ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Результат выполнения  научно-исследовательской работы.

Разработанный метод компьютерного прогноза геологического строения и геомеханических свойств массива горных пород выполняется с помощью анализа цифровых моделей, описывающих состав, строение и свойства массива. На первом этапе создается цифровая модель геологического строения массива горных пород. На втором этапе цифровая модель дополняется характеристиками геомеханических свойств массива горных пород.

Главным элементом геологического строения участка месторождения являются складчатые нарушения. Поэтому интегральным показателем, оценивающим результаты деформации угленосной толщи в течении всей тектонической жизни района, является сложность конфигурации гипсометрического положения угольного пласта. Изменчивость угла падения пласта изображается изменением заложения между изогипсами, а изменчивость по простиранию – отклонением изолиний от прямой.

Исходной информацией для цифрового моделирования поверхности кровли в данном методе являются цифровые планы горных работ с вынесенными высотными отметками маркшейдерских точек в горных выработках. В основу анализа положен метод пространственной фильтрации. Он осуществляется с помощью методов аппроксимации и связан с пересчетом данных на равномерную сетку. Количество членов симметричного полинома, используемых для фильтрации, определяется площадью участка прогноза. Если прогноз делается для выемочного участка, то используются первые три элемента:

z=a0+ a1x+ a2y + a3xy + a4x2 + a5y2+…

Физический смысл фильтрации заключается в нахождении величины отклонений поверхности кровли угольного пласта от плоскости среднего угла падения. Фильтрация позволяет удалить низкочастотную составляющую изменчивости гипсометрии. Определив величины отклонений в каждой точке, строится план поверхности кровли в виде изолиний равных отклонений. Такие планы отражают высокочастотную составляющую изменчивости. Выявляются мелкие складки длиной до километра и амплитудой до десятков метров и другие слабо выраженные структурные особенности, которые не отражаются на гипсометрических планах составленных согласно действующих инструкций по геологическим работам. Выявление перегибов пластов на крыльях и в замке складки позволяет оконтуривать зоны повышенной трещиноватости пород. В этих зонах резко изменяется устойчивость кровли угольных пластов. Их анализ позволяет выявить участки, на которых развиты зоны повышенной трещиноватости с мелкоамплитудными разрывными нарушениями.

Компьютерный прогноз зон повышенной трещиноватости выполняется при моделировании с помощью серии оперативных планов. Разработанный метод, реализован в следующем алгоритме:

1) произвести построение первого оперативного цифрового плана, составленного по высотным отметкам кровли пласта с использованием аппроксимации полиномом;

2) выполнить метод фильтрации, вычислив разность между абсолютной отметкой точки и отметкой вычисленной при аппроксимации;

3) создать второй оперативный цифровой план по разностям отметок с использованием метода интерполяции по структурным функциям;

4) произвести выделение зон повышенной трещиноватости при сравнении полученных цифровых планов.

В выделенных структурных особенностях, новой складке, устанавливаются оси перегибов пластов на крыльях и в замке. Снимаются с плана координаты двух точек – начала и конца оси перегиба и вводятся в базу данных цифровой модели. Ширина зоны повышенной трещиноватости вычисляется в зависимости от длины оси, угла наклона оси, крепости пород и радиуса кривизны. Все эти параметры вычисляются в базе данных, а для вычисления радиуса кривизны необходимо ввести координаты трех точек вдоль изолиний. Радиус кривизны зависит от изменения простирания изолинии при входе и выходе из зоны трещиноватости.

Данный метод опробован на шахте Первомайская. На рисунке показан фрагмент цифрового плана по пласту 27 по лавам 31 и 33. План построен после фильтрации полиномом с первыми тремя членами. В результате выявлена мульда с глубиной 20 метров и длиной по простиранию 1800 метров, а по падению 300 метров. При анализе компьютером, по изгибу изолиний, выделены зоны А и зона В с повышенной трещиноватостью. При последующей работе шахты в зону А попала выработка с маркшейдерскими точками 3745 и 3941. В этом месте выработку пересекла серия мелких нарушений и при проходке было куполение пород кровли. Таким образом сравнение выделенных участков повышенной трещиноватости на модели с реальным состоянием их в массиве показало, что в этих участках массив разрушен, а выделенные участки являются зоной дробления массива.

Разработанный алгоритм компьютерного анализа геологического строения и геомеханических свойств массива горных пород может быть использован для решения задачи прогноза устойчивости кровли вдоль трассы проектируемой подготовительной выработки.