автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.11, диссертация на тему:Петрофизические основы технологии прогнозирования выбросоопасности угольных пластов

НАЦИОНАЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ НАУК УКРАИНЫ ИНСТИТУТ ГЕОТЕХНИЧЕСКОЙ МЕХАНИКИ

ГОНЧАРЕНКО Вячеслав Александрович

УДК [550.8.07/ 08:622.831.322.001.18:681.3.06](043.5)

ПЕГРОФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИИ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ВЫБРОСООПАСНОСТИ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ

05.15.11 - «Физические процессы горного производства»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

ДИЕПГОИЕТГОВСК-2000

Диссертацией является рукопись.

Работа выполнена в Институте геотехнической механики Национальной Академии наук Украины (ИГТМ HAH Украины).

Научный консультант:

доктор геолого-минералогических наук, с.и.с. ЛУКИНОВ В.В., ИГТМ HAH Украины, заместитель директора по научной работе.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, с. н. с. МАЕВСКИЙ B.C.,

отделение физико-технических проблем Донецкого физико-технического института, заведующий отделом прогноза и борьбы с газодинамическими явлениями в шахтах;

доктор геолого-минералогических наук ВОЕВОДА Б.И., Донецкий государственный технический университет, профессор кафедры полезных ископаемых и экологической геологии.

Защита состоится " 17 " ноября 2000г. в 1330 час. на заседании специализированного совета Д 08.188.01 при Институте геотехнической механики HAH Украины по адресу: 49095, г.Днепропетровск, ул .Симферопольская, 2а, факс (0562) 46-24-26.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИГТМ HAH Украины по адресу: 49095, г. Днепропетровск, ул. Симферопольская, 2а.

доктор технических наук, с. н. с. КОЛЕСНИКОВ В.Г., ИГТМ HAH Украины, заведующий отделом горной аэрогазодинамики;

Ведущая организация:

Национальная горная академия Украины, кафедра строительства шахт и подземных сооружений, Министерство образования Украины, г. Днепропетровск.

Автореферат разослан октября 2000г.

Ученый секретарь специализированного учёного совета,

доктор технических нау! '.ПЕРЕПЕЛИЦА

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Анализ состояния мировой энергетики показывает, что уголь является наиболее стабильным сырьем и его роль в энергопотреблении постоянно возрастает. В Украине значительные запасы энергетических и коксующихся углей находятся в Донбассе на глубоких горизонтах, где сосредоточено 90% горных работ, но перспектива их добычи осложняется в значительной мере специфическими горно-геологическими условиями. Наиболее опасны в этом плане газодинамические явления, среди которых по массовости проявлений выделяются выбросы угля и пород. Выбросы, наряду с материальными потерями и технологическими осложнениями при ведении горных работ, реально угрожают жизни шахтеров.

Успехи, достигнутые в развитии горной науки и практики, позволили разработать к началу 80-х годов научные основы теории выбросов и создать ряд нормативных документов, регламентирующих способы прогноза и предотвращения внезапных выбросов угля, породы и газа.

Существенный вклад в развитие теоретических и практических аспектов проблемы выбросоопасности внесли как отечественные ученые Ф.А. Абрамов,

A.Д. Алексеев, А.Т. Айруни, И.А. Бобров, Л.Н. Быков, В.Е. Забигайло, А.Н. Зорин, Б.М. Иванов, В.Г. Колесников, Г.С. Коньков, А.И. Кравцов, Г.Д. Лидин,

B.В. Лукинов, B.C. Маевский, С.П. Минеез, В.И. Мякенький, Я.Э. Некрасовский, В.И. Николин, А.Э. Петросян, И.М. Петухов, А.И. Печук, В.Н. Потураев, В.Н. Пузырев, A.A. Скочинский, К.К. Софийский, Г.Н. Фейт, О.И. Чернов, В.В. Ходот, С.А. Христианович, Г.А. Шевелев, И.Л. Этгингер и др., так и зарубежные Ж. Белен, В. Бубнов, М. Жарлие, К. Кегель, О. Руфф и др.

Исследование выбросов угля, пород и газа проводится на основе комплекса свойств горного массива: напряженного состояния, газоносности, тектоники и т.п. Большое значение для решения задач, связанных с прогнозом выбросоопасности угольных месторождений, имеют работы М.С. Анцыферова, A.B. Артемова, Б.И., Воеводы, М.П. Зборщика, B.C. Иванова, О.В. Колоколова, Ю.Н. Нагорного, А.Е. Ольховиченко, А .Я. Радзивилла, В.В. Репки, В.В. Соболева, Е.И. Фоминых и др

Разработанная единая энергетическая теория выбросов не привела к созданию принципиально новых методов прогноза выбросоопасности, которые базировались на оценке показателей выбросоопасности, определяемых по пробам из скважин и забоев в шахтах. Наблюдаемое снижение числа выбросов угля, пород и газа в Донбассе с 1992 по 1999 год определяется уменьшением угледобычи и консервацией запасов на пластах с особо осложненными условиями разработки.

Однако снижения удельного количества выбросов, отнесенного к объему добытого угля, не происходит и, следовательно, выбросоопасноеть угольных пластов в процессе горных работ в целом не уменьшается. Это объясняется, прежде всего, несовершенством различных видов прогноза выбросоопасности угольных пластов и вмещающих пород и крайне низкой технологичностью их выполнения, базирующихся на достаточно больших объемах опробования и соответственно трудоемких лабораторных определениях показателей выбросоопасности, а также разобщенностью всех видов прогноза от стадии разведки шахтного поля до эксплуатации шахты.

В то же время на участках разведки и действующих шахтных полях имеется большое количество скважин с записанными в аналоговой или цифровой форме непрерывно по всему разрезу угленосной толщи геофизическими параметрами стандартного каротажа (электрическое сопротивление, естественная и наведенная радиоактивность, скорость продольных волн и др.), которые отражают соответствующие физические поля угольных пластов в горном массиве. Отсутствие информации о петрофизических взаимосвязях между показателями или критериями выбросоопасности угольных пластов и геофизическими параметрами не позволяет использовать для прогноза выбросоопасности данные каротажа.

Поэтому повышение надежности и информативности прогноза выбросоопасности угольных пластов путем создания петрофизических основ технологии прогнозирования является актуальной прикладной проблемой, имеющей важное народнохозяйственное, социальное и отраслевое значение.

Связь работы с научным« программами, планами, темами. Диссертация обобщает результаты научно-исследовательских работ, выполненных при непосредственном участии и под руководством автора в Институте геотехнической механики HAH Украины в соответствии с целевыми комплексными программами ГКНТ и Академий наук СССР и УССР (проблема 0.05.05. Создать способы и технические средства для разработки выбросоопасных угольных пластов, методы прогноза и предотвращения внезапных выбросов угля, породы и газа - №№ государственной регистрации НИР: 01829057373, 01840075035, 01860121522), а потом Украины и отраслевыми планами НИР Минуглепромов СССР и УССР, а также с планами НИР Министерства угольной промышленности Украины и Государственного комитета геологии и использования недр Украины (№№ государственной регистрации НИР: 0193U029801, 0195U006672, 0197U006861, 0295U002688).

Идея работы заключается в использовании петрофизических взаимосвязей основных показателей выбросоопасности угольных пластов и их геофизических параметров, измеренных в углеразведочных скважинах, и разработке на этой основе комплексного автоматизированного прогноза выбросоопасного со-

стояния углепородного массива шахт по геофизическим данным в режиме открытого мониторинга.

Цель и задачи исследований. Целью диссертационной работы является создание петрофизических основ технологии комплексного прогнозирования выбросоопасности угольных пластов.

Для достижения указанной цели решались следующие задачи:

1. Исследовать физическими методами (оптический, электронно-оптический, рентгеноструктурный, электронно-парамагнитный резонанс) на микро- я макроуровнях в качестве показателей выбросоопасности угольных пластов структурные особенности, сорбционную метаноемкость, органическую и минеральную составляющие угля из проб (масса до 5г), отбираемых при каротаже скважин бойками.

2. Изучить петрофизические взаимосвязи основных показателей выбросоопасности угольных пластов, отражающих их вещественный состав, структурные особенности, газонасыщенность, напряженное состояние, и геофизических параметров (электрическое сопротивление, радиоактивность, скорость продольных волн и т.п.), измеренных в процессе каротажа этих пластов в скважинах.

3. Разработать вероятностно-статистическую модель для надежной оценки степени выбросоопасности угольных пластов по геофизическим параметрам в конкретных горно-геологических условиях шахтного поля.

4. Разработать методологию автоматизации прогноза выбросоопасности и создать на основе числовой геолого-геофизической информации необходимые алгоритмы и программы.

5. Разработать методику прогноза выбросоопасности угольных пластов по геофизическим данным и на этой основе создать технологию комплексного прогноза выбросоопасности углепородного массива, позволяющую объединить в режиме мониторинга все виды прогнозов на стадиях разведки, эксплуатации и закрытия шахты.

6. Выполнить опытно-промышленную проверку разработанной технологии прогноза выбросоопасности в различных горно-геологических условиях на участках разведки и доразведки шахтных полей.

Объектом исследований являются выбросоопасные угольные пласты, которые изучались на участках разведки и доразведки шахтных полей и на действующих шахтах в Донецком и Яьвовско-Волынском бассейнах в Украине, Печорском в России и Карагандинском в Казахстане.

Предметом исследований является прогноз выбросоопасности угольных пластов.

Методы исследований: лабораторные физические (оптический, электронно-оптический, рентгеноструктурный, электронно-парамагнитный резо-

нанс) и скважинные геофизические - соответственно для разработки показателей и прогноза выбросоопасности угольных пластов; программированные статистические методы обработки и математического моделирования — для создания петрофизнческой основы перехода к прогнозу выбросоопасности по геофизическим параметрам; геоинформационные технологии - для расчета и представления прогнозируемой выбросоопасной ситуации; системный анализ полученных результатов прогноза выбросоопасности углепородного массива.

Научная новизна полученных результатов

Научные положения, которые защищаются автором:

- структурные особенности, сорбционная метаноемкость, органическая и минеральная составляющие угля, определяемые на микронавесках по бойковым каротажным пробам, характеризуют локальную площадную и послойную вертикальную зональность выбросоопасности угольного пласта, при этом нарастание нарушенное™, потенциальной сорбции и степени углефикации органической составляющей повышает, а наличие пластифицирующих (глинистых) минералов в золе снижает его выбросоопасность;

- показатели выбросоопасности угольных пластов, характеризующиеся их вещественным составом, структурными особенностями, газонасыщением, напряженным состоянием, и геофизические параметры (электрическое сопротивление, естественная и наведенная радиоактивность, скорость упругих волн, ка-вернозность) имеют устойчивые и однозначные парные петрофизические взаимосвязи, что предопределяет количественное решение задач расчета показателей и комплексных критериев выбросоопасности с помощью геофизических данных путем математического моделирования на основе применения программных средств и вычислительной техники;

- петрофизнческой основой прогноза выбросоопасности угольных пластов является региональная и локальная изменчивость геофизических параметров, при этом электрическое сопротивление, наведенная радиоактивность и ка-вернозность в выбросоопаскых зонах угольных пластов увеличиваются (за счет повышения трещиноватости, газоносности и снижения влажности), а естественная радиоактивность уменьшается (за счет снижения содержания глинистых минералов в золе);

- физико-механическая жесткость и напряженное состояние углепородного массива обусловлены его литолого-фациальными особенностями и связаны с увеличением относительного содержания плотных кварцевых песчаников с аномально прочностными (асж > 75МПа и ор > 5МПа) и упругими (Ед > ЗОГПа) свойствами, что способствует возрастанию локальной и региональной выбросоопасности угольных пластов.

Научная новизна:

1.Впервые установлено, что трешиноватость угля, определяемая оптическим и электронно-оптическим методами по каротажным бойковым пробам, тесно коррелируется на микро- и макроуровнях (коэффициенты корреляции более 0,75) и является весьма информативным показателем выбросоопасного состояния угольных пластов.

2. Впервые установлена закономерность влияния потенциальной сорбци-онной способности углей, полученной методом электронно-парамагнитного резонанса, на их выбросоопасность, подтвержденная зависимостью значений сорбции а1Пр со значениями прогнозного критерия выбросоопасности "Ву" (соответственно и с информацией о выбросоопасности опробованных шахтопла-стов), что позволяет рекомендовать сцпр в качестве прогностического показателя. Применение информативного параметра а,пр в качестве оценки "газового фактора" повысит достоверность и надежность расчета комплексного критерия выбросоопасности угольных пластов "Ву".

3. Методом рентгенографического анализа и идентификации минеральных компонентов впервые установлено, что минеральные компоненты в неопасных по выбросам слоях и пластах в целом более выдержаны по своему составу и представлены в основном глинистыми минералами (каолинитом, монтмориллонитом и т.п.), которые играют роль пластификаторов и тем самым снижают выбросоопасность пласта.

4. Впервые установлены устойчивые и однозначные петрофизические зависимости (коэффициенты корреляции 0,4 - 0,7 при доверительном интервале надежности 0,9 - 0,95 и уровне значимости не менее 0,75) между геофизическими параметрами, измеренными в скважинах, и показателями выбросоопасности, определенными по образцам из тех же скважин.

5. Впервые установлено, что электрическое сопротивление, наведенная радиоактивность и кавернозность в выбросоояасных зонах угольных пластов увеличиваются за счет повышения нарушенности - трещиноватости, газоносности и снижения влажности, а естественная радиоактивность уменьшается за счет снижения количества глинистых минералов в золе. Эти закономерности позволили создать петрофизическую основу прогноза выбросоопасности, базирующуюся на многомерной математической модели выбросоопасности угольных пластов.

6. Впервые установлено, что все параметры стандартного комплекса каротажа углеразведочных скважин информативны и используются для оценки выбросоопасности угольных пластов с помощью разработанной математической модели в виде полинома второй степени без смешанных членов, которая получена итерационным путем в результате применения методов регрессионного анализа, реализованных компьютерными программами.

7. Впервые установлено, что с увеличением относительного содержания плотных кварцевых песчаников с аномально прочностными (асж > 75МПа и ор > 5МПа) и упругими свойствами (Ел > ЗОГПа) в углепородном массиве повышается его физико-механическая жесткость и напряженное состояние, которые способствуют формированию выбросоопасного состояния угля.

Практическое значение полученных результатов заключается в разработке комплекса методов оценки выбросоопасности и способов автоматизации, который позволил создать основы технологии прогноза выбросоопасности угольных пластов в массиве горных пород шахтного поля на разных стадиях его освоения вплоть до закрытия. В основу этого комплекса входят:

• экспресс-метод прогноза выбросоопасности угольных пластов по массе угля из бойков, которыми опробываются пласты в процессе геофизических исследований в скважинах: при наличии угля со средней массой в бойке на шахтном поле й < 1,3г пласт относят к выбросоопасным, в интервале 1,3г < й < 2,0г-к угрожаемым и при й >2г к неопасным (авторское свидетельство № 1219825, СССР);

о методика определения показателей выбросоопасности угольных пластов по данным геофизических исследований скважин на основе применения многофакторных моделей, связывающих эти показатели с комплексом геофизических параметров стандартного угольного каротажа (относительная ошибка не превышает 30%);

в алгоритмы и программы для решения задач прогноза выбросоопасности по геофизическим данным и построения основы разреза с выбросоопасной ситуацией;

• методика прогноза выбросоопасности угольных пластов по данным геофизических исследований скважин на стадиях детальной разведки геологических участков, доразведки шахтных полей, строительства и эксплуатации шахт (относительная ошибка определения комплексного критерия выбросоопасности "В5"1 не более 20% при надёжности прогноза выбросоопасности не менее 85 %).

Проведенный комплекс исследований по разработке методов прогноза выбросоопасности угольных пластов и вмещающих пород (совместно с ИГД им. A.A. Скочинского и ПО "Укруглегеология") и их промышленные испытания в Донецком бассейне составили основу для разработки "Временного руководства по прогнозу выбросоопасности угольных пластов и вмещающих пород по данным геофизических исследований геологоразведочных скважин в Донецком бассейне", которое вошло в "Инструкцию по безопасному ведению горных работ на пластах, опасных по внезапным выбросам угля, породы и газа" (разд.2, п.2.1.2), М.: ИГД им. A.A. Скочинского, 1989.

С учетом модернизированной системы автоматизации разработано "Временное методическое руководство для прогнозирования выбросоопасности угольных пластов в Донецком бассейне на основе геолого-геофизических дан-ных"(1992г.), утвержденное в установленном порядке на уровне отрасли.

Все основные методические разработки диссертации внедрены на геологических и горных предприятиях Донецкого (участки разведки: Брагиновский, Бутовский, Успенский-Южный; шахты им. Изотова, Комсомолец, им. Ленина, им. Гагарина, им. Ворошилова, им. 50-лет СССР- ПГО "Донбассгеология", "Луганскгеология", ПО "Артемуголь", "Краснодонуголь"), Львовско-Вольш-ского (шахта Тягловская 1, Любельская площадь - ПГО "Запуглегеология"), Печорского (шахты: Воркутинская, Заполярная и Северная - ПО "Воркута-уголь") и Карагандинского (участок разведки Саранский-Глубокий - ПГО "Центрказгеология", ПО "Карагандауголь") бассейнов. Реальный экономический эффект от внедрения разработок автора, только по семи из названных шахт, составляет 201,4 тыс. руб. (в ценах до 1991г.).

Личный вклад автора. Автором самостоятельно сформулированы цель и задачи исследований, идея работы, основные научные положения, выводы и рекомендации, разработаны концепция работы и её главные научно-технические принципы. Как ответственный исполнитель автор принимал непосредственное участие в организации исследований, выборе методов, проведении полевых и шахтных экспериментов, разработке, испытаниях и внедрении методов и комплексной технологии прогноза выбросоопасности углепородного массива шахт. Разработка технологии комплексного прогнозирования выбросоопасности углепородного массива шахты в режиме открытого мониторинга проводилась автором самостоятельно путем обобщения большого количества исходных геологических, горных и геофизических данных, методических разработок по прогнозам и внедрению этих разработок на всех этапах исследования, изучения возможностей и освоения современных персональных ЭВМ и программного обеспечения для среды Windows. Содержание диссертации изложено автором лично.

Апробация результатов диссертации. Основные положения, научные и практические результаты диссертационной работы докладывались, обсуждались и получили одобрение на четырех Всесоюзных геологических угольных совещаниях (г.Львов: VI-1980r.; г.Ростов-на-Дону: VII—1981г., VIII - 1986г., IX-1991г.), на Международном симпозиуме "Горнорудный Пржибрам в науке и технике" (Чехословакия, 1981г.), на Всесоюзных научных школах "Деформирование и разрушение материалов с дефектами и динамические явления в горных породах и выработках" (г.Симферополь-1987, 1990гг.), на V Всесоюзном семинаре "Горная геофизика" (г.Телави-1989г.), на X Всесоюзной научной конференции "Физические процессы горного производства" (г.Москва-1991г.), на

Международном симпозиуме "Применение математических методов и компьютерных технологий при решении задач геохимии и охраны окружающей среды" (г.Львов-1994г.), на X Всероссийском угольном совещании (г.Ростов-на-Дону-1999г), на Международных научно-практических конференциях: "XXI столетие - проблемы и перспективы освоения месторождений полезных ископаемых" и "Проблемы и перспективы использования геоинформационных технологий в горном деле" (г.Днепропетровск-1998, 2000гг.), а также на заседаниях Центральной комиссии по борьбе с внезапными выбросами угля и газа Минугле-прома СССР и ее секции по Донецкому бассейну, на научных семинарах отдела геологии угольных месторождений больших глубин и Ученом совете Института геотехнической механики HAH Украины в 1990~2000гг.

Результаты диссертации на разных этапах ее выполнения экспонировались на ВДНХ СССР и ВДНХ УССР (бронзовая медаль).

Публикации. Результаты диссертации опубликованы в 97 научных трудах. Из них: 1 монография, 4 брошюры, 32 статьи в научных журналах и сборниках научных трудов, 3 изобретения, 24 статьи, депонированные в ВИНИТИ и ГПНТБ Украины, 33 материала и тезисов научных конференций.

Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, семи разделов, заключения, списка литературы из 211 наименований, 30 приложений и содержит 425 страниц машинописного текста, в том числе 275 страниц основного текста, 20 таблиц и 50 рисунков.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Анализ состояния проблемы прогноза выбросоопасности на угольных месторождениях показал, что методы прогноза, разработанные в 50-90-е годы, при всех положительных характеристиках требуют дальнейшего совершенствования, т. к. в процессе их внедрения и опробования оказалось, что значительное количество выбросов угля, пород и газа происходит на пластах, считавшихся неопасными по сделанным прогнозам.

К настоящему времени самой распространенной в странах СНГ и в странах дальнего зарубежья является энергетическая теория выбросоопасности, на основе которой разработаны нормативные документы, регламентирующие безопасное ведение горных работ в шахтах Украины на пластах, опасных по внезапным выбросам угля, породы и газа. Однако выполнение даже регионального прогноза выбросоопасности угольных пластов и вмещающих пород (песчаников), который является основой противовыбросных мероприятий и в новых экономических условиях, по имеющимся нормативным документам весьма затруднено из-за сокращающихся объемов разведочного бурения, уменьшения

числа отбираемых проб и необходимости проведения массовых дорогостоящих лабораторных определений показателей выбросоопасности.

Анализ имеющихся немногочисленных исследований по применению результатов геофизических методов исследований скважин для прогноза выбросоопасности угольных пластов показал, что они в основном выполнялись по одной схеме - формальное распознавание геофизических образов выбросо-опасных и невыбросоопасных пластов без достаточного петрофизического обоснования этой классификации. Такой прогноз без привлечения исходной геологической информации не дает гарантии надежного разделения угольных пластов по степени выбросоопасности для отдельной шахты, т. к. обучающие выборки с опасными пластспересечениями могут быть образованы только по нескольким шахтам в пределах геолого-промышленного района.

Прогноз на основе петрофизических взаимосвязей показателей выбросоопасности угольных пластов и их геофизических параметров более перспективен, поскольку установленные при этом математические модели опираются на исходную комплексную геолого-геофизическую информацию и постоянно апробируются многочисленными контрольными группами геологических признаков выбросоопасности. Числовой характер исходных данных позволяет автоматизировать процесс прогноза и сделать его весьма технологичным.

Таким образом, следует разработать такую систему прогнозирования выбросоопасности, которая позволила бы на основе петрофизического системного подхода эффективно и оперативно осуществлять комплексный прогноз выбросоопасности угля, пород и газа по геолого-геофизическим данным на всех стадиях разведки, освоения и эксплуатации шахтного поля, используя современные геоинформационные технологии для более надёжного представления состояния углепородного массива. В этом случае на шахте можно сосредоточить всю необходимую информацию о выбросоопасном состоянии отдельных горизонтов, участков, лав или выработок и осуществлять локальный и текущий прогноз выбросоопасности оперативно и надежно по всем выбираемым направлениям проведения горных работ. Такой подход к решению проблемы выбросоопасности в первую очередь повысит достоверность методов прогноза и способов предотвращения выбросоопасности углепородного массива.

Среди всех видов прогноза выбросоопасности угольных пластов прогноз на стадии геологоразведочных работ должен стать основой для интеграции всей исходной информации о геологии и горно-геологических условиях шахтного поля. Результаты локальных и текущих прогнозов на стадиях строительства и эксплуатации шахт оперативно дополнят его, используя современные геоинформационные технологии в режиме мониторинга.

Реализация этой концепции, на наш взгляд, должна также предусматривать установление надежных количественных критериев отнесения шахтопла-

стов к категории выбросоопасных, угрожаемых и неопасных, разработку комплексной технологии прогноза выбросоопасности шахтопластов с выделением на них дифференцированных зон по степени выбросоопасности уже на стадии геологоразведочных работ, на основе использования результатов геофизических исследований скважин.

Разработка петрофизнческнх основ прогноза выбросоопасности угольных пластов осуществлялась путем изучения взаимосвязей существующих нормативных и предложенных автором показателей выбросоопасности с геофизическими параметрами стандартного каротажа (электрическое сопротивление, радиоактивность, скорость продольных волн и т. п.), измеренными в процессе исследований этих пластов в углеразведочных скважинах.

При этом в качестве исходных показателей выбросоопасности использовались как нормативные (газоносность, разрушаемость, выход летучих веществ, глубина залегания почвы и количество пачек угольного пласта), так и новые разработанные автором показатели, которые характеризуют вещественные, сорбционные и структурные особенности угля. Последние отличаются тем, что они определяются экспрессными физическими методами на малых пробах (до 5г), отбираемых в процессе геофизических исследований угольных пластов в скважинах грунтоносами типа ГМК или ГМС.

Показатель зольной составляющей угля изучался на микроуровне методом рентгенографического анализа (установка ДРОН -3,0) и идентификации минеральных компонентов (рентгенорадиометрическая картотека АБТМ). Анализ полученных результатов подтвердил известное положение о том, что зольность невыбросоопасных пластов выше, чем опасных. Но при этом было впервые установлено, что минеральные компоненты в неопасных по выбросам слоях и пластах в целом более выдержаны по своему составу и представлены в основном глинистыми минералами (каолинитом, монтмориллонитом и т.п.), которые играют роль пластификаторов и снижают выбросоопасность пласта.

Изучение органической составляющей в угле УааГ рентгенографическим методом по дискретным бойковым пробам (шаг 2,5-10 см), отобранным по мощности пласта, показало весьма дифференцированный характер её изменения в отдельных слоях пласта (размах по степени метаморфизма достигает 2—3 марок). Это следует учитывать при прогнозе выбросоопасности шахтопластов по установленным границам метаморфизма угля, чтобы избежать ошибок.

Впервые установлена закономерность влияния потенциальной сорбцион-ной способности углей, определяемой методом электронно-парамагнитного резонанса на спектрометрах типа РЭ - 1301 и "Минск 12М", на их выбросоопасность, подтвержденная зависимостью значений сорбции а,пр со значениями прогнозного критерия выбросоопасности "Ву" (соответственно и с информацией о фактической выбросоопасности опробованных шахтопластов). Примене-

ние информативного параметра а1пр в качестве оценки "газового фактора" повысит достоверность и надежность расчета комплексного критерия выбросо-опасности угольных пластов.

На основе полученных результатов определения структурных показателей и сорбции угля методом ЭПР предложен новый механизм образования метана в угле, который объясняет повышенное содержание метана при выбросах угля. Суть механизма заключается в том, что метан в угольных пластах в процессе углефикации (метаморфизма) не только образуется и накапливается в сорбированном виде, но и при обнажении горной выработкой или извлечении угля из массива горных пород, наряду с десорбцией, может дополнительно генерироваться углем в процессе физико-химических экзотермических реакций, возникающих при его разгрузке, в зависимости от достигнутой степени углефикации и тектонической нарушенное™. Об этом свидетельствует образование парамагнитных центров в угле при его измельчении и результаты наблюдений за образцами угля методом ЭПР в режиме мониторинга.

Установленные закономерности между структурными показателями, сорбцией и выбросоопасностью угля (с помощью метода ЭПР), а также предложенный в связи этими исследованиями механизм образования метана может служить основой разработки не только технологичных способов оценки выбросоопасности, но и нетрадиционных методов определения метаноносности угольных пластов.

Впервые установлено, что масса угля из бойков, которыми опробываются пласты в геологоразведочных скважинах, изменяется в зависимости от степени нарушенное™ (трещиноватости) угля, что является весьма информативным признаком выбросоопасности угольных пластов. Средняя масса угля в бойке для пласта на шахтном поле й рассчитывается по формуле

где а^ - масса каждой угольной пробы, г, к - количество скважин на участке разведки; п - количество отобранных бойками угольных проб по одной скважине.

На этой основе разработан и внедрен экспресс-метод прогноза: угольный пласт, опробованный бойками, с выходом угля й < 1,3г относят к выбросоопас-ному, со средней массой в интервале 1,3 < й < 2,0г - к угрожаемому и при й >2г к неопасному (а.с. № 1219825, СССР).

Исследования и анализ корреляционных петрофизических связей между показателями выбросоопасности, отражающими структурные и вещественные особенности угля и его состояние (горное давление и газ), и геофизическими параметрами, измеренными в скважинах против пластов (электрическое сопротивление, естественная и наведенная радиоактивность, сила тока, изменение

диаметра скважины), впервые показали, что между ними существуют устойчивые и однозначные петрофизические зависимости (коэффициенты корреляции 0,4 - 0,7 при доверительном интервале надежности 0,9 - 0,95 и уровне значимости не менее 0,75).

На основе анализа многочисленных полей корреляции впервые установлено, что электрическое сопротивление, наведенная радиоактивность и кавер-нозность в выбросоопасных зонах угольных пластов увеличиваются за счет повышения нарушенности - трещиноватости, газоносности и снижения влажности, а естественная радиоактивность уменьшается со снижением содержания глинистых минералов в золе. Проведенный анализ взаимосвязей показателей выбросоопасности угольных пластов и геофизических параметров и установленные при этом закономерности позволили создать петрофизическую основу для качественного прогноза выбросоопасных зон и выдвинуть рабочую гипотезу о том, что на основе многомерных математических моделей по данным каротажа можно вести расчет как отдельных показателей выбросоопасносш, так к комплексного критерия "Ву" для угольных пластов.

Для выбора и реализации многомерных статистических моделей, позволяющих определять показатели выбросоопасности угольных пластов по результатам геофизических исследований скважин, была сделана оценка информативности каждого геофизического параметра, выбран оптимальный их комплекс и затем на этой основе устанавливался вид самих моделей. Анализ информативности геофизических параметров по отношению к основным показателям выбросоопасности угля позволил сделать вывод о том, что геофизические параметры достаточно информативны по отношению к физическим свойствам основных геологических показателей выбросоопасности угольных пластов и могут быть использованы для оценки выбросоопасности угольных пластов в многомерных статистических моделях.

Разработка оптимального уравнения регрессии для прогноза выбросоопасности осуществлялась итерационным путем с помощью методов моделирования (регрессии, количественной аналогии), основанных на использовании математического аппарата отношений в групповых структурах. Для этих целей использован аппарат статистических зависимостей в виде нелинейных регрессий. При этом диапазон исследуемых функций находился между линейными уравнениями вида

у = а„+ а/Х1+ а2Х2+...+ йл

(1)

и нелинейными в виде полинома второго порядка

?= £ ЧХ, + I ау*/ + Т X а>

¿»1 у=| к=\п=\

к=\п=\

Для расчета использовались различные варианты исходных геолого-геофизических данных по степени обобщения (участок разведки, шахтное поле, район с несколькими объектами такого типа).

Анализ исследованных вариантов уравнений осуществлялся на основе использования шагового регрессионного метода, заключающегося в наращивании переменных в исходное неполное уравнение до тех пор, пока уравнение не станет удовлетворительным по всем статистическим оценкам. Оптимальным уравнением для прогноза выбросоопасности угольных пластов в оцениваемых условиях оказался полином второй степени без смешанных членов

у = а0+ Я/.Г/ + ...+ ад„ + Ь,(.Г//-К..+ Ъп(хп)2, (3 )

где у - показатель (критерий) выбросоопасности; х/, Х2... х„ -'геофизические параметры; а0, а!: а2 ...а№ Ь1: Ь? ...£>„ - коэффициенты полинома.

Анализ изменения значений остаточных средних квадратов для приведенных видов уравнения указывает на то, что оптимальный вид уравнение обретает в варианте (3) и добавление смешанных членов существенно не повышает достоверность расчета прогнозируемых показателей выбросоопасности (рис.1).

варианты уравнений

Рис.1. Зависимость остаточных средних квадратов - Б2(Р) от вида и варианта уравнения: а) участок Северо-Родинский; б)участок Бутовский-Глубокий; в) поле шахты им.Калинина (Центральный район Донбасса)

В качестве оценки надежности рассчитанных уравнений регрессии используются их выходные характеристики (остаточная дисперсия, коэффициент корреляции, коэффициент надежности коэффициента корреляции). Предусматривается и сравнение контрольной выборки исходных геологических данных (40 -50 определений показателей выбросоопасности угольных пластов по керну, которые не входят в выборку для расчета уравнений регрессии) с расчетной . выборкой таких же показателей, определенных по уравнению регрессии. В этом

случае используются статистические критерии однозначности средних I и равенства дисперсий Р. В процессе сопоставления определяется погрешность вычисления отдельных геологических показателей выбросоопасности (относительная и абсолютная ошибки).

Расчет основных показателей выбросоопасности угольных пластов по данным каротажа подтвердил эффективность и достоверность выбранного типа статистической модели, которая успешно работает с любыми вариантами геолого-геофизических данных на всех выбранных объектах. При этом сравнение рассчитанных значений показателей выбросоопасности с их контрольными значениями, определяемыми по пробам, показало, что среднеквадратическая погрешность рассчитанных значений не превышает 30%.

Расчитанные уравнения для определения показателей выбросоопасности угля У1'11 (выход летучих веществ из угля) и в (природная газоносность угольного пласта) с помощью геофизических параметров стандартного угольного каротажа по шахте им. Румянцева (Центральный геолого-промышленный район Донбасса) имеют вид

У^!,855-0,002-ркга+0,783-1ф+0,029-]п+1,93б-1г +0,012-Дё + +0.0002•(ркгз)2+0,132-(1ф)2+0,ООО 1-(1тг)2+0,058-(17)2 - 0,002-(Лё)2;

С=б1,04-0,213-ркп-4,45чф-0,036-1п-0,983-1т+0,303-Да+0,001-(ркп)2 + +0,25-(1Ф)2-0,002-(1ГГ)2+0,06-(1Т)2 - 0,002-(Дё)2

Коэффициенты множественной корреляции этих уравнений соответственно равны 0,82 и 0,87, а относительные погрешности определения показателей составили 25 и 20,0%.

В качестве альтернативы использования стохастической модели прогноза выбросоопасности, реализованной с помощью многомерного корреляционно-регрессионного анализа, проведена оценка выбросоопасности угольных пластов на основе классификации их геофизических параметров. Установлена возможность классификации геофизических параметров по зонам различной степени выбросоопасности на основе их распределения в двумерном пространстве, полученном путем использования метода нелинейного снижения размерности п-мерного пространства этих параметров. Составлен алгоритм и разработана программа, позволяющая проводить разделение опасных и неопасных зон на выбросоопасных угольных пластах по геофизическим данным.

На основе общности природы выбросоопасности угольных пластов и вмещающих пород (песчаников) среди газодинамических явлений в шахтах и установленной единой оптимальной математическая модели в виде полинома

второй степени без смешанных членов, пригодной для вычисления критериев выбросоопасности, выдвинута гипотеза о возможности разработки единой технологии прогноза выбросоопасности угольных пластов и песчаников (углепо-родного массива в целом) по геофизическим данным.

Для создания и эффективной реализации объединенной технологии прогноза выбросоопасности углепородного массива на основе системного подхода разработана методология применения средств автоматизации, основанных на использовании ЭВМ. Были сформулированы основные требования к созданию и выбору алгоритмов и программных средств для автоматизации прогноза выбросоопасности, использующих многомерные регрессионные зависимости и принципы распознавания образов, которые позволяют вести подготовку исходных геолого-геофизических данных для определения и отдельных показателей выбросоопасности, и комплексного критерия "Ву", а также обеспечивают вывод полученной прогнозной выбросоопасной информации в числовом и графическом виде (карты, разрезы).

Техническими средствами предложенной автоматизированной системы прогноза выбросоопасности являются: преобразователь каротажной информации в цифровую форму (типа Ф-014), электронная вычислительная машина и устройства для ввода, вывода и построения графических изображений (сканер, плоттер и т. п.). Для обработки геофизической информации на всех этапах прогноза используются пакеты алгоритмов и программ, составленные на основе известных математических методов сортировки информации, теории распознавания образов, корреляционно-регрессионного анализа и итерации. Эти программные средства объединялись по функциональным возможностям в геоинформационную систему для прогнозирования выбросоопасного состояния шахтных углепородных массивов. Система представляет собой комплекс программ для решения задач автоматизации прогноза выбросоопасности угольных пластов и вмещающих пород по геолого-геофизическим данным и специальную программу построения основы литолого-стратиграфического разреза с прогнозируемой выбросоопасной ситуацией.

Система стандартизована в республиканском отраслевом фонде алгоритмов и программ (РОФАП) Мингео УССР. С помощью этой системы выполнено прогнозирование выбросоопасной ситуации на угольных пластах и вмещающих породах большинства объектов в Донецком, Львовско-Волынском, Печорском и Карагандинском бассейнах.

Для выполнения обработки исходных данных и расчетов при прогнозе выбросоопасности освоены системные пакеты программ: Statistica v.5.0 (фирма StatSoft Inc.- США), MathCad 7.0 Pro (фирма MathSoft - США) и Surfer v.6.04 (Golden Software Inc.- США). Опробование названных пакетов программ показало, что они в целом обеспечивают работоспособность и автоматизацию про-

гноза выбросоопасности угольных пластов и вмещающих пород (песчаников) по геолого-геофизическим данным, однако разобщенность программ при решении системных задач прогноза выбросоопасности осложняет пользование этими пакетами и создает определенные трудности в подготовке базы исходных данных.

В этой связи была создана структура обобщенного модуля для прогноза выбросоопасности на основе оптимальной системы ArcView GIS 3.1 - компания ESRI (США). Эта система является открытой и позволяет произвести внутренние настройки при помощи встроенного языка Avenue для решения заданных пользователем задач. Оценка выбросоопасности угольных пластов с помощью этого модуля выполнялась в комплексе работ на строящейся шахте Тяг-ловская 1 (пласты п7" и ns") в Львовско-Волынском бассейне и участке разведки Успенский-Южный (пласты к7°, к5 и i3') в Донбассе, для которых построены карты в изолиниях, характеризующих выбросоопасность в плане (2Д) и в объемном виде (ЗД) с учетом тектонической обстановки на объекте.

Таким образом, на основе анализа, сравнения и опробования возможностей программных продуктов, разработанных ранее в ИГТМ HAH Украины, и современных ГИС-технологий определена структура модуля объединенного прогноза выбросоопасности угольных пластов и вмещающих пород по горно-геолого-геофизическим данным.

Разработанная технология комплексного прогноза выбросоопасности углепородного массива шахты по петрофизическим данным базируется на обобщенных результатах исследований геологическими и геофизическими методами углеразведочных скважин при региональном прогнозе выбросоопасности угольных пластов и использует методы локального и текущего прогнозов выбросоопасности и наработки современных компьютерных геоинформационных систем.

Для создания этой технологии использованы разработанные в диссертации экспресс-метод прогноза выбросоопасности угольных пластов по массе угля из бойков, которыми опробываются пласты в процессе геофизических исследований в скважинах; методика определения показателей выбросоопасности угольных пластов по данным геофизических исследований скважин на основе применения многофакторных моделей, связывающих эти показатели с комплексом геофизических параметров стандартного угольного каротажа (относительная ошибка не превышает 30%); алгоритмы и программы для решения задач прогноза выбросоопасности по геофизическим данным и построения основы разреза с выбросоопасной ситуацией; методика прогноза выбросоопасности угольных пластов по данным геофизических исследований скважин на стадиях детальной разведки геологических участков, доразведки шахтных полей, строительства и эксплуатации шахт (относительная ошибка определения комплекс-

ного критерия выбросоопасности "Ву" не более 20% при надёжности прогноза выбросоопасности не менее 85 %). Эти методы объединены на всех стадиях прогноза в общую технологическую систему с известными методами прогноза выбросоопасности вмещающих пород (песчаников) -"Инструкция по безопасному ведению горных работ на пластах, опасных по внезапным выбросам угля, породы и газа" (1989г.).

Приведенная блок-схема технологии обобщенного прогноза выбросоопасности угольных пластов и вмещающих пород по геолого-геофизическим данным (рис.2) состоит из отдельных компьютерных модулей, которые выпол-

сведения о геологии,выбросам, тектонике и т.п. (шахтное попе)

ТЕКУЩИЙ ПРОГНОЗ (ОБЪЕКТЫ ОТРАБОТКИ) а) уголь; б)песчанкк

ОБОБЩЕННЫЙ ПРОГНОЗ выбросоопасности угольных пластов и вмещающих пород (песчаников) в электронном и "бумажном" вариантах {текст -»-графика) на основе горно-геологомеофизических данных в режиме мониторинга [для шахтного поля с детализацией объектов вскрытия и отработки ] (РС)

ИГ

БАНК ИСХОДНЫХ, РАСЧЕТНЫХ И ВЫХОДНЫХ ДАННЫХ ПРОГНОЗА (РС)

—г I с Ь ЕЕЕЕЬ 1<?с>

Рис. 2. Блок-схема технологии прогноза выбросоопасности угольных пластов и вмещающих пород по горно- геолого-геофизическим данным: 1-переда-ча сведений о шахтном поле; 2-передача исходных геолого-геофизических данных; 3-обмен прогнозной информацией по углю и песчаникам;

4-применение ПЭВМ

пмют функции по сбору, подготовке, расчетам, сопоставлению и выводу прогнозной информации. Основным объектом прогноза по предложенной технологии является шахта с проектируемым горизонтами (целевыми угольными пластами), в которых есть или планируются выработки.

Предложенная технология прогноза позволяет вести обобщенный прогноз выбросоопасности угольных пластов и вмещающих пород на основе горно-геолого-геофизических исходных данных в режиме открытого мониторинга, может использоваться автономно в практике горных предприятий, которые комплексно решают вопросы прогноза и борьбы с выбросами угля и пород.

Прогноз выбросоопасностн углепородных массивов в Донецком, Львовско-Волынском, Печорском и Карагандинском бассейнах выполнен на 25 объектах, которые представлены обширным спектром геологических, тектонических, литолого-стратитрафических условий залегания пород.

Технология такого прогноза разработана на основе обширной геолого-геофизической информации из всех геологоразведочных скважин на объектах и позволяет с помощью современных персональных компьютеров и сопровождающих программных средств создать объемное изображение выбросоопасной ситуации в исследуемом углепородном массиве. На рис. 3 представлен фрагмент массива между пластами к5 и с вертикальным разрезом, построенный

Рис.3. Объемное представление прогнозной выбросоопасной ситуации в углепородном массиве на участке разведки Успенский-Южный: 1-индекс угольного пласта; 2-изолиния критерия выбросоопасностн угля "Ву"; 3- градации критерия "Ву"; 4-наименование песчаника; 5-невыбросоопасный песчаник ("В""< 0,4); 6-песчаник низкой степени выбросоопасностн (0,4 <"ВП"< 0,6); 7-номер скважины; 8-тектоническое нарушение

по линии I-I1 через скважины по прогнозируемому выбросоопасному песчанику k4 S к-5, залегающему непосредственно под выбросоопасным угольным пластом kj.

В углепородном массиве шахтного поля для образования локальных вы-бросоопасных зон весьма существенна роль факторов, отражающих литолого-

фациальные особенности и тектонику массива. Впервые установлено, что с увеличением относительного содержания плотных кварцевых песчаников с аномальными прочностными и упругими свойствами в углепородном массиве повышаются физико-механическая жесткость и его напряженное состояние, которые способствуют формированию выбросоопасного состояния угля. При этом аномальность локальных выбросоопасных зон проявляется на фоне достаточных региональных факторов - напряженного состояния массива, его газоносности и степени метаморфизма.

Роль вещественного состава пород в системе "уголь-порода" является определяющей в механизме выбросоопасности. Это проявляется в региональном плане при сравнении песчаников из различных угольных бассейнов - Донбасса, Печорского и Карагандинского бассейнов. Так как в песчаниках, залегающих в угленосных массивах двух последних бассейнов, содержится меньше обломочного кварца и соответственно увеличено содержание слюдисто-глинистых минералов, повышающих пластичность массива, то выбросов там не наблюдается (при одинаковой глубине залегания и газоносности этих пород).

При системном подходе к изучению вопроса о влиянии тектоники на вы-бросоопасность угленосного массива выясняется весьма сложная зависимость, которая обусловлена как типом нарушений, их иерархией, масштабностью и т. п., так и субъективным сочетанием всех перечисленных факторов в каком-то определенном месте (конкретный угольный пласт, горизонт, шахтное поле). Выявить однозначные зависимости тектоники с выбросоопасной ситуацией массива горных пород здесь трудно - необходимо в каждой такой ситуации учитывать реально действующие факторы и с их учетом давать прогноз, используя возможности современных ПЭВМ.

Подтверждено, что изменение выбросоопасности угольных пластов и связанной с ними тектонической нарушенное™ носит волнообразный характер по разрезу и в плане, определяется и напряженным состоянием массива горных пород, и цикличностью его литологии, фаций углеобразования и тектоники, что заметно проявляется в условиях крутого падения пластов.

Технико-экономическая эффективность технологии прогноза выбросоопасности углепородного массива, разработанная на основе горно-геолого-геофизической информации, оценивалась в процессе опытно-промышленных испытаний на всех стадиях разведки, освоения, строительства и эксплуатации шахты. Она синтезирует в себе результаты регионального, локального и текущего прогнозов, обобщает их на основе использования передовых программных средств геоинформационных технологий. Результаты прогноза выбросоопасности оперативно отслеживаются в процессе вскрытия и отработки шахтных пластов и накапливаются в электронном графическом виде в модуле банка данных.

Разработанная технология обобщенного прогноза выбросоопасности уг-лепородного массива использована в Донецком, Львовско-Волынском, Печорском и Карагандинском бассейнах. Область эффективного применения этой технологии определена для угольных пластов значениями показателей метаморфизма (от Vda' < 35% и до Vdjf= 3,5%, или Eg <3,3), а для пород этот диапазон находится в районах распространения углей марок от 3P-Vdaf = 37% до ОС

Относительная ошибка определения значений комплексных критериев выбросоопасности по углю и песчаникам не превышает 20 % при общей надёжности прогноза выбросоопасности углепородного массива не менее 85%. Степень детальности прогноза для угольных пластов - прослои не менее 10см, а для песчаников - прослои до 0,5-0,8м при общей мощности песчаника не менее 1,5м.

В полном объеме технология прогноза выбросоопасности эффективно реализуется на компьютерах Pentium с тактовой частотой не менее 166МГц, с оперативной памятью не ниже 32Мб и внешней не менее 5Гб. Работа технологии поддерживается внешними устройствами: преобразователем геофизических аналоговых кривых в цифровой код, внешним накопителем, плоттером, сканером, принтером и устройством бесперебойного питания, а также специальными программными продуктами типа Statistica v.5.0, MathCad 7.0 Pro, Surfer v.6.04 и ГИС-технологиями (пакет Arc View v.3.1).

Применение технологии прогноза выбросоопасности угольных пластов по данным каротажа снижает расходы средств на прогноз выбросоопасности угольных пластов за счет значительного сокращения трудоемких полевых и лабораторных работ, связанных с определением показателей выбросоопасности углей. Общий реальный экономический эффект от внедрения разработанной технологии прогноза выбросоопасности угольных пластов только по семи шахтам из 25 объектов испытаний составляет 201,4 тыс. руб. (в ценах до 1991г.).

Обоснованность и достоверность научных положений, основных выводов и рекомендаций подтверждается статистически значимым объемом сква-жинных и лабораторных определений показателей выбросоопасности, применением комплекса теоретических и экспериментальных исследований на основе использования апробированных методов и фундаментальных положений пет-рофизики и горного дела, применением вероятностно-статистических методов и геоинформационных технологий в режиме мониторинга, а также удовлетворительной сходимостью фактических и прогнозных критериев выбросоопасности (расхождение не превышают 20% при надежности результатов не менее 85%) и многочисленными положительными результатами опытно-промышленных проверок разработанных рекомендаций и методов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертация является законченной научно-исследовательской работой, в которой выполнено теоретическое обобщение и решение значительной прикладной проблемы повышения надежности и информативности прогноза вы-бросоопасности угольных пластов путем создания летрофизических основ технологии прогнозирования, что имеет важное значение народнохозяйственное, социальное и отраслевое значение.

В процессе выполнения работ получены следующие итоговые выводы и практические результаты:

1. Обоснована необходимость, технические возможности и экономическая целесообразность создания технологии прогнозирования выбросоопасно-сти угольных пластов на основе системного и информационного анализа их петрофизики, автоматизации и учета конкретных горно-геологических условий шахты (литология, фаций и тектоника).

2. Выявлены информативные показатели выбросоопасности угля, характеризующие его структурные, сорбционные и вещественные особенности, которые определяются экспрессными физическими методами (оптический, рент-геноструктурный, электронно-парамагнитный резонанс) на малых пробах, отбираемых в процессе геофизических исследований угольных пластов в скважинах. •

3. Впервые установлено, что трещиноватость угля, определяемая оптическим и электронно-оптическим методами по каротажным бойковым пробам, тесно коррелируется на микро- и макроуровнях (коэффициенты корреляции более 0,75) и является весьма информативным показателем выбросоопасного состояния угольных пластов.

4. Впервые установлено, что минимальная масса угля из бойков, которыми опробываются пласты в геологоразведочных скважинах, характерна для вы-бросоопасных угольных пластов, у которых наблюдается максимальная степень нарушенности (трещиноватости) угля. На этой основе разработан и внедрен экспресс-метод прогноза: угольный пласт, опробованный бойками, с выходом угля со средней массой й< 1,3г относят к выбросоопасным, в интервале 1,3г < й < 2,0г- к угрожаемым и при м > 2г к неопасным (авторское свидетельство № 1219825, СССР).

5. Впервые установлена закономерность влияния потенциальной сорбци-онной способности углей, полученной методом электронного парамагнитного резонанса, на их выбросоопасность, подтвержденная зависимостью значений сорбции а,пр со значениями прогнозного критерия выбросоопасности "Ву" (соответственно и с информацией о выбросоопасности опробованных шахтопла-стов), что позволяет рекомендовать Оэпр в качестве прогностического показате-

ля. Применение информативного параметра а,пр в качестве оценки "газового фактора" повысит достоверность и надежность расчета комплексного критерия выбросоопасности угольных пластов "Ву".

6. Рентгенографическим методом по дискретным бойковым пробам (шаг 2,5-10см) установлено, что выбросоопасность отдельных угольных пачек в пласте обусловлена вертикатьной изменчивостью степени метаморфизма достигающей 2-3 марок, и это следует учитывать при прогнозе выбросоопасности шахтопластов по установленным границам метаморфизма угля во избежание ошибок.

7. Впервые установлено, что минеральные компоненты в неопасных по выбросам слоях и пластах угля в целом более выдержаны по своему составу и представлены в основном глинистыми минералами (каолинитом, монтмориллонитом и т.п.), которые играют роль пластификаторов и снижают выбросоопасность пласта.

8. Исследования и анализ корреляционных петрофизических связей между основными показателями выбросоопасности, характеризующимися структурными и вещественными особенностями угля и его состоянием (горное давление и газ), и геофизическими параметрами, измеренными в скважинах (электрическое сопротивление, естественная и наведенная радиоактивность, сила тока, изменение диаметра скважины), показали, что между ними существуют устойчивые и Однозначные петрофизические зависимости (коэффициенты корреляции 0,4 - 0,7 при доверительном интервале надежности 0,9 - 0,95 и уровне значимости не менее 0,75).

9. Впервые установлено, что электрическое- сопротивление, наведенная радиоактивность и кавернозность в выбросоопасных зонах угольных пластов увеличиваются за счет повышения их нарушенности — трещиноватости, газоносности и снижения влажности, а естественная радиоактивность уменьшается за счет убавления глинистых минералов в золе. Эти закономерности позволили создать петрофизические основы прогноза выбросоопасности, базирующиеся на многомерной модели выбросоопасности угольных пластов.

10. Впервые установлено, что все параметры стандартного комплекса каротажа углеразведочных скважин информативны и могут быть использованы для оценки выбросоопасности угольных пластов в многомерных статистических моделях. Многофакторная природа петрофизических взаимосвязей показателей выбросоопасности угольных пластов и параметров каротажа послужила основой для выбора оптимальной математической модели в виде полинома второй степени без смешанных членов. Эта модель получена в результате применения методов регрессионного анализа, реализованных компьютерными программами.

11. Сформулированы основные требования к созданию и выбору алгоритмов и программных средств для автоматизированного прогноза выбросоопасности на основе многомерных регрессионных зависимостей и принципов распознавания образов, которые позволяют вести подготовку исходных геолого-геофизических данных для определения показателей выбросоопасности и комплексного критерия "Ву". Разработаны два комплексных пакета алгоритмов и программ, позволяющих непрерывно по разрезам скважин вести определение выбросоопасности, строить основу прогнозного разреза и осуществлять вывод результатов в числовой и в графической формах.

12. На основе анализа возможностей современных программных продуктов Statistica v.5.0, MathCad 7.0 Pro, Surfer v.6.04 и ГИС-технологий (пакет Arc View v.3.1) разработан обобщенный модуль для прогноза выбросоопасности угольных пластов и вмещающих пород. Модуль реализуется в любом варианте систем ГИС-технологий при создании единого стандарта для решения задач горного производства.

13. На основе проведенных исследований летрофизических взаимосвязей показателей выбросоопасности угля и геофизических параметров каротажа разработана методика прогноза выбросоопасности угольных пластов на стадиях детальной разведки геологических участков, доразведки шахтных полей, строительства и эксплуатации тахт. Относительная ошибка определения комплексного критерия выбросоопасности "Ву" по геофизическим данным не более 20% при надёжности прогноза выбросоопасности не менее 85%.

14. Проведенный комплекс исследований по разработке метода прогноза выбросоопасности угольных пластов и вмещающих пород (совместно с ИГД им. A.A. Скочинского и ПО "Укруглегеология") и его промышленные испытания в Донецком бассейне составили основу для разработки "Временного руководства по прогнозу выбросоопасности угольных пластов и вмещающих пород по данным геофизических исследований геологоразведочных скважин в Донецком бассейне", которое вошло в "Инструкцию по безопасному ведению горных работ на пластах, опасных по внезапным выбросам угля, породы и газа" (разд.2, п.2.1.2), М: ИГД им. A.A. Скочинского, 1989.

15. С учетом модернизированной системы автоматизации разработано "Временное методическое руководство для прогнозирования выбросоопасности угольных пластов в Донецком бассейне на основе геолого-геофизических данных'^ 1992г.), утвержденное в установленном порядке.

16. Разработана комплексная технология прогнозирования выбросоопасности на автоматизированной основе, реализуемая в условиях шахт в режиме открытого мониторинга. Такая технология прогнозирования значительно повышает достоверность прогноза на стадии завершения геологоразведочных работ, а при объединении его с локальным и текущим прогнозами расширяет

возможности оперативной корректировки полученных результатов в процессе ведения горных работ.

17. Доказано, что выбросоопасность углепородного массива на региональном и локальном уровнях зависит от его литолого-фациальных особенностей. Установлено, что выбросоопасность угольных пластов по разрезу возрастает с увеличением относительного содержания песчаников с аномальными прочностными (сгсж > 75МПа и ор > 5МПа) и упругими свойствами (Ед > ЗОГПа) в углепородном массиве, что повышает его физико-механическую жесткость и потенциальную энергетику, а также способствует формированию выбросоопас-ного состояния угля.

18. Разработанная технология внедрена на геологических и горных предприятиях Донецкого (участки разведки: Брагиновский, Бутовский, Успенский-Южный; шахты им. Изотова, Комсомолец, им. Ленина, им. Гагарина, им. Ворошилова, им. 50-лет СССР- ГЕГО''Донбассгеология", "Луганскгеология", ПО"Артемуголь", "Краснодонуголь"), Львовско-Волынского (шахта Тяглов-ская 1, Любельская площадь - ПГО"Запуглегеология"), Печорского (шахты: Воркутинская, Заполярная и Северная - ПСГВоркутауголь") и Карагандинского (участок разведки Саранский-Глубокий - ПГСУ'Центрказгеология", ПСУ'Кара-гандауголь") бассейнов. Реальный экономический эффект от внедрения разработок автора, только по семи из названных шахт, составляет 201,4 тыс. руб. (в ценах до 1991г.).

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ И РЕЗУЛЬТАТЫ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ:

Монография

1. Воркутский угленосный геолого-промышленный район: структура запасов и направления комплексного освоения / Гранович И.Б., Дедеев В.А., Степанов Ю.В., Ананьева Н.И., Гончаренко В.А., Данилов В.П., Зимаков Б.М., Зи-мовец A.M., Подмарков A.B., Родионов Н.Г.-Сыктывкар: Коми научн. центр УрО Российской АН, 1994.-272C.

Брошюры и пособия

2. Забигайло В.Е., Гончаренко В.А. Временное методическое руководство для определения основных геологических показателей выбросоопасности горных пород в Донецком бассейне по результатам геофизических исследований углеразведочных скважин / Мингео СССР, АН УССР .-Днепропетровск: ИГТМ АН УССР, 1985,-60с.

3. Временное руководство по прогнозу выбросоопасности угольных пластов и вмещающих пород по данным геофизических исследований геологораз-

ведочных скважин в Донецком бассейне // Иванов Б.М., Суровцев Б.Г., Заби-гайло В.Е., Гончаренко В.А., Грач Г.М., Суровцев В.Г., Рогозина А.И. / Минуглепром СССР, Мингео СССР.-М.-.ИГД им. A.A. Скочинского, 1989-48с.

Статьи в научных изданиях:

4. Гончаренко В.А., Горбачева Г.Н. Внедрение методики прогноза выбро-соопасности горных пород по геофизическим данным // Сб. науч. tp. ИГТМ АН УССР "Динамические проявления горного давления".- К.: Наук, думка, 1980.-С.118-120.

5. Гончаренко В.А., Подрезенко И.Н. Оценка выбросоопасности пород по методу регионального прогноза // Выбросоопасность горных пород Донбасса / В.Е. Забигайло, В.В. Лукинов, А.З. Широков- К.: Наук, думка, 1983.- С.245-271.

6. Гончаренко В.А. Опыт прогнозирования выбросоопасности горных пород в Донбассе на основе геофизических исследований геологоразведочных скважин // Сб. науч. тр. ИГТМ АН УССР "Геомеханика управления состоянием напряженного газонасыщенного массива".- К.: Наук, думка, 1985.- С. 62 - 66.

7. Гончаренко В.А., Дяконкж В.А., Мирер C.B. Оценка геологических показателей выбросоопасности горных пород II Безопасность труда в промышленности.-! 987,-.№> 3 - С. 39 -40.

8. Гончаренко В.А., Дяконюк В.А. О связи акустических параметров и геологических показателей выбросоопасности пород // Уголь Украины.- 1987.-№4,- С. 38-39.

9. Забигайло В.Е., Поляшов A.C., Гончаренко В.А., Козлов С.С., Пимо-ненко Л.И., Сахневич Н.В., Стасенко О.Д., Слободянникова В.К.,Дрожжа Т.М., Бурчак A.B., Барановский В.И., Попозогло Н.И. Опытно-экспериментальная проверка метода прогноза выбросоопасности угольных пластов по геологоразведочным данным, основанного на структурных особенностях углей // Геология и геохимия горючих ископаемых - К.: Наук, думка, 1990 - Вып.75 - С.8 -16.

10. Забигайло В.Е., Гончаренко В.А., Лукинов В.В., Явный П.М. О проблеме выбросоопасности песчаников на Тягловском угольном месторождении Львовско-Волынского бассейна У/ Доклады АН УССР. Серия Б.Геол., хим. и биол. науки -1990.-№ 6. СЛ2-13.

11. Гончаренко В.А., Лукинов В.В., Явный П.М. К прогнозу выбросоопасности песчаников по геолого-геофизическим данным на поле проектируемой шахты "Тягловская 1" в Львовско-Волынском бассейне // Уголь,- 1991.- № 9.-С.39-43.

12. Забигайло В.Е., Гончаренко В.А., Пимоненко H.A., Поляшов A.C. Прогноз выбросоопасности угольных пластов по данным бойкового опробования // Разведка и охрана недр,- 1991-№ 2.-С.31-32.

13. Гончаренко В.О., ГПмоненко Л.1., Сахневм Н.В., Явний П.М., Бабко-Малий О.С. Геолого-геоф13ичн1 принципи прогнозу малоамплпудно'1 тектотки шахтних пол1в у pi3Hnx районах Донбасу //Геолопя i reoxiMiH горючих копалин.

- 1992. - №4(8).- С.45 - 48.

14. Лукинов В.В., Пимоненко Л.М., Гончаренко В.А., Баранов В.А. Основы тектонического районирования Донбасса // Уголь Украины.- 1995.- №2-С.39-41.

15. Гончаренко В.А., Пимоненко Л.М., Шаманская Н.В. Прогноз горногеологических условий глубоких резервных горизонтов в Донбассе // Уголь Украины.- 1997,- № 6.- С.54 - 56.

16. Лукинов В.В., Гончаренко В.А., Пимоненко Л.М., Бородулин М.А., Гейко Т.С., Стовас А.М. Основы сейсмологического метода прогноза тектонической нарушенности и его опробование // Уголь Украины,- 1998.- № 2,- С.48 -50.

17. Гончаренко В.А. Оценка горно-геологических условий угольных месторождений Донбасса в новых экономических условиях на основе геолого-геофизической информации И Сб. науч. тр. "Геотехническая механика",- Днепропетровск: ИГТМ HAH Украины, 1998,- № 8,- С. 15 - 18.

18. Гончаренко В.А. Основы геолого-геофизического метода определения газоносности угольных пластов в Донбассе // Сб. науч. тр. "Геотехническая механика".-Днепропетровск: ИГТМ HAH Украины.- 1998.-№ 9,-С. 156- 159.

19. Гончаренко В.А. Определение основных геологических показателей выбросоопасности угольных пластов по геофизическим данным // XXI столетие

- проблемы и перспективы освоения месторожд. полезн. ископаемых: Сб. науч. тр. НГА Украины. № 3, Том 2 Геология полезн. ископ. и технол-я разведки,-Днепропетровск: РИК НГА Украины, 1998 - С.212-214.

20. Гончаренко В.А. Совершенствование прогноза выбросоопасности угольных пластов на стадии геологоразведочных работ // Сб. науч. тр. "Геотехническая механика",- Днепропетровск: ИГТМ HAH Украины, 1998- № 10,-С.30-35.

21. Гончаренко В.А. Решение проблемы прогноза выбросоопасности угольных пластов и песчаников на перспективных месторождениях Львовско-Волынского бассейна // Сб. науч. тр. "Геотехническая механика",- Днепропетровск: ИГТМ HAH Украины, 1998.-№ 10.- С.79

22. Гончаренко В.А. Экспресс-метод оценки выбросоопасности угольных пластов бассейна // Сб. науч. тр. "Геотехническая механика".- Днепропетровск: ИГТМ HAH Украины, 1999,-№ 15.-С.132- 134.

23. Гончаренко В.А. Петрофизическая основа прогноза выбросоопасности угольных пластов и пород в Донецком бассейне // Сб. науч. тр. НГА Украины.

№ 6, Том 1 Геология полезн. ископаемых.- Днепропетровск: РЖ НГА Украины, 1999,-С.104-107.

24. Гончаренко В.А. Оценка выбросоопасности угольных пластов на основе классификации их каротажных параметров // Науковий вюник НГА Ук-ра'шн.- Днтропетровськ, 2000.-№ 4 - С. 8 - 9.

25. Лукинов В.В., Пимоненко Л.И., Гончаренко В.А. Концепция формирования горно-геологических условий угольной шахты после её закрытия // Науковий BicHHK НГА Украши.- Дшпропетровськ, 2000.-№ 4,- С. 23 - 24.

26. Гончаренко В.А., Бабко-М&тый A.C., Свистун В.К. Применение акустических методов исследования скважин при изучении горно-геологических условий разработки месторождений // Горная геофизика: Часть I / Ин - т горн, механ. им. Г.А. Цулукидзе АН Грузинской ССР.-Тбилиси , 1989.- С.44 - 47. •

27. Гончаренко В.А., Пимоненко Л.И., Сахневич Н.В. Возможности прогноза малоамплитудной тектоники угольных месторождений Донбасса на основе геолого-геофизических данных // Сб. науч. статей / Евро-Азиатское геофиз. общество-М., 1993.-С.34-36.

28. Лукинов В.В., Гончаренко В.А., Лишин В.П., Хлопцев В.М., Черненко Л.М. Поиски и оценка природных и техногенных залежей газа на угольных месторождениях с помощью геолого-геофизических методов // Сб. науч. статей / Евро-Азиатское геофиз. общество —М., 1993.- С.73 - 77.

29. Пимоненко Л.М., Гончаренко В.А. Геолого-геофизические основы тектонического районирования Донбасса // Сб. науч. статей / Евро-Азиатское геофиз. общество.- Ростов-на-Дону, 1995 - С.120 - 126.

Авторские свидетельства:

30. A.c. № 976105 СССР, МКИ Е 21 F 5/00, Е 21 С 39/00. Способ определения степени выбросоопасности горных пород / Забигайло В.Е., Гончаренко В.А, Пимоненко H.A., Поляшов A.C. (СССР).-№ 3297160/22-03; Заявл. 02.06.81; Опубл. 23.11.82, Бюл. № 43.- Зс.

31. A.c. № 1219825 СССР, МКИ Е 21 F 5/00. Способ прогноза выбросоопасности угольных пластов при геологоразведочных работах / Забигайло В.Е, Гончаренко В.А., Поляшов A.C., Пимоненко H.A., Зимовец A.M. (СССР).- № 3767221/22-03; Заявлено 26.06.84; Опубл. 23.03.86, Бюл. № 11— 2с.

32. A.c. № 1463936 СССР, МКИ Е 21 F 5/00. Способ определения выбросоопасности горных пород/ Забигайло В.Е., Лукинов В.В, Баранов В.А., Пимоненко H.A., Гончаренко В.А., Суровцев В.Г. (СССР).- № 42923845/23-03; Заявл. 30.07.87; Опубл. 07.03.89, Бюл. № 9,- Зс.

Тези доповщей:

33. Гончаренко В.А., Пимоненко H.A., Поляшов A.C., Сивко Ю.В, Суровцев Б.Г. О возможности применения скважинных геофизических методов в

комплексе с лабораторными физическими исследованиями для прогноза вы-бросоопасности угольных пластов // Тез. докл..У1 Всесоюз. угольного совещ "Угольные бассейны и условия их формирования",- Львов, 1980 - С.62-63.

34. Забигайло В.Е., Гончаренко В.А., Лихачев Ю.М. Автоматизация прогноза выбросоопасности горных пород по результатам геофизических исследований углеразведочных скважин // Горное дело. Чехословакия.- Пршибрам, 1981.-С.105-106.

35. Суровцев В.Г., Забигайло В.Е., Гончаренко В.А., Иванов Б.М., Суровцев Б.Г. О разработке геолого-геофизических методов прогноза выбросоопасности угольных пластов и вмещающих пород в Донецком бассейне // Сб. докл. V-й Дальневост. конфер. геологов-угольщиков "Пути повышения эффективности и достоверности геологоразведочных работ".- Артем, 1986 — С.267—269.

36. Гончаренко В.А., Бабко-Малый A.C., Дяконюк В.А. К возможности оперативной оценки выбросоопасности песчаников и их напряженного состояния с помощью акустических характеристик // Тез. докл. Всесоюзн.науч. школы "Деформирование и разрушение материалов с дефектами, динамические явления в горных породах и выработках".- Симферополь, 1987- С.29 - 30.

37. Гончаренко В.А., Пимоненко Л.И., Сахневич Н.В. Прогноз выбросоопасности и нарушенности угольных пластов по каротажным данным в Центральном районе Донбасса И Матер. V Всесоюзн. семин.'Торная геофизика" / АН Грузинской ССР.- Тбилиси , 1989.- С.124 -125.

38. Гончаренко В.А., Мартынова C.B. Разработка и реализация статистической модели прогноза выбросоопасности выбросоопасности угольных пластов и вмещающих пород для горно-геологических условий Донецкого бассейна // Тез. докл. семинара "Методы математического моделирования в научных исследованиях. - Донецк: Ин - т прикл. матем. и механики АН УССР / 1990,-С.30-31.

39. Гончаренко В.А. Измерение напряженного состояния песчаников для прогноза их выбросоопасного состояния в Донбассе // Тез. докл. X Всесоюзн. науч. конфер. вузов СССР "Физические процесса горного производства".-Москов. горн. ин-т.-М., 1991.-С.137.

40. Гончаренко В.А. Автоматизация прогнозирования выбросоопасности угольных пластов и вмещающих пород // Тез. докл. II междун. симпозиума "Применение математ. методов и компьют. технологий при решении задач геохимии и охраны окруж. среды",- Львов: ИГГГИ HAH Украины, 1994,- С. 18-19.

41. Гончаренко В.О., Явний П.М. Про геолого-геоф1зичний прогноз вики-донебезпечност1 вупльних пласт1в П7 i на noni шахти "Тяпивська 1" Льв1всько-Волинського басейну // Матер1али наук, конференцн' "Проблеми гео-лопчноТ науки та освгги в УкраТш".- Льв1в: ЛДУ, 1995.- С.306 - 307.

42. Гончаренко В.А. Прогноз выбросоопасности углепородного массива по геолого-геофизическим данным на основе геоинформационных технологий // Докл. II Междунар. научно-практич. конференц. "Проблемы и перспективы использования геоинформационных технологий в горном деле".- Днепропетровск: РИК НГА Украины, 2000-С.178 - 185.

АНОТАЦ1Я

Гончаренко В.А. Петроф1зичш основи технологи прогнозування викидо-небезпечност1 вупльних пласив.- Рукопис.

Дисертащя на здобуття наукового ступеня доктора техшчних наук за спе-щатыпстю 05.15.11 — Ф1зичш процеси прничого виробницгва— 1нститут гео-техтчно'1 мехашки HAH Украши, Дшпропетровськ, 2000.

Дисертащя присвячена питаниям прогнозування викидонебезпечност1 вуглепородного масиву в шахтах на ochobi використання геолого-геоф1зичних даних. У робот1 дослщжено i обгрунтовано петроф1зичш взаемозв'язки показ-ниюв викидонебезпечност! i геоф^зичних параыетр1з вупльних пласт) в. Вста-новлено, що Bei параметри стандартного комплексу каротажу розвщувальних свердловин шформативш i можуть бути використаш для оцшки викидонебез-печност! в багатом1рних петроф1зичних моделях, яю розраховуються за допо-могою сучасних метод1в perpecifiHoro аналпу або класифшаци, реашзованих комп'ютерними програмами вкчизняного i зарубшного виробництва. Розроб-лена иетрадишйна технолопя прогнозу викидонебезпечност1 вуглепородного масиву, що об'еднуе Bei види прогнозу на uiaxri за допомогою геошформацшних систем в режим1 вщкритого мониторингу. Технолопя пройш-ла дослщно-промислову перев1рку в р1зних прничо-геолопчних умовах До-нецького, Льв1всько-Волинського (Украша), Печорського (РоС1я) i Караган-динського (Казахстан) вупльних басейшв.

Кл1очов1 слова: вугшьний пласт, показник викидонебезпечност1, каротаж, петроф1зика, геошформащ'йш системи, технолопя прогнозу.

АННОТАЦИЯ

Гончаренко В.А. Петрофизические основы технологии прогнозирования выбросоопасности угольных пластов.- Рукопись

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.15.11 - Физические процессы горного производства - Институт геотехнической механики HAH Украины, Днепропетровск, 2000.

Диссертация посвящена вопросам прогнозирования выбросоопасности углепородного массива в шахтах на основе использования геолого-

геофизических данных. В работе физическими методами (оптическая и электронная микроскопия, электронно-парамагнитный резонанс, рентгенография) на микро- и макроуровнях изучена структура, сорбция, органическая и минеральная составляющие угля из проб, отбираемых при каротаже скважин бойками, и доказано, что эти характеристики можно использовать в качестве показателей при прогнозе локальных выбросоопасных зон на угольных пластах. Изучены и объяснены устойчивые и однозначные корреляционные петрофизиче-ские связи между показателями выбросоопасности, отражающими структурные и вещественные особенности угля и его состояния (горное давление и газ), и геофизическими параметрами, измеренными в скважинах против пластов (электрическое сопротивление, радиоактивность, сила тока и т.п.). Это обстоятельство позволило создать петрофизическую основу и выдвинуть рабочую гипотезу о том, что на основе многомерных математических моделей можно по данным каротажа вести расчет как отдельных показателей выбросоопасности, так и комплексного критерия "В"" для угольных пластов. Установлено, что все параметры стандартного комплекса каротажа углеразведочных скважин информативны и могут быть использованы для оценки выбросоопасности угольных пластов в многомерных статистических моделях. Многофакторная природа петрофизических взаимосвязей показателей выбросоопасности угольных пластов и параметров каротажа послужила основой для выбора оптимальной математической модели, которая может быть получена в результате применения современных методов регрессионного анализа или классификации, реализованных компьютерными программами отечественного и зарубежного производства. Разработан комплекс методов оценки выбросоопасности и способов автоматизации, которые позволили реализовать нетрадиционную технологию прогноза выбросоопасности массива горных пород шахтного поля в объеме и на разных стадиях его освоения вплоть до закрытия. В основу этого комплекса входят: способ оценки выбросоопасности угольных пластов по массе угля из геофизических бойков; методика определения показателей выбросоопасности угольных пластов по данным геофизических исследований скважин; алгоритмы и программы для решения задач прогноза выбросоопасности по геофизическим данным и построена? геологической основы разреза с выбросоопасной ситуацией; руководство для локального прогноза выбросоопасности горных пород по геолого-геофизическим данным; руководство по прогнозу выбросоопасности угольных пластов и вмещающих пород по данным геофизических исследований в Донецком бассейне. Быстрый доступ к прогнозируемой выбросоопасной ситуации с помощью современных геоинформационных программных средств позволяет оперативно прогнозировать горно-геологические условия разведуемых угольных шахт вообще и создавать мобильную систему мониторинга выбросоопасного состояния углепородного массива на каждой шахте при

строительстве и эксплуатации. Такая технология значительно повысила достоверность прогнозирования выбросоопасности угленосного массива шахт на стадии завершения геологоразведочных работ и расширила возможности оперативной корректировки полученных результатов в процессе ведения горных работ. Основные методические разработки из диссертационной работы прошли опытно-промышленную проверку на производстве и последующее внедрение на участках разведки и шахтных полях в различных горно-геологических условиях Донецкого, Львовско-Волынского (Украина), Печорского (Россия) и Карагандинского (Казахстан) угольных бассейнов и реализованы в виде нормативных документов.

В результате выполненных научных исследований в диссертации решена значительная прикладная проблема, имеющая важное народнохозяйственное и социальное значение. Разработана технология прогнозирования выбросоопасности углепородного массива шахт, которая обеспечит горняков необходимой информацией о наиболее неблагоприятных зонах отрабатываемого пространства углепородного массива, где вероятны выбросы угля и пород. С помощью полученных результатов прогноза можно выбрать соответствующие противовыб-росные средства и мероприятия уже на стадии проектирования отдельных горизонтов и лав, корректировать их применение на всем протяжении ведения горных работ, используя современные геоинформационные технологии в режиме мониторинга (система обратной связи "горные работы - прогноз выбросоопасности").

Ключевые слова: угольный пласт, каротаж, показатель выбросоопасности, петрофизика, геоинформационные системы, технология прогноза.

ANNOTATION

Goncharenko W.A. The petrophysical base technology of outburst danger forecasting of coal seams - Manuscript.

The thesis for the degree of doctor in technical sciences by speciality 05.15.11 - The physical processes of mining production.- The Institute of Geotechnical Mechanics of the National Academy of Sciences of Ukraine, Dnepropetrovsk, 2000.

The thesis is consecrated to the forecasting of outburst dangers of coal and rock massif in mines on the base of geological and geophysical data. In the work there are studied and grounded petrophysical interconnectiory of outburst danger indexes of coal seams. It is established that the parameters of standard well log analysis of prospecting boreholes are informative and can be used for appreciation, of Dutburst dangers in multidimensional petrophysical models calculated with modern nethods of regressive analysis and classification made with the computer programs of home and foreign production. An untraditional technology for the forcasting of

outburst dangers of coal and rock massif was developed combining all the methods of forcasting on a mine and using geoinformative systems in the regime of open monitoring. The technology passed experimental-industrial verification in different geologic and mining conditions of the Donetzk, Lviv-Volinsky (Ukraine), Pechorsky (Russia) and Karagandinsky (Kazakstan) coal basins.

Keywords: coal seam, index of outburst danger, well logs analysis, petrophysic, geoinformative systems, prognosis technology.