подготовке и ведении подземных горных работ.

2. Разработана геоэлектрическая модель анизотропного массива надугольных пород по данным стандартного каротажа и усовершенствована методика обработки геофизической информации за счет учета данных значений гидрогеологических и технологических характеристик и обоснования критериев прогнозирования состояния массива.

3. Определены условия и вероятности возникновения критических ситуаций прорыва подземных вод в горные выработки за счет математического моделирования нормальных и аномальных электрических полей для автоматизированной обработки электрометрической информации и анализа результатов.

4. Установлены функциональные зависимости формирования и распространения электрического поля в зависимости от совокупности влияющих факторов при подземно-полевом методе проведения его геофизического мониторинга, а также получены уравнения, отражающие связь между основными электрическими параметрами и степенью обводненности и нарушенности горных пород.

5. Установлено влияние параметров питающих и приемных диполей на электрические характеристики поля в массиве, на основе которых разработана методика проведения исследований, включающая предварительный анализ гидрогеологической информации, использование обсадных колонн скважин в качестве питающих электродов, проведение наземных площадных и подземных измерений.

6. Обоснованы критерии прогноза типов прорывоопасных зон по следующим электрометрическим параметрам: размер аномалии, её интенсивность, градиент аномального эффекта с учетом слоистости и трещиноватости, а также получены пределы изменения этих параметров.

7. Обоснован критерий оценки нарушенности углепородного массива на основе дифференциации характеристик изменения параметров электрического поля, которым оценивается вероятность возникновения аномального явления. В качестве критерия принята величина обратной вероятности Pi обнаружения детерминированной аномалии, которая должна быть Рi 0,5. Исследования показали, что этот критерий действителен для широкого диапазона горно-геологических условий Подмосковного бассейна в целом.

8. Разработаны:

- комплекс программ математического моделирования формирования и распространения электрического поля в углевмещающих породах;

- технология проведения подземно-полевого электрометрического метода прогнозирования нарушенности и обводненности углепородного массива и возможных гидродинамических явлений (прорывоопасности) при разработке месторождений полезных ископаемых;

- комплекс программ автоматизированной обработки для интерпретации данных электрометрического прогнозирования обводненности, нарушенности и физико–технологических свойств углепородных массивов.

9. Обоснованы способы подготовки угольных пластов к отработке с учетом нарушенности и обводненности углепородного массива по площади выемочного столба, каждый из которых рассматривается и учитывается как случайная величина.

Основные научные и практические результаты диссертации
опубликованы в следующих работах автора

Монографии:

1. Логачева В.М., Подколзин А.А. Повышение эффективности разработки месторождений электрометрическим прогнозированием аномальных зон в углевмещающих породах. -  Новомосковск: Изд. РХТУ им. Д.И. Менделеева, Новомосковский институт. - 2006. - 138 с.

2. Логачева В.М. Электрометрическое прогнозирование состояния углевмещающих пород для выявления причин дестабилизации работы очистных забоев. - Новомосковск: Изд. ГОУ ВПО "РХТУ им. Д.И. Менделеева", Новомосковский институт (филиал). - 2008. - 136 с.

Научные статьи:

3. Логачева В.М. Электрометрическое прогнозирование прорывоопасных зон для повышения безопасности отработки угольных пластов //
Горный информационно-аналитический бюллетень (ГИАБ). -  2006. - № 2. -  С.112-113.

4. Логачева В.М. Оценка физического состояния надугольного комплекса пород на предмет прорывоопасности // Горный информационно-аналитический бюллетень (ГИАБ). -  2006. - № 3 – С.71-73.

5. Логачева В.М. Пример гидрогеологического истолкования геофизических измерений с использованием ЭВМ // Горный информационно-аналитический бюллетень (ГИАБ). -  2006. - № 4 - С.61-65.

6. Логачева В.М., Дмитрак Ю.В. Гидрогеологические условия залегания угольных пластов месторождений Подмосковного бассейна // Горный информационно-аналитический бюллетень (ГИАБ). -  2006. - № 6. – С.28-30.

7. Логачева В.М., Захаров В.Н. Математическое обоснование электрометрического прогноза аномальных зон в углевмещающем комплексе
пород // Горный информационно-аналитический бюллетень (ГИАБ). -  2006. - № 6. - С.133-139.

8. Логачева В.М. Обработка и интерпретация данных электрометрических исследований на шахтах Подмосковного бассейна // Горный журнал. - 2006. - № 6. – С.69-72.

9. Логачева В.М., Дмитрак Ю.В. Основные типы геологических нарушений в углевмещающем комплексе пород Подмосковного бассейна //
Горный информационно-аналитический бюллетень (ГИАБ). -  2006. - № 7. –
С.29-32.

10. Логачева В.М., Дмитрак Ю.В., Подколзин А.А. Геофизическое прогнозирование нарушенности и обводненности массива горных пород // Горный информационно-аналитический бюллетень (ГИАБ). - 2006. - № 11. – С.35-36.

11. Логачева В.М. Эвристическая оценка обводненности надугольной толщи по данным электрометрии // Горный информационно-аналитический бюллетень (ГИАБ). - 2006. - № 12. – С.146-148.

12. Логачева В.М. Повышение геоэкологической безопасности отработки угольных пластов при внедрении способа электроразведочного прогноза // Известия Тульского государственного университета. Серия "Геотехнологии". - Тула: Изд-во ТулГУ. - 2006. - Вып.1.- С.288-294

13. Логачева В.М. Повышение достоверности теоретико-вероятностных методов выявления прорывоопасных зон в углевмещающих породах // Известия Тульского государственного университета. Серия "Геотехнологии". - Тула: Изд-во ТулГУ. - 2006. - Вып.1. - С.294-300

14. Логачева В.М., Качурин Н.М., Подколзин А.А. Повышение надежности геофизического прогнозирования обводненности углевмещающих пород // Известия Тульского государственного университета. Серия "Геотехнологии". - Тула: Изд-во ТулГУ. - 2006. - Вып.1. -С.300-312.

15. Логачева В.М. Физико-математические основы метода наземно-скважинной и подземно-скважинной электрометрии // Известия Тульского государственного университета. Серия "Геотехнологии". - Тула: Изд-во
ТулГУ. – 2006. – Вып.1. – С.312-318.

16. Качурин Н.М., Логачева В.М., Подколзин А.А., Горюнова Е.М. Геологическое обоснование применения геофизических методов для решения геотехнологических задач // Известия Тульского государственного университета. Естественные науки. Серия "Науки о Земле". - Тула: Изд-во ТулГУ. – 2007. – Вып.2. – С.9-15.

17. Логачева В.М. Основные геотехнологические факторы, влияющие на эксплуатацию угольных месторождений // Известия Тульского государственного университета. Естественные науки. Серия "Науки о Земле". - Тула: Изд-во ТулГУ. – 2007. – Вып.2. – С.246-248.

18. Логачева В.М. Геолого-геофизический анализ угленосных геологических структур // Известия Тульского государственного университета. Естественные науки. Серия "Науки о Земле". - Тула: Изд-во ТулГУ. –  2009. – Вып.5. – С.60-63.

Тезисы докладов и депонированные рукописи:

19. Логачева В.М., Газизов М.С. Основы гидрогеологической интерпретации данных шахтных электрометрических наблюдений // Сборник трудов «Совершенствование технологии горных работ и прогнозирование условий залегания угля на шахтах Подмосковного бассейна» ИГД им. А.А. Скочинского, ПНИУИ. – Тула, 1989. - С.82-84.

20. Логачева В.М. К вопросу повышения надежности прогнозирования геологических нарушений электрометрическим методом // Х Всесоюзного научно-технического семинара «Использование новых геофизических методов для решения инженерно-геологических задач». Тез. докл.
4-6 июля. – Москва, 1989. - С.141-142.

21. Логачева В.М. Изучение распределения электрического поля в над-угольных породах при скважинном заземлении электродов // Информационный сборник ЦНИЭИуголь «Научно-технические достижения и передовой опыт в угольной промышленности». - Москва, 1990. – № 2. - С. 29-33

22. Логачева В.М., Новиков Е.Л. Опыт применения электрометрии для прогнозирования обводненности и нарушенности вмещающих пород на шахтах Подмосковного бассейна // «Научно-технические достижения и передовой опыт в угольной промышленности». Информационный сборник ЦНИЭИуголь - Москва, 1990. - № 4. - С.17-20.

23. Логачева В.М. Распределение аномального поля по данным математического моделирования для подземно-скважинной электрометрии // Информационный сборник ПНИУИ «Технология разработки и прогнозирование горно-геологических условий залегания угольных месторождений Подмосковного бассейна» ИГД им. А.А. Скочинского, ПНИУИ. – Тула, 1990. –
С. 39-45.

24. Логачева В.М. Геофизические методы прогнозирования аномальных зон // Труды научно-технической и учебно-методической конференции профессорско-преподавательского состава и сотрудников филиала РХТУ. - Новомосковск, 1993. - С. 282.

25. Логачева В.М. Интерпретация геофизических данных с целью обнаружения обводненных зон в надугольных породах // Материалы научно-технической конференции НИ РХТУ. Ч.2. - Новомосковск, 1994. - С.149-150. Деп. в ВИНИТИ 5.10.95, № 2685-В95.

26. Логачева В.М. Анализ и оценка применения геофизических методов и аппаратуры в Подмосковном угольном бассейне // Тезисы докладов II региональной научно-практической конференции «Повышение долговечности оборудования и восстановления деталей машин: опыт, проблемы, перспективы», 28-29 ноября 1997, Новомосковск / Новомосковский институт Российского хим.-техн. университета. -  Новомосковск, 1997. - С.62-63.

27. Логачева В.М. Электрометрия как метод прогноза аномальных
зон // Материалы науч.-техн. конференции НИ РХТУ, 9-13 декабря 1998, Ч.1. - Новомосковск, 1998. - С.139-140. Деп. в ВИНИТИ 5.02.98, № 331-В98.

28. Логачева В.М. Применение данных математического моделирования для решения геофизического прогнозирования аномальных зон // Материалы научно-технической конференции НИ РХТУ, 23-26 марта 1999, Ч.2. -  Новомосковск, 1999. - С.284-287. Деп. в ВИНИТИ 29.11.99, № 35157-В99.

29. Логачева В.М., Жариков А.В. Электрометрические критерии оценки прорывоопасности вод в горных массивах // Тезисы доклада III науч.-техн. конференции молодых ученых и аспирантов НИ РХТУ. - Новомосковск, 2001. - С.3.

30. Логачева В.М., Кощенко В.И. Физика процесса распределения электрического поля в массиве горных пород // Материалы ХХIII  науч.-техн. конференции Новомосковского института Российского хим.-техн. университета. Новомосковск, 4-7 декабря 2002/ Новомосковский институт Российского хим.-техн. университета. - Новомосковск, 2002. - С.117-118. Деп. в ВИНИТИ 17.04.2002, № 713 В 2002.

31. Логачева В.М., Кощенко В.И. Обоснование параметров модели геоэлектрических условий по данным физического моделирования и стандартного каротажа // Научная конференция профессорско-преподавательского состава и сотрудников НИ РХТУ: Тезисы докладов / РХТУ, Новомосковский институт. – Новомосковск, 2004. - С.60-61.

32. Логачева В.М., Андреев Д.Е. Фатин С.А. Шпак А.В. Геофизические исследования по прогнозированию обводненных зон в углевмещающих породах // VII научно-техническая конференция молодых ученых, аспирантов и студентов НИ РХТУ: тезисы докладов. Ч.II. - Новомосковск, 2005. – С.57.

33. Логачева В.М., Шпак А.В. Гидрогеологическое состояние надугольного комплекса пород по данным электроразведки // XXV научная конференция проф.-препод. состава и сотрудников НИ РХТУ: Тезисы докладов. Ч.I. – Новомосковск, 2006. – С.77.

34.  Логачева В.М., Дронов А.М. Кочкин А.В. Шпак А.В. Повышение достоверности электрометрического прогнозирования горно-геологических условий выемочных участков // VIII научно-техническая конференция молодых ученых, аспирантов и студентов НИ РХТУ: Тезисы докладов. - Новомосковск, 2006. – С.127-128.

35. Logacheva V.M. Geophysical forecasting of disturbances coalcontaining soils // Academy of minig sciences. Geotechnologies and environ-mental protection. - Tula, 2006. - № 1.- Р.66-69.

36. Logacheva V.M. Analysis of the means of interpretation of geographical measulrelments // Academy of minig sciences. Geotechnologies and environ-mental protection. - Tula, 2006. - № 1. - Р.70-74.

37. Logacheva V.M. Methodical baslis of conducting field and udergroud electro ilnvestilgaion // Academy of minig sciences. Geotechnologies and environ-mental protection. - Tula, 2006. - № 1. - Р.75-81.

38. Logacheva V.M. Results of determined anomalies calculation according mathematical modulation data // Academy of minig sciences. Geotechnologies and environ-mental protection. - Tula, 2006. - № 1. - Р.82-84.

39. Логачева В.М. Геофизическое исследование углепородного массива для обоснования технологических параметров ведения горных работ // Материалы ХХVI  науч.-техн. конференции  НИ РХТУ им. Д.И. Менделеева. Ч.2. - Новомосковск, 2007 - С.84.

40. Логачева В.М. Опыт применения комбинированного способа полевой и подземной электрометрии (КСППЭ) для прогноза аномальных зон // Труды НИ РХТУ. Серия: Инженерная механика, материаловедение и надежность оборудования / РХТУ им. Д.И. Менделеева, Новомосковский институт, Вып.7(20). - Новомосковск, 2008. - С. 152-156.

41. Логачева В.М. Определение оптимальной длины лавы с учетом обеспечения нагрузки на забой по данным электрометрического прогноза // Труды НИ РХТУ. Серия: Инженерная механика, материаловедение и надежность оборудования / РХТУ им. Д.И. Менделеева, Новомосковский институт, Вып.7(20). - Новомосковск, 2008. - С. 157-164.

42. Логачева В.М., Подколзин А.А. Подземно- и наземноскважинное электрометрическое исследование надугольных пород выемочных столбов шахт Подмосковного бассейна // XXVII научная конференция проф.-препод. состава и сотрудников НИ РХТУ им. Д.И. Менделеева, посвященная
50-летию НИ РХТУ им. Д.И. Менделеева. Тезисы докладов. Часть II / ГОУ ВПО РХТУ им. Д.И. Менделеева, Новомосковский институт (филиал). - Новомосковск, 2009. - С.77.

43. Логачева В.М. Геофизическое прогнозирование дифференциации массива горных пород по их удельному электрическому сопротивлению // XXVII научная конференция проф.-препод. состава и сотрудников НИ РХТУ им. Д.И. Менделеева, посвященная 50-летию НИ РХТУ им. Д.И. Менделеева. Тезисы докладов. Часть II / ГОУ ВПО РХТУ им. Д.И. Менделеева, Новомосковский институт (филиал). - Новомосковск, 2009. – С.78.






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.