Электронная библиотека российских диссертаций Электронная библиотека российских диссертаций Электронная библиотека российских диссертаций Электронная библиотека российских диссертаций Электронная библиотека российских диссертаций Электронная библиотека российских диссертаций
Каталог

Обратная связь

Я ищу:

Содержимое электронного каталога российских диссертаций

Диссертационная работа:

Кузнецов Павел Юрьевич. Оценка пространственной изменчивости свойств массива горных пород для повышения эффективности инженерно-геологических исследований угольных месторождений : 25.00.16 Кузнецов, Павел Юрьевич Оценка пространственной изменчивости свойств массива горных пород для повышения эффективности инженерно-геологических исследований угольных месторождений (На примере Эльгинского месторождения) : Дис. ... канд. геол.-минерал. наук : 25.00.16 Нерюнгри, 2005 236 с. РГБ ОД, 61:06-4/27


Для получения доступа к работе, заполните представленную ниже форму:


*Имя Отчество:
*email



Содержание диссертации:

стр.

Введение 5

ГЛАВА 1. Анализ проблем изучения неоднородности и
пространственной изменчивости свойств массива горных пород 13

1.1. Изученность вопроса неоднородности и пространственной
изменчивости инженерно-геологических условий 14

  1. Характер неоднородностей и пространственной изменчивости инженерно-геологических условий 17

  2. Типы пространственной изменчивости инженерно-геологических условий 20

  3. Степень неоднородности и пространственной изменчивости инженерно-геологических условий 23

  1. Пространственная изменчивость свойств горных пород, как фактор, влияющий на определение оптимальной плотности сети инженерно-геологических скважин 26

  2. Методы, используемые для определения оптимальной плотности сети инженерно-геологических скважин 27

1.3.1 Определение необходимого числа скважин для инженерно-
геологических исследований геологических объектов на основе
аналитического метода 29

1.3.2. Определение рационального расстояния между инженерно-геологическими скважинами на основе аналитического метода.... 31

ГЛАВА 2. Инженерно-геологическая характеристика Эльгинского

каменноугольного месторождения 38

  1. Стратиграфия 41

  2. Тектоника 52

  1. Петрофизическая характеристика углевмещающих пород 55

  2. Геокриологические условия месторождения 59

  3. Гидрогеологические условия . 68

  4. Угленосность и запасы Эльгинского месторождения : 72

ГЛАВА 3. Оценка неоднородности и пространственной изменчивости
свойств массива горных пород и прогнозирование сети инженерно-
геологических скважин Эльгинского каменноугольного месторождения... 75

3.1. Прогноз прочностных свойств массива горных пород
Эльгинского каменноугольного месторождения 75

  1. Преобразование, разбраковка и интерпретация данных геофизических исследований скважин 76

  2. Определение пределов прочности на одноосное сжатие и одноосное растяжение по методике ГИС-2 79,

3.2. Оценка неоднородности и пространственной изменчивости
свойств массива горных пород 87

  1. Оценка площадной неоднородности (мера неоднородности) 87

  2. Коэффициент пространственной изменчивости 94

  3. Расчет значений средневзвешенного коэффициента пространственной изменчивости и относительной энтропии 97

  1. Прогноз оптимальной плотности сети инженерно-геологических скважин на основе данных об относительной энтропии 99

  2. Оценка достоверности определения неоднородности и пространственной изменчивости 111

  1. Оценка подчинения исходных данных нормальному закону распределения 114

  2. Оценка наличия доли закономерной изменчивости в выборке по исходным данным 117

  3. Оценка количества инженерно-геологических скважин и размерности сети их распределения на основе вариационного метода 125

3.4.4. Оценка количества инженерно-геологических скважин и
размерности сети их распределения на основе метода Д.А.
Казаковского 132

3.4.5. Оценка достоверности 134

ГЛАВА 4. Разработка алгоритма и программного обеспечения прогноза
неоднородности, пространственной изменчивости и размерности сети
инженерно-геологических скважин геологического объекта 143

  1. Алгоритмы расчетных модулей автоматизированной системы 144

  2. Программное обеспечение расчета размерности сети инженерно-геологических скважин (автоматизированная система) 144

  3. Практическое применение автоматизированной системы при расчете углов наклона устойчивых откосов борта карьера 156

Заключение 174

Литература 177

Приложение 1 190

Приложение 2 197

Приложение 3 204

Приложение 4 229

Приложение 5 232



Введение диссертации:

Актуальность. Южно - Якутский бассейн является основной сырьевой базой коксующихся и энергетических углей на Востоке России. Промышленно - экономическую ценность и конкурентоспособность, как на внутреннем, так и на внешнем рынке Южно - Якутских углей во многом определяют их технологические характеристики, горно-геологические и инженерно-геологические условия месторождений.

Угольные месторождения Южно - Якутского бассейна отличаются особенностями инженерно-геологических условий: наличие островной многолетней мерзлоты, изменчивость физико-механических свойств (ФМС) углевмещающих пород, как по площади месторождений, так и с глубиной залегания угольных пластов, а также наличие сильной трещиноватости угленосных толщ, которая возрастает вблизи разрывных нарушений и осевых частей складчатых структур и т.д. В связи с этим повышаются требования к изучению не только технологических характеристик углей, но и инженерно-геологических условий месторождений.

На основе инженерно-геологических данных массива горных пород выбирают оптимальные проектные решения разработки месторождения, в связи с чем затраты на инженерно-геологические работы оправдываются при строительстве и эксплуатации шахт и карьеров.

Эффективность и безопасность разработки месторождения в значительной мере зависят от достоверности и надежности исходных данных, используемых при проектировании карьеров и в период их строительства и эксплуатации.

Достоверность и надежность исходных данных о геологическом строении месторождения в значительной степени зависят от геометрически правильного выбора сети геологоразведочных и инженерно-геологических скважин, которая

оказывает существенное влияние на достоверность изучения инженерно-геологических условий месторождения. Большое влияние на выбор сети опробования, кроме литолого-фациальной изменчивости разреза угленосной формации в плане и с глубиной, оказывает пространственная изменчивость физико-механических свойств углевмещающих пород, которые лежат в основе проектирования горнодобывающих предприятий. Поэтому оценка пространственной изменчивости свойств массива горных пород является крайне актуальной задачей.

Диссертационная работа выполнялась по планам НИР Министерства образования РФ (область «Горные науки» и «Науки о Земле») в рамках тем: «Разработка методов изучения горно-геологических условий разработки угольных месторождений с использованием геофизических исследований скважин» 552.08; 550.832, «Государственная поддержка региональной научно-технической политики высшей школы и развитие ее научного потенциала» 2001/2002 г.; «Построение геолого-геофизических моделей прогноза состояния и поведения массива горных пород при технологических воздействиях», № госрегистрации 2751499, 2002/2003 г; «Изучение пространственной изменчивости свойств углепородного массива на основе геолого-геофизической информации в условиях Южно-Якутского угольного бассейна» 550.832:622.333, «Федерально-региональная политика в науке и образовании», 2003/2004 г.

Цель работы - разработать автоматизированную систему оценки пространственной изменчивости свойств массива горных пород и прогнозирования плотности сети разведочных инженерно-геологических скважин для повышения эффективности инженерно-геологических исследований при разведке угольных месторождений.

Идея работы заключается в оценке пространственной изменчивости свойств массива горных пород и прогнозировании на ее основе оптимальной плотности сети инженерно-геологических скважин с целью получения достоверных сведений, необходимых при проектировании горных предприятий.

7 Задачи исследований:

  1. выполнить анализ факторов, определяющих пространственную изменчивость свойств массива горных пород, а также существующих методов их прогноза;

  2. проанализировать инженерно-геологические условия Эльгинского каменноугольного месторождения и установить основные факторы, определяющие изменчивость свойств массива горных пород;

  3. разработать метод оценки пространственной изменчивости свойств массива горных пород, позволяющий спрогнозировать оптимальную плотность сети инженерно-геологических скважин, в процессе разведочных работ на угольных месторождениях, с обоснованием достоверности разработанного метода;

  4. разработать автоматизированную систему оценки пространственной изменчивости свойств массива горных пород и прогнозирования плотности сети инженерно-геологических скважин; доказать детальность, оперативность, достоверность использования разработанной системы при прогнозе устойчивости горных пород в откосах бортов карьера.

Объектом исследований является массив углевмещающих горных пород нижнемелового, среднеюрского и верхнеюрского возраста Эльгинского каменноугольного месторождения Южно-Якутского бассейна.

Методы исследований:

анализ и обобщение материалов о методах прогноза пространственной изменчивости, используемых при изучении месторождений полезных ископаемых;

факторный анализ свойств, строения и состояния углепородного массива;

методы исследования процессов разрушения и деформации твердых тел при изучении физико-механических свойств массива горных пород;

математические методы преобразования, интерпретации геологической информации и моделирования свойств и состояния массива горных пород;

методы математической статистики и корреляционного анализа при обработке экспериментальных данных, а также инженерно-геологические методы изучения месторождении полезных ископаемых;

вероятностно-статистические методы;

метод многофакторного анализа при прогнозе устойчивости горных пород в откосах бортов карьера.

Научные положения, выдвигаемые на защиту:

  1. Основными факторами, определяющими пространственную изменчивость свойств массива горных пород, являются: петрографический состав горных пород, современное тектоническое строение месторождения, наложение термального типа метаморфизма на региональный тип метаморфизма, криогенная обстановка на месторождении и замкнутая гидрогеологическая сеть месторождения.

  1. Разработанный метод оценки пространственной изменчивости синтезирует в себе относительную энтропию, как меру неоднородности геологической среды, средневзвешенный коэффициент пространственной изменчивости свойств горных пород, что является необходимым и достаточным условием для прогноза оптимальной плотности сети инженерно-геологических скважин.

  2. Созданная автоматизированная система, основой которой является комплекс вычислительных программ, разработанных с применением математических методов преобразования и интерпретации геологической информации, позволяет оценить изменчивость свойств массива горных пород и на ее основании прогнозировать оптимальную плотность сети инженерно-геологических скважин.

Достоверность научных положений, выводов и результатов исследований подтверждается:

9 достаточным объемом экспериментального материала (изучено 160 скважин), полученного на Эльгинском каменноугольном месторождении Южно - Якутского бассейна;

корректной постановкой задач на основе фундаментальных законов физики прочности твердых тел, методов математической статистики и математических методов преобразования и интерпретации геологической информации;

высокой достоверностью и надежностью разработанного метода оценки пространственной изменчивости и прогноза оптимальной плотности сети инженерно-геологических скважин (значение критерия Фишера F=\,62 при его критическом значении FKpum=3,47), полученной при проверке математических гипотез на основе однофакторного дисперсионного анализа.

Научная новизна работы заключается в следующем: установлены факторы (петрографический состав горных пород, современное тектоническое строение месторождения, наложение термального типа метаморфизма на региональный тип метаморфизма, криогенная обстановка на месторождении и замкнутая гидрогеологическая сеть месторождения), определяющие изменчивость свойств массива горных пород Эльгинского каменноугольного месторождения; разработан метод количественной оценки пространственной изменчивости свойств массива горных пород;

уточнена степень сложности месторождений классами по степени неоднородности, определяемой пространственной изменчивостью свойств массива горных пород месторождения;

разработано программное обеспечение метода оценки пространственной изменчивости массива горных пород и прогноза оптимальной плотности сети инженерно-геологических скважин по данным прочностных свойств массива горных пород.

10 Личный вклад автора заключается в:

1) выполнении анализа факторов, определяющих пространственную
изменчивость свойств массива горных пород;

  1. установлении ограниченности существующих методов прогноза плотности сети скважин;

  2. выявлении факторов, определяющих изменчивость свойств массива горных пород Эльгинского каменноугольного месторождения;

  3. разработке метода оценки пространственной изменчивости свойств массива горных пород;

  4. обосновании эффективности прогноза оптимальной плотности сети инженерно-геологических скважин для условий Эльгинского каменноугольного месторождения;

  5. разработке программного обеспечения:

а) для оценки пространственной изменчивости свойств массива
горных пород;

б) для прогноза оптимальной плотности сети инженерно-геологических

скважин.

Практическая ценность работы заключается в том, что результаты исследования позволяют:

по установленным инженерно-геологическим особенностям месторождения выбрать оптимальный метод изучения свойств, строения и состояния природного массива горных пород;

производить оценку пространственной изменчивости свойств массива горных пород;

эффективно и достоверно производить прогноз оптимальной плотности сети инженерно-геологических скважин по данным о пространственной изменчивости свойств массива горных пород, полученным по разработанному методу;

- оперативно и достоверно прогнозировать устойчивость горных пород в откосах бортов карьера на любом участке ведения горных работ.

Реализация результатов. Научные результаты и разработанный автором метод оценки пространственной изменчивости и прогноза оптимальной плотности сети инженерно-геологических скважин реализованы при детальной разведке Эльгинского месторождения Токийского угленосного района и Юго-восточном участке Чульмаканского месторождения Алдано-Чульманского угленосного района.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на: II городской научно - практической конференции студентов аспирантов и молодых ученых, посвященной 20 -летию профессионального образования в Южной Якутии (Нерюнгри, 2001г.); научной конференции студентов и молодых ученых PC (Я) «Лаврентьевские чтения» (Якутск, 2003г.); III и IV региональной научно -практической конференции молодых ученых, аспирантов и студентов (Нерюнгри, 2002 и 2003гг.); VI международной конференции «Новые идеи в науке о земле» (Москва, 2003г.); II Республиканской научно-практической конференции (г. Нерюнгри, 19-20 октября 2004 г.); X Международной научно-практической конференции «Природные и интеллектуальные ресурсы Сибири. Сибресурс 2004» (Кемерово, 2004г.), научно-техническом совете предприятия ХК ОАО «Якуту го ль».

Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 научных работ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав основного текста, заключения и текстовых приложений, изложенных на 236 страницах машинописного текста, содержит 39 рисунков, 23 таблицы, 5 текстовых приложений, список литературы из 111 наименований.

Автор считает своим долгом выразить глубокую благодарность научному руководителю к.т.н. Ю.Н. Скоморошко, а также док. тех . наук,

12 профессору Н.Н. Грибу и док. геол.-мин. наук, профессору В.М. Никитину за постоянное внимание к работе и поддержку на всех ее этапах подготовки, сотрудникам Технического института (филиал) ГОУ ВПО ЯГУ в г. Нерюнгри

к.т.н. А.А. Сясько, А.В. Качаеву, ГГГП «Южякутгеология» М.И. Логинову

СМ. Солошенко, ОАО «Якутуглестрой» Т.И. Кузнецовой и К.В. Булачеву за помощь, ценные советы и критические замечания.

Реклама


2006-20011 © Каталог российских диссертаций