Детализация изменений свойств прибортового массива угольного разреза электрофизическим методом

Тип работы:
Реферат
Предмет:
Геология


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

© Н. А. Смирнов, С. М. Простов, 2011
УДК 550. 372: 622. 271. 333
Н. А. Смирнов, С.М. Простов
ДЕТАЛИЗАЦИЯ ИЗМЕНЕНИЙ СВОЙСТВ ПРИБОРТОВОГО МАССИВА УГОЛЬНОГО РАЗРЕЗА ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИМ МЕТОДОМ
Приведены результаты детализации геологической структуры прибортового массива на угольном разрезе «Красный Брод» методами вертикального электрического зондирования и электропрофилирования. С использованием одномерной инверсии данных ВЭЗ, нелинейной зависимости УЭС и мощности первого слоя для двухслойного геоэлектрического разреза дан прогноз изменения мощности слоя суглинков и расположения границы влагонасыщенной зоны от прилегающего гидроотстойника. Ключевые слова: вертикальное электрическое зондирование, электрическое профилирование, гидротехническое сооружение, разрез.
ТТ& amp- угольном разрезе «Красный Брод» на намеченном к разработке Новосергеевском участке возникла необходимость детализации геологического строения и локализации аномальных по физическим свойствам зон прибортового массива. Особенность изучаемого массива состояла в большой мощности четвертичных отложений, изменяющейся от 7 до 31 м, а также в наличии в непосредственной близости к борту гидроотстойника, способствующего влагонасыщению прилегающих рыхлых отложений.
Инженерно-геологические изыскания были проведены Томским инженерностроительным институтом. В пределах исследуемого участка расположены 33 и 34-ая разведочные линии, включающие 8 геологических скважин, пробуренных на расстоянии от 50 до 450 м. Толща
четвертичных отложений представлена, в основном, суглинками желтоватобурых, темно- и светло-бурых разностей со слабыми следами ожелезнения и редкими карбонатными включениями. Глины отмечены в подчиненном количестве в виде маломощных прослоек и линз. Основные физико-механические свойства суглинков приведены в таблице.
Основная часть исследований состояла в доразведке приповерхностного слоя для определения объемов рыхлых отложений, намеченных к гидросмыву, уточнении расположения границы слоя суглинков с коренными породами, которая в большинстве случаев рассматривается как потенциальная поверхность скольжения, а также в диагностировании вертикальной границы зоны влагонасыщенных грунтов, прилегающих к гидротехническому сооружению.
Поскольку слой высокопористых и
*Работа выполнена в рамках реализации ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009−2013 гг.
влажных суглинков, как правило, электрически контрастен по отношению Физико-технические свойства суглинков
к нижележащему слою коренных пород, для достижения поставленной цели перспективен электрофизический метод, включающий вертикальные электрические зондирования (ВЭЗ) и электропрофилирование (ЭП).
План опытного участка представлен на рис. 1. Для полевых измерений были намечены два профиля, перпендикулярных р. л. 33 и 34. Общая площадь обследованного участка составила 35 га.
Методика электрофизического мониторинга включала: ВЭЗ в точках профилей на пересечениях с р. л. 34- одномерную инверсию ВЭЗ и сопоставление геоэлектрического разреза с геологическими данными- ЭП с разносом между питающими электродами АВ, соответствующим расположению границы слоя суглинков- прогноз изменения мощности слоя четвертичных отложений по
профилям по данным ЭП- установление границы зоны влагонасыщения по отрицательным аномалиям на графиках ЭП.
Результаты ВЭЗ № 1, 2 и их инверсии приведены на рис. 2.
Невязка подбора теоретической кривой с экспериментальной составила около 6%- разносы, соответствующие почвенному слою, не учитывались. Относительно высокую невязку можно объяснить влиянием на результаты измерений высокопроводящих глинистых включений, однако модифицированная схема установки с линейным шагом разносов позволила получить достаточно данных для адекватной интерпретации в рамках двухслойной модели геоэлектрического разреза. Из результатов ВЭЗ следует, что изучаемый массив может быть представлен в виде 2-слойного геоэлектриче-ского разреза: слой 1 песчано-глинистых четвертичных отложений с удельным электрическим сопротивлением (УЭС) Р1 = 22−27 Ом-м- слой 2 коренных пород с УЭС Р2 = 120−130 Ом-м.
При Э П разносы АВ следует подбирать так, чтобы глубина исследований была достаточной для обнаружения искомого объекта. Проанализировав результаты ВЭЗ, были приняты разносы АВ1 = 60 м, АВ2 = 75 м для профилей О1Х1, 02×2 соответственно.
Результаты Э П по профилям О1Х1 и 02×2 приведены на рис. 3.
На основной части графиков ЭП рк (х) изменение рк обусловлено изменением мощности h первого слоя. Для прогноза изменения h использована зависимость h (x) =рк0 р-1(х),
где ^ - значение h, соответствующее точке ВЭЗ на разведочной линии 34, м- рк0 — величина рк в точке ВЭЗ, Ом-м- рк -усредненные с шагом Дх = 50 м значе-
Свойства Диапазон /среднее
Объемный вес естественно-влажной породы, т/м3 1,93−2,09 1,99
Естественная влажность, % 18,59−27,26 19,89
Пористость, % 34,34−38,49 36,49
Степень влажности 0,788−0,964 0,898
Полная влагоемкость, % 19,74−23,61 21,81
Угол внутреннего трения пород с ненарушенной структурой, градус 17−21 19
Сцепление с ненарушенной структурой, МПа 0,0175−0,0435 0,0378
Рис. 1. План опытн
ские скважины-
1 участка: О1Х1, 02×2 — профили ЭП- -о — точки ВЭЗ- • - геологиче-на влагонасыщения грунтов- 1 — гидроотстойник- 2 — граница влагонасы-
щенной зоны, определенная по результатам ЭП
ния pк, соответствующие координате x, виде графиков hг (x). Резкое несоответ-
Ом м. ствие в зоне влагонасыщения объясня-
Анализ экспериментальных и рас- ется усложнением геоэлектрического
четных данных показывает, что диапа- разреза.
зоны изменения глубины слоя песчано- Во влагонасыщенных зонах, приле-глинистых наносов составляют: h = гающих к гидроотстойнику, величина рк
19. 5−23,2 м для профиля О1Х1 и, А = имеет аномально низкие значения рк & lt-
24. 6−29,1 м для профиля 02×2. В целом 27 Ом-м для профиля О1Х1 и рк & lt- 22,8
результаты электрофизического монито- Ом-м для профиля 02×2. Координаты
ринга согласуются с данными геологи- границ влагонасыщенной зоны хв1 = 625
ческих изысканий, отображенными в м и хв2 = 525 м. Контуры зоны влагона-
сыщения грунтов нанесены на план опытного участка (см. рис. 1).
10
20
к
30
1 0 91 р Омм
| /& gt-1 = 27 Ом-м
о 1 о о р2= 1 30 Ом-м
о о о о о

40
эф ' ^
10
20
30
40
) & lt-) о Л Ом м
С с о с с /"! = 22 Омм
о)) 1
р2= 12 3 Ом-м
э

50 йэф, м
Рис. 2. Результаты ВЭЗ и их инверсии в точках № 1 (а) и № 2 (б): рк — эффективные УЭС- АВ -база (разнос установки) —ф = (0,25−0,3) АВ — эффективная глубина зондирования- h — мощность первого слоя- р1 и р2 — истинное УЭС слоев
248
рк, Ом-м
25
24
23
22
21
20
19
18
б
рк, Ом-м ЗОГ
0*і, м
/г, м
28
26
24
22
20
/гРк
Ч ¦V Л. г"
у. N ¦ !Л.
сХ / ~~ ¦ / /
СП СП / ч / / ¦'-ф ГО Г° ИТ
Ч Рч' V Ч а:
600
500
400
300
200
100
х2, м
В 2
Рис. 3. Результаты Э П, прогноз изменения мощности h глинистых отложений и границы влагонасыщенной зоны по профилю O1x1, AB1 = 60 м (а) и O2X2, AB2 = 75 м (б): рк — эффективные УЭС- рк — усредненные поинтервальные значения рк- h — прогнозные значения мощности слоя
четвертичных отложений- ^ - усредненные значения h по геологическим данным- хВ — координата границы влагонасыщенной зоны
Рис. 4. Объемная модель прибортового массива: 1 — зона влагонасыщения грунтов- 2 — песчаноглинистые отложения- 3 — коренные породы
На основе отметок рельефа поверхности, геологических данных и результатов электрофизического мониторинга построена объемная модель исследуемого прибортового массива (рис. 4).
Проведенные исследования позволили решить следующие технологические задачи:
• уточнить объем четвертичных отложений, подлежащих гидросмыву-
• детализировать геологическое
строение массива для оценки его геоме-ханического состояния
Банк данных об изменении мощности слоя песчано-глинистых отложений и выявленных границах влагонасыщен-
ных зон в комплексе с физикомеханическими свойствами пород являются исходной информацией для расчета технологических параметров ведения горных работ. В частности, ТИСИ с использованием схем IX и X ВНИМИ установлено, что при благоприятном падении границы слоя рыхлых и коренных пород при коэффициенте запаса устойчивости п = 1,3 генеральный угол откоса борта составит 38°. При приближении борта к гидроотстойнику возможно формирование фильтрационного коллектора, что потребует принятия специальных технологических решений. йШЗ
— Коротко об авторах
Смирнов Н. А. — аспирант ГУ КузГТУ, SmirnovNick@yandex. ru
Простое С. М. — доктор технических наук, профессор кафедры теоретической и геотехнической механики ГУ КузГТУ, raen@kuzstu. ru
А

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой