автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.15, диссертация на тему:Научно-методические основы геологического обеспечения открытой разработки угольных месторождений

Министерство науки, высшей школы и технической политики Российской Федерации

осковский ордена Трудового Красного Знамени горный институт

^ СЗ

г ' На правах рукописи

УДК 550.8:622.03 (551.252:622.03)

ТАКРАНОВ Роберт Андреевич

НАУЧНО-МЕТОДИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ГЕОЛОГИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ОТКРЫТОЙ РАЗРАБОТКИ УГОЛЬНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

Специальность: 05.15.15—Рудничная геология

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Москва— 1993

Работа выполнена во Всесоюзном ордена Трудового Красно Знамени научно-исследовательском институте горной геомехани и маркшейдерского дела (ВНИМИ)

Официальные оппоненты: докт. геол.-мин. наук, проф. И. В. Еремин докт. геол.-мин. наук, проф. В. В. Фромм' докт. техн. наук, проф. Н. Н. Медников

Ведущая организация — Научно-исследовательский и проект! конструкторский институт по добыче полезных ископаемых открыт] способом (НИИОГР)

Защита диссертации состоится « // » с £ 1993 г.

в_час. на заседании специализированного совета Д-053.12

в Московском ордена Трудового Красного Знамени горном и не туте по адресу: 117935, ГСП, Москва, Ленинский пр., 6.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке институ

Автореферат разослан « » СпГ 1993 г.

Ученый секретарь специализированного совета

докт. техн. наук, проф. Г. Я. НОВ1

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Угольная промышленность в условиях >ехода к рыночной экономике ориентирована на опережающее ¡витие прогрессивного открытого способа разработки на осно-интенсификации производства, применения передовой техники ехнологии, полного извлечения угля, комплексного использова-I недр и охраны природной среды. Реализация этих задач обуслов-[а гармоничным научно-техническим прогрессом всех звеньев шзводства, в том числе обеспечивающих горные работы, среди орых приоритетная роль принадлежит геологическому обеспе-[ию. Однако между фактическим уровнем прогресса в производ-енных и обеспечивающих звеньев имеется диспропорция, что зано с недостаточной научно-методической обоснованностью гео-ических работ, с низкой технической оснащенностью геологи-кон службы и отсутствием профессионально подготовленных спе-¡листов.

Современный угольный карьер отличается высокой механиза-:й работ, применением мощного добычного и транспоргного обо-ования, большими объемами и протяженностью фронта горных ют, высокой скоростью продвигания забоев и смены обнажений ного массива,- В этих условиях высокие требования предъяв-этся к качеству и оперативности геологической информации и □стоверности прогноза, которые необходимы, например, для обес-ения высокопроизводительной и дорогостоящей техники посто-!ым фронтом работ и для сокращения ущерба от ее простоя и родуктивной работы. Отмеченная диспропорция и обостривший-дефицит геологической информации обусловили в ряде случаев декватную отдачу от внедрения современной горной техники нтенсификации производства. Например, при разработке слож-труктурных угольных пластов Экибастуза современными ротор-ли комплексами из-за ошибок или несвоевременного обеспечения каваторных бригад геологической информацией большой объем 1ытой угольной массы по качеству оказывается ниже планового юндиционного уровня и бракуется. Эксплуатация Березовского торождения (КАТЭК) по прогрессивной поточной технологии залась проблематичной из-за значительного снижения пронзительности экскаваторов и отвалообразователей в связи с не-таточной геологической информацией о строении вскрышного хива и свойствах слагающих пород. Отсутствует прогресс в реши народно-хозяйственной проблемы повышения эффективности

взрывного дробления пород из-за того, что буровзрывные рабо осуществляются без оперативного обеспечения исчерпывающей п логической информацией, в первую очередь, о трещиноватости взр ваемого массива.

Отмеченные недостатки вызваны недооценкой и малой изуш ностью геологических аспектов проблемы повышения эффект: ности разработки, решаемой односторонне, технико-технологическ путем. В то же время геологическое обеспечение, осуществляеи на высоком научно-методическом уровне, является информацт но-геологнческой основой, предпосылкой и гарантией. эффект] ного и безопасного ведения горных работ, стабильной добычи у! планируемого объема и качества, рациональной и комплексной э илуатации недр и охраны природной среды. При этом осуществ ние геологического обеспечения не требует больших затрат, сред и времени, и остается неиспользованным резервом повышения р табельности горного производства. Изложенное свидетельствует актуальности диссертации, посвященной разработке научных и тодических основ геологического обеспечения горных работ, ' является базой новой отрасли прикладной геологии — горноп мышленной геологии при открытой разработке угольных месторс дений, которую, по аналогии с шахтной, можно именовать карь ной геологией. Настоятельной необходимостью стало геолого-ге тическое обоснование достоверного прогноза, продуктивного и чения и использования трещиноватости, которая является ве щим геологическим фактором для ключевого технологического з на — взрывной подготовки горной массы и управления устойчи стыо в скальных и полускальных породах.

Цель диссертации — разработка научно-методического обос вания геологического обеспечения эффективного и безопасного дения открытых горных работ, стабильной добычи угля плани( мого объема и качества, рациональной и комплексной эксплуг ции. месторождения и охраны природной среды, что составл основу нового направления прикладной геологии — горнопром! ленной геологии при открытой разработке угольных месторожде!

Идея работы. 1. Полноценное и оперативное геологическое 01 печение горных работ, с одной стороны, является необходимым ус вием, геолого-информационной гарантией эффективной и р;и иальной разработки месторождения; с другой — осуществимо с ; том созданных теоретических предпосылок оценки сложност; методологии изучения горно-геологических условий открытой ] работки угольных месторождений, а также системы методик и I мативов геологических работ и контроля на угольных карье|

2. Эффективность ключевого звена технологии разработк взрывной подготовки горной массы и управления устойчивое а также качество (сортность) угля по кусковатости определяк рациональным использованием объективной информации о В1 щем геологическом факторе, трещиноватости с учетом предложен

рии ее геологической природы и изученных парагенетических ономерностей.

Защищаемые научные положения.

1. Геологическое обеспечение открытых горных работ, как осно-горнопромышленной геологии при открытой разработке уголь-с месторождений, определяют система геологической информа-I о разрабатываемом массиве, качестве угля и условиях ведения пых работ, а также методы получения информации и прогноза, логический контроль и мероприятия с учетом специфики геоло-

месторождений с мощными залежами и открытого способа их работки, условий геологического изучения и функционирования логической службы.

2. Геолого-информационной основой и гарантией обоснованных но-технических решений и осуществления эффективной, комп-сной и экологичной эксплуатации месторождения являются тео-ические предпосылки объективной оценки сложности и методо-ии изучения горно-геологических факторов, определяющих усло-

разработки, а также нормативно-методическая база геологи-кого обеспечения горных работ. Теоретические предпосылки опре-яют закономерности проявления и влияния горно-геологических ;торов на горные работы, их систематизация и горно-геологи-<ая типизация угольных месторождений по сложности откры,-

разработки, информационная модель — мониторинг геологиче-го обеспечения горных работ. Нормативно-методическую базу югического изучения и эффективного функционирования гео-ической службы составляют система методик геологических рана угольных карьерах, регламентирующие документы и мето-еские руководства.

3. Качество геологической информации, оперативность ее поения, безопасность и культура труда геолога обеспечиваются работанным дистанционным способом геологической докумен-ин на основе крупномасштабной фотодокументации и специ-ных высотомерных приборов, а также использованием создан-

универсального горного компаса и экспресс-методов опреде-\я свойств пород путем ультразвукового и инденторного испы-ля образцов.

Приоритеты геологического обеспечения при добычных ра-зх связаны с обеспечением стабильной добычи угля планируе-э объема и качества и минимальных его потерь; при вскрышных этах — с обеспечением эффективной технологии горных работ, плексной и экологичной эксплуатации месторождения при не-эдимости изучения всей разрабатываемой толщи и наиболее )имых факторов: строения массива, трещиноватости и др. 5. Продуктивность изучения и использования трещиноватости, жже обоснованность ее прогноза базируются на предложенной >ии геологической природы и изученных закономерностях проявления

трещиноватости в разных породах и структурно-тектонических ус виях. Основной объем трещиноватости представлен повсеместн внутриплатовым видом, который генетически обусловлен внутр ними процессами литификации отложений и сингенетической т тоникой, определяющей ориентировку, количество и взаимоот шение разнотипных систем трещин, относительное распределе: которых зависит от формы сингенетических структур, рестав руемых методами палеотектонического анализа. Эндогенную п роду отражают внутрипластовое развитие трещин и корреля1 ее интенсивности с мощностью. Аргументированность теории т щиноватости коренных пород увеличивают результаты лаборат ного моделирования и изучения природных моделей-аналогов, пр ставленных трещиноватостью рыхлых отложений и протектони Локальная трещиноватость неравномерно распространена в п делах зон, ширина которых зависит от степени складчатой и ди юнктивной дислоцированности, оцениваемой относительной деф мацией изгиба и полной амплитудой смещения. Распределение р нотипных соскладчатых систем трещин определяется величиной у падения пласта.

Типизация трещин на эндогенные (диагенетические), литог ные, тектонические, экзогенные отражает генетическую связь с ф даментальными геологическими процессами и органически зав шает разработанную теорию геологической природы трещино тости.

6. Научно-методической основой прогнозирования трещино тости являются: — разработанная теория генезиса повсеместно! локальной трещиноватости; — количественно охарактеризован! закономерности и парагенетические связи, особенно описанные ] тематически; — модели типичного проявления интенсивности т щин в пластах и соответствующие статистико-вероятностные рактеристики распределения ее совокупностей.

7. Эффективность и возможности изучения трещиновато увеличиваются при использовании специально созданных при ров и усовершенствованных методов документации, результа разведочного бурения и корреляции выхода керна и степени т щиноватости, автоматического способа построения на ЭВМ д грамм трещиноватости и обоснования выбора картографичеа и аксонометрической проекций для изображения трещиноватое приемов определения полного количества трещин в системе, ко угольной к обнажению.

Научное значение и новизна.

1. Разработаны научное обоснование и нормативно-методи екая база геологического обеспечения горных работ на угольи карьерах, которые составляют основу нового направления прикл ной геологии — горнопромышленную геологию при открытой р работке угольных месторождений. Определены теоретические пр

ылки оценки сложности и методологии изучения горно-геоло-еских факторов, характеризующих условия открытой разработ-угольных месторождений. Разработаны информационная мо-ь — мониторинг геологического обеспечения открытых горных от и система методик геологического изучения, мероприятий онтроля на угольных карьерах. Научно-методические основы, мативные документы и обобщающие публикации автора по гео-ическому обеспечению открытой разработки угля приоритетны, ¡изну методики геологического обеспечения в сложных горно-югических условиях Кузбасса, Урала, Казахстана подчерки-г отсутствие аналогичных карьеров за рубежом.

2. Разработана новая и перспективная методика геологического чения на угольных карьерах на основе фотодокументации и грументальной съемки с помощью специально созданных гео-ических приборов. Геологические высотомеры ВАГ, ВГМ и уни-гальный горный компас УГК не имеют аналогов и защищены эрскими свидетельствами.

3. Создано геолого-генегическое обоснование прогноза, изуче-и использования трещиноватости, как ведущего геологическо-

фактора эффективности буровзрывных и экскаваторных работ правления устойчивостью. Изучены и количественно охарак-иованы: а) парагенетические закономерности проявления тре-ювтости в угольных пластах и вмещающих породах в зависи-ги от состава и свойств, литогенегических особенностей, мета-физма и дислоцированности; б) геотектонические условия ее азования в бассейнах и угленосных формациях разного типа; лриродные модели-аналоги. Лабораторным моделированием вос-изведено образование основных видов трещиноватости. 1. Сформулирована новая теория генезиса повсеместно распро-шенной, наименее изученной трещиноватости, которая генети-си является литогенной и обусловленной внутренними процес-и литификации и сингенетической тектоникой. Установлено ко-эственное распределение (удельный вес) систем трещин раз) типа относительно сингенетических палеоструктур. Смодели-1ны закономерности степени трещиноватости в виде схем ти-юго проявления трещин в пластах и соответствующих стати-со-вероятностных характеристик распределения совокупности азателей интенсивности трещин.

5. Предложена теоретическая модель, обобщающая проявле-двух генераций локальной соскладчатой и содизъюнктивной циноватости; установлен неравномерный характер изменения штенсивности в зоне влияния складчатых и разрывных нару-ий и зависимость ширины зоны от степени дислоцированности: оказателя складчатости или полной амплитуды смещения. Уста-тено относительное распределение разнотипных систем трещин шиснмости от тектонической деформированности участка, оце-аемой углом падения пласта.

В разработанной классификации учитывается генетическая св! трещиноватости с фундаментальными геологическими процесса! единство критериев для подразделений одного уровня, ггростс построения и использования ее номенклатуры.

6. Новая "теория трещиноватости, установленные парагеие ческие закономерности, особенно математически описанные ю реляции и модели являются научно-методической базой проп зирования трещиноватости.

7. Разработан комплекс способов и средств натурного изу ния трещиноватости и камеральной обработки данных, что у личивает информативность и возможности ее оценки.

1 Достоверность научных положений к рекомендаций обоснова

— комплексностью исследований, включающих теоретические методические разработки, натурные и лабораторные наблюде! и испытания, опытно-конструкторские работы, горно-промышл ные эксперименты;

— обобщением и анализом опыта работы геологической служ на угольных карьерах Кузбасса, Восточной Сибири, Урала, I захстана, Средней Азии, Украины, а также результатами соб венных многолетних (с 1966 г.) исследований по геологИческс обеспечению открытых горных работ;

— научными предпосылками, базирующимися на фундамента ных положениях геологии, геометрии недр и горного дела, мате; тической статистики;

— дифференцированностью методики геологических работ, у тывающей горно-геологические условия разработки и соответ вующую типизацию эксплуатируемых месторождений;

— работоспособностью созданных геологических приборов, э плуатирующнхея в производственных условиях, признанных и бретением, экспонировавшихся на отечественных и зарубеж! выставках, отмеченных наградами ВДНХ;

— теоретическим обобщением натурного изучения геологичеа природы трещиноватости, количественной оценкой закономерное проявления и парагенетических связей, использованием природ! аналогов и лабораторного моделирования;

— контролем рекомендаций по прогнозу трещиноватости и рошей сходимостью с фактическими данными разных исследо телей;

— многолетним (с 1956 г.) личным опытом изучения трещи ватости на месторождениях угля, сланца, руды, стройматериа. и большим объемом использованного фактического материала, держащего десятки тысяч непосредственных замеров парамет] трещиноватости;

— промышленным масштабом проверки эффективности геоло информационного обеспечения технологии разработки и реальн повышением рентабельности буровзрывных работ;

— использованием наших разработок в практической работе алогической службы угольных карьеров, при научных исследо-ниях и изысканиях рядом организаций и специалистов, в учеб-м процессе в ВУЗах.

Практическое значение диссертации: — создана нормативно-ме-аическая база геологического обеспечения, которая включает гламентирующие документы и методические руководства; спо-5ы и технические средства получения первичной геологической формации путем геологической документации, съемки, опробо-ния и эксплуатационной разведки; методику геолого-информа-онного обеспечения добычных и вскрышных горных работ; ре-мендации по приоритетному направлению геологического обес-чения, связанного с технологией горных работ; геологический итроль и мероприятия;

— оптимизированы и унифицированы параметры геологической емки и эксплуатационной разведки с учетом горно-геологической эжности разработки; обоснована точность определения посто-но изучаемых геолого-геометрических параметров (мощности, задания); дана оценка сети опробования и изменчивости свойств -рещиноватости пород; рекомендован способ оперативной оценки ?днеиластовой плотности и прочности;

— разработаны перспективные дистанционные способы и сред-!а геологической документации на основе специально созданных 4боров и фотосъемки, что повышает качество, возможности, опе-гивность и безопасность геологического изучения на карьере;

— усовершенствованы экспресс-методы определения физико-ме-шческих свойств на основе ультразвукового и инденторного испы-шя образцов и установленных корреляций;

— разработана новая методика прогноза ориентировки систем штенсивности трещин на основе предложенной теории геологикой природы и изученных закономерностей трещиноватости с :том положения силового поля сингенетической тектоники и мощ-:ти деформируемого пласта; контроль прогноза фактическими шыми подтверждает надежность методики;

— для оценки наиболее вероятного значения степени трещино-ости рекомендованы модели типичного проявления трещин в 1сте и соответствующие статистико-вероятностные характерис-и распределения показателей;

— предложены методы изучения и прогноза локальной трещи-1атости с учетом ее генерации, неравномерно-зонального про-[ения и зависимости ширины зоны от степени складчатой и дизъ--стивной дислоцированности; установлено статистическое распре-ение разнотипных систем трещин при разном угле падения плас-

что необходимо для их прогноза на крыльях складок;

— усовершенствованы способы и средства изучения трещино-ости на карьере с использованием созданных методов и техники

геологической документации, результатов разведочного бурения их корреляции с трещиноватостью, путем обоснования выбора пр екций для изображения трещиноватости, автоматизации ггост[ ения диаграмм на ЭВМ, учета косоугольности экспозиции обь жения и т. д.

Реализация работы характеризуется внедрением следующ нормативно-методических документов:

1. Инструкция по работам геологической службы на шахт и разрезах Минуглепрома (1973);

2. Руководство по изучению и документации геологическс строения на угольных карьерах (1969);

3. Указания по геологической фотодокументации бортов уго. ных разрезов (1972);

4. Инструкция по геологическим работам на угледобываюш предприятиях РФ (1992);

Отдельные результаты исследований и рекомендации исно. зованы в следующих документах:

1. ^Руководство по изучению геологического строения шахтн полей при подземной разработке угольных месторождений (196'

2. Требования к определению механических свойств пород г геологическом изучении полей шахт Минуглепрома СССР (197'

3. Методические указания по определению механических свой» пород геологическими и изыскательскими организациями М1 (1977);

4. Временные методические указания по экспресс-определен упругих свойств горных пород ультразвуковым методом (198

Для крупных объектов открытой добычи угля (Экибастуз, 1С ный Кузбасс) разработаны и переданы рекомендации но изучен и прогнозу трещиноватости и геологическому обеспечению вскрь ных работ (1978, 1985, 1987). На их основе совместно с НИИО и ПО «Экибастузуголь» созданы руководства по совершенство нию технологии БВР (1987, 1988, 1989), внедрение которых обес чило реальный экономический эффект.

Приборы геологического назначения (высотомеры, универс.а ный горный компас) признаны изобретением, экспонировались многих отечественных и зарубежных выставках, выпускаются он ным заводом ВНИМИ, внедрены в КАТЭК, Экибастузе, Кузбас

Разработанные рекомендации по изучению трещиноватосп установленные ее закономерности в разной форме использовг с исследованиях ИГД Минчермета, ИГД им. А. А. Скочинскс Гидропроекта, КарПИ и др. Предложенный нами ультразвуке] способ определения механических свойств пород применяется ПГО «Гидроспецгеология», ИГТМ, ИГД им. А. А. Скочинскс ИГД МЧМ, ВНИИГ, ВНИМИ и др.

Результаты наших исследований по геологическому обеспе нию открытых горных работ использованы в нормативно-мето ческих разработках НИИОГР, ВЗПИ, ВСЕГЕИ, а также в учеб>

собиях по горнопромышленной геологии и сопредельным дис-плинам (ВЗПИ, 1974; МГРИ, 1977; ДГИ, 1978; ИПИ, 1984; ГИ, 1982; 1984, 1989).

Апробация работы. Основные положения диссертации докла-вались и получили одобрение на Всесоюзных совещаниях и се-нарах по вопросам изучения и прогноза инженерно-геологиче-их условий разработки (Москва, 1969, 1974, 1979); по вопросам ркшейдерского дела и геометризации месторождений (Москва, 69; Ленинград, 1970, 1972, 1979); угольной геологии, разведке геологическому обеспечению добычи угля (Кемерово, 1971; Рос-з, 1972, 1989; Междуреченск, 1985; Тула, 1988); но симметрии элогических структур (Ленинград, 1988); на региональном со-щании геологов-уголыциков (Артем, 1986), на НТС ВГО «Со-углегеология», угледобывающих и геологоразведочных объеди-ний, Ученого совета ВНИМИ, кафедры геологии МГИ. Отдельные результаты, полученные совместно по нашей мето-ке, вошли в кандидатскую диссертацию А. С. Шустермана, за-нценную под руководством автора.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 63 работы монографии), разработано и внедрено 4 нормативно-методи-:ких документа, получено 3 авторских свидетельства на изобретя.

Исходные данные и вклад автора. Основу диссертации соста-ли НИР по совершенствованию методики и техники геологиче-эй документации на угольных карьерах и разработке норматив-методических документов, которые проводились во ВНИМИ 966—91 гг.) под руководством и при непосредственном участии тора, а также собственные инициативные исследования геоло-■генетической природы трещиноватости. Многолетнее (с 1956 г.) чное изучение трещиноватости, включающее десятки тысяч посредственных наблюдений и замеров, осуществлялось в различ-:х геологических условиях месторождений угля Сибири, Урала, 1захстана, Средней Азии, горючих сланцев и строительных ма-эиалов Прибалтики, полиметаллов Карамазара (Средняя Азия) других районов. Исходными материалами служат результаты оведенных под нашим руководством и непосредственном участии НИР по геологическому обеспечению эффективной технологии зработки, промышленных экспериментов и внедрения, а также зультаты лабораторных исследований и публикации.

Структура -и объем работы. Диссертация состоит из введения, глав, заключения; объем 371 страница текста, 120 рисунков и 1 наименований литературных источников.

Автор признателен сотрудникам ВНИМИ и геологам угольных рьеров, которые в разной форме содействовали проведению ис-едований, а также проф. В. В. Кирюкову, проф. В. Н. Земисеву, ру техн. наук Э. Л. Галустьяиу за участие в обсуждении работы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Геолого-информационное обеспечение горных работ является и обходимым и обязательным условием эффективной, комплексна и экологичной разработки угольных месторождений. Но в научн методическом отношении существующее геологическое обеспечен не отвечает требованиям современного горного производства, горные работы ведутся в условиях диспропорции уровня прогрес производственных и обеспечивающих звеньев и дефицита геол гической информации. Более того, интенсификация горных рабе стабильная добыча угля запланированного объема и качества, р циональное и комплексное освоение месторождения, вовлечен в эксплуатацию геологически сложных участков и глубоких гор зонтов требуют качественно нового геолого-информационного обесг чения.

Такое положение обусловлено отсутствием внимания к геол гическим аспектам эффективной разработки как с точки зрен научного обоснования и методики геологических работ, так и т« нического оснащения геологической службы и профессионалы! подготовки для нее специалистов по горнопромышленной геолоп

Несмотря на то, что геологическая служба на угольных кар! pax существует более 40 лет, до начала исследований ВНИЛ' практически отсутствовали публикации по рассматриваемым е просам. О методике геологических работ на угольных карьерах небольшом объеме говорится в работах ВЗПИ (1971, 1974) НИИОГР (1976) с указанием на исследования ВНИМИ. В пуб/ кациях зарубежных авторов, одновременных НИР ВНИМИ, or саны методы геологической съемки в относительно простых reoj гических условиях буроугольных карьеров Германии и Чехоев вакии. В 1969 и 1973 гг. вышли нормативно-методические докум« ты, затем монография соискателя «Геологические работы на уго; ных карьерах» (1975) и статьи по разным вопросам методики техники геологического изучения (авторы Такранов Р. А., LLI\ терман А. С., Смирнов В. В.). Основой этих работ послужили i следования ВНИМИ по различным вопросам геологического об< печения открытых горных работ и повышения функциональной э фективности геологической службы, которые проводились с се[ дины 60-х годов на постоянной основе под руководством и при i посредственном участии соискателя. В литературе имеются высь зывания крупных специалистов горного дела (В. В. Ржевско] К- Е. Виницкого, Н. Я. Репина, Г. Я. Новика, Б. Н. Кутузова и д{

значении геологической информации для повышения эффективен! горных работ.

Все это свидетельствует о настоятельной необходимости обобщи?! и создания основ нового научно-производственного направ-ния прикладной геологии, являющегося горнопромышленной гео-гией при открытой разработке угольных месторождений, кото-е, с одной стороны отличается самостоятельностью и спецификой связи с геолого-генетическими особенностями месторождений с одними угольными залежами и их разработкой открытым снобом, методикой геологического изучения и функционирования ^логической службы; с другой, является завершающим этапом элогоразведочного изучения месторождения при промышленном э освоении.

Геологическое обеспечение предусматривает: 1) получение ис-рпывающих первичных геологических данных об угольном плас-и вмещающих породах, о гидрогеологических и инжеиерно-гео-гических условиях ведения горных работ, о попутных полезных копаемых; 2) обобщение и геологический прогноз; 3) геолого-формационпое обеспечение текущих горных работ, особенно их шологии, а также перспективных задач эксплуатации месторож? тля; 4) геологические мероприятия и контроль с целью обеспе-шя выполнения проектных решений, полного извлечения запасов комплексного использования месторождения, эффективного дре-жа, устойчивости выработок, снижения экологического ущерба, ¡ультативного изучения карьерного поля.

Объем, состав и методы геологического обеспечения определя-ся сложно взаимодействующей системой геологических, природ-х и техногенных факторов, характеризующих горно-геологиче-!е условия разработки. Для научного обоснования объективной щки, продуктивного изучения и прогноза горно-геологических ювий: 1) изучены закономерности проявления и влияния горно-шогических факторов па горные работы; 2) проведен системный ализ и моделирование совокупности этих факторов; осуществле-горно-геологическая типизация месторождений, разрабатывае-х открытым способом; 4) создана информационная модель-мо-юринг геологического обеспечения открытых горных работ. Зна-лость факторов, характеризующих географические условия, струк-|у месторождения, угленосную и перекрывающую толщу, уголь-

0 залежь, гидрогеологические и инженерно-геологические усло-1, попутные полезные ископаемые и экологию, на разных этапах шышленного освоения не одинаковая. В результате системного 1лиза методом экспертных оценок приоритетов получено, что

1 эксплуатации наиболее значимы факторы, характеризующие юсредственно объект разработки: угольную залежь и вмещаю-е породы, а также конкретные условия ведения горных работ, >еделяемые обводненностью, разрабатываемостыо и устойчивого массива горных работ. Уровень значимости этих из 10 анали->уемых факторов более 10 %. На основе системного изучения

и оценки значимости горно-геологических факторов, с учетом ге лого-генетических закономерностей месторождений с мощны]* пластами угля и фактических технико-экономических показател их эксплуатации осуществлена типизация горно-геологической сложности открытой разработки угольных месторождений (табл. 1 При выделении классификационных групп реализован принци генетически однотипные месторождения близки по геологическ! факторам, которыми определяется система, технологии и эконом ческая эффективность разработки. Обоснованность типизации по тверждают количественная характеристика выделенных категор при оценке классификационных признаков баллами, I группа < баллов, II — 60—70, III> 70, а также совпадение ее с разведс но-экономическими классификациями месторождений, пригодн] для открытой разработки, которые созданы независимо и поздн ВНИГРИуголь и ВИЭМС (1979, 1986). Предложенный монитори геологического обеспечения представляет собой систему способ и средств геологического изучения на карьере и получения первг ной информации, ее обработки, обобщения и учета, геологическс прогноза, мероприятий и контроля (табл. 2).

Систематизация горно-геологических факторов, типизация сложности и информационное моделирование являются научн предпосылкой и основой, обеспечивающей продуктивную целег правленную и оптимальную по объему и детальности, унифици{ ванную методику геологического изучения и прогноза. Это наш отражение в рекомендациях относительно вида и детальности п логического изучения на угольных карьерах, параметров съем и эксплуатационной разведки. Например, при простых горно-п логических условиях (I группа) ведется прерывистая геологи1 екая документация в масштабе 1:200 (1:500) по сети 200 м и с i риодичностью раз в месяц (квартал); при сложных условиях ( группа)—сплошной вид документации, масштаб 1:100 и крупн Во всех случаях наиболее значимые факторы изучаются посто5 но и детально на инструментальной основе, остальные фикси| ются попутно. Сеть эксплуатационной разведки для I группы, среднем 200X100 м, иногда достаточны отдельные выработки; д III группы — 50X50 м.

Горно-геологическая типизация (см. табл. 1) позволяет так в общем виде характеризовать сложность условий разработки пе| пективных месторождений. Например, Средне-Амурский, Тунг; ский, Ленский бассейны относятся к I группе, Майкубенский, Т; гайский-П, Улугхемский-Ш и т. д.

Для полноценного и продуктивного функционирования repj гической службы и решения всего комплекса задач геологичеа го обеспечения открытой разработки месторождения созданы н< мативно-методические, отмеченные ранее документы, а также < временные способы и средства получения первичной геологическ информации. Определена сфера деятельности геологической слу бы, обоснован круг решаемых задач, объектов изучения и вщ

Таблица. I

ГОРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ КЛАССИФИКАЦИЯ УГОЛЬНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ, РАЗРАБАТЫВАЕМЫХ ОТКРЫТЫЙ СПОСОБОМ

¡лассификационныв признака

Генетический-тяа

эологическое |гроение:

залегание

угленосность

строение и на-

рушенность

пласта

К л а с. с л кационные группа

^Простые* ■

А

Б

Платформенны

Горизонтальное, 0-10° Один основной рабочий пласт

мощность 20-40 ц

Простое,мор-фология выдержанная

тип угля

вмещающие породы

строение угленосной толщи

Бурый

Слабосцемен-тированные

мощность до б-Ю I!

Сложное и про-Сложное и простое, морфоло-стое, иорфоло'

гия выдержанная

Бурый и переходный к каменному

Сцементированные' и слабо-сцементирован ные

Относительно ^Простое простое ^

мощность 10-40(100 )и

гия невыдержанная

Бурый ни8к0й степени угле-фикации

Несцементиро-ваноые и сла-босцементиро-ванные

Сложное

П. Средние

Б

Переходный

Пологое, 10-30°, иногда наклонное, 30-60°

(Наклонное,

30-60и

Один или два рабочих пласта

мощность до 15-30 м

Сложное,морфология в целом выдержанная, имеются смещения

Слабосцемен-тированные

мощность до мощность 15-50(100)м 10-60(Ю0)к

Сложное,мор™ Сложное,морфология отно- фология в сительно вы- целом выдеру, держанная, . ганная, име-имеются скдадДются смеще-

ки,смещения

Бурый и переходный к каменному

Сцементирован ные

Пологое, 10-30°

Несколько различной

ни я

Каменный

^цементированные

Ш.Слошше

Б

В

1У. Весьма сложные

Геосинклинальный

¡Наклонное, УСрутое, Iзо-бо0 :60-90° (свита) рабочих пластов, мощности (до 20-25 м)

Простое,морфология выдержанная, имеются смещения,дайки

Каменный

Сцементированные

Простое,морфология в целом выдержанная, имеются смещения складки

Каменный

Простое,морфология относительно выдержанная, многочисленны смещения, складки

Каменный

Сцементированные

IСцементированные

Относительно Относительно ¡Относитель-

простое

сложное

простое

Относительно ¡.Относительно 'Относительно простое сложное j сложное

Месторождения подтипа центральных

.прогибов (собственные геосинклинали) мало пригодны для открытой разработки

здрогеологические 10л0езя

Относительно простые .Карь-г еры обводнены и умеренно обводнены

¡Рростые и относительно простые.Карьеры слабо й умеренно обводнены

рженерно-

Ьологические

¡словия

Коэффициент вскрыли, и3/®

Глубина разработке м

Себестоимость 1т добычи (усл.ед'.)

Потери угля, %

Система разработке

Относительно простые. Породы относительно мягкие / = 1-2, требуют частичного рыхления, в бортах средне- и относе' тедьно слабо устойчивые

Относительно простые и средние. Породы относительно крепкие и средней крепости $=2-6, требуют частичного и •полного рыхления, в бортах средне и относительно устойчивые

Сложные и сре-|Относительно дние. Карьеры обводнены и

весьма обвод-пены

еры обводнены в 'уиерен-

Относительно

Относитель-сложные ,Карь4слогные. Карь{-простые и-

средние. ■Карьеры умеренно обвод нены

еры обводнены и умеренно об^]

но обводнены.воднены

Относительно сложные. По-'¡роды мягкие

в бортах относительно слабо устойчивые

Средние. Породы относительно мягкие /=1-2, требуют частичного рыхления, в бортах относительно слабо устойчивые

Относительно ¡Средние.Карь- Относительно

простые и средние.Карь-■еры умеренно ■обводнены

Средние. Породы средние и крепкие

2-8 требуют рыхления, ¡в бортах |средне- и относительно слабо устойчивые

Средние.Породы среда ние и крепкие /=2-7, требуют рыхления,в бортах средне устойчивые

1-3

3(2)-5

Нобольсая (20-50 в более}

Средняя (50-80)

Значительная (80-100 м бояоо)

1-2(3)

2(3)—2

4-8

10-15

Бестранспорт-Бестранспортная, комбини-ная, комбини-

рованная

рованная

Транспортно-отвальная, комбинирован* ная

КоибЕЕяроЕЗП-гНсаблияроЕэп-

Гранспорт-

ная

¡езя» транспорт)- вея

¡Е2П

Средние и относительно простые. Породы относительно крепкие и крепкие / =4-8 (10), требуют рыхления, в бортах средне и относительно устойчивые

еры обводнены|простые.Карь-и умеренно обтеры умеренно

воднены

обводнены и обводнены

Средние. По-

«Средние^и относительно

роды относительно креп- [сложные. Поро-кие и средние /=3-6(8),требуют рыхления в бортах сред не устойчивые

ды средние и крепкие { =4-8 требуют рыхления, в бортах относительно слаба и средне устойчивые

5 -10

Ззачвгельная (80-100 и более)

Более 5

До 40

Хомбинирован-аая

Транспортная, комбинированная

Транспортная

Горно-геологические условия разработки

Простыв

Относительно простые

Относительно

простые,

средние

Средние

'.Средою, от; поонтельно огхгшо

Средние,

Относительно сложные

Средние

Относительно сложные

Сложные

Схема типичного месторождения и карьера

Канско-Ачин-ский бассейн

Иркутский бассейн

Днепровский бассейн

Ангреиское \Богословское, месторождение:: Волчанское

;месторождения ¡Челябинский •бассейа

Экнбасту8-ское, Ку-учевинское месторождения

Томусинский угольный район Кув-басса

Кемеровский, Басаевский угольные районы Кузбасса

Прокопьевско-Киселевский угольный район Кузбасса

А

информационная модвль-моииторкнг геологического обеспечения открытых горних работ

итологаческая инившш|[

т.

ПЕРЕЯНАЯ

предварят елышй йрогноз, текувде геологические укввашш,кароприятия

варисовки,

геологическое

описание

{ото. анализа'

колота проб I

сотахин

ш

гкдрогелсгичаская, икгсяерно-

геолог докуигптацЕЯ

результата механических, геофиаическиз испатаниЯ

локзхонтас^я спец. геолог. исоладохщпиЗ

öfihk

геологических даннах АСУ эга

/ сводная обозважш \

i 1 1 1 1 i •

ООНОВПаЯ. горно-графиче сем дакукентацЕЯ геояогичэсзле чаргегн гидпягао логические ÏEE6HSPS0- геологические чсртсхи геологические отчеты, 5аЗКЭЧ5НЕЯ таблица, графита. czeiTJ дкагрево пакет прогргша асу геологичес обеспечения

гаолошЕокий

контроль мекшшшя

о

гойше технико-тш010шескив

мггоппятая

ГЕШюплгскнй ПРОГНОЗ

дальнейшее ге0л0гичесше изучени2

геологических работ, разработана методика получения исчерш вающей информации путем съемки, опробования, эксплуатации ной разведки, обоснована точность и пути совершенствования reí логического изучения и документации на карьере. С целью повь шения информативности л унифицированности геологической гр; фической документации усовершенствованы условные обозначени основных угленосных пород. Разработанные отраслевые норматш но-методические документы внедрены на производстве, отдельнь рекомендации, в частности, по экспресс-испытаниям пород, вошед шие в другие документы, используются в практике изыскател! ских и исследовательских работ.

При обосновании необходимой точности определения постояе но изучаемых геолого-геометрических параметров (мощности, 3с легация) учитывались методы их определения, а также использс вание и требования для расчета объемов добычи, потерь, запасо или среднепластовой зольности. Установлено, что для определи ния объема при разработке пластов простого строения точност замера мощности в сечении ± 14 см; для предельно кондиционно мощности 1 и 2 м— ±2 и 5 см. При определении среднепластово зольности учитывался уровень средней зольности и сложность erpot ния пласта. Для сложноструктурных пластов точность определе ния мощности 7 %.

Точность определения элементов залегания зависит от величи ны угла падения и методики измерения, что подтверждено теоре тическим и опытным путем. Теоретически анализировались сфе рические треугольники, образованные дугами больших кругов np¡ разном наклоне плоскости и ошибке измерения одного из элемен тов залегания. Экспериментальная зависимость получена по ре зультатам серийных компасных замеров на специальном стенде которые контролировались более точными измерениями. Гипербо лическая кривая зависимости ошибки определения азимута ДЛ о угла падения б описывается выражением:

A = k/6 + t,

где k — эмпирический коэффициент, равный для разных типов ком паса 10—15; t — точность определения азимута любого направле ния, равная 1°30'.

Установлено, что при падении > 15—20° АЛ «/, при б С 4—5° кривая зависимости ДЛ становится асимптотой и измерить элемен ты залегания горным компасом практически невозможно, плоскост! считается горизонтальной.

Установленная точность определения геологических параметроь обеспечивается посредством фотодокументации и инструментальной съемки с помощью высотомера и универсального горного компаса. Эти перспективные методы получения качественной первичной геологической информации кроме того повышают возможность изучения, безопасность и культуру труда геолога, заменяя существующие способы геологической документации, проводимой на ви-

'альной основе непосредственно по откосу с использованием раз-шных лестниц.

В геологических высотомерах ВАГ, ВГМ контакты пород и вы-)томерные шкалы вертикального лимба-маятника наблюдаются поле зрения трубы, что позволяет автоматически измерять отно-[тельную высоту кровли и почвы пласта. Разница высот отвечает фтикальной мощности, точность определения которой по контро-э рулеткой 5—10 %. В.горном компасе УГК буссольная коробка ¡ляется маятником и эклиметром. Вся'система арретируется од->временно, что позволяет при одной установке прибора измерять >а элемента залегания. Это значительно увеличивает область при-;нения, производительность и точность измерения, что является 1жным преимуществом для основного, постоянно используемого ологического прибора.

Изучены возможности использования для геологической съем-[ геодезических приборов. Наиболее приемлемы дальномеры без-;ечного тип-а, обеспечивающие точность определения мощности 1-20 %.

Основу геологической фотодокументации составляет минималь-> искаженное фотоизображение откоса, полученное любитель-;ими камерами в крупном масштабе с использованием штатных длиннофокусных объективов и приспособления (штанги-штати-|), созданного для установки камеры в положение, когда умень-ается перспективность снимка (негатива). Эффективность мето-1 определяется надежностью и точностью дешифрирования, ко-фые зависят от фотометрического (яркостного) контраста, изу-!Ниого для угленосных отложений с учетом характера освещения. Ля обеспечения достаточных метрических качеств фотоснимка ¡основаны оптимальные условия съемки с учетом установленных сдельно допустимого масштаба съемки и искажений изображе-!я от перспективности снимка и рельефа откоса. .Получены зако->мерности искажения мощности пластов в зависимости от наклона коса и высоты положения в нем пласта, что позволяет вводить измерения по снимку необходимые поправки. Точность опреде-ния мощности при съемке штатными объективами 7—12 %, те-объективами 5—8 %. Разработана методика использования ма-риалов фотодокументации для получения первичной геологиче-ой информации, а также определения элементов залегания струк-р по недоступным обнажениям, оперативной оценки среднеплас-вой зольности, фактических потерь угля и т. д.

Весь комплекс вопросов методики отражен в монографии «Гео-гическая фотодокументация горных выработок» и в «Указаниях | геологической фотодокументации ...», которые одобрены ВГО кдазуглегеология» и рекомендованы к практическому использо-нию. Фотодокументация ведется на карьерах ПО «Вахрушев-оль», «Кузбассразрезуголь», внедряется в ПО «Средазуголь». э производительности фотометод превосходит способ визуальных рисовок в среднем в 3 раза.

Эффективность инструментальной геологической съемки и ф< тодокументации подтверждается официальными документами npej приятий.

Обоснованы параметры и методы геологической съемки и эк< плуатационной разведки с учетом горно-геологической сложное! разработки (табл. 3). Рекомендованы масштаб, сеть и виды reí логического изучения и документации. Отличительной особенность эксплуатационной разведки на карьере является изучение вс( вскрышной толщи и условия ее отработки, подробная оценка п путных полезных ископаемых, учет параметров системы и техн логии разработки. При сложном геологическом строении изучаю ся горно-геологические условия проведения капитальных горнь работ и_первоочередной отработки. Для проходки эксплуатацио но-разведочных выработок рекомендовано буровое оборудован! из числа выпускаемого промышленностью и пригодного для уел вий карьера. Показано преимущество шнекового бурения.

Для повышения точности определения мощности и качест! по угольному керну изучена закономерность влияния геологическ! факторов: трещиноватости, состава и степени метаморфизма i потерю (истирание) керна при проходке сложноструктурных пла тов. Например, при разведочном бурении в Южном Кузбассе ri| интенсивности трещин <30 тр/м в углях и 15 тр/м в песчаник, керн мало истирается (выход > 80 %), при интенсивности > 100 тр, получить керн практически невозможно. Градиент увеличения зол ности при потере керна на 1 %, установленный для углей мар Б, Д —0.17, Г —0.04, Ж —0.12, К —0.25, ОС —0.24, Т —0.1 целесообразно использовать для корректировки результатов опр бования керна при его выходе <70 %.

Действенным средством оптимального изучения геологическ ■показателей и их пространственного размещения является экеш: атационная геометризация, особенно с использованием метод автоматизации и ЭВМ (см. работы В. А. Букринского, В. М. Г> кова, В. М. Калинченко, В. В. Ершова и др.). При этом подче киваем значение геолого-генетического обоснования геометризащ когда виды и комплект горно-геометрических графиков опреде/ ются генетическим типом месторождения. Например, для reoci клинального типа достаточно иметь гипсометрию только одной i верхности пласта, для платформенного — кровли и почвы.

Специфика добычных и вскрышных горных работ и приорит< ность геологического обеспечения эффективной технологии оп] делили особенности описанной в диссертации методики геоло) ческого изучения, мероприятий и контроля на добычных и вскры ных горизонтах.

Геологическое обеспечение добычных работ направлено, пре де всего, на стабильную добычу угля запланированного объе и качества, на максимальное извлечение запасов, технико-эко! мическую эффективность добычи, особенно при селективной от] ботке пласта. Научным обоснованием полноценного и оптималык

таблица з

Параметрическая характеристика геологической съёмки в зависимости от слоглоотя горно-геологических условий открытой разработки

Группы горно-геологической сложности

геологической съЗмкп I п Ш

Л Б В А Б В А Б В

Зиды документации

прорыЕиотая ++ ++ ++ ++ ++ ++ ++ ++ ++ ++ -н- ++ ++ ++ +_ ++ ++

сплошная +_ + ++ ■ + ±± + + + ++ + ++ ++

'яслтпб документации 1:500

++ '■ ++ - 11 1 -' 1

1:200 ++ ++ ++ ++ + •н- ++ ++ ++ ++

1:100 +_ ++ ++ ++ ++ ++ ++ ++ ++ ++ ++ -н- ++ ++ ±± 1 ++

Зеть пунктов съймкл 200 м ++ ++ ++ ++ ++ ++ ++ 1 1 Т~ 1

100 м ++ + ±± + ++ ++ ±± ++ ±± ++ ++ -И- ++ ++ -н-++ > ++

50 м и менее + +_ ■н-+ ++ + + + -н-+ : ++ +

Сроки применения, сутки

90 30! 30' 180~ 180; 90

30 "90

30 "30 (90)

Примеры

«

I X

: о а

! к о

! о X

I 5 ?

¡и <е

я а

о £

ж в: к о ю

о &

о

3

бассейны

О)

о

к <о

О 5

Ж Г &

■5

в к к о ж к

■О «

О) ЕГ

«

к 51 с

и а д «

о о а

п Ж о ; х

¡5" к о о

о , Ен

V Я! г-

>о о 1 %

С?

бассейны

Еч

к

р-ны Кузбасса

В числителе - добычные, в знаменателе - вскрышные уступы Применение: ++ основное, + редкое, - не применяется

по затратам геологического изучения являются парагенетическь закономерности состава, качества и свойств углей, установленнь для основных объектов открытой разработки, а также известнь из работ А. А. Агроскина, В. В. Гречухина, И. В. Еремина, В. В. Ю рюкова, В. Р. Клера, В. В. Лебедева, JL И. Сарбеевой и др. Из; чены и количественно охарактеризованы закономерности измен< ния качества и физико-механических свойств в непрерывном ря,1 разных типов угля (по блеску, составу, структуре) и при локал; ном нарушении геологического строения интрузиями и дизъюш тивами. Статистико-вероятностная характеристика зольности Л1 тотипов способствует оперативной оценке качества пласта при ei геологической документации. Размер зоны существенного измен ния состава и свойств угля возле интрузии зависит от мощноа и типа инъекции. В Южном Кузбассе она составляет в кровле си. ла 1 — 1,5, в почве ~ 1 мощности, возле дайки 2—2,5 мощност Эти данные с учетом изученных макропризнаков позволяют bi делять в обнажении без опробования участки пласта разного к чества. В зоне среднеамплитудных дизъюнктивов Экибастуза зол ность возрастает в 1,4 раза.

Практическую направленность имеют полученные корреляц онные связи петрофизических и механических показателей. Пр мером служит зависимость, прочности и плотности от количееп минеральных примесей, оцениваемого содержанием, золы Ad. Дз углей Экибастуза крепость f зависит от Ad: f— 1,22—0,03v4d-+ 0,001Ж

Связь плотности у с Ad в общем виде выражается формуло

Y = Yo/l -kAd,

где Yo — плотность (объемная масса) при Ad — 0 и колеблется дл 17 крупных угольных карьеров от 1,13 до 1,28 т/м3; /е — эмпир] ческий коэффициент (0,004—0,006), отвечает изменению у при и менении А на 1 %.

Эти зависимости универсальны в широком диапазоне Ad, что н обходимо для оценки средних / и у для сложноструктурных пла тов при расчетах технологии БВР и весового количества запасс и добычи. Экономичкский эффект косвенной оценки у и / опред ляется возможностью корректировки технологии БВР для конкре ного блока и отказа от трудоемких прямых испытаний плотное: и прочности. Связь у vi А можно применять также и для опред ления зольности по плотности, которая просто определяется г небольшим образцам. Предложенная формула криволинейной св зи y и Ad имеет преимущества перед известными прямолинейным использующими принцип JI. Фермора, которые не пригодны rj условий открытой разработки сложноструктурных пластов. Уст новленная связь отличается высокой надежностью и позволяв отказаться от части трудоемких работ по опробованию.

Наиболее значимым и сложным является геологическое обе печение управления качеством и стабильной добычи угля из залеж<

:ложных по строению, морфологии, залеганию и нарушенное™, 1 также при минимальной промышленной мощности. Практикой юдтверждается, что в таких условиях основополагающую роль 1грает исчерпывающая и оперативная геологическая информация )б отрабатываемом блоке, заходке, а также изученные закономер-юсти изменения мощности и качества. Полные данные о геологи-[еском строении и качестве, о технологии отработки и объемах се-1екции целесообразно представлять в виде геолого-технологиче-:кого паспорта экскаваторного забоя, который является руково-1ящим документом для машиниста и технадзора. Паспорт забоя I погоризонтный план опробования составляют основу комплекс-юй системы (стандарт предприятия) по управлению качеством сбываемого угля, которая реализуется в ПО «Экибастузуголь».

Проанализированы предложения по совершенствованию опро-ювания качества пласта на основе механизации пробоотбора; авто-1атизации определения скорости бурения, коррелируемой с коли-[еством золы; опробования штыба взрывных скважин; аналити-[еского (номографического) косвенного способа; использования ма-•ериалов фотодокументации. Анализ фактической сети опробова-шя показал недостаточную ее обоснованность с точки зрения из-1енчивости качества мощных залежей, а также необходимость со-)тветствующей регламентации.

Достоверная геолого-геометрическая характеристика и данные ) разрабатываемое™ и устойчивости пласта и боковых пород явля-этея информационной базой полного извлечения угля и оценки [вижения запасов. При решении этих вопросов наиболее тесно ¡заимодействуют геологическая и маркшейдерская службы.

Геологическое обеспечение вскрышных работ направлено на ювышение эффективности технологии и управления устойчивостью, [а решение, задач комплексного освоения месторождения, отвало->бразования и рекультивации. Научной базой является парагене-ис состава, сложения, условий образования, вторичных изменс-!ий и свойств пород угленосной толщи, а также установленные :орреляционные связи. Подчеркивается неоднозначное влияние 'пигенеза и степени литификации на физико-механические свой-тва и трещиноватость. На основе большого объема фактических данных выявлены закономерности изменения физико-механических войств (прочности а, плотности 7, пористости П, скорости ульт->азвука VР) в зависимости от состава, зернистости, сложения, фа-шальной принадлежности и эпигенеза пород. Наиболее прочными [ плотными являются мелкозернистые песчаники пойменных фаций; 1енее — крупнозернистые русловые песчаники. Первые отличают -:я стабильностью показателей и нормальным законом распреде-[ения; изменчивость для последних на 50 % выше, а распределе-1ие сложное по форме. На фактическом материале обоснована тачимость литофациального (генетического) подхода к изучению :войств пород, благодаря чему повышается надежность полученных тачений и закономерностей, а также достоверность прогноза.

Впервые дано петрографическое и геологическое обоснование хрупкости пород, являющейся важной технологической характе ристикой разрушения пород и генезиса природной трещиноватостг и дислокаций.

С целью повышения функциональных возможностей геологи ческой службы и оперативности определения усовершенствовань способы и средства экспресс-испытаний механических свойств. Усо вершенствован ультразвуковой метод определения деформирован ных и прочностных свойств на основе измерения скорости поверх постной волны и корреляционных связей, имеющих функцио

нальный характер. Связь ас V г в общем случае для большого диа пазона значений не прямолинейна, как принято у многих исследо вателей, и описывается выражением: о = aVbP. Для изученных пород углей и руды коэффициенты: а = 5—9,5; ¿=1,8—3,0. Для опре деления коэффициента Пуассона по соотношению скоростей пред ложена номограмма. Метод получил признание, включен в 3 нор мативно-методические документа, используется при изучении cboücti пород в ПГО «Гидроспецгеология», ИГТМ, ВНИИГ, ВНИМИ \ др. Создана новая гидравлическая модификация прибора для нн денторного испытания образцов неправильной формы (БП-25) При определении прочности с помощью шарикового эталонной молотка для расширения диапазона испытуемых пород и повы шения точности рекомендуется использовать стержни из разноге материала и соответствующие тарировочные графики. Оператив ную оценку крепости можно вести по отмеченной корреляции с золь ностью.

Для обоснования надежности параметрических расчетов техно логии и устойчивости проведен анализ изменчивости физико-ме ханических свойств (ФМС) и трещиноватости. Установлена веду щая роль геологических предпосылок изменчивости, ее структур; и уровень для разных свойств и типов пород. Подчеркивается не обходимость при изучении закономерностей ФМС учитывать изо фациальность литотипов, близость эпигенеза и дислоцированности С учетом принятой в разведочном деле градации изменчивости гн величине коэффициента вариации (v, %) изменчивость прочное™ и пористости в пункте является неравномерной (v = 30—40(60) %) плотности, деформационных и упругих свойств — равномерной (де 20—30 %), интенсивности трещин — от равномерной до неравно мерной. Установлено, что пространственная изменчивость на reo логически однородных участках отличается статистической одно родностью с преобладанием нормального закона распределенш совокупности показателей. В горизонтальном угольном пласте (Иркутский бассейн) в пределах 16, 40, 160 и 350 м изменчивост! интенсивности трещин v^35%; при пологом залегании (Южньи Кузбасс) в пределах 10—15, 140 м и через 5 км на участке 200 \ ориентировка систем менялась (стандарт отклонения) на 4—6° коэффициент v для интенсивности трещин ^30 % (иногда 50 %) Также стабильны ФМС и трещиноватость в пласте песчаника н;

фотяжении 260 м и в пределах пунктов изучения через 20 м: ко-|ффициент V для разных показателей ФМС <24%, интенсивно-:ти трещин — 21 %. При аномальности залегания и геологического троения распределение асимметрично или многомодально. Интер-¡алы с однородным распределением, выделенные -методами ана-шза линейно-упорядоченных совокупностей и тренд-анализа, совпа-1ают с фоновой частью и зоной влияния складчатых или разрывных щслокаций, которые установлены по геологическим признакам. Та-;ие результаты получены для дислоцированных участков в поро-1ах Экибастузского бассейна. При однородной изменчивости свойств I трещиноватости для оценки вероятностного значения используется среднеарифметическая величина, а колебаний — стандарт от-;лонения.

В системе геологического обеспечения вскрыши ключевым зве-юм является обеспечение буровзрывных работ (БВР), которые [редопределяют эффективность технологии разработки. Взрывная юдготовка горной массы зависит от трещиноватости и блочно-лоистого строения массива, а также дифференцированной проч-юстн пород. Данные об этих факторах составляют геолого-инфор-1ационное обеспечение БВР и оформляются в виде геологического филожения к паспорту БВР конкретного блока. Геологические [ технологические компоненты смоделированы в систему геологи-¡еского обеспечения БВР. Типовые паспорта БВР составляются : учетом обобщенных геолого-технологической характеристики, со->тветствующей типизации пород и районирования вскрышного мас-ива.

На основе наших исследований и организационно-учебной ра-юты в ПО «Экибастузуголь» создана геологическая служба для (беспечения БВР. Результативность рекомендаций по геолого-ин-юрмационному обеспечению подтверждается фактической техни :о-экономической эффективностью вскрышных горных работ. Прел, южения по методике геологического обеспечения БВР являются фиоритетными.

Разработаны методы геологических работ и контроля при гид-ювскрыше покровных отложений, добыче попутных полезных иско-[аемых, при образовании и рекультивации отвалов.

Изучение складчато-разрывных нарушений по объему, деталь-юсти и значимости объектов, а также условиям ведения докумен-ации на карьере иные, чем на шахте. Наибольшее значение имеют >азмер зоны и величина изменения трещиноватости и физико-ме-анических свойств в зоне влияния нарушения. Для изучения за-юномерностей складчато-разрывных нарушений целесообразно ис-юльзовать объективный и универсальный показатель степени де-Ьормации, который, как и в физике, определяется по отношению >асстояния между точками до и после деформации. В складке эти >асстояния измеряются между точками вдоль изогнутого пласта I по прямой; для дизъюнктива — это амплитуда смещения по сме-:тителю, перпендикулярная к линии скрещения. Такой показатель,

в отличии от имеющихся, применим ко всей номенклатуре нару шений. В изученных складках зона локального изменения проч ности пропорциональна показателю дислоцированности, равного (внутренний угол 55—60°). В более интенсивных складках увели чение зоны мало заметно. Зона влияния изученных взбросов и на двигов не превышает 1,5—2,0 амплитуды. Неодинаковые литера турные данные о локальном изменении геологических показателе! подчеркивают многообразие тектонофизических условий образова ния складок и дизъюнктивов, а с этим необходимость продолжена изучения проблемы.

Гидрогеологические и инженерно-геологические работы явля ются специфической частью геологического обеспечения горны; работ и в полном объеме проводятся в сложных горно-геологиче ских условиях специализированными организациями с участием геологической службы карьера. Научно-методические основы и нор мативы по данным вопросам разработаны ВСЕГИНГЕО, ВНИМГ и др. Реальное участие геологической службы в специфически; работах заключается в изучении геологических условий проявле ния гидрогеологических и инженерно-геологических факторов, i определении фактического водопритока, положения уровня под земных вод, в оценке эффективности дренажа и влияния обвод ценности на работу горных механизмов и качество угля, в оценю экологических изменений.

Основой геологического обеспечения при охране природной (reo логической) среды является обоснование экологических мероприя тий охранно-профилактического, ограничительного и восстанови тельного назначения, а также геолого-информационное обеспече ние оптимизации технологии разработки в конкретных горно-гео логических условиях.

Перспективы повышения уровня научного обоснования геоло гического обеспечения связаны с использованием методов теорш информации и многофакторного анализа. Для повышения функ циональных возможностей геологической службы необходимы: 1) спе циалисты по горнопромышленной геологии, профессионально под готовленные учебными заведениями; 2) техническое оснащение при борами и инструментами для геологической документации и съемк! на карьере и геофизического изучения горного массива; 3) компыо теризация камеральных работ и создание базы геологических дан ных; 4) специализированные производственные структуры для про ведения капитальных эксплуатационно-разведочных, гидрогеологи ческих, инженерно-геологических и экологических работ, особенш связанных с проходкой горных выработок. Повышение эффектив ности вскрышных работ возможно при систематическом геолого информационном обеспечении БВР на основе организации на круп ных карьерах соответствующей службы.

Для решения приоритетных задач по геологическому обеспе чению технологии разработки, при управлении устойчивостью \ оценке качества (сортности) угля по кусковатости требуется исчер

ывающая информация о ведущем геологическом факторе, о трещиноватости пород и блочном строении массива. Обоснованное рогнозирование, продуктивное изучение и использование трещи-оватости предопределяется объективными представлениями о ее еологической природе. Однако принципиальные вопросы происхож-ения, особенно для повсеместной внутрипластовой трещииовато-ти остаются нерешенными. Поэтому осуществлена попытка нового еоретического обоснования генезиса трещиноватости, которая ба-ируется на большом объеме наших исследований в Иркутском, ^анско-Ачинском, Экибастузском, Кузнецком угольных бассейнах других районах, на результатах лабораторного моделирования изучения природных моделей-аналогов. Для изучения законо-ерностей степени трещиноватости использовались сопоставимые эказатели, ибо в натуре расстояние между трещинами Р„ изме-яется в пластах разной мощности М. Условное Р вычислялось чя М = 1 м из пропорции Ри/М = Р/\ (интенсивность И=1 /Р).

.Изучены й количественно охарактеризованы парагенетические 1кономериости проявления трещиноватости в угольных пластах зависимости от петрографического состава, строения, степени 'лефикации и свойств углей. Закономерное увеличение степени >ещиноватости от матовых к блестящим, от дюреповых к кларе-звым (витреновым) разностям (в 3,5 раза на Богословском, 4,8 \за на Азейском месторождении и т. д.) отличается разным ко-шественным уровнем, зависящим от основного углеобрлзующе-• вещества: наиболее трещиноваты гелитолиты, затем мпкстогу-элиты и фюзенолиты. Этим же определяется разная форма пара-нетпческнх связей показателей степени трещиноватости с содер-анием основных компонентов угля (VI, Р, /V), которая наи-»лее сложная для микстогумолитов и фюзеиолитов. Для петро-а(|)ических типов определены особенности влияния соотношениг и Р на /-"(И). Наибольшее влияние на трещиноватость оказп-ет соотношение органического и минерального материала. За-снмость Р(И) от Ал неравномерна с перегибом кривой при Л" ~ 25 % и 70(75) %. Положение и форма этой кривой относитель-координат зависит от состава, степени метаморфизма и днсло-рованности. Впервые математически описана множественная кор-ляционная зависимость степени трещиноватости от содержания , Р, А, А'':

Р = Ь\VI + Ь,Р + Ь3Ь + 64Л'' + а.

личина и значимость коэффициентов регрессии определены для тей Экибастузского, Иркутского, Богословского и Ангренского сторожденин. Теснота связи уравнений по коэффициенту кор-тяции и критерию Фишера высокая. Множественным регресси-:1ым анализом подтверждена наибольшая значимость связи Я (И) V и К/, затем Р и

Зависимость трещиноватости от степени метаморфизма необ-1имо рассматривать в сочетании с особенностями проявления

тектоники. Самостоятельно главные факторы метаморфизма (тем пература, давление) не являются определяющими. Об этом сви детельствует: 1) постоянная частота трещин в углях Тунгусской бассейна разной степени термального метаморфизма (данные ВСЕГЕИ) 2) отсутствие подобия в изменении интенсивности трещин, вели чины погружения толщи и статического давления в ряду стадш регионального метаморфиизма.

Для углевмещающих пород мало изучена роль лито-генетиче ского фактора в проявлении трещиноватости. На фактическом ма териале показано, что породы разных фациальных комплексов от личаются разной степенью трещиноватости (разница для литоти па в Экибастузе составляет 25%), формой закона распределена совокупности показателей и стабильностью значений. Установле но, что из обломочных пород наиболее трещиноваты пойменны отложения с нормальным законом распределения и наибольше стабильностью значений. Генетическая связь трещиноватости с фа циально-тектоническими условиями иллюстрируется: 1) подобие! кривой изменения ориентировки систем трещин и кривой грануле метрических ритмов, полученным для отложений усятской и куэ нецкой свит Южного Кузбасса; 2) многочисленными примерам разной сети трещин и ориентировки даже в контактирующих, н фациально разных породах. Поэтому при оценке и учете трещине ватости необходима фациальная дифференциация пород.

Установлена разная форма связи интенсивности трещин и nei рофизических показателей при разном эпигенезе пород. В порода О—II и VI—VIII стадий изменения степени трещиноватости и эш генеза подобно по форме, более трещиноваты более плотные и про' ные мелкозернистые песчаники; при среднем эпигенезе эта связ близка к обратной, наиболее трещиноваты относительно крупне зернистые разности. Важными в практическом отношении явл> ются результаты изучения парагенезиса пластовой трещиноватс сти и физико-механических свойств слагающих пород и угле! Связь И с а прямая для начальной стадии вторичного изменени (в углях до стадии 02, в породах — до II); обратная — начиная (III) IV стадии. Например, в коксовых углях Южного Кузбасс связь И с о имеет гиперболическую форму, когда колебанию а = = 4—18 МПа отвечает И = 13—2 тр/м; в породах о = 25—120 МП. соответственно И = 8—1 тр/м. Наиболее тесной является завис! мость интенсивности трещин от прочности на растяжение.

Впервые определено значительное влияние хрупко-пластическг свойств на проявление трещиноватости. Для большого комплекс пород, углей и руды установлена прямая связь интенсивности тр< щин с коэффициентом хрупкости (по Г. Н. Кузнецову). Она oci бенно ярко проявляется на месторождениях с невысокой степень метаморфизма. Но и в условиях скальных пород Кривого Рог Норильска, Прибалтики и др. связь интенсивности трещин с xpyi костью более тесная, чем с прочностью.

Закономерности локальной соскладчатой и содизъюнктивной тре-' виноватости изучались для решения задач открытой разработки, 'азмер зоны повышенной трещиноватости, отличающейся от фо-овой, увеличение ее интенсивности зависят от степени складча-ой или дизъюнктивной дислоцированности, состава и свойств по-од. В складках ширина такой зоны на участках перегиба пропор-иональна коэффициенту складчатости до величины 2. Врзле дизъ-)нктива ширина зоны составляет для угольных пластов Южного Кузбасса 1,5, а для пород—1,0 полной амплитуды смещения (в •кибастузском — 2 амплитуды смещения). В более дислоцирован-ом крыле ширина зоны увеличивается. При амплитуде более 100 м ропорционального увеличения зоны не наблюдается. Изменение нтенсивности содизъюнктивной трещиноватости неравномерное, что твечает теоретическому распределению напряжений возле щелевых ефектов. Интенсивность трещин нередко снижается, а прочность плотность возрастают на удалении 0,3—0,5 амплитуды. Для рыльев складок установлена прямая параболическая связь ин-енсивности трещин с углом падения.

Закономерности локальной трещиноватости обобщены в виде хемы-модели, отражающей принципиальные аспекты образования тих трещин на разных этапах литификации. В слабо литифици-ованных нетрещиноватых породах горизонтальные складкообра-ующие напряжения небольшой интенсивности обуславливают в лабо-наклонных пластах простую ортогональную сеть отрывных сколовых напряжений, согласно которым образуются продоль-ые и поперечные системы нормальносекущих трещин. В наклонных крутых' пластах в результате трансформации образуются диа-ональные к оси складки тангенциальные напряжения, что опре-елило преобладание на крыльях диагональных сколовых систем рещин. Эти теоретические построения подтверждаются данными татистико-вероятностного распределения разнотипных систем трети в складках Кузбасса с разным падением крыльев. В консо-идированных породах, разбитых первичными трещинами, проис-одит наложение локальных трещин в соответствии с планом склад-атой или разрывной деформации. Данное соотношение характер-о для многоэтапного развития полиформной тектонической струк-уры месторождения. Предложенная модель, как научное обосно-анйе, предполагает разделение изучаемой совокупности трещин а две главные генерации: литогенную (первичную) и тектониче-кую (вторичную), образованную как соскладчатую и содизъюнк-ивную при послеинверсионных этапах тектогенеза.

При моноклинальном залегании и постоянном составе пород, то отражает однородные геологические условия их образования, первые выявлено однородное проявление трещиноватости при пе-иодичной трансляции и волновой форме изменения степени тре-циноватости на протяжении нескольких сот метров. Параметры ритмичности зависят от геологических условий, например, длина .олны в уголььшх.пачках Иркутского бассейна 40—60 м, в углистых

породах 120 м, в алевролитах 140 м; в породах Экибастуза — 25( (300) м. Ритмичное проявление трещин аппроксимируется сину соидальной функцией; однородность проявления подтверждаете! нормальным законом распределения вероятностей и отсутствиел тренда. Изученные закономерности согласуются с симметрией про явления ряда геологических факторов, в частности, мощности уголь ных пластов и способствуют прогнозу трещиноватости на подобны? участках.

Наиболее проблематичным является объективное объяснен!« геологической природы и геотектонических условий образовать внутрипластовой повсеместной трещиноватости. В осадочных породах развиты эндогенные, литогенные (литогенетические), тектонические и экзогенные типы трещин. Эндогенные трещины образуются в результате внутренних постседиментационных процессов равномерность которых определяет одинаковую морфологию, нормальное положение к слою, многоугольную форму сети трещин Полное формирование трещин происходит при диагенезе и характерно для глинистых пород тектонически малоактивных регионов. Типичные эндогенные трещины в современных отложениях образуют такыры.

Основной объем природной трещиноватости представлен внут-рипластовыми трещинами, повсеместно распространенными и сгруппированными в небольшое количество определенно ориентированных систем (в литературе они именуются «общими», «трещинами отдельности» и т. д.). Закономерности их проявления не объяснить с позиций существующих теорий эндогенного либо тектонического образования, они свидетельствуют о формировании трещин при одновременной реализации напряжений, вызванных внутренними физико-химическими процессами литификации, и внешним воздействием ориентированного силового поля сингенетической тектоники. Внутренними процессами литификации обусловлены расположение трещин внутри пласта по нормали к напластованию; внешним тектоническим воздействием на пласт — ориентировка, количество и соотношение систем. Такая трактовка генезиса отвечает фундаментальным положениям геологии о двуединстве литогенеза и тектоники на всех этапах породообразования полнокомпенсационных угленосных отложений. Поэтому данный тип трещин целесообразно именовать литогенетический (литогенный). Структурно-тектонические условия формирования осадочных пород изучаются методами палеотектонического анализа с использованием рисунка изопахит изучаемой толщи. Например, прямолинейные изо-пахиты свидетельствуют о моноклинальном развитии структуры и ортогональной сети траекторий главных напряжений, в результате чего образуется простая сеть продольных и поперечных систем трещин; при сложном рисунке изопахит сеть экстремальных напряжений и трещин более сложная -за счет увеличения общего количества систем, особенно диагонального типа.

Предлагаемая теория генезиса трещин обоснована исследова-иями в бассейнах разного типа: платформенном Иркутском, Кан-ко-Ачинском, Прибалтийском сланцевом; переходном Экибастуз-ком; парагеосинклинальном Кузнецком и в других районах. Не-, ависимо от тектонического развития структуры района имеет мес-о закономерное количественное соотношение (удельный вес) про-ольных, поперечных и диагональных систем трещин относительно ингенетических структур. При простом плане сингенетической де-юрмации, подобном моноклинальному прогибанию и отображен-ом прямолинейными и равномерными изопахитами, на 75—90 % азвита продольная и поперечная трещиноватость; при брахиформ-ом—продольная система составляет 30—40 %, поперечная 30 %, иагональная 35 %. Даже в условиях полиформности и много-тапного развития парагеосинклинальной структуры Кузбасса зна-ительно проявлена сингенетическая тектоника и литогенная тре-гиноватость, которая также закономерна относительно изопахит, то наглядно отображается на совмещенных картах реверсионной горизонту трещиноватости и изопахит.

При унаследованном формировании структуры литогенная тре-диноватость пространственно может быть связана с современными труктурамн; при неунаследованном — трещины соответствующего гапа накладываются на первичные литогенные системы.

Аргументированность предложенных генетических построений величивает изученные закономерности природных моделей-анало-эв (трещины высыхания и усадки, контракции лав, контактового етаморфизма углей и морозобойного растрескивания аллювия), также результаты лабораторного моделирования. В лаборатории оделировалось образование эндогенных и литогенных трещин при дновременной совместной реализации внутренних напряжений садки и внешнего воздействия при складчатой деформации вы-ыхающего слоя и его основания. В природных и лабораторных оделях при наличии внешнего силового поля образуются харак-ерные литогенные трещины.

На литогенную природу внутрипластовых трещин указывает за-исимость ее интенсивности от мощности пласта, которая имеет араболическую форму (Р = аМь) и закономерна в различных еологических условиях. Величина коэффициентов и положение ривых аппроксимирующей функции отвечает изученному законо-ерному влиянию на трещиноватость состава, свойств, метамор-шзма и дислоцированности.

Органическим завершением изучения геологической природы рещиноватости является ее типизация, построенная с учетом ге-, етической связи с фундаментальными геологическими процесса-!и, единства критериев таксономических единиц одного уровня, ростоты построения и использования. В классификационной блок-хеме отображено относительное распространение в породах"глав-ых подразделений трещин эндогенного, литогенного, тектониче-кого и экзогенного типа. Действенность классификации повышается

при учете морфологии и геометрического соотношения трещин < пластом и структурными элементами.

Эффективность и возможности изучения трещиноватости уве личиваются при использовании разработанных усовершенствован ных способов и средств, например, при массовых замерах с по мощью созданного универсального горного компаса и фотодоку ментации; по недоступным обнажениям — путем фотодокументации Для оценки степени трещиноватости внутри' массива рекоменду ется использовать результаты разведочного бурения и установлен ную корреляционную связь интенсивности трещин И и выход; керна ВК: И = а/ВК- Для геолого-технологических условий буре ния в Южном Кузбассе ВК = 0,3—1,0, коэффициент а = 10, 18 22, 25, 26 отвечает интенсивности И при ВК = 1 для песчаников гранитоидов, скарнов, углей, известняков. Форма этой связи идеи тична при обработке материалов других исследователей. Мелка; и минерализованная трещиноватость, не влияющая на потерю кер на, изучается по столбикам керна при его выходе, превышающеи 70 %. По данному вопросу необходимо продолжить исследования

Разработана методика изучения микротрещиноватости по при шлифовкам увеличенного размера на ориентированных штуфах i использованием бинокулярных микроскопов.

Обоснован выбор картографической проекции и сетки для по строения круговых диаграмм трещиноватости. Пространственно! взаимоотношение трещин в наибольшей мере подобно их изобра жению в равнопромежуточной проекции, в которой оптимизиро вана равноугольность и равновеликость других проекций и дости гается наименьшее искажение конфигурации и площади скопленш полюсов трещин во всех частях диаграммы. Точность измерени! элементов залегания горным компасом гармонична искажения!* по параллелям и меридианам проекции. Сетка проста в построении Предложен способ автоматического построения на ЭВМ диаграм? трещиноватости в изолиниях относительной густоты полюсов, чт( необходимо для сводных диаграмм и при плохой сгруппированност] полюсов нечетких систем. Математическая мддель строится на осно ве количества полюсов в ячейке сетки при интерполировании по линомом I степени. Для объемного изображения всей сети трещи! рекомендуется использовать плановую изометрическую аксономет рию, простую в построении и при последующих измерениях на ней Для построения следов на вертикальных гранях предложены вспо могательные номограммы. Рекомендованы расчетные и номогра фические способы определения полного количества трещин в си стеме в связи с косоугольным пересечением обнажения.

Перспективы изучения трещиноватости связаны с компьюте ризацией камеральной обработки наблюдений и с применениер геофизических методов, требующих значительного приборного обес печения.

Научно-методической основой прогнозирования трещиновато сти является изложенная теория геологической природы и установ

енные закономерности ее проявления, особенно математически писанные корреляции и модели. Для прогноза сети повсеместной рещиноватости используется пространственно-генетическая связь сингенетической тектоникой и полученное распределение разно-ипных систем относительно рисунка изопахит изучаемой толщи. 1аиболее стабильно проявляются продольные и поперечные си-темы трещин относительно моноклиналей (коэффициент вариации риентировки 15—20%), менее стабильны диагональные системы а дополнительных осложнениях складок (40—100 %). Контроль редлагаемого способа показал хорошую сходимость основных минимумов прогнозных и фактических диаграмм. Контроль прово-ился в геологически разных условиях (Экибастуз, Прибалтика) использованием материалов собственных и независимых иссле-ований.

Для предварительного прогноза степени трещиноватости прелагается использовать ее парагенетические связи с геологическими ^акторами, а также усредненные для литотипов и месторождений начения и характеристики их стабильности (для основных объек-ов открытой разработки они приведены в диссертации). Практи-еское значение имеет использование предложенных моделей типич-ой степени трещиноватостн пластов и соответствующих законов аспределения совокупностей показателей. Примером служит по-ледовательный ряд гистограмм и статистик интенсивности И для итотипов гелитолитовых углей с разной зольностью. В блестящих глях преобладает интенсивная трещиноватость и положительная симметрия, в матовых зольных гистограмма симметрична, в углис-ых породах преобладает отрицательная асимметрия, в фюзено-итах — гиперболическая форма гистограммы. С учетом закона аспределения используется наиболее вероятностное среднее зна-ение, что повышает достоверность прогноза и точность инженер-ых расчетов.

Для конкретного прогноза рекомендуется использовать корреляционную связь Р(И) с М, которая установлена для широкого омплекса пород и углей многих месторождений, разрабатывае-[ых открытым способом. Мощность и литотип постоянно опреде-яюгея при геологической документации. Надежность прогноза беспечивается высоким значением показателей корреляции (0,84— ,92) и качества аппроксимации (показателя надежности коэф-нщиентов регрессии превышают предельные значения). Теснота вязи линеаризированной регрессии по коэффициенту детермина-,ии высокая (0,75—0,95) при преобладании закономерной состав-яющей, доверительные интервалы по стандарту случайных откло-ений небольшие (0,05—0,11).

Исследованиями на карьерах Экибастуза и Южного Кузбасса одтверждена эффективность разработанной методики, значимость ; технико-экономическая эффективность полноценного и опе|)атив-ого геологического обеспечения, технологии горных работ. Полусна зависимость производительности экскаватора от кусковатости

горной массы, которая, в свою очередь, корреляционно зависит о природной блочности (интенсивности трещин) -взрываемых поро; Тем самым подчеркивается значение трещиноватости, как опреде ляющего геологического фактора в эффективности ключевых звень ев технологии: БВР и экскавации. Совершенствование технологи БВР на основе геологической информации о конкретном блоке особенно о его трещиноватости, позволило повысить качество взор ванной массы. На карьерах ПО «Экибастузуголь» снижен разме среднего куска на 35 %, выход крупной (> 100 см) фракции с 4 до 16 %, повышен выход мелкой (<30 см) —с 18 до 34 % и сте пень дробления с 1,17 до 1,58. В результате производительност экскаваторов возросла в среднем на 22 %. При опытно-промыш ленном взрывании более 3,0 млн м3 вскрышных пород получен экономическая эффективность 46 тыс. руб. на 1 % объема вскрыш (цены до 1991 г.). Для обеспечения эффективной технологии БВ1 в этом объединении на основе наших НИР и мероприятий внедре ния организована специальная геологическая служба.

Исследования по повышению эффективности технологии раз работки на основе совершенствования геологического обеспечени продолжаются на карьерах Южного Кузбасса.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации осуществлено теоретическое обобщение и реше ние научной проблемы создания научно-методических основ гес логического обеспечения открытой разработки угольных месторож дений как нового направления прикладной геологии — горнопрс мышленной геологии при открытой разработке угольных месторож дений, которая имеет важное народно-хозяйственное значение способствует эффективному и безопасному ведению горных работ стабильной добыче угля планируемого объема и качества, рацио нальной, комплексной и экологичной эксплуатации месторождения

Основные выводы и результаты диссертационной работы:

1. Сформулированы концепция и конкретные задачи горнопрс мышленной геологии при эксплуатации угольных месторождени открытым способом, разработаны научное обоснование и методо логия геолого-информационного обеспечения горных работ, созда ны нормативно-методические документы по геологическим работаг и эффективному функционированию геологической службы. Науч ную основу составляют закономерности проявления и системати зация горно-геологических факторов, определяющих сложност разработки, и горно-геологическая типизация угольных месторож дений по условиям открытой разработки, а также информационна! модель-мониторинг геологического обеспечения. Методически гор ноцромышленная геология реализована: а) системой методик reo логического обеспечения вскрышных и добычных горных работ i

/четом приоритетов, связанных с технологией разработки; б) но-зыми и перспективными способами и средствами получения геологической информации на основе дистанционных способов геологической документации, усовершенствованных экспресс-методов леханических испытаний пород; в) апробированными нормативно-летодическими документами, регламентирующими деятельность гео-югнческой службы и служащими руководством по методике гео-югического изучения на карьере («Инструкция по работам геоло-•ической службы ...», «Руководство по геологическому изучению I документации на угольных карьерах»).

2. Теоретически и опытным путем определена необходимая точ-юсть постоянно изучаемых геолого-геометрических показателей: мощности и залегания; дана оценка изменчивости физико-меха-шческих Свойств и трещиноватости; выявлена недостаточная обо-:нованность сети опробования качества мощных угольных пластов.

3. Объем, содержание и методика геологических работ на карье->е, особенно параметрические характеристики геологической съем-;и и эксплуатационной разведки унифицированы и оптимизиро-1аны в соответствии с разработанной типизацией горно-геологи-¡еской сложности разработки, что позволяет избежать дублиро-;ание и неоправданные затраты.

4. Для повышения функциональных возможностей геологиче-кой службы и качества геологической информации разработаны юные и перспективные способы и средства получения первичной еологической информации на основе фотодокументации и инстру-1ентальной съемки с использованием созданных высотомерных :риборов и универсального горного компаса; усовершенствованы кспресс-методы определения прочностных свойств пород на основе льтразвукового и инденторного испытания образцов и установ-енных корреляций. Геологические приборы не имеют аналогов, ащнщены авторскими свидетельствами, экспонировались на оте-ественны.х и зарубежных выставках, внедрены в четырех угледо-ывающих объединениях, выпускаются опытным заводом ВНИМИ. Методика геологической фотодокументации подробно изложена в Указаниях ...», внедренных в отрасли, и в монографии «Геологи-еская фотодокументация горных выработок» (1984); методы экс-ресс-исиытаний пород вошли в нормативно-методические доку-1снты ВНИМИ (1977, 1988) и используются при определении ме-анических свойств пород в ПГО «Гидроспецгеология», ИГТМ, (НИИГ, ВНИМИ и др.

5. Разработаны подробные методики геолого-информационного беспечения добычных и вскрышных горных работ с учетом их на-начения и технологии, а также научно-геологические предпосылки

виде закономерностей проявления и парагенетических связей еологических факторов, которые необходимы для всестороннего

оптимального- изучения угольного пласта и вскрышных пород,

также для решения практических задач эксплуатации.

6. Для решения приоритетных задач геологического обеспечения, связанных с технологией горных работ, создано геолого-генетическое обоснование прогноза, изучения и использования тре-щиноватости, являющейся ведущим геологическим фактором эффективного взрывного дробления пород и управления устойчивостью, а также качества (сортности) угля по кусковатости. Разработана новая теория трещиноватости, основной объем которой представлен внутрипластовым повсеместным видом, который генетически обусловлен проявлением двуединого, эндогенно-тектонического процесса литогенеза. Теоретические построения аргументированы большим объемом целенаправленных исследований трещиноватости в угольных бассейнах разного типа и результатами лабораторного моделирования и изучения природных моделей-аналогов. Обосновано проявление двух генераций локальной соскладчатой и содизъ-юнктивной трещиноватости, установлены неравномерно-зональное ее распределение и зависимость ширины зоны от степени складчатой и дизъюнктивной дислоцированности. Получены статистические данные о распределении разнотипных систем трещин при разном угле падения пласта, что позволяет прогнозировать системы на крыльях складок.

Теория геологической природы трещиноватости, изученные и количественно охарактеризованные ее закономерности, особенно математически описанные парагенетические связи и статпстико-ве-роятностные. модели типичного проявления трещин в пласте являются научной основой целенаправленного и полноценного изучения и обоснованного прогноза трещиноватости. На этой базе разработаны новые методы прогноза трещиноватости.

7. Усовершенствованные способы и средства расширяют возможности изучения трещиноватости по недоступным обнажениям дистанционным путем и внутри массива по разведочным скважинам, а также повышают информативность результатов при массовых замерах, при учете всего количества трещин в системе, косо-секущей обнажение, при автоматизации построения диаграмм и обосновании картографической проекции последних.

Исследования и промышленное внедрение на карьерах Эки-бастуза и Южного Кузбасса подтвердили значимость и эффективность оперативного и' полноценного геологического обеспечения горных работ. Рациональное использование геологической информации, особенно о трещиноватости конкретных блоков позволило усовершенствовать параметрические расчеты и оптимизировать технологию БВР, что обусловило повышение качества взорванной горной массы по показателям кусковатости и дробления на 35 % и более, а с этим — производительности экскавации на 22.%. В результате наших НИР в ПО «Экибастузуголь» создана геологическая служба для обеспечения БВР.

9. Материалы диссертации использованы другими исследова-■елями, включены в учебные пособия, докладывались на различных ювещаниях и семинарах.

Результаты наших исследований, нормативно-методические до-;ументы и основные публикации по геологическому обеспечению >ткрытых горных работ, в целом приоритетны.

10. Экономическая эффективность внедрения новых способов [ технических средств геологической документации на основных >бъектах открытой разработки подтверждена документально акта-1и и расчетами экономии. Реальная экономическая эффективность, юлученная от внедрения на карьерах ПО «Экибастузуголь» реко-юндаций по геологическому обеспечению БВР, составила 46 тыс. >уб. (в ценах до 1991 г.) на I % объема вскрыши.

Основные работы автора по теме диссертации:

1. Равнопромежуточная сетка круговых точечных диаграмм трещиноватости I Изв. вузов. Гор. журнал. — 1960. — № 6. — С. 46—52.

2. Об определении интенсивности трещиноватости сложно дислоцированных зрод // Тр. ВНИМИ. — 1964. — Сб. 51. — С. 222—236.

3. Определение элементов залегания геологических структур и поверхностей ;формации горного массива при помощи фотоаппарата // Тр. ВНИМИ. — 1964.

- Сб. 51. — С. 195—221.

4. Опыт определения упругих свойств горных пород с помощью ультразву-1 // Тр. ВНИМИ. — 1964. — С. 54. — С. 24—39.

5. Влияние трещиноватости на выход керна // Разв. и охр. недр. — 1968. — г 2. — С. 19—21.

6. Руководство но изучению и документации геологического строения на угольях карьерах. — Л.: ВНИМИ, 1969. — 393 с. (соав. А. С. Шустерман).

7. Точность определения элементов залегания пластов и геологических струк-■р с помощью горного компаса//Тр. ВНИМИ. — 1970. — Сб. 80. — С. 202—211.

8. Указания по геологической фотодокументации бортов угольных карьерой.

- Л.: ВНИМИ, 1973.— 80 с. (соав. Л. С. Шустерман).

9. Новые приборы, разработанные ВНИМИ для геологов угледобывающих >едириятий // Уголь. — 1975. — № 4. — С. 53—54 (соав. Г. К. Бесчасный).

10. К оценке качества угольных пластов сложного строения при открытой 1зработке//Уголь.— 1975.—№ 9. — С. 34—35 (соав. 3. Д. Низгурецкий)

11. Геологические работы на угольных карьерах. — М.: Недра, 1975. — 295 с.

12. Трещиноватость углей Иркутского бассейна//Геол. и геофизика.— 1979. ■ № 1. — С. 75—82.

13. Оценка точности определения мощности слоев при открытой разработке ольных пластов // Сб. тр. ВНИМИ, 1980. Метод и техн. маркш. работ. — С. 80—

(соав. Л. С. Шустерман).

14. Трещиноватость зон надвиговых нарушений и ее прогнозирование//Уголь. 19883. — № 3. — С. 55—56.

15. Геологическая фотодокументация горных выработок. — М.: Недра, 1984. 113 с. (соав. А. С. Шустерман).

16. Трещиноватость горных пород: Библиог. указ. литературы. — М.: ЦНИЭИ-оль. — 1984. — 181 с.

17. Диаграммы трещиноватости и автоматизация их построения на ЭВМ // зв. вузов. Геол. и разведка.— 1984. — № 7. — С. 33—38.

18. Происхождение и прогнозирование трещиноватости палеозойских пород рибалтики//Изв. АН СССР. Сер. ГЕОЛ. — 1985. — № 12, —С. 118—127.

19. Оценка трещнноватости по результатам разведочного бурении // Сб. науч тр. ВНИМИ, 1985. Прог. гор.-геол. усл. разр. уг. пл. — С. 58—63.

20. Особенности проявления локальной трещиноватости на Экибастузском уголь ном месторождении// Геол., мет. поиск, и разв. м-ний тв. гор. ископаемых: ЭИ/ВИЭМС

— 1986.— В. 12. — С. 1—6.

21. Геологическое обеспечение эффективной технологии вскрышных работ ш угольных карьерах//Изв. вузов. Геол. и разведка.— 1987.—№ 6. — С. 86—91

22. Анализ трещиноватости юрских огложений Иркутского угольного бассеи на // Геотектоника. — 1987. — № 3..— С. 56—65.

23. Горногеометрические и геологические основы- прогноза трещиноватоет! угольных пластов Экибастузского месторождения // Маркш. дело в соц. странах

— Л.: ВНИМИ, 1988. — Т. 11. — С. 270—277.

24. Трещиноватость фациальных комплексов вскрышных пород углеразрезо! ПО «Экибастузуголь» // Сб. науч. тр. ВНИМИ, 1989. Геомех. и геол. особ, разр м-ний полез, ископ. — С. 19—25 (соав. Е. В. Голомолзпн).

25. Геологическое обеспечение открытой разработки сложноструктурных уголь ных пластов Экибастузского месторождения // Изв. вузов. Геол. и разведка. — 1990. — № 4. — С. 85—90.

26. Геологические основы прогноза трещиноватости угленосных отложенш платформенного типа // Геол., метод, прогн., поис. и разв. м-ний топл.-энерг. сырья Обзор / ВИЭМС. — 1990. — В. 2. — 47 с.

27. Влияние прочностных свойств пород на природную трещиноватость//Со науч. тр. ВНИМИ.— 1990. Управл. горн. давл. и прог. безоп. освоен, угол, м-ний

— С. 68—79.

28. А. с. 415490 (СССР). Высотомер, (соав. В. В. Смирнов, В. Ф. Игнатов;

— Б. И. — 1979. — № 43.

29. А. с. 444934 (СССР). Горный компас, (соав. Г. К. Бесчасный, В. В. Смир нов) — Б. И. — 1974. — № 36.

30. А. с. 667806 (СССР). Геологический высотомер, (соав. Г. К. Бесчасный В. М. Соловьев) — Б. И. — 1979. — № 22.

31. Insfrumentelle Verfahren geologischer Beobachtungen und Dokumentatioi im Bergbau // Das Markscheidewesen in den sozialistischen Landern. B. 9. — Leipzig VEB.Dcitsch. Verlag Grunstofiind. -- 1982. — S. 93—103 (Mitautor G. W. Werestscha

fiin).'