Электронный научный журнал
Современные проблемы науки и образования
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,791

ОЦЕНКА ТРЕЩИНОВАТОСТИ МАССИВА УГЛЕВМЕЩАЮЩИХ ПОРОД ЭЛЬГИНСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ В ИХ ЕСТЕСТВЕННОМ ЗАЛЕГАНИИ

Гриб Н.Н. 1 Скоморошко Ю.Н. 1 Павлов С.С. 1 Кузнецов П.Ю. 1
1 Технический институт (ф) СВФУ, 678960, Республика Саха (Якутия), г.Нерюнгри
При определении прочностных параметров горных пород в их естественном залегании важное значение приобретает достоверная оценка трещиноватости массива углевмещающих пород. Для оценки трещиноватости породного массива, по данным геофизических исследований скважин, предложена методика Марковского векторного прогнозирования, в основе которой лежит математический аппарат нелинейной Марковской статистики. Марковское векторное прогнозирование позволяет учитывать большое количество факторов (генетических, постгенетических, геологических, геофизических и др.), которые в большей или меньшей степени влияют на достоверность прогноза. Использование математического аппарата Марковской нелинейной статистики с привлечением имеющейся базы геологических и геофизических параметров, полученных при разведке Эльгинского каменноугольного месторождения, позволило создать математическую модель для расчета Ктр, применительно для данного месторождения. При этом в качестве основных прогнозирующих факторов при создании модели выбраны: стратиграфическая и современная глубина залегания слоев горных пород; выход керна, регистрируемый при бурении скважин; относительный параметр рассеянного гамма излучения, приведенный к глубине и нормированный на номинальный диаметр скважины. Данный подход позволил получить высокую сходимость между данными геологического опробования и рассчитанными по геофизическим методам исследования скважин.
математический аппарат нелинейной Марковской статистики
геофизические исследования скважин
трещиноватость
углевмещающие породы
1. Гриб Н. Н., Самохин А. В., Черников А. Г. Методологические основы системного исследования массива горных пород. – Якутск: Изд-во ЯНЦ СО РАН, 2000. – 104 с.
2. Гриб Н. Н., Самохин А. В. Физико-механические свойства углевмещающих пород Южно-Якутского бассейна. – Новосибирск: Наука. Сиб. предприятие РАН, 1999. – 240 с.
3. Методическое руководство по изучению инженерно-геологических условий рудных месторождений при их разведке // ВСЕГИНГЕО. – М.: Недра, 1977.
4. Скоморошко Ю. Н. Оценка трещиноватости углевмещающих пород Эльгинского месторождения по данным геофизических исследований скважин / Научные исследования аспирантов и молодых ученых: Сб. статей. Вып. 3, ч. II. – Якутск: Изд-во Якутского ун-та, 2001.
5. Черников А. Г. Методика литогенетического прогнозирования показателей качества углей по комплексу геолого-геофизических данных // Материалы выездной сессии Научно–координационного Совета по угольной геофизике. ЕАГО. – Стрелковое, 1994.
Эльгинское каменноугольное месторождение располагается в центральной части Токинского угленосного района Южно-Якутского бассейна. Геоморфология месторождения и благоприятные условия залегания мощных угольных пластов предопределили возможность их разработки наиболее дешевым открытым способом.

Устойчивость бортов угольных карьеров определяется комплексом инженерно-геологических факторов, среди которых наибольшее влияние на устойчивость бортов оказывают: геологическое строение и гидрогеологическая обстановка месторождения,  прочностные и технологические свойства пород и углей, их трещиноватость, слоистость и раздробленность, а также напряженное состояние самого массива горных пород. Следовательно, учитывая выше приведенные факторы, можно заключить, что для расчета параметров карьера Эльгинского каменноугольного месторождения, при относительно простом его геологическом строении, особо значимым является  достоверная оценка физико-механических  свойств горных пород и углей в массиве. Прочностные свойства массива горных пород обусловлены двумя основополагающими факторами: прочностью породы в образце и структурно-текстурными особенностями данной толщи горных пород, т.е. ее трещиноватостью и слоистостью.

Для разработки методики определения прочностных параметров горных пород в их естественном залегании (в массиве), по данным геофизических исследований скважин,   важное значение приобретает достоверная оценка трещиноватости массива углевмещающих пород. Традиционно трещиноватость горных пород оценивается на обнажениях, в штольнях,  по керну и по данным геофизических исследований скважин (ГИС). Использование данных ГИС для определения физико-механических свойств массива горных пород, в данном случае,  является наиболее перспективно с точки зрения полноты охвата исследованиями массива по вертикали и возможности равномерного распределения этих исследований по площади месторождения   [2]. 

Изучение интенсивности трещиноватости пород Эльгинского месторождения проводилось на всех стадиях разведки месторождения, в каждой геологоразведочной выработке. Кроме того, была проведена специальная инженерно-геологическая  документация  пород и углей по скважинам и горным выработкам.

Трещиноватость  оценивалась  количеством  трещин на 1 пог. м. геологоразведочной выработки (коэффициент трещиноватости).

Данные инженерно-геологической документации скважин были использованы для анализа корреляционных связей между коэффициентом трещиноватости (Ктр) и геофизическими параметрами: Jγγi/Jγγоп, dc и ΔТ (где Jγγi -интенсивность рассеянного гамма излучения i-го слоя, Jγγоп - интенсивность рассеянного гамма излучения опорного слоя, которым на Эльгинском месторождении является маркирующий горизонт конгломератов, имеющий минимальное значение Jγγ, dc - приведенный к глубине и нормированный на номинальный диаметр скважины (dc=[ di-0.5ΔH(-0,63) ]/dн),  и ΔТ -относительные значения интервального времени распространения продольных акустических волн к их значениям в ненарушенных прочных песчаниках) [4].

В результате проведенного анализа были получены недостаточно тесные корреляционные зависимости с низкими коэффициентами корреляции (R= 0.2 - 0.6), и прогноз Ктр по геофизическим параметрам на основе полученных корреляционных зависимостей нельзя назвать достоверным (рис. 1).

pic

 Рис. 1. Сопоставление результатов определения Ктр по инженерно-геологическому описанию керна и геофизическим параметрам

Поэтому нами была использована методика Марковского векторного прогнозирования [1], в основе которой лежит математический аппарат нелинейной Марковской статистики. Марковское векторное прогнозирование позволяет учитывать большое количество факторов (генетических, постгенетических, геологических,  геофизических и др.), которые в большей или меньшей степени влияют на достоверность прогноза.

Использование математического аппарата Марковской нелинейной статистики  с привлечением имеющейся базы геологических и геофизических параметров, полученных при разведке Эльгинского каменноугольного месторождения,  позволило создать математическую модель для расчета Ктр, применительно для данного месторождения.

В основу  расчёта параметров модели  положен принцип  максимального привлечения данных инженерно-геологической документации керна. При этом в качестве основных прогнозирующих факторов  при создании  модели выбраны: стратиграфическая и  современная  глубина залегания слоев горных пород;  выход керна, регистрируемый при бурении скважин;  относительный параметр рассеянного гамма излучения,  приведенный к глубине и нормированный на номинальный диаметр скважины. Последовательность включения и место в структуре вектора модели прогноза Ктр,  приведенных  выше факторов, устанавливалась на основании вариативного подхода и предварительных расчетов наибольшей  значимости этих факторов в определении коэффициента трещиноватости массива горных пород [2].    В структуру вектора не включен литологический тип породы по причине слабого контраста горных пород по их физическим свойствам и невозможности литологического расчленения разреза по геофизическим данным, хотя зависимость Ктр от литотипа несомненна. 

Структура вектора для прогноза Ктр  выглядит следующим образом:

Н - Нстр - ВК - Jγγi/Jγγоп - dc - Jγγi/Jγγоп - ВК - Нстр - Н,

где:

Н - современная глубины залегания слоев горных пород,  м;

Нстр - стратиграфическая глубина залегания слоев горных пород;

ВК - выход керна при бурении скважин.

Стратиграфическая глубина вводится в вектор в виде кодов. Коды стратиграфических интервалов обозначают слои горных пород, залегающие между угольными пластами Ундытканской и Нерюнгриканской свит:  1-выше У20,   2- У2019,   3- У1918,   4-У1817,  5- У1714,   6- У1413,   7- У1312, 8- У128,   9- У86н,   10- У6н5в,   11- У5в4в,  12- У4в16,    13- Н1615,    14- Н1514.

Результаты анализа сходимости коэффициента трещиноватости, определенного по данным геологического опробования и рассчитанного по данным ГИС с использованием Марковского векторного прогнозирования, приведены на рис. 2  и в таблице. 

pic

Рис. 2.  Сопоставление результатов определения Ктр по методике Марковского векторного прогнозирования  и по инженерно-геологическому описанию керна

Таблица

Статистическая оценка математической модели определения коэффициента трещиноватости по геолого-геофизическим данным

Статистический

 параметр

Средняя систематическая

Средняя арифметическая

Средняя квадратическая

Абсолютная погрешность, 1/м

0,14

0,43

0,51

Относительная погрешность, %

3,86

11,90

14,06

Критерий Стьюдента

1,83

 

 

Критический критерий Стьюдента

1,99

 

 

Рецензенты:

Ткач Сергей Михайлович, д.т.н., директор, Институт  Горного дела Севера им. Н. В. Черского СО РАН, 677980, г. Якутск.

Имаев Валерий Сулейманович, д.г-м.н., профессор, ведущий научный сотрудник лаборатории сейсмологии, Институт земной коры,  Сибирское  отделение Российской Академии Наук, г. Иркутск.


Библиографическая ссылка

Гриб Н.Н., Скоморошко Ю.Н., Павлов С.С., Кузнецов П.Ю. ОЦЕНКА ТРЕЩИНОВАТОСТИ МАССИВА УГЛЕВМЕЩАЮЩИХ ПОРОД ЭЛЬГИНСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ В ИХ ЕСТЕСТВЕННОМ ЗАЛЕГАНИИ // Современные проблемы науки и образования. – 2012. – № 3.;
URL: http://www.science-education.ru/ru/article/view?id=6458 (дата обращения: 23.09.2019).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074