автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.01, диссертация на тему:Разработка и совершенствование методов маркшейдерского обеспечения подземной газификации буроугольных месторождений

РГ6 од

. Государственный комитет Российской Федерации по высшему образованию

Московский государственный горный университет

На правах рукописи ЯКОВЛЕВ Павел Владимирович

УДК Q22.il : 528.7 : 622.278

РАЗРАБОТКА И СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДОВ

МАРКШЕЙДЕРСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ПОДЗЕМНОЙ ГАЗИФИКАЦИИ БУРОУГОЛЬНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

Специальность 05.15.01 — «Маркшейдерия»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1993

Работа выполнена в Московском государственном горном университете.

Научный руководитель канд. техн. наук, доц. ОРЛОВ Г. В.

Официальные оппоненты: докт. техн. наук, проф. ГУДКОВ В. М„ вед. научи, сотр., канд. техн. наук КАПРАЛОВ В. К.

Ведущая организация — Институт проблем комплексного освоения недр Российской Академии Наук (ИПКОН РАН).

Защита диссертации состоится «'Т'Г . . 1993 г.

в час. на заседании специализированного совета Московского государственного горного университета по адресу: 117935, ГСП-1, Москва, Ленинский проспект, 6.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан

1993 г.

Ученый секретарь специализированного совета '

докт. техн. наук, проф. КРЮКОВ Г. М.

ОБШ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

АКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ. Одним из основных направлений экон. ¿и-ческого и социального развития России на период до 2000 года является обеспечение потребностей страны во всех видах топлива и энергии, что достигается развитием отраслей топливно-энергетического комплекса. В настоящее время 2/3 мировой потребности в энергии покрываются нефтьа к газон, запасы которых составляют дигь 20'/ всего ископаемого к .лива, а остальные 80% приходятся на уголь. Поэтому особо ваяное значение приобретает совервенствова-ние традиционных и создание новых технологий разработки угольник месторовдений. Альтернативной традиционным способам отработки является технология подземной газиф: ации углей (ПГУ). полностью исключающая присутствие человека в подземных условиях и являющаяся лее экологически чистой по сравнении с вахтяой и открытой разработкой угля. Тех логия ПГН позволяет получать кондиционный газ путем термического разлояения угля на месте его залегания через систему технологических скважин, пробуренных с земной поверхности. Сквакины выполняют роль вскрываюаих, подготовительных и нарезных горных ыработок и являются основными элементами систем разработки угольных пластов спог;>бсм ПГУ.

Соблюдение определенного порядка распологения технологических сква&ин в подземной пространстве является одной из наиболее вавных задач маркшейдерского обеспечения технологии ПГУ. Несовериенство существующих методик проектирования и контроля проводки наклонно-направленных сквазин приводит к сниаению темпов, повыиению трудозатрат и стоимости их стра..ельства.

Для решения различных технологических задач, а такяе для оценки эффективности работы предприятия ПГУ необходим контроль за полнотой извлечения полезного ископаемого. Существующие методики осуществления марквейдерского контроля за ходом отработки угольных пластов, основанного на систематических наблюдениях за сдвигениеи поверхности над участками газификации, не учитывают особенностей эксплуатации подземных газогенераторов, что приводит к неоправданным трудозатратам при производстве полевых работ. Отсутствие обоснования необходимой и достаточной точности о-ределения оседаний поверхности препятствует разработке более совершенных конструкций наблвдательных станций на основе применения

высокоэффективных способов наблюдений.

Б связи с вышеизложенным разработка методик проектирования и контроля бурения наклонно-направленных скважин, обоснование необходимой и достаточной точности определения оседаний для це^ей марквейдерского контроля выгазовывания угля- и разработка конструкции наблюдз- зльной станции площадного типа на основе использования высокопроизводительных способов инструментальных наблюдений за сдвижением поверхности является актуальной научной задачей.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ заключается в разработке методик марквейдерского обеспечения буровых работ и контроля за полнотой выгазовывания угля на основе инструментальных наблюдений за сдвижением земной поверхности.

ИДЕЯ РАБОТЫ состоит в использовании выявленных в процессе исследований зависимостей параметров профилей наклонно-направленных скважин от горно-геологических условий залегания угольных пластов для разработки методики проектирования наклонно-направленных скважин , а также зависимостей погрешности определения объема мульды сдвижения от погрешности определения оседаний для выбора наиболее эффективного способа инструментальных наблюдений за сдвижением земной поверхности и разработки рациональной конструкции наблюдательных станций площадного типа над подземными газогенераторами.

НАУЧНЫЕ ПОЛОКНИЯ. РАЗРАБОТАННЫЕ ЛИЧНО СОИСКАТЕЛЕ«:

1. На основе установленных геометрических зависимостей между элементами залегания угольного пласта и параметрами проектного профиля наклонно-направленной скважины разработана методика построения проектных трасс наклонно-направленных скважин, обеспечивающая Фиксацию и соблюдение в заданных пределах угла встречи скважины с лластог, а также возможность выбора профиля, в наибольяей степени соответствующего данным горнотехническим условиям.

2. На основе применения математических методов описания мульды с.зижения установлено, что регулярность сети рабочих реперов наблюдательной станции практически не сказывается на относительной погреиности определения объема мульды сдвижения, что позволяет значительно сократить расходы по закладке площадных наблюдательных станций и полностью исключить влияние грубых погревностей, вг никаввих при утере рабочих реперов.

3. Обоснованы рациональные области применения фотограмыетри- .

ческих методов съемки поверхности газогенераторов на различных стадиях развития процесса сдви*ения: на начальной стадии формирования мульды целесообразно применять съемку с "нулевого базиса", на стадии активного развития мульды сдвинения - стереофотог; ам-метрический способ.

4. Предлояен способ фотограмметрического определения вектора сдви»ения точки по материалам съемки с отдельных Фотостанций, позволявший обеспечить равнув точность определения его составляв-вих.

НОЙИЗНЙ РйБОТв заклвчас.ся в том, что впервые установлена зависимость относительной логрегчости определения объема мульды сдьлаения от относительной гогреиности определения оседани^яр#-ка-мс-етвсниом ионтроло-за отработкой угольного пласта от интексивно-—оцгазовавсшия—и порнояичцос' наблвдсиий-;—а—также зависимость относительной погрешности определения оседакий\ позволяющие обос: ванно выбирать способы и методики инструментальных наблвде-ний за сдви«ением земнс": поверхности в конкретных горно-геологических условиях. Впервые разработана методика проектирования наклонно-направленных скважин ПГ9, обеспечивавшая возмошость обоснованного выбора наиболее рационального профиля.

ОБОСНОВйННОГЬ И ДОСТОВЕРНОСТЬ НАУЧНЫХ ШОШШ. выводов и рекоиендаций подтверядавтся:

- установленным в ходе внедрения методики проектирования профилей наклонно-направленных скваяин значительным снияением временных и трудовых затрат при построении профилей наклонно-направленных сквагин;

- удовлетворительными результатами бурения наклонно-направленных сквааин при использовании разработанных ме;,дик проектирования и контроля за полояением забоя сква«ины:

- установленной в ходе опытно-промыиленных работ на йнг-ренской станции "Подзеигаз" эффективностью применения ¿отограм-аетрических методов наблвдений за сдвияением земной поверхности.

ЗНАЧЕНИЕ РАБОТЫ. Научное значение работы состоит в дальней-иеи развитии методов маркшейдерского обеспечения технологии ПГУ, обосновании необходимой точности наблюдений за сдвияением земной поверхности при осуществлении маркшейдерского контроля за полнотой отработки угольного пласта на различных стадиях фор ирования выгазованного пространства, а такме в разработке элементов автоматизированного комплекса маркаейдерсного обеспечения буровых работ.

Практическое значение работы состоит в разработке и внедрении методики проектирования и контроля бурения технологических наклонно-направленных сквагин для ПГУ и методики производства маркшейдерских работ при контроле за полнотой выгаэовывания угля на основе использования Фотограмметрических методов.

РЕАЛИЗАЦИЯ ВЫВОДОВ и рекомендаций работы.

"Методичеог.ое руководство по марквейдерскому обеспечение подземной газификации буроугольных месторождений", включавшее разработанные методики, внедрено на Ангренской станции "Подзем-газ" ПО "Средазуголь" с экономическими эффектом более 30 тыс.руб. в год (в ценах до 1990г.), а такке со значительным социальным эффектом (долевое участие автора 50 '/.).

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные полокения работы докладывались на научно-технической конференции "Совершенствование астрономических, геодезических и фотограмметрических работ'Ч Ростов-на-Дону,1988г.), научно - технической конференции молодых ученых и специалистов "Проектирование, строительство и эксплуатация горных предприятий", ( Белгород'. 1989 г.), научных семинарах Отделения нетрадиционных методов добычи ИГД им. й.А.Скочинского, на научно-техническом совете Ангренской станции "Подземгаз" ПО "Средазуголь", научных семинарах кафедры маркшейдерского дела и геодезии МГИ.

ПУБЛИКАЦИИ, Основное содержание диссертации опубликовано в 3 научных работах.

ОБЬЕМ РАБОТЫ. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав а заключения, изловенных на страницах машинописного текста, содераит № рисунков, 7 таблиц, список литературы из 81 наименования, ^ прилоаений на ^ страницах.

ОСНОВНОЕ СОДЕРВАНИЕ РАБОТЫ

Основным сооружением предприятия "Подземгаз" является подземный газогенератор, который представляет собой совокупность устройств, обеспечиваюцих выгазовывание определенного участка угольного пласта. Он состоит из наземной и подземной частей. Наземная часть включает в себя трубопроводы для подачи воздуха (высокого, среднего и низкого давления) и отвода газа, которые располагаются на поверхности земли либо на глубине, обусловленной конструктивными особенностями газогенератора или климатическими условиями района. Подземная часть газогенератора состоит

из столов скваяин и каналов газификации в угольно« пласте.

На пластах мощностью до 5 м применявт конструкции газогенератора с вертикальными скваяинами. На более модных пластах такая конструкция не обеспечивает стабильной работы газогенератора, я здесь получила развитие система разработки , вклвчагсиая как вертикальные, так и наклонно-направленные скваяины.

При внгазовывании угольного пласта мощностью до 20 и (йнг-ренская станция "Подзехгаз'Ч наклонно-направленные скваякни играют решающая роль в обеспечении стабильности работы процесса газификации и полноты отработки . ¡пасов угля. Объясняется это весьма значительными величинами сявин»ний и деформаций подработанного мс: '-ива пород и, следовательно, слоаными условиями работы распо-лояенных з нем вертикально и наклонных скваяин.

Вопросы маркшейдерского обес -чения бурения технологических скваяин рассматривались в работах известных ученых и специалист •: й.С. Мазницкого. В.Г. Совы, В.И. Кузьмина, й.Г.Калинина, О.В.Круглова и др.

Проектом первой очереди самого крупного в истории развития ПГУ промыиленного газогенератора N15 йнгренской станции "Подзем-газ" (300 500 м) предусмотрено бурение 28 наклонно-направленных скваяин. В силу 'есовепаенства применяемых в настоящее время методик маркиейдерского обеспечен"'- буровых работ, и в частности методики проектирования профилей наклонно-направленных скваяин, нередки случаи непрпектннх искривлений трасс скваяин в процессе их проводки.

Недостатки методик обеспечения буровых работ сдеркивавт развитие прогрессивных технологических схем газификации, требуюмх высокой точности направленного бурения.

Среди известных в настоящее время методов контроля за ходом выгазовывания угольного пласта маркиейдерский является наиболее надеяннм. и необходимость его применения определена согласованным с Госгпртехнадзорок. и введенным в действие Методическим руководством. Такой контроль основывается на закономерном располоме-нии точек перегиба кривой оседания над выработанным пространством, а такяе на зависимости объема выгазованного угля от ооъема мульды сдвинения и осуществляется путем систематических наблюдений за г.двияением земной поверхности на специал'"о закладываемых площадных наблюдательных станциях.

Вольаой вклад в разработку маркшейдерского метода контроля

внесли известные ученые С.Г. йвервин, И.й. Турчанинов, H.H. Кац-нельсон, Г.В. Орлов и др.

Существующая в настоящее время конструкция площадной наблюдательной станции над газогенератором предусматривает расположение рабочих реперов по равномерной сети 15X15 и и осуществление наблюдений посредством геометрического нивелирования. Значительные площади („о 1 кв. км), а также пересеченность рельефа поверхности газогенераторов определяет весьма низкую эффективность такой методики инструментальных наблюдений. Вследствие постоянных перепланировок поверхности газогенератора в процессе его работы оказывается практически невозможным сохранить сеть постоянных реперов. Указанные обстоятельства существенно затрудняют осуществление марквейдерского контроля рекомендуемыми в настоящее время способами. Требования к точности определения величин оседаний остаются постоянными на всех стадиях отработки, тогда как их значения колеблются от неско. ьких миллиметров до нескольких метров соответственно в начале и по окончании Формирования мульды сдвижения.

Как показывает анализ, существующие методики марквейдерского обеспечения технологии ПГИ не в полной мере учитывают специфику скважинной добычи, а в ряде случаев их применение встречает существенные трудности.

Для устранения указанных недостатков марквейдерского обеспечения ПП1 в настоящей диссертационной работе поставлены и ремены следующие задачи:

1. Выявлены и исследованы, недостатки применяющейся на предприятиях "Подземгаз" методики проектирования трасс наклонно-направленных скважин, оказывающие существенное влиям на качество и сроки их бурения.

2. Разработана методика проектирования профилей наклон-но-направленпых скважин с использованием ЭВМ, учуивающая угол встречи скважины с угольным пластом в конкретных горно-геологических условиях, а также обобщающая структурная схема маркаей-де^кого обеспечения проводки скважин.

3. Обоснованы требования к точности определения величин оседаний земной поверхности при осуществлении марквейдерского контроля на различных стадиях формирования выгаэованного пространства.

4. Исследовано влияние регулярности и плотности сети реперов

наблюдательной станции на погревность определения объема мульды сдвижения земной поверхности.

5. Разработаны и апробированы в промышленных условиях конструкция наблюдательной станции площадного типа и рекоменг • по выбору способа наблюдений за сдвижением в условиях различного строения рельефа земной поверхности.

Для реиенкя поставленных задач при выполнении исследований использовались: анализ и обобщение ранее выполненных научных разработок, статистические и графоаналитические методы, метод промыв ленного эксперимента, техыко-экоиомическиЯ анализ.

Одной из основных задач мер; зейдерского обеспечения сооруае-ни» наклонно-направленных сгэажин является проектирование их трасс, которое выполняют на основе типового профиля, состоящего из прямолинейного участка в пласте угль 1 будущего канала газификации), криволинейного участка в пласте угля, прямолинейного участка на вход скважин в пласт, криволинейного участка в породах и прямолинейного участка в по. дах. выходящего в точку забуривания 1рис,1).

Анализ существующей методики проектирования профилей скважин показал, что низкое качесчо проектирования обусловлено двумя основными причинами: отказом от соблюдения в заданных пределах угла встречи скважины с угольным пластом и низкой эффективностью графоаналитического способа пос:доения проектной трассы.

В случае заниженного значения угла встречи скважины с пластом резко возрастает вероятность непроектного искривления профиля на контакте пород и угольного пласта. Однако при построении трассы в направлении от забоя к устью этот угол можно зафиксировать только после того, как 1/3 трассы уже отстроена. В рамках графоаналитической методики построен».- осуществляют в масштабе 1/200, что приводит к необходимости использования основы площадью в несколько квадратных метров. Поэтому от повторных построений на практике отказываются из-за высокой трудоемкости графических работ. Таким образом, реальная возможность анализа нескольких профилей и выбора наиболее рационального из них отсутствует.

Для автоматизации процесса построения проектного профиля, удовлетворявшего необходимым требованиям, выявлены геометрические зависимости между параметрами профиля С длина и радиус л.лривле-ний отдельных участков, угол встречи с пластом, общая длина трассы) и элементами залегания пласта угла (мощность и угол паде-

ния). Эти зависимости, выравенные в неявной виде ( :в );

"»-'а ( У =РЛС ).... где Я, - радиусы искривлений

на участках соответственно в пласте и породах: ^ - угол встречи; £ - угол падения пласта; и - моиность пласта; к- расстоятз по нормали от почвы пласта до оси канала газификации, создаваемого скваииной), решаются путем численного подбора в ходе расчетов на ЭВМ. Процесс нахоадения точки встречи сквэеины с пластом и определения угла встречи являётся ключевым звеном алгоритма построеыя проектного профиля скванины. Поиск точки встречи с пластом основывается на сравнении высотных отпето; проекций точек профиля сквааины на кровли угольного пласта с отметками точек профиля скваяины. При эток используются формулы:

Н'=гкк+ (соьбн - С059О,

где Н - абсолютная отметка проекции точки профиля скванины

на кровли угольного пласта (отметка кровли в точке ее подсечения скваяиной), м; Н'- а( :олютная отметка точки криволинейного участка профиля сквааины > пласте I отметка профиля в точке его пересечения с кровлей пласта), м: абсолютная отметка точки начала криволинейного участка сквааины в пласте, м; в - мощность угольного пласта, м; к - расстояние от почвы пласта до оси горизонтального

канала, создаваемого скваяиной, 1; $ - угол падения пласта, град.;

радиус искривления на криволинейном участке в пласте, м;

9а,01 - зенитные углы в начале и в середине (текучая точка) криволинейного участка в пласте, град..

Значение угла встречи сквааины с пластом вычисляется в точке оси, для которой Н-Н'

у =90°-£-81,.

где V - угол встречи скванины с пластом.

При определении проектных параметров профиля скважины в угольном пласте задаются интенсивность» искривления и минимально допустимым значением угла встречи скважины с пластом. Вычисляют зенитные углы точек дуги через заданный интервал до тех пор, пока не выполнится условие Н=Н', определяют угол встречи скважины- с пластом и проверяют выполнение условия ^ > . При его

невыполнении вычисления повторяются в описанной последовательности с новыми значениями интенсивности искривления трассы в пласте.

Проектные параметры профиля скважины в породном массиве определяются начальным углом наклона и длиной прямолинейного участка. интенсивностью искривления на криволинейном участке в пласте и длиной прямолинейного отрезка, подсекапцего пласт угля.

Применение ЭВМ для решения разработанных алгоритмов позволяет в автоматическом режиме рассчитывать параметры профилей наклонно-направленных скважин. При задании различных допустимых значений угла встречи скважины с угольным пластом получают несколько профилей трасс, отличавшихся, кроме угла встречи, интенсивностью искривления в пласте и длиной трассы.

Предложенная методика . устраняет недостатки суцествувцей и представляет возможность выбирать тот профиль, который в наиболь-ией степени соответствует конкретным горнотехническим условиям, имеющемуся буровому оборудованию и технологическим задачам. Описанный вариант реализации алгоритмов может быть легко дополнен другими техническими параметрами. При этом взаимозависимости параметров профилей учитываются в ходе численного подбора при вычислениях на ЭВМ.

Фактические координаты трассы скважины получак в результате обработки данных инклинометрических съемок. Однако погрешности инклинометрии в настоящее время достаточно велики. Так, при погрешностях измерения зенитных и азимутальных углов соответственно 1° и 4? при длине трассы скважины 200 м и интервале съемки 25 м * величины абсолютных погрешностей определения положения забоя мо* . гут составить до 24 м в плане и до 1.5 и по высоте. Технологические схемы в настоящее время предусматривают расстояние между рядами вертикальных скважин 25-30 м, поэтому указание погрешности следует считать весьма существенными для условий ПГН. В - связи с этим при оценке положения забоя относительно проектного н.обходимо учитывать значения погрешностей инклинометрии и до-

пустимыми считать расхождения координат, не превыаающие ожидаемых погреиностей. В работе приведены фориули, позволяющие оценивать погрешности приращений координат точек профиля независимо по трем координатным осям:

= С sia fit to^<LO* yrtt + (fo tbt> 0i сл&ЖЛ* rtvei *

ftuv = (i)in.9i sia^iYiuV + (L ccs Qi siw^L^mio^ + (fciVuvSitasdLi*1 НИЦ;

иг »г * Cos»1" Qi mfe +

где среднеквадратические погреиности определения

' 1 , приращений координат точек профиля скважины: - среднеквадратическая погревность определения интервала съемки: ftla.; ftVA- - соответственно среднеквадратические погрешности определения зенитных и азимутальных углов. Тогда погрещности положения забоя снваиинн определяют суммированием погреиностей определения приращений координат. Необходимо отнетить, что значения погрешностей определения интервалов съемки, зенитных и азимутальных углов, не являются постоянными и зависят от типов применяемых инклинометров, величины интервалов замеров, а также значений зенитных и азимутальных углов. Онидаемая погревность согласно общепринятым критериям равна предельной погреиности, определяемой как утроенная среднеквадратическая.

Установлено, что необходимая и достаточная точность выноса устьев наклонно-направленных скважин в натуру зависит от расстояния мезду рядами вертикальных скважин, на которые ведется сбойка, и точности инклинометрических замеров и составляет при газификации мощных (более 5-6 м) угольных пластов 1 м в плане и 0.б и по высоте.

Изложенные подходы позволяют устранить недостатки применяемых методик и объединить задачи маркшейдерского обеспеченг.я буровых работ в единую структурную схему (рис.2 Функционирование такой схемы осуществляется на базе современной вычислительной техники, и ее применение обеспечивает качественно новый уровень марквейдерского обеспечения технологии ПГ9.

¡\3 I

ПЕРЕБИРИВАВИЕ--------

БУРОВОЙ

прштстьЕнный

КОМПЛЕКС

- операции;

--- команды;

информационные связи.

Рис.2, Обобщающая структурная схема маркшейдерского обеспечения буровых работ

Иаркиейдерский контроль за ходом отработки угольного пласта применяют как в процессе газификации, так и по его заверэении. Среди известных в настоящее время способов (геохимический, гравиметрический, теплофизический и др.) маркшейдерский является наиболее объективным, и его применение согласно действующим руководствам обязательно для предприятий "Подземгаз".

В начале процесса газификации марквейдерской слуибой осуществляется контроль за подояением участков наиболее интенсивного выгазовывания, так называемый качественный контроль. При сформи-ровавиейся мульде сдвижения оказывается возмояным определить так-ае и объем выгазовывания, которнй находится в пропорциональной зависимости от объема мульды сдвижения, такой контроль является количественным. Как показывает опыт работы предприятий, существующие методики инструментальных наблидений, основанные на применении геометрического нивелирования, не отвечают требованиям практики. Однако поиск новых способов воэмояен только на основе рациональных требований к точности определения оседаний и конструкции наблюдательных станций.

В результате проведенных исследований обоснована требования к точности определения оседаний при осуществлении нарквейдер-ского контроля на различных стадиях формирования выгазованного пространства.

Качественный контроль за ходом отработки основывается на определении скоростей оседаний на различных участках мульды сдвине-ния и осуществляется до момента полной подработки поверхности. Допустимая погрешность определения оседаний на стадии качественного контроля зависит от скорости оседаний, связанной с интенсивность«! выгазовывания, и назначаемой периодичности наблюдений, В общем виде эта зависимость описывается предло«енной формулой

где в.- допустимая средиеквадратическая погревность определения оседаний, а;

Т - период наблюдений, мес.;

Я? - интенсивность выгазовывания, и /мес;

К - коэффициент пропорциональности, характеризующий степень связи менду величиной выгазованной мощности

и величиной оседаний^ 5 - плокадь готового к выемке блока, к .

Количественный контроль дает приемлемые результаты начиная с момента, приблизительно соответствуацего полной подработке земной поверхности. Форма кривой оседания мохет бить различной в разных горно-геологических условиях, однако в сглаженном виде она допускает ее аналитическое выракение и обладает свойством симметричности относительно точки перегиба. Основываясь на этом свойстве, правомерно аппроксимировать форму мульды круговым конусом (для элементарного блока угольного пласта пологого залегания). Применив далее известное из теории погрешностей выражение для оценки погреиности функции в зависимости от погрепностей ее аргументов, получйм формулу для погрешности определения объема мульды

туа-о.ьЛ'т^

где ву- среднеквадратическая погрешность определения объема , м ; I.,- абсцисса граничной точки мульды, и; ш„- среднеквадратическаая погрешность определения оседаний, м. Относительная погреиность определения объема мульды сдви&гния в общем виде связана с относительной погревностьв определения оседаний следующим образом:

где —:— относительная погрешность определения объема мульды,

- относительная погрешность определения оседаний.

\

Приведенные в работе расчеты показывает, что в условиях Анг-ренского месторождения для достижения погрешности определения объема мульды 5% оседания необходимо определять с погревностьв не грубе 1/50.

До настояцего времени предприятиях "Подземгаз" применялась наблюдательная станция плоаадного типа с регулярной сетью постоянных размеров. Как показал многолетний опыт работы предприятий "Подземгаз", в результате постоянных перепланировок поверх-

ности газогенератора сохранить такую сеть в течение сколько-нибудь длительного времени практи.ески невозмоано. & связи с зтим возникла необходимость рассмотреть в настоящей работе возможность использования нерегулярной сети рабочих реперов, в качестве которых могут быть использованы различного рода местные предметы на поверхности газогенератора, сохранность и неизменное положение которых гарантированы в течение длительного периода.

В результате исследования влияния регулярности сети реперов наблюдательной станции плошадного типа на точность определения объема мульды сдвижения, выполненных с применением полиномиально- * го описания кривой оседания, метода последовательного выделения трендов и вычисления объема мульды методом Монте-Карло, установлено, что регулярность сети реперов практически не сказывается на относительной погрежности определения объема мульды сдвижения. Логрежность аппроксимации кривой оседания составила 0.21 и, а по-гренность определения объема по данным аппроксимации оказалась менее 2*.

Значение радиуса автокорреляции для экспериментально полученных кривых оседаний, рассмотренных как случайные функции, составило 91 м, а значения критических интервалов, соответствуювих коэффициентам корреляции 0.5 и 0.7 . оказались равными 25 и 45 м. Эти величины интервалов приняты в качестве максимального и минимального расстояния между реперами наблюдательных станций с нерегулярной сетью реперов.

Требования, разработанные для конструкций наблюдательных станций, позволяют обоснованно выбирать способ инструментальных наблюдений за сдвижением поверхности для целей маркиейдерского контроля. В результате анализа способов осуществления наблюдений устаноь^ено, что в условиях гористого рельефа Ангренской станции "Подземгаэ" наземная фотограмметрическая съемка в наибольшей степени соответствует специфическим условиям работы предприятий ПГа, так как наряду с ее общеизвестными достоинствами (бесконтактный характер измерений, возможность Фиксирования состояния поверхности практически в единый физический момент времени, возможность использования различных методик, высокая производительность, минимальный объем полевых работ и др.) она учитывает невозможность сплоиного постоянного маркирования поверхности. Применяя фотограмметрические методы, в качестве рабочих реперов можно использовать местные объекты ( головки скважин, характерные элементы трубопро-

водов, осветительные мачты, столбы линий электропередач и т.д.), отчетливо изображающиеся и дешифрирующиеся на наземных снимках.

В результате исследований и опытно-проиьшленных работ на Анг-ренской станции "Подземгаз" показано, что фотограмметрические методы применимы на различных стадиях развития процесса сдвижения.

Установлено, что на начальной стадии Формирования мульды сдвижения наиболее эффективен метод Фотограмметрической съемки с "нулевого базиса", заключсчщийся в фотографировании наблюдаемой поверхности до и после ее деформации при сохранении неизменными элементов внешнего ориентирования фотокамеры. При . совместном рассматривании таких снимков стереоэффект возникает только на скаченных точках объекта, что позволяет наряду с определением величин оседаний визуально контролировать процесс обработки. В работе подроби рассмотрены теоретические основы этого метода, его возможности, прей* •ества и недостатки.

На стадии активного развития мульды сдвижения и по завершении ее формирования целесообразно применение стереофотограмметри -ческого способа, который позволяет составлять пханы поверхности в горизонталях.

Планы изолиний оседаний в этом случае получают в результате вычитания топоповерхностей рельефа, соответствующих начальной и нарушенной поверхности.

Но основе использования фотограмметрических методов предложена и апробирована в промышленных условиях конструкция наблюдательной станции, включающая точки опорной сети, базисы фотографирования и нерегулярную сеть рабочих реперов, в качестве которых используются местные объекты.

Для определения деформаций инженерных сооружений на поверхности газогенератора предложен способ определения векторов смещений точек объектов по материалам съемки с "нулевого базиса" с отдельных фотостанций. Принцип этого способа заключается в том, что наблюдаемый объект фотографируется до и после смещения с двух.неподвижных пунктов таким образом, что перекрытие снимков составляет 60-100%, а их главные лучи пересекаются в пространстве под некоторые заданным или определенным из геодезических измерений углом. Тогда по результатам нача тьной и последующих съемок можно определить величины и направление векторов сдвижения элементов поверхности и сооружений в центральных проекциях на плоскости снимков. Две "псевдостереопары" располагаются на значительных

_ СО _

расстояниях друг от друга, и пары снимков одного цикла не является стереоскопическими. Каядый снмок измеряют совместно с соответствующим ему снимком предыдущего цикла, получая проекции вектора смещения на плоскости снимков. Математическая обработка сводится к координатным преобразованиям, в результате которых получают абсолютную величину и дирекционный угол направления вектора смещения в выбранной системе координат. Разработанный способ позволяет достичь практически равной точности определения составляющих вектора смещения, что выгодно отличает его от других Фотограмметрических способов определения дефорнаций.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе даны новые решения актуальных задач маркшейдерского обеспечения подземной газификации буроугольных местороядений: разработка методики проектирования наклонно-направленных скваяин и методики производства маркшейдерского контроля за полнотой выгазовывания угольного пласта на основе применения Фотограмметрических методов наблюдения за сдвияением земной поверхности над подземным газогенератором, позволяющие повысить эффективность и надежность маркшейдерского обеспечения технологии подземной газификации углей.

На основе результатов исследований и экспериментальных работ на пг чшленных газогенераторах Ангренского буроугольного место-роаден,... сформулированы следующие основные выводы:

1. Разрабитана методика расчета и построения проектных профилей наклонно-направленных скваяин, основанная на установленных зависимость . между элементами залегания угольного пласта и параметрами профиля, учитывающая геологические и технические условия бурения, что позволяет автоматизировать процессы построения проектная профилей и осуществлять в ходе проектирования выбор наиболее рационального профиля.

2. Установлено, что необходимая и достаточная точность выноса устьев наклонно-направленных скваяин в натуру з?.:-,исит от расстояния мевд рядами вертикальных сква«ин, на которые ведется сбойка, и точности инклинометрических замеров, что позволило обосновать требования к производству разбивочных работ.

3. Обоснованы требования точности определения оседаний зем-

ней поверхности при маркшейдерской контроле за ходом отработки угольного пласта на различных стадиях Формирования выгазованного пространства, позволяющие осуществлять выбор способа наблюдений и конструкции наблюдательных станций, отвечающие требованиям практики.

4. Обоснованы сферы эффективного применения Фотограмметрических методов на различных стадиях развития процесса сдвижения: на начальной стадии формирования мульды сдвияения - съемка с "нулевого базиса", на стадии активного развития мульды сдвияения и по завершении ее формирования - стереофотограм""трический способ.

5. Предложен способ фотограмметрического определения вектора сдвияения ¿10 материалам съемки с отдельных Фотостанций, позволяющий обеспечить равную точность определения его составляющих, что дает возможность осуществлять наблюдения за деформациями инженерных сооружений ш поверхности подземных газогенераторов.

6. Результаты проведенных исследований использованы в "Методическом руководстве по наркиейдерскому обеспечению подземной газификации буроугольных месторождений", внедрениг которого на йн-гренской станции "Подзеигаз" за счет сокращения эксплуатационных затрат на маркеейдерский контроль, а также улучвения качества работы производственного бурового комплекса позволило получить экономический эффект в размере более 30 тис. руб.(в ценах до 199С г.). долевое участие автора 50 X.

Основные положения диссертационной работы опубликованы в следующих научных работах:

1. Яковлев П.Б, Расчет необходимой точности определения оседаний земной поверхности участков предприятия подземной газификации углей и анализ методов создания наблюдательных станций пл -щадного типа на базе Фотограмметрии //"Проектирование, строительство и эксплуатация горных предприятий"; Тез.докл. Всесоюзной конференции.-Белгород, 1989. С.27-28.

2. Орлов Г.В., Яковлев П.В. Маркиейдерское обеспечение проектирования и строительства наклонно-направленных скважин при подземной газификации углей //И.,1993.-14 с.-деп. в ИГГУ 30.06.93, N 27/ 93.

3. Яковлев II.В. Опреде гние векторов сдвижения земной поверхности по материалам фотограмметрической съемки с "нулевого базиса" с отдельных Фотостанций// И.,1993.-4 с.-деп. в МГГ9, 30.06.93, N 27/9-91,