550.312:622(571.17)
ОСОБЕННОСТИ МОДЕЛИРОВАНИЯ ТЕХНОГЕННЫХ ИЗМЕНЕНИЙ СИЛЫ ТЯЖЕСТИ ПРИ ОСВОЕНИИ УГОЛЬНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ КУЗБАССА
ФГБОУ ВПО «Кемеровский государственный университет»
*****@***ru
Влияние геотехнологии освоения угольного месторождения на изменение во времени силы тяжести заключается в следующем. Если на глубине Н подработан пласт угля мощностью m за период времени t−t0, то в точке Р (на поверхности Земли или около выработанного пространства) произойдет соответствующее изменение силы тяжести во времени Дg[t−t0]. Такие изменения силы тяжести во времени принято называть техногенными. Указанное изменение Дg[t−t0] может быть зарегистрировано при проведении повторных гравиметрических наблюдений в эпохи t и t0. Следует отметить, что это же изменение силы тяжести может быть рассчитано с помощью ПК на основе решения прямой задачи гравиразведки: по известному начальному положению, плотности и перемещению масс при геотехнологии освоения недр [1, 2].
Информация для определения техногенных изменений силы тяжести при освоении месторождения известна по результатам регулярных маркшейдерско-геодезических съемок.
Объём перераспределения плотности масс массива горных пород, ограниченный поверхностью S, аппроксимируем системой из N элементарных параллелепипедов с гранями, параллельными координатным плоскостям условной прямоугольной системы координат, поэтому общий алгоритм для вычисления таких изменений можно представить в виде
, (1)
где f – гравитационная постоянная; 
– изменение во времени плотности масс элементарного объёма; 
– изменение характеристики гравитационного поля, обусловленное перемещением масс элементарного объёма.
Разработанный алгоритм (1) характеризуется тем, что в едином комплексе последовательно вычисляются [1, 2] начиная со вторых производных Дgxxk[t−t0], Дgyyk[t−t0], Дgzzk[t−t0] и до потенциала. Алгоритм (1), реализующий определение техногенных изменений силы тяжести, универсален и обладает достаточной гибкостью, что позволяет учитывать особенности перераспределения масс во времени при разных видах геотехнологии освоения недр.
Первой особенностью определения техногенных изменений характеристик гравитационного поля во времени на угольных месторождениях является учет неоднородностей плотности масс перемещаемых при ведении горных работ, что нашло отражение в программах [3, 4], а также в цифровых моделях.
На угольных шахтах отработку пластов в большинстве случаев осуществляют с обрушением пород кровли. Этот процесс характеризуется сначала медленным прогибом кровли пласта, а затем по мере увеличения площади выработанного пространства в движение приходят всё большие участки подработанной толщи пород кровли и увеличивается прогиб слоев. Потом происходит отделение нижележащих слоев от вышележащих и их разрушение на отдельные куски и глыбы.
Разработанный нами алгоритм и программы для ПК [3, 4,] позволяют моделировать связь процесса обрушения непосредственной кровли с техногенными изменениями характеристик гравитационного поля. Для этого создается цифровая модель перераспределения плотности масс.
В подработанной толще выше зоны обрушения выделяют ещё две: прогиба с нарушением сплошности слоев в виде трещин и плавного прогиба без нарушения сплошности слоев.
Предложенный нами подход изучения поведения подработанного массива горных пород рекомендуется для исследования деформаций блочного массива горных пород для шахт типа ”Владимирской”, характеризующейся неустойчивой кровлей и глубиной до 100 м.
В таблице 1 приведены результаты моделирования техногенных изменений силы тяжести, обусловленных отработкой лавы площадью 75000 м2, мощностью пласта 4 м, периодом времени 198 суток, плотностью угля 1,4 г/см3 на различных глубинах (125 м, 175 м, 225 м).
Таблица 1 – Техногенные изменения силы тяжести и вторых производных, обусловленных различной глубиной и этапами отработки лавы
Техногенные изменения | Величины техногенных изменений силы тяжести (микрогал) и вторых производных (этвеш) при отработке лавы | ||
На глубине 125 м | На глубине 175 м | На глубине 225 м | |
Дgz[t−t0] | 62,5 | 43,4 | 31,9 |
Дgxx[t−t0] Дgyy[t−t0] Дgzz[t−t0] | 0,8 4,2 5,0 | 0,6 2,2 2,9 | 0,5 1,3 1,8 |
Техногенные изменения | При отработке лавы на 50% (99 суток) | При отработке лавы на 75% (149 суток) | При отработке лавы на 100% (198 суток) |
Дgz[t−t0] | −39,0 | −72,0 | −77,3 |
Дgxx[t−t0] Дgyy[t−t0] Дgzz[t−t0] | 0,5 3,0 3,5 | 1,5 5,6 7,1 | 0,9 6,0 6,9 |
Результаты выполненных исследований свидетельствует о следующих особенностях моделирования техногенных изменений силы тяжести.
О доступности исходной информации на основе результатов регулярных маркшейдерско-геодезических съемок. О более широком спектре определяемых параметров: от техногенных изменений потенциала, составляющих силы тяжести по осям координат Х, У, Z до вторых производных. О возможности априорного получения техногенных изменений силы тяжести при разных сценариях состояния подработанного массива горных пород. Об увеличении информативности и возможностей гравиметрического метода при освоении угольных месторождений.Литература и источники
Соловицкий аспекты геомеханического обеспечения освоения недр с современных позиций гравитационного поля//Маркшейдерский вестник. −2004. −№ 2. −С.75 −77 . О связи состояния подработанного массива горных пород с техногенными изменениями характеристик гравитационного поля //Изв. вузов. Сев. Кавк. регион. Техн. науки. −2003. − № 4. −С.101−102. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 000. (РТ) Вычисление техногенных изменений характеристик гравитационного поля, обусловленных перераспределением плотности масс при открытой, подземной и строительной геотехнологии освоения недр /. − М.: Роспатент, 2003.−1 с.Научный руководитель – доцент , ФГБОУ ВПО «Кемеровский государственный университет»
