Введение к работе
Актуальность проблемы определяется современным состоянием вопросов прогнозирования газодинамических явлений на угольных пластах Карагандинского бассейна на стадии геологоразведочных работ. С увеличением глубины шахт и ухудшением горно-геологических условий разработки угольных пластов бассейна, горные работы осложняются рядом газодинамических явлений, среди которых внезапные выбросы угля и газа остаются наиболее сложными и труднопрогаознруемыми явлениями. За период освоения бассейна зарегистрировано 50 внезапных выбросов угля и газа.
В настоящее время региональный прогноз выбросоопас-ности угольных пластов в бассейне осуществляется в соответствии с "Инструкцией по безопасному ведению горных работ на пластах, склонных к внезапным выбросам угля и газа" (М.: Ин-т горного дела им. А.А.Скочинского, 1989. - 191 с.) и "Временной инструкцией по прогнозу выбросоопасности угольных пластов проектируемых шахт и нижних горизонтов действующих шахт Карагандинского бассейна" (Караганда, 1976. - 24 с).
В основу этих методов положены экспериментально-статистические принципы определения выбросоопасности угольных пластов по комплексу геологических показателей, полученных в результате бурения новых разведочных скважин с поверхности и лабораторных исследований угольного керна. Существенными недостатками нормативных методов являются низкая технологичность, значительные сроки проведения и высокая стоимость прогноза. Нормативные методы позволяют только отпестл шахтопласт к опасному или неопасному по внезапным выбросам угля и газа.
Опыт применения нормативных методов вызвал необходимость разработки для условий бассейна регионального метода прогнозирования выбросоопасности угольных пластов, который позволил бы по геолого-геофизическим данным оценить выбросо-опасность пласта и классифицировать его на опасные и неопасные по выбросам зоны.
Цель работы - разработка регионального метода прогноза выбросоопасных зон угольных пластов Карагандинского бассейна по геолого-гсофизическим данным углеразведочных скважин.
Для достижения этой цели были поставлены следующие задачи:
выполнить районирование бассейна по горно-геологическим условиям проявления внезапных выбросов угля и газа;
сформировать и оптимизировать признаковое пространство по результатам исследования информативности и взаимосвязей геолого-геофизических признаков выбросоопасности;
разработать критерии прогноза выбросоопасности и с их помощью оценить качество разделения обучающих выборок на опасные и неопасные классы;
обосновать необходимое количество решающих правил (критериев прогноза выбросоопасности);
разработать геолого-геофизическнй метод прогноза и программное обеспечение информационно-прогнозирующей системы выбросоопасности угольных пластов бассейна.
Идея работы состоит в комплексном использовании геологической информации, данных стандартного комплекса геофизических исследований скважин, сведений о горнотехнических условиях разработки пластов и газодинамических явлениях для разработки критериев и метода прогноза выбросоопасных зон на угольных пластах Карагандинского бассейна.
Метопы исследования. При решении поставленных задач был исследован обширный комплекс показателей выбросоопасности, сформирована база данных и проведена обработка результатов с применением методов теории распознавания образов с эталонными обучающими выборками, методов статистического анализа и безэталонной классификации, а также современного программного обеспечения.
На защиту выносятся:
результаты районирования бассейна по горно-геологическим условиям проявления внезапных выбросов;
оптимизированные комплексы геолого-геофнзических признаков выбросоопасности;
решающие правила, сформированные на основе исследования обучающих выборок;
метод прогноза выбросоопасных зон угольных пластов бассейна и программное обеспечение информационно-прогнозирующей системы.
Достоверность научных положений и выподов подтверждается:
соответствием научных положений диссертационной работы современным представлениям о природе и механизме внезапных выбросов угля и газа;
применением апробированных методов изучения и обработки геологических показателей и геофизических признаков выбросоопасностн угольных пластов;
большим объемом используемых исходных данных по 2230 пластопересеченням, расположенным в трех геолого-промышленных районах бассейна;
высоким совпадением результатов прогноза с фактической выбросоопасностыо if положительными результатами проверки геолого-геофизического метода прогноза выбросоопасных зон угольных пластов на ряде шахт бассейна;
использованием современного программного обеспечения статистической обработки результатов исследований на ПЭВМ.
экспериментально показана возможность выделения опасных по выбросам зон на угольных пластах бассейна по результатам исследований геолого-гсофизнческих признаков выбросоопасностн, определена н обоснована область формирования обучающих выборок;
разработаны критерии прогноза выбросоопасностн для различпых горно-геологических условий на основе исследования особенностей проявления внезапных выбросов угля и газа и выполнена оценка нх качества;
установлен характер изменения геологических и геофизических показателей выбросоопасностн и их комплексов с удалением от места внезапного выброса;
разработан новый метод прогноза выбросоопасных зон угольных пластов Карагандинского бассейна, позволяющий по комплексу геолого-геофизпческнх признаков дать вероятностную оценку выбросоопасностн пласта в месте его пересечения углераз-ведочпой скважиной, классифицировать пласт на опасные и неопасные блоки, а в опасных блоках выделить выбросоопасные зоны.
Практическая ценность:
впервые для условий бассейна разработан региональный метод прогноза выбросоопасных зон угольных пластов на основе комплексного использования геологической, геофизической и горно-технической информации. Применение метода позволяет получить достоверную информацию о потенциальной выбросоопасностн до начала эксплуатации шахтопласта. Это дает воз-
можность выбрать оптимальные пространственно-планировочные решения по вскрытию и подготовке запасов, уточнить стоимость и сроки строительства шахт и подготовки новых горизонтов;
разработано программное обеспечение информационно-
прогнозирующей системы выбросоопасности угольных пластов
бассейна (в виде пакета программ для ПЭВМ). Система позволяет
накапливать информацию по скважинам и газодинамическим
явлениям, полностью автоматизировать процессы
статистических исследований, расчетов вероятностных показателей выбросоопасности и построения прогнозных карт зон, опасных по внезапным выбросам угля и газа.
Реализация работы. Основные результаты исследований автора вошли в проект "Руководства по прогнозу выбросоопасности угольных пластов по геолого-геофизическнм данным угле-разведочных скважин" и в ряд научно-исследовательских отчетов ИГД имени А.А.Скочинского, КНИУИ и ПГО "Центрказгео-логия". Совместно ссотрудниками центральной лаборатории ПГО "Центрказгеолошя" и лаборатории управления состоянием угольных пластов и вмещающих пород КНИУИ автором выполнен прогноз выбросоопасности и построены прогнозные карты по пласту d6 (шахты им.В.И.Ленина и "Казахстанская").
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на ХП Всесоюзном семинаре по исследованию горного давления и охране капитальных и подготовительных выработок (Алма-Ата, ИГД АН Каз.ССР, 29октября - 1 ноября 1990 г.); на ученом совете кНИУ И (Караганда, 1990-1992 гг.); на III Всесоюзном семинаре "Информатика недр" (Кемерово, Институт угля, 4-6 июня 1991 г.); на региональной научно-технической конференции "Разработка новых и совершенствование существующих средств и способов безопасной выемки угля в осложняющихся условиях" (Караганда, КНИУИ, 6-7 августа 1991 г.); на научных семинарах лаборатории теории и прогноза внезапных выбросов угля и газа и отделения рудничной аэрологии и борьбы с внезапными выбросами ИГД им.А.А.Скочинского (Люберцы, 1990-1992 гг.).
Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано шесть печатных работ.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав и заключения, изложенных на 172 страницах машинописного текста, содержит 30 рисунков, 21 таблицу, список использованной литературы из 116 наименований и 6 приложений.