автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.01, диссертация на тему:Геометризация геолого-технологических показателей пород для повышения эффективности горных работ на угольных карьерах

На правах рукописи

НИКИФОРОВА Наталья Григорьевна

ГЕОМЕТРИЗАЦИЯ ГЕОЛОГО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ПОРОД ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ГОРНЫХ РАБОТ НА УГОЛЬНЫХ КАРЬЕРАХ

Специальность 05.15.01 - Маркшейдерия

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

О 1

, ■ .1

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ 1998

Работа выполнена в Санкт-Петербургском государственном горном институте имени Г.В.Плеханова (техническом университете).

Научный руководитель:

доктор технических наук Р.А.Такранов

Официальные оппоненты:

доктор технических наук профессор В.Н.Попов

кандидат геолого-минералогических наук В.Е.Григорьев

Ведущая организация: АО «СПб-ГИПРОШахт».

Защита диссертации состоится « Убу> к/** 1998 г. в « ч «УЗ » мин на заседании диссертационного Совета Д.063.15.03 при Санкт-Петербургском государственном горном институте имени Г.В.Плеханова (техническом университете) по адресу: 199026 Санкт-Петербург, 21-я линия, дом 2, ауд.1210.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского государственного горного института.

Автореферат разослан «уУ_»_)0__1998 года.

ученый секретарь

диссертационного Совета доцент

В.И.ОЧКУРОВ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Анализ современного состояния открытого тособа разработки угольных месторождений свидетельствует, что эвышение эффективности и безопасности ведения горных работ на гольных карьерах во многом обусловлено рациональным использованием элноценной, объективной и оперативно полученной информации о эмплексе геолого-технологических показателей, характеризующих состав, изико-механические свойства, трещиноватость и состояние горных пород, зучение закономерностей проявления нарушенное™ массива и физико-еханических свойств пород способствует принятию своевременных 5основанных инженерных решений, касающихся технологии горных 160т и управления устойчивостью, а также позволяет разработать здежные методы прогноза геолого-технологических показателей при грспективном планировании. Поэтому исследование закономерностей роявления и изменчивости отмеченных факторов является важной щачей. Актуальность решения этого вопроса неоднократно эдчеркивалась в публикациях ведущих специалистов и руководителей грасли. Примером служит снижение эффективности горных работ из-за ¡достаточного изучения геологического строения разрабатываемого ассива и свойств горных пород на карьерах КАТЭКа.

На необходимость изучения закономерностей проявления геолого -;хнологических показателей указывают и наши исследования, становлено, что на угольных карьерах Экибастуза фактическая эоизводительность вскрышных экскаваторов в 1,5-2 раза ниже зрмативной. Это обусловлено низким качеством взорванной горной ассы, в которой по проведенным исследованиям содержание эупнокусковой фракции (>120 см) составляет 33%, а мелкой (<20 см) -иль 9%. Низкая эффективность взрывного дробления связана с тем, что в 1честве исходной информации о массиве горных пород используется :редненные разведочные данные. Наши исследования показали, что учет роения, залегания, трещиновато ста и физико - механических свойств ассива, слагающих конкретный участок, значительно улучшают ;зультаты взрывной подготовки горной массы. Выход крупнокусковой ракции на участке, взорванном с учетом отмеченных геолого -:хнологических особенностей массива снизился в 2,5 раза, а выход мелкой ракции увеличился 2,4 раза. Поэтому изучение изменения состава, юйств, строения и нарушенное™ массива является актуальной задачей.

Цель работы - разработка обоснования и методов оцени закономерностей изменения геолого-технологических показателей поро для повышения эффективности открытых горных работ на пример Экибасгузского и Иркутского угольных бассейнов.

Идея работы. Объективная и обоснованная оценка закономерносте изменения'* трещиноватости и физико-механических свойств поро обеспечивается изучением парагенеза состава, строения и свойств поре горного -массива с учетом его геологического строения и тектоник методами геометрии недр и горно-геометрического анализа.

Задачи исследований. В соответствии с поставленной целью работе предусматривается решение следующих задач:

- обоснование и разработка методов горно-геометрического анали: и выбор математических средств для изучения закономерносте проявления геолого-технологических показателей;

- оценка парагенетических связей трещиноватости, физик« механических свойств й петрографического состава пород с учето особенностей их образования, геологического строения и тектоническс дислоцированности участка;

- горно-геометрическая характеристика изменчивости гсолол технологических показателей горных пород с учетом их парагенеза детального петрографического состава, строения массива а такл тектонической нарушенности и геологического строения участка;

- типизация пород и районирование горного массива г изменчивости основных геолого-технологических показателей;

- совершенствование методов изучения трещиноватости массива кусковатости взорванной горной массы в карьере на основе современнь способов и средств;

- использование результатов исследований для совершенствован! технологии буровзрывных работ.

Методы исследований. При выполнении исследован! использовался комплекс методов, включающий натурные измерения лабораторные испытания образцов, геологическую фотодокументаци выработок, обобщение результатов ранее проведенных исследований, также методы математической обработки экспериментальнь исследований: метод экспертных оценок, методы корреляционно] анализа, теорию группировок.

Защищаемые научные положения.

1. Предпосылками и обоснованием методики изучения геолого-ехнологических показателей являются закономерности проявления физико

механических свойств и трещиноватости, которые обусловлены лито -•ациальными особенностями и составом пород, геологическим строением тектонической нарушенностью массива.

а) Закономерности проявления физико - механических свойств и рсщиноватости, а именно их гарагенетические связи, математически писываются в виде корреляционных уравнений, надежность которых ггределястся дифференциацией анализируемых показателей по генезису, етрографическому составу и выветрелости пород, по дислоцированности строению горного массива.

б) Закономерности изменения физико — механических свойств и рещиноватости в пространстве могут быть представлены интервалами с днородной (случайной) изменчивостью и разным уровнем средних качений показателей, которые обусловлены геологическими аномалиями гроения массива, состава пород и залегания пластов (складами и изъюнктивами). Интервалы с разной изменчивостью однозначно и адежно выделяются с помощью критерия однородности Д. А. Родионова.

2. Для расширения области изучения и увеличения объема нформации о трещиноватости массива горных пород и кусковатости зорванной горной массы, а также для повышения безопасности епосредственных замеров на откосах целесообразно использовать етодику крупномасштабной фотодокументации и современные омпьютерные средства, которые обеспечивают достаточную точность пределения показателей и повышают производительность и культуру зуда.

3. Рациональное использование результатов горно - геометрического яализа закономерностей проявления физико - механических свойств и эещгаговатости позволяют повысить эффективность буровзрывных и <скавационных работ.

Научная новизна выполненной работы заключается в следующем.

1. Изучены закономерности проявления геолого - технологических эказателей, которые реализуются в виде парагенетических связей состава, зойств и трещиноватости и зависят от фациальных условий образования, гтальности петрографического состава и выветрелости пород, от строения тектонической нарушенное™ массива. Парагенетические связи геолого -;хнологических показателей математически охарактеризованы в виде равнений корреляции.

2. Установлены пространственные закономерности изменен! физико - механических свойств и трещиноватости, которые представляй собой интервалы с разным уровнем средних значений и однородно (случайной) изменчивостью показателей, обусловленные геологическим аномалиями строения, состава пород и залегания пластов в райо! складчатых и дизъюнктивных нарушений.

3. Разработано обоснование для. а) выбора математическог аппарата оценки изменчивости геолого - технологических показателей; ( прогноза показателей; в) совершенствования методики изучения физико механических свойств и трещиноватости.

4.Проведена типизация и районирование пород вскрыш Экибастузских карьеров на основании геолого - технологически показателей.

Практическая значимость работы заключается в следующем.

1. Предложены способы получения наиболее достоверных надежных средних значений геолого - технологических показателей путе лито - фациальной дифференциации пород с учетом аномальности состав; строения и нарушенное™ горного массива.

2. Предложены методы совершенствования изучен* трещиноватости на карьерах на основе фотодокументации выработок применением видеокомпьютерного комплекса.

3. Разработаны рекомендации по прогнозированию физико механических свойств и трещиноватости.

4. Разработаны рекомендации по обеспечению буровзрывных рабе геолого - технологической информацией.

Достоверность_научных_положений подтверждаете

непротиворечивостью результатов общей теории горно-геометрическог анализа, значительным объемом исследований и сходимостью результате и выводов, полученных при использовании различных методе математической обработки данных, широким использование компьютеров и апробированных программ, а также проверкой полученны результатов при их внедрении в практику ведения буровзрывных работ.

Реализация результатов работы. Результаты предварительны исследований использованы при внедрении усовершенствованно технологии взрывных работ на карьерах ПО "Экибастузуголь"; результат детальных исследований, а также основные положения диссертационно

работы будут использованы В НИМИ при разработке нормативных документов по оценке прочностных свойств массива на угольных карьерах.

Апробация работы. Основные положения, изложенные в диссертации, докладывались на научных конференциях студентов и молодых ученых Санкт-Петербургского государственного горного института "Полезные ископаемые России и их освоение" (1997 и 1998 г.), та заседаниях кафедры (1996 - 1998 г.) и научно - технического совета ЭНИМИ (1998 г.)

Исходные материалы и личный вклад соискателя. Исследования, проводимые в рамках диссертационной работы, базируются на данных яатурных производственных наблюдений, экспресс - испытаний шробований, лабораторных исследований, проведенных на крупнейших угольных карьерах Экибастузского и Иркутского бассейнов. Данные толучены в результате многолетних (1979 - 1990 гг.) исследований исполненных ВНИМИ под руководством Такранова P.A. Исследования, включающие анализ состояния вопроса, выбор математического аппарата исследований, оценку парагенетических закономерностей проявления и тространственной изменчивости геолого - технологических показателей, збработку первичной геологической фотодокументации откосов и анализ точности фотометода, выполнены непосредственно автором на кафедре ГПбГГИ (ТУ) и во ВНИМИ.

Публикации. Основное содержание диссертационной работы отражено в пяти публикациях.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из зведения, пяти глав и заключения, изложенных на 136 страницах машинописного текста, содержит 25 рисунков, 37 таблиц, список штературы из 92 наименований.

В первой главе диссертационной работы дается анализ наиболее шачимых факторов, оказывающих влияние на технологию ведения горных забот и устойчивость массива горных пород, проводится экспертный шализ литературных источников и выбираются факторы, изучение которых является необходимым и достаточным для геологического обеспечения работ. Вторая глава посвящена вопросам совершенствования методов изучения трещиновато ста природного массива и кусковатости порванной горной массы на угольных карьерах с использованием эезультатов геологической фотодокументации бортов и применением

современной вычислительной техники. В третьей главе рассмотрен! парагенетические закономерности связи между составом, физико механическими свойствами и трещиноватостью вмещающих пород и угле» Приведены геологические предпосылки дифференциации пород вскрыши ] дан сравнительный анализ тесноты и надежности получаемых уравнени связи при изменении степени дифференциации пород. Четвертая глав, посвящена вопросам изменчивости геолого - технологических показателе] в пространстве. В пятой главе рассмотрены результаты внедрени предварительных исследований в практику ведения буровзрывных работ, , также вопросы прогнозирования, типизации и районирования показателей.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Основные результаты исследований отражены в следующи: защищаемых положениях.

1. Предпосылками и обоснованием методики изучения геолого технологических показателей являются закономерности проявление физико - механических свойств и трещиноватости, которые обусловлет лито - фациальными особенностями и составом пород, геологическш строением и тектонической нарушенностью массива.

а) Закономерности проявления физико - механических свойств 1 трещиноватости, а именно их парагенетические связи, математичеекг описываются в виде корреляционных уравнений, надежность которы. определяется дифференциацией анализируемых показателей по генезису петрографическому составу и выветрелости пород, т дислоиировапности и строению горного массива.

б) Закономерности проявления физико - механических свойств г трещиноватости в пространстве могут быть представлень интервалами с однородной (■случайной) изменчивостью и разным уровнел средних значений показателей, которые обусловлены геологическимг аномалиями строения массива, состава пород и залегания пласто( (складками и дизъюнктивами). Интервалы с разной изменчивостью однозначно и надежно выделяются с помощью критерия обнородностг Л А.Родионова.

Системными исследованиями установлено значительное влияни< физико - механических свойств (таких как прочность, плотность упругость) и трещиноватости на эффективность основных технологически; процессов открытых горных работ и устойчивость массива.

Необходимость дифференциации пород обусловлена значительным [зменением геолого - технологических показателей в зависимости от Ьациальной принадлежности пород, литологического типа, тектонической гарушенности участка и выветрелости массива. Деление пород даже :нутри одного литологического типа по гранулометрическому составу и ипу цемента приводит к изменению значений геолого - технологических гоказателей в среднем в 1,5 - 2 раза. Не менее важным является влияние ектонической нарушенности пласта на величину геолого -схнологических показателей. Крепость горных пород в нарушенных зонах ю сравнению с участками моноклинального ненарушенного залегания юрод снижается в среднем в 3 раза, а относительная частота трещин вдвое. Существенно изменяются значения исследуемых показателей также для 1ыветрелых и невыветрелых разностей, средние значения которых могут »азличаться в 8-10 раз.

С учетом отмеченного для изучения парагенетических связей еолого - технологических показателей использовали методы :орреляционного анализа при дифференциации состава, генезиса пород, еологических аномалий залегания и строения горного массива. В (езультате обработки большого количества данных (3825 натурных и 1947 ибораторных испытаний прочности, 528 измерений плотности, 540 шределений петрографического состава и 21300 замеров трещиноватости), юлученных на Экибастузском и Иркутском бассейнах, установлено, что гадежность закономерностей проявления физико - механических свойств и рещиноватости определяется дифференциацией анализируемых юказателей по составу, строению, условиям залегалия, свойствам и ¡ыветрелости пород.

Полный корреляционный анализ предусматривал изучение шожественной и парной корреляции, оценку тесноты и надежности юлучаемых уравнений связи. Влияние петрографических компонентов на физико - механические свойства пород - сопротивление одноосному жатию (ас) и растяжению (егр), плотность (р), пористость (77) и интенсивность трещиноватости (//тр) описьшалось функцией вида:

у=ао+а1Х1+а2Х2+а3Хз+а4Х4+азХ1+абхб+(<17Х7+а8Х8, де у - значения функции (стр, сг0 р, Ц Ихр); х, - значения факторов-[ргументов (содержание осадочных пород и различных видов цемента); о, -ираметры уравнения регрессии.

В результате обработки 97 уравнений множественной корреляции и г22 уравнений парной связи установлено, что теснота связей геолого -технологических показателей с составом для литотипов, детализированных ю петрографическим особенностям пород на 15 литотипов, возрастает

почти в два раза (рост коэффициента множественной корреляции составил в среднем 94%) по сравнению коэффициентом корреляции рассчитанным для всех пород вскрышной толщи без деления поро, (табл.1).

Таблица. 1

Коэффициенты множественной корреляции в зависимости от детальности дифференциации пород вскрышной толщи._

Детальность Вид связи

дифференциации Р=Ях.)

Все породы вскрыши 0,42 0,36 0,76 0,39 0.35

Деление по петрмрафическому составу 0,77 0,75 0,81 0,78 0,74

Учет фациальной принадлежности позволил повысить коэффициен множественной корреляции (на примере среднезернистых песчаников) ещ< на 34%.

Аналогичные результаты были получены и при парнол корреляционном анализе. При установлении корреляционных связей межд; геолого - технологическими показателями использовали уравненш линейного, логарифмического, степенного, экспоненциального вида 1 полиномы второй и третьей степени. Было проанализировано порядка 150( уравнений. В большинстве случаев корреляция между показателям! достаточно надежно описывалась уравнением линейного вида.

Для связи физико - механических свойств между собой, изучаемо! совместно для пород всей вскрышной толщи, не разделенных на литотипы происходит снижение коэффициентов корреляции (г) в среднем на 18°/ (табл.2).

Таблица 2

Значение коэффициентов корреляции в зависимости от детальности дифференциации пород вскрышной толщи._

Детальность Вид связи

дифференциации <?, = т ор -ЦП) я=ад

Все породы вскрыши 0,41 0,61 0,65 0,62

Деление по петрографическому составу 0,60 0,66 0,65 0,83

При изучении влияния физико - механических свойств ш относительную частоту трещин дифференциация литотипов пс петрографическому составу приводит к увеличению коэффициента г I среднем на 34%, а разграничение пород по фациальной принадлежности обуславливает повышение значений г еще на 62% (табл.3).

Таблица 3.

Значение коэффициентов корреляции в зависимости от детальности _дифференциации пород вскрышной толщи._

Детальность Вид связи

дифференциации ¡и » ¡л Я„ = {(р) ¡и

Все породы вскрышной толщи 0,31 0,25 0,31 0,24

Деление по петрографическому составу 0,53 0,50 0,48 0,26

Деление по фациальной принадлежности 0,64 0,65 0,68 0,66

Результаты дальнейших исследований указывают, что при лито -радиальной дифференциации снижается величина изменчивости, а именно соэффициснт вариации К^р, что позволяет получить наиболее вероятные ¡начения показателей (табл.4). Деление пород вскрышной толщи на гитотипы приводит к уменьшению Ктр в среднем на 20%. Разграничение штотипов по фациальной принадлежности снижает значения соэффициента вариации в среднем еще на 9%.

Таблица 4.

Значение коэффициентов вариации в зависимости от детальности

дифференциации пород вскрышной толщи.

Детальность Коэффициенты вариации

дифференциации СТс Р П Ич

!се породы вскрыши 69,77 81,49 10,33 40,75 28,70

¡еление по петрографическому составу 51,87 62,90 7,25 32,96 27,92

{еление по фациальной принадлежности 48,46 58,08 6,24 30,33 25,90

Данные корреляционного анализа свидетельствуют о существовании гричинно - следственной связи между величиной исследуемых юказателей и их разбросом с фациальными условиями осадконакопления, ютрографическим составом пород, условиями залегания, выветрелостью и :арактером тектонической нарушенное™ массива.

Закономерности проявления физико - механических свойств и рещиноватости в пространстве могут быть представлены интервалами с однородной (случайной) изменчивостью, которые характеризуются разным ровнем средних значений показателей. На угольных карьерах Экибастузского бассейна была проведена проверка однородности геолого - технологических показателей в пространстве посредством критерия 'одионова ик, который позволяет разбить анализируемый участок на штервалы со стабильным изменением показателей.

Применяемый критерий имеет ряд преимуществ по сравнению < прочими. Он дает возможность оценить однородность ряда наблюдение при числе признаков, превышающих число замеров; решает вопрось разграничения объекта на однородные совокупности с одновременно! проверкой ложных границ; легко алгоритмизируется; позволяет сопоставлять более двух выборочных совокупностей одновременно применим в условиях неравномерной сети опробования и да разрозненных значений.

На участках аномального залегания пород с помощью критери) Родионова были выделены зоны с фоновой и аномально! трещиноватостью, средние значения относительной частоты трещин да которых различались в 2-3 раза (рис.1 и рис.2). Максимальные значения и на границе соседних интервалов существенно превышали пределы» допустимое значение vdan=3,%. В выделенных интервалах распределенж показателей соответствует нормальному закону распределения (Ri 'D<R2) что позволяет в качестве наиболее вероятного значения использоват) среднее арифметическое (табл.5 и табл.6). Вдвое снижается величин; стандарта отклонения s по сравнению с тем же показателем, рассчитанных по участку в целом. Это говорит о повышении надежности средней значения для однородных участков. Применение критерия Родионов; позволяет также исключить влияние закономерной составляюще! изменчивости (Ks-+0), что дает возможность более обоснованно определял наиболее вероятные значения трещиноватости.

Для оценки однородности геолого - технологических показателе! двух и более геологических объектов использовалась иерархическая агломеративная кластерная процедура. Проверка показала, что следует различать пласты с разной крепостью пород. Так, при объединении дву? пластов с различными значениями прочностных свойств api= 24 и ар2= U по относительной частоте трещин итах составило 10,94, что превышает varm Также установлено, что породы разной выветрелости и участки ( различным характером тектонической нарушенности (зонъ моноклинального залегания пород, пликативных и дизъюнктивны; нарушении) нельзя считать однородными, поскольку не выполняется неравенство Это говорит о необходимости дифференциацш

изучаемых показателей пород вскрышной толщи с учетом прочностньи свойств, степеци выветрелости пород и характера тектоническо! нарушенности участков.

3

Ь ю

о х

4 8 О

о.

О е

-е-

т 7 о 1

I

Учдстог! Учзстох2

/ V

/

\

\

ч

ю

5ис. 1. Изменение относительной частоты трещин Р и коэффициента >днородности на участке плнкативного залегания песчаника.

Таблица 5.

! часток X 5 N О Я, Яг К, . Ц)0П

''чалок №1 2.40 0,42 4 2,19 1.98 2,4} 0;40 0.78

Участок №2 1.27 0,32 И 3,05 2.74 3.80 0,14 4.65

[о пласту в целом 1.57 0,62 15 3,62 2,97 4,17 0,53 0,91

gi о;

o4~

L.J...

л.

<-

4

X >

I

o."

0,8 -I

0,6 i

I

0.4 j

«I

i

oJ-

P=0,87

P=0,32

» * *

P=0,70

Р=0Л

, - , I— 12 16 20

28 32

L. M

Песчаник

Рис.2. Изменение относительной частоты трещин Р и коэффициента однородности на участк дизъюнктивного залегания пласта песчаника.

Таблица(

Участок X s .V D R, к, Vöo„

Участок №1 0,67 0,14 5 2.37 2,15 2,75 0,10 1,0 6

Участок №2 0,32 0,09 12 3,18 2,80 3,91 0,30 2,53

Лежачее крыло 0,42 0,20 17 2,58 3,06 4,31 0,73 11,46

Участок №3 0,21 0,05 10 3.11 2.67 3.69 0,34 4.76

Участок №4 0,70 0.26 3 1.88 1.76 2,00 0,50 0.82

Висячее крыло 0,33 0.24 13 3,53 2.86 4.00 0,70 9,31

В целом по пласту 0,38 0,22 30 3.92 3.47 4.89 0,34 10,55

34., М

Аналогичные выводы были получены при изучении изменчивости еолого - технологических показателей по мощности вскышной толщи на [ротяжении 8000 м по 15 поперечникам. С помощью критерия Родионова ¡скрышная толща была разделена на ряд однородных участков интервалов). Первая граница неоднородности изучаемых показателей гриходится на зону смены состава пород. Если в нижней части уступов [реобладают песчано-алсвролитовые и глинистые разности, то начиная с гетвертого породного уступа идет переслаивание песчаника (реже левролита) с более слабыми углистыми породами. Вторая граница ^однородности обусловлена изменением прочностных характеристик в оне выветривания (рис.3 ).

1 еологическое строение

Прочность МПа

Критерий однородности у*

Участок 1

Участок 2

Я Я Я 5? к ■=

/

ф

А ;

V

А

со

см

V

г

А

^ — ♦ *

•ис.З. Изменение прочности пород асяг и критерия однородности V, для скрытной толщи по пикету 45 Центрального угольного карьера ПО Экибастузу голь".

Исследования позволяют сделать следующий вывод. Изучение закономерностей проявления геолого - технологических показателей должны вестись на основе горно-геометрического анализа При этом в качестве основных предпосылок необходимо использовать геологическое строение участка, фациальные условия осадконакопления, детальный петрографический состав пород и степень выветрелости массива, являющихся определяющим фактором проявления неоднородности свойств горных пород. Это позволит установить закономерности проявления и изменения физико - механических свойств и трещиноватости, выявил участки с однородными геолого - технологическими показателями и не основе этого определить наиболее надежные и достоверные значенш показателей, что повысит точность и информативность получаемы* результатов, а также расширит возможности сравнительного анализа.

В результате изучения закономерностей проявления и изменчивости геолого - технологических показателей была проведена типизация пopo^ Экибастузского угольного бассейна: породы вскрышной толщи быш разделены на группы по прочности и степени трещиноватости. С учетом этих групп было проведено районирование карьерных полей Экибастуза Вскрышной массив в пределах 7 основных уступов (за исключением устуш по четвертичным породам) был представлен в виде аксонометрическое проекции с опорным геологическим разрезом по одному поперечнику \ совмещенными проекциями откосов и рабочих горизонтальных площадок на которых выделялись участки и горизонты с близкими значениям! показателей. Выделение районов (зон) проводилось по средним значениям показателей, независимо от состава пород

На основании проведенных исследований, а также выполненное типизации пород были даны рекомендации по прогнозу показателей щи оперативном и перспективном планировании открытых горных работ.

2. Для расширения области изучения трещиноватости и увеличены объема информации о массиве горных пород, а также для повышены безопасности непосредственных замеров на откосах иелесообразш использовать методику крупномасштабной фотодокументации г современные компьютерные средства, которые обеспечиваюп достаточную точность определения показателей и повышаюп производительность и культуру труда.

Исследования по оценке возможности использовани) крупномасштабных фотоснимков, полученных путем фотодокументацш откосов при максимальном устранении перспективных искажений

показали, что в условиях высокой дешифрируемости трещиноватости углевмещающих пород Экибастузского, Иркутского и Кузбасского угольных бассейнов применение фотоснимков не только допустимо с точки ¡рения точности, но и необходимо для использования всей площади обнажений с целью получения наибольшей информации о трещиноватости эазрабатываемой толщи.

При оценке степени дешифрируемости снимков оценка завноточности измерений проверялась по критерию Фишера-Снедекора Уф, который сопоставляли с табулированным значением Рч. Расхождение ;редних значений относительной частоты трещин оценивалось по величине \Р={РГР2)* ЮО/Р/, допустимое значение которого было установлено в ходе эасчетов и составило 21%. Ранее вопросы требуемой точности определения угносительного размера природного блока оставались неисследованными. Допустимый разброс данных пригашался по данным более ответственный шнейных измерений на карьере, таких как мощность пласта. Нашими ^следованиями было установлено, что между показателями АР и юрмированной разностью выборочных средних (ф, по которой в математической статистике оценивается расхождение средних, существует одежная статистическая связь. В результате расчетов был построен рафик зависимости АР- 4,81*/ф+4,71. Максимально допустимое значение ю полученному уравнению составило АРаоп=21 %. Величина АРд0п дает юзможность проверить гипотезу о равенстве средних, не прибегая к >асчету что существенно упрощает математическую обработку >езультатов измерений.

Для оценки степени дешифрируемости снимков был проведен равнительный анализ точности измерений частоты трещин, полученных ю фото с данными натурных замеров, принятых в качестве контрольных. 1а основании большого числа данных (более 10500 замеров) было становлено, что измерения относительной частоты трещин по снимкам и ^посредственные рулеточные замеры в большинстве случаев равноточны. Основные погрешности возникают в условиях низкой дешифрируемости рещин в аргиллитах, углистых породах, выветрелых алевролитах и итовых углях. Повышению точности определения Р по снимку пособствует дифференциация толщи вмещающих пород по детальному гетрографическому составу. Например, для средне- и крупнозернистых ©счаников расхождение АР, полученное двумя способами, составило 21% [ 15% соответственно, в то время как для общей группы песчаников, не азделенных по петрографическим признакам этот показатель был равен 2%. Значительное влияние на точность дешифрирования оказывают оологические условия залегания пласта. Расхождение средних по участку

в целом для углистькч пород составляет 41%, а при выделении участка ненарушенным залеганием пород величина АР не превышает 13%.

Для оценки точности дешифрирования использовали значени относительной частоты трещин, определенные двумя операторам* Исследования показали, что при моноклинальном залегании поро, измерения Р, выполненные двумя операторами по снимкам, можно считат равноточными, а ошибки дешифрирования - незначительными (ЛР=4 17%^. В районе пликативных и дизъюнктивных нарушений точност дешифрирования во многом зависит от степени подготовленност специалиста.

Применение крупномасштабной геологической фотодокументаци позволяет также решить вопросы, связанные с определением кусковатост взорванной горной массы. О достаточной точности фотометод свидетельствуют близкие значения содержания различных фракций незначительное расхождение среднего куска взорванной горной массы d определенных двумя способами. Значения dK, полученные в натур способом линейных замеров и по фото составили соответственно 77,3 см 69,5 см. Оценка ошибки определения dK показала, что величина 1,46 /•¿=2,36 значительно меньше критических tq= 1,96 и Fq=4,21. Это позволяе ■заключить, что расхождения значений dK незначительны, а измерена выполненные двумя способами, равноточны.

Недостатком метода геологической фотодокументации уступо является увеличение затрат времени на камеральную обработку данны: связанных с проявкой, печатью и обработкой снимков. Повышен» оперативности перечисленных процессов фотодокументации возможно н базе фотокомпьютерного комплекса: цифровой камеры Kodak DCS 420 портативного компьютера Notebook и программы "Видеотест 3.0 созданной в АОЗТ "Иста". Комплекс позволяет. 1) Отсканировать исходно изображение и получить полутоновое изображение на дисплее пр сохранении четкости и качества изображения, видимого на фотоснимке, i Провести компьютерную обработку изображений, которая включас последовательные этапы приспособления ее к геологическим документа? 3) Выполнить статистическую обработку результатов измерении Дальнейшая обработка информации сводится к построению диаграм трещиноватости на основе специализированных компьютерных програмг а также к использованию стандартизированных прикладных програм математической статистики.

3. Рациональное использование результатов горно геометрического анализа закономерностей проявления физико

механических свойств и трещиноватости позволяют повысить эффективность буровзрывных и экскавациоиных работ.

Первоначально определяющим звеном открытых горных работ являются буровзрывные работы (БВР). Качество взорванной горной массы эбуславливает производительность работы экскаватора, влияет на транспортировку и отвалообразованне, что характеризует технико -экономическую эффективность горного производства. Основными геологическими факторами, влияющими на эффективность взрывного цробления горного массива, являются блочное строение и трещиноватость, а также дифференцированная прочность пород, слагающих конкретный участок или блок.

Необходимость использования информации о характере грещиноватости пород при ведении буровзрывных работ обусловлена зависимостью среднего куска взорванной горной массы от размера блока природной отдельности (рис.4).

Рис.4. Зависимость среднего куска взорванной массы от среднего размера блока природной отдельности </6л на участках опытных взрывов. Экибастузский бассейн.

С целью изучения влияния перечисленных факторов на эффективность буровзрывных работ и производительность экскаватора 5ыла проведена серия опытных взрывов на карьерах Экибастузского угольного бассейна. На экспериментальных участках выделялись два блока - опытный и контрольный. В контрольном блоке буровзрывные работы осуществлялись согласно технологии, принятой в ПО "Экибастузуголь" с использованием данных разведки, которые отличались по геологическому строению и свойствам пород от конкретного участка и блока. Опытное взрывание осуществлялось по усовершенствованной технологии, учитывающей отмеченные геолого - технологические особенности конкретного взрываемого блока. Результаты использования геолого -

технологической информации при БВР оценивались по показателя! кусковатости взорванной массы и производительности экскаваторов при е погрузке на сопоставляемых участках (рис.5).

) О

сГ4"

ЯЯЯ07 *

Я2 « 0,5ЯВ9 (! "

40 60 80 100

см

Рис.5. Зависимость производительности экскаватора (0 от среднего куск. взорванной массы (¿4) для контрольного (ф) и опытного блоков (О).

Из рисунка видно, что на опытных блоках производительност] экскаватора повышается на 17 - 32%. При сопоставлении данных < кусковатости взорванной массы получено заметное повышение ее качеств; на опытных блоках относительно контрольных: размер среднего куск; снизился на 33%, выход негабаритов - на 60%, а выход мелкой фракцга повысился на 155%. Использование геолого-технологических показателе! конкретного блока позволило на 15% снизить удельный расход взрывчаты: веществ и на 29% увеличить степень дробления массива.

Проведенные исследования позволили разработать рекомендации ш геолого - информационному обеспечению буровзрывных работ на участка: массовых взрывов объемом не менее 20 - 40 тыс. м3. Идея заключается ) комплексном использовании информации о составе и свойствах поро; отработанного участка и корреляционных связей геолого технологических показателей неизученных пород с такими геологическим! факторами, которые постоянно и надежно определяются при разведке I документировании выработок (мощность, состав, качество и т.д.).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе содержится решение задач! использования закономерностей изменения геолого - технологически? показателей для повышения эффективности открытых горных работ.

Наиболее важные научные и практические результаты диссергацю заключаются в следующем.

1. Изучены закономерности проявления геолого - технологических токазателсй на основе корреляции парагенетических связей состава, свойств и трещиноватости в зависимости от фациальных условий )бразования, детального петрографического состава и выветрелости пород, ггроения и тектонической нарушенное™ массива. Учет особенностей ;остава, свойств и строения массива пород позволил повысить тесноту юлученных уравнений множественной и парной корреляции в среднем на

2. Установлены пространственные закономерности изменения [шзико - механических свойств и трещиноватости. Они обусловлены еологическими аномалиями строения, состава пород и залегания пластов в >айоне складчатых и дизъюнктивных нарушений и представлены в виде штервалов с однородными значениями показателей, которые :арактеризуются случайной изменчивостью показателей и их юответствием нормальному закону распределения. Выделение интервалов ; однородной изменчивостью позволяет повысить достоверность и [адежность средних значений геолого - технологических показателей, [спользуемых в различных инженерных расчетах. При сравнении татистических характеристик, полученных по всему участку в целом и при шделении на интервалы однородности, средние значения показателей и ¡еличина стандарта отклонения изменяются в 1,5 -2 раза.

3. Предложены способы получения наиболее достоверных и вдежных средних значений геолого - технологических показателей путем :ито - фациальной дифференциации пород с учетом аномальности состава, троения и нарушенное™ горного массива.

4. Проведена типизация и районирование пород вскрыши кибастузских карьеров на основании геолого - технологических оказателей. Разработаны рекомендации по прогнозированию физико -геханических свойств и трещиноватости, которые планируется спользовать во ВНИМИ при составлении нормативных документов.

5. На основе установленных закономерностей изменения гсолого -ехнологических показателей даны рекомендации по использованию олучаемой информации при ведении буровзрывных работ, что позволило овысить качество взорванной горной массы и эффективность работы кскаватора. На участках опытных взрывов, проведенных по совершенствованной технологии с использованием конкретной ^логической информации на 33% снизился размер среднего куска зорванной горной массы, на 60% уменьшился выход негабаритов, на 55% повысился выход мелкой фракции и на 29% увеличилась степень робления массива. Это привело к снижению продолжительность рабочего

цикла 25% и уменьшению удельного расхода взрывчатых веществ на 15% Рекомендации по геолого - информационному обеспечению буровзрывны; работ переданы ПО "Экибастузуголь".

7. Предложены методы совершенствования изученш трещиноватости массива на карьерах на основе фотодокументацш выработок с применением видеокомпьютерного комплекса. На основанш проведенных исследований были выделены группы пород, обладающю наибольшей (песчаники) и наименьшей степенью дешифрировани: (аргиллиты, углистые породы, выветрелые алевролиты и матовые угли) Было установлено, что повышению точности дешифрирования снимко) способствует детальная дифференциация пород по петрографическом; составу, степени вывстрелости и тектонической нарушснности массива.

ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ БЫЛИ ОПУБЛИКОВАНЬ СЛЕДУЮЩИЕ РАБОТЫ.

1. Никифорова Н.Г. Горно-геометрический анализ геолого структурных показателей горных пород.//Маркшейдерский вестник. - 199? -№2(24).-с. 55 -57.

2. Никифорова Н.Г. Изучение трещиноватости пород на карьерах использованием упрощенной фотограмметрической съемки и ПЭВМ. / Те; докл. научн. конф. [СПб, 15-16 апреля 1997г.] - СПб.: изд-во СП6ГГИ(ТУ; 1997.-е. 166.

3. Никифорова Н.Г. Оценка возможности применения любительски фотокамер для изучения трещиноватости горных пород.: Сб. н. tj "Маркшейдерское дело и геодезия". - СПб.: СПГГИ. - 1997. - с. 72 - 75.

4. Никифорова Н.Г. Оценка точности определения интенсивносг трещин. / Тез. докл. научн. конф. [СПб, 15-16 апреля 1998г.] - СПб.: изд-в СП6ГГИ(ТУ), 1998.-е. 191.

5. Геометрия недр: Методические указания по курсовом проектированию / P.A. Такранов, А.Н. Шеремет, Н.Г. Никифорова. - СПб изд-во СПбГТИ(ТУ), 1998. - 12 с.

Министерство общего и профессионального образования

Российской Федерации Санкт - Петербургский государственный горный институт им. Г.В. Плеханова (технический университет)

На правах рукописи

Никифорова Наталья Григорьевна

ГЕОМЕТРИЗАЦИЯ ГЕОЛОГО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ПОРОД ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ГОРНЫХ РАБОТ НА

УГОЛЬНЫХ КАРЬЕРАХ

Специальность 05. 15. 01 - "Маркшейдерия"

ч

диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель: доктор технических наук Такранов Р. А.

Санкт - Петербург 1998

Оглавление.

Введение 5

1 .Состояние изученности вопроса и задачи исследований. 12

1.1. Горно-геологические условия открытой разработки 12 угольных месторождений.

1.1.1. Геологические факторы, определяющие 13 эффективность открытой разработки угольных месторождений.

1.1.2, Влияние физико-механических свойств пород и 17 трещиноватости массива на эффективность открытой разработки угольных месторождений.

1.2. Состояние изученности вопроса и задачи исследований. 21

2. Методика определения геолого-технологических показателей 23 горных пород и вопросы ее совершенствования.

2.1. Методика определения физико - механических свойств и 23 трещиноватости пород.

2.2. Вопросы совершенствования изучения трещиноватости на 28 угольных карьерах.

2.2.1. Изучение трещиноватости на карьерах фотометодом. 28

2.2.2. Изучение кусковатости взорванной горной массы 44 фотометодом.

2.2.3. Совершенствование методики изучение 46 трещиноватости на карьерах на базе фотокомпьютерного комплекса.

Выводы по главе. 49

3. Математическая характеристика парагенетических 51 закономерностей физико-механических свойств и трещиноватости

вмещающих пород и углей.

3.1. Общие положения о парагенетических связях состава, 53 свойств и трещиноватости.

3.2. Корреляционный анализ связи состава и физико - 57 механических свойств пород и углей.

3.3. Геологическая природа трещиноватости и закономерности 66 ее проявления.

3.4.Математическая характеристика зависимости степени 69 трещиноватости от состава и физико - механических свойств вмещающих пород и углей.

Выводы по главе. 79

4. Горно-геометрический анализ изменчивости геолого- 81 технологических показателей.

4.1. Геологические основы изменчивости физико - 81 механических свойств и трещиноватости.

4.2. Анализ методов оценки изменчивости геолого- 82 технологических показателей.

4.3. Изучение изменчивости геолого - технологических 87 показателей пород вскрыши на угольных карьерах Экибастуза.

4.3.1. Оценка изменчивости в точке. 87

4.3.2. Изучение изменчивости геолого-технологических 92 показателей на протяженных участках.

4.3.3. Изучение изменчивости геолого-технологических 105 показателей в толще вскрышных пород.

Выводы по главе. 108

5. Использование закономерностей проявления геолого- 110 технологических показателей для повышения эффективности технологии открытых горных работ.

5.1. Влияние геолого - информационного обеспечения на 110 эффективность буровзрывных и экскаваторных работ.

5.2. Типизация и районирование вскрышных пород Экибастуза 119 по геолого-технологическим показателям.

5.3 Рекомендации по прогнозу геолого-технологических 123 показателей.

Заключение 125

Приложения. 127

Список использованной литературы. 129

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Анализ современного состояния открытого способа разработки угольных месторождений свидетельствует, что повышение эффективности и безопасности ведения горных работ на угольных карьерах во многом обусловлено рациональным использованием полноценной, объективной и оперативно полученной информации о комплексе геолого-технологических показателей, характеризующих состав, физико-механические свойства, трещиноватость и состояние горных пород. Изучение закономерностей проявления нарушенности массива и физико-механических свойств пород способствует принятию своевременных обоснованных инженерных решений, касающихся технологии горных работ и управления устойчивостью, а также позволяет разработать надежные методы прогноза геолого-технологических показателей при перспективном планировании. Поэтому исследование закономерностей проявления и изменчивости отмеченных факторов является важной задачей. Актуальность решения этого вопроса неоднократно подчеркивалась в публикациях ведущих специалистов и руководителей отрасли [108, 109]. Примером служит снижение эффективности горных работ из - за недостаточного изучения геологического строения разрабатываемого массива и свойств горных пород на карьерах КАТЭКа.

На необходимость изучения закономерностей проявления геолого -технологических показателей указывают и наши исследования. Установлено, что на угольных карьерах Экибастуза фактическая производительность вскрышных экскаваторов в 1,5-2 раза ниже нормативной. Это обусловлено низким качеством взорванной горной массы, в которой по проведенным исследованиям содержание крупнокусковой фракции (>120 см) составляет 33%, а мелкой (<20 см) - лишь 9%. Низкая эффективность взрывного дробления связана с тем, что в качестве исходной информации о массиве горных пород используется усредненные разведочные данные. Наши исследования показали,

что учет строения, залегания, трещиноватости и физико - механических свойств массива, слагающих конкретный участок, значительно улучшают результаты взрывной подготовки горной массы. Выход крупнокусковой фракции на участке, взорванном с учетом отмеченных геолого -технологических особенностей массива снизился в 2,5 раз, а выход мелкой фракции увеличился 2,4 раза. Поэтому изучение изменения состава, свойств, строения и нарушенности массива является актуальной задачей.

Цель работы - разработка обоснования и методов оценки закономерностей изменения геолого-технологических показателей пород для повышения эффективности открытых горных работ на примере Экибастузского и Иркутского угольных бассейнов.

Идея работы. Объективная и обоснованная оценка закономерностей изменения трещиноватости и физико-механических свойств пород обеспечивается изучением парагенезиса состава, строения и свойств пород горного массива с учетом его геологического строения и тектоники методами геометрии недр и горно-геометрического анализа.

Задачи исследований. В соответствии с поставленной целью в работе предусматривается решение следующих задач:

- обоснование и разработка методов горно-геометрического анализа и выбор математических средств для изучения закономерностей проявления геолого-технологических показателей;

- оценка парагенетических связей трещиноватости, физико-механических свойств и петрографического состава пород с учетом особенностей их образования, геологического строения и тектонической дислоцированности участка;

горно-геометрическая характеристика изменчивости геолого-технологических показателей горных пород с учетом их парагенеза и детального петрографического состава, строения массива а также тектонической нарушенности и геологического строения участка;

- типизация пород и районирование горного массива по изменчивости основных геолого-технологических показателей;

- совершенствование методов изучения трещиноватости массива и кусковатости взорванной горной массы в карьере на основе современных способов и средств;

- использование результатов исследований для совершенствования технологии буровзрывных работ.

Методы исследований. При выполнении исследований использовался комплекс методов, включающий натурные измерения и лабораторные испытания образцов, геологическую фотодокументацию выработок, обобщение результатов ранее проведенных исследований, а также методы математической обработки экспериментальных исследований: метод экспертных оценок, методы корреляционного анализа, теорию группировок.

Защищаемые научные положения.

1. Предпосылками и обоснованием методики изучения геолого-технологических показателей являются закономерности проявления физико -механических свойств и трещиноватости, которые обусловлены лито -фациальными особенностями и составом пород, геологическим строением и тектонической нарушенностью массива.

а) Закономерности проявления физико - механических свойств и трещиноватости, а именно их парагенетические связи, математически описываются в виде корреляционных уравнений, надежность которых определяется дифференциацией анализируемых показателей по генезису,

петрографическому составу и выветрелости пород, по дислоцированности и строению горного массива.

б) Закономерности изменения физико - механических свойств и трещиноватости в пространстве могут быть представлены интервалами с однородной (случайной) изменчивостью и разным уровнем средних значений показателей, которые обусловлены геологическими аномалиями строения массива, состава пород и залегания пластов (складками и дизъюнктивами). Интервалы с разной изменчивостью однозначно и надежно выделяются с помощью критерия однородности Д.А. Родионова

2. Для расширения области изучения и увеличения объема информации о трещиноватости массива горных пород и кусковатости взорванной горной массы, а также для повышения безопасности непосредственных замеров на откосах целесообразно использовать методику крупномасштабной фотодокументации и современные компьютерные средства, которые обеспечивают достаточную точность определения показателей и повышают производительность и культуру труда.

3. Рациональное использование результатов горно - геометрического анализа закономерностей проявления физико - механических свойств и трещиноватости позволяют повысить эффективность буровзрывных и экскавационных работ.

Научная новизна выполненной работы заключается в следующем.

1. Изучены закономерности проявления геолого - технологических показателей, которые реализуются в виде парагенетических связей состава, свойств и трещиноватости и зависят от фациальных условий образования, детальности петрографического состава и выветрелости пород, от строения и тектонической нарушенности массива. Парагенетические связи геолого -технологических показателей математически охарактеризованы в виде уравнений корреляции.

2. Установлены пространственные закономерности изменения физико -механических свойств и трещиноватости, которые представляют собой интервалы с разным уровнем средних значений и однородной (случайной) изменчивостью показателей, обусловленные геологическими аномалиями строения, состава пород и залегания пластов в районе складчатых и дизъюнктивных нарушений.

3. Разработано обоснование для: а) выбора математического аппарата оценки изменчивости геолого - технологических показателей; б) прогноза показателей; в) совершенствования методики изучения физико - механических свойств и трещиноватости.

4.Проведена типизация и районирование пород вскрыши Экибастузских карьеров на основании геолого - технологических показателей.

Практическая значимость работы заключается в следующем.

1. Предложены способы получения наиболее достоверных и надежных средних значений геолого - технологических показателей путем лито -фациальной дифференциации пород с учетом аномальности состава, строения и нарушенное™ горного массива.

2. Предложены методы совершенствования изучения трещиноватости на карьерах на основе фотодокументации выработок с применением видеокомпьютерного комплекса.

3. Разработаны рекомендации по прогнозированию физико -механических свойств и трещиноватости.

4. Разработаны рекомендации по обеспечению буровзрывных работ геолого - технологической информацией.

Достоверность_научных_положений подтверждается

непротиворечивостью результатов общей теории горно-геометрического анализа, значительным объемом исследований и сходимостью результатов и

выводов, полученных при использовании различных методов математической обработки данных, широким использованием компьютеров и апробированных программ, а также проверкой полученных результатов при их внедрении в практику ведения буровзрывных работ.

Реализация результатов работы. Результаты предварительных исследований использованы при внедрении усовершенствованной технологии взрывных работ на карьерах ПО "Экибастузуголь"; результаты детальных исследований, а также основные положения диссертационной работы будут использованы ВНИМИ при разработке нормативных документов по оценке прочностных свойств массива на угольных карьерах.

Апробация работы. Основные положения, изложенные в диссертации, докладывались на научных конференциях студентов и молодых ученых Санкт-Петербургского государственного горного института "Полезные ископаемые России и их освоение" (1997 и 1998 г.), на заседаниях кафедры (1996 - 1998 г.) и научно - технического совета ВНИМИ (1998 г.)

Исходные материалы и личный вклад соискателя. Исследования, проводимые в рамках диссертационной работы, базируются на данных натурных производственных наблюдений, экспресс - испытаний опробований, лабораторных исследований, проведенных на крупнейших угольных карьерах Экибастузского и Иркутского бассейнов. Данные получены в результате многолетних (1979 - 1990 гг.) исследований выполненных ВНИМИ под руководством Такранова P.A. Исследования, включающие анализ состояния вопроса, выбор математического аппарата исследований, оценку парагенетических закономерностей проявления геолого - технологических показателей, обработку первичной геологической фотодокументации откосов и

анализ точности фотометода, выполнены непосредственно автором на кафедре СПбГГИ (ТУ) и во ВНИМИ.

Публикации. Основное содержание диссертационной работы отражено в пяти публикациях.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав и заключения, изложенных на 136 страницах машинописного текста, содержит 25 рисунков, 37 таблиц, список литературы из 92 наименований.

В первой главе диссертационной работы дается анализ наиболее значимых факторов, оказывающих влияние на технологию ведения горных работ и устойчивость массива горных пород, проводится экспертный анализ литературных источников и выбираются факторы, изучение которых является необходимым и достаточным для геологического обеспечения работ. Вторая глава посвящена вопросам совершенствования методов изучения трещиноватости природного массива и кусковатости взорванной горной массы на угольных карьерах с использованием результатов геологической фотодокументации бортов и применением современной вычислительной техники. В третьей главе рассмотрены парагенетические закономерности связи между составом, физико - механическими свойствами и трещиноватостью вмещающих пород и углей. Приведены геологические предпосылки дифференциации пород вскрыши и дан сравнительный анализ тесноты и надежности получаемых уравнений связи при изменении степени дифференциации пород. Четвертая глава посвящена вопросам изменчивости геолого - технологических показателей в пространстве. В пятой главе рассмотрены результаты внедрения предварительных исследований в практику ведения буровзрывных работ, а также вопросы прогнозирования, типизации и районирования показателей.

1. Состояние изученности вопроса и задачи исследований

1.1. Горно-геологические условия открытой разработки угольных месторождений

Основным направлением технического прогресса в угледобывающей промышленности в условиях рыночной экономики стало значительное ускорение темпов роста открытого способа добычи угля, обусловленное внедрением высокопроизводительной техники, передовых технологий, безопасных и экономичных способов разработки. Для современного этапа развития открытого способа разработки месторождений характерно наличие двух основных тенденций - увеличение объемов добычи с одной стороны и ухудшение горно-геологических и экономико-географических условий разработки - с другой. Сочетание этих тенденций обуславливает необходимость поиска новых решений, связанных со снижением себестоимости добычи и улучшением технико-экономических показателей работы предприятий.

Себестоимость 1 тонны добытого полезного ископаемого предопределяется объемом вскрышных работ, которые, в свою очередь, зависят от угла откоса борта карьера. Как показали расчеты, увеличение общего угла наклона бортов высотой 300 м на 4° в интервале 28° - 32° уменьшает объем вскрышных работ на 10 млн. м3 на каждый километр борта [84]. Вместе с тем неоправданное увеличение углов откоса приводит к возникновению деформационных процессов, значительно осложняющих работу предприятия. В связи с этим на первый план выдвигается задача обеспечения устойчивого состояния бортов карьеров при сохранении максимальных углов отко�