Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по земле
На правах рукописи
ГУНДСАМБУУ УРАНБАЙГАЛЬ ГОРНО-ГЕОМЕТРИЧЕСКОЕ
И КВАЛИМЕТРИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ И ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОЙ ОТКРЫТОЙ РАЗРАБОТКИ УГОЛЬНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ МОНГОЛИИ
Специальность 25.00.16 - Горнопромышленная и нефтегазопромысловая геология, геофизика, маркшейдерское дело и геометрия недр А в т о р е ф е р а т диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук
Санкт-Петербург 2012
Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Санкт-Петербургском государственном горном университете.
Научный руководитель - доктор технических наук, профессор Такранов Роберт Андреевич
Официальные оппоненты:
доктор технических наук Мустафин Мурат Газизович кандидат технических наук Титов Юрий Николаевич Ведущая организация - ОАО Гипрошахт
Защита диссертации состоится 22 марта 2012 г. в 1600 на заседании диссертационного совета Д 212.224.08 при СанктПетербургском государственном горном университете по адресу:
199106 Санкт-Петербург, 21-я линия, д. 2, ауд. 4312.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского государственного горного университета.
Автореферат разослан 20 февраля 2012 г.
Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук, доцент Ю.Н. КОРНИЛОВ
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы исследования. Угледобывающая промышленность Монголии развивается прогрессивным открытым способам разработки, при интенсификации горного производства. Реализация планов топливо-энергетической отрасли и комплексное использование недр возможно при гармоничном соотношении научнотехнического прогресса производственных процессов и их обеспечения. Ведущая роль в обеспечении разработки принадлежит маркшейдерским и геологическим работам. На практике между фактическим технико-технологическим уровнем открытого производства и его обеспечения существует диспропорция, кроме того, горные работы на угольных карьерах Монголии ведутся в условиях дефицита геологической и маркшейдерской информации. Такое положение приводит к тому, что решение задачи добычи угля требуемого качества ведется без информационного прогнозно-планового обеспечения и управления качеством при горнодобычных работах. Эти недостатки вызваны организационными и кадровыми упущениями в инженерной службе предприятий, отсутствием регламентов и нормативов, недостаточной научно-методической обоснованностью маркшейдерских и геологических работ при разработке месторождений угля, а также отсутствием НИР по повышению эффективности открытой угледобычи в Монголии на основе маркшейдерскогеологического обеспечения.
Отмеченные упущения неоднократно отмечались в трудах авторитетного руководителя и крупного специалиста горного дела, академика Очирбата П. Им подчеркивается приоритетность маркшейдерско-геологического обеспечения горнодобычных работ для достижения высокого уровня и стабильности качества добываемого угля. Именно качество угольного сырья становится первоочередной актуальной проблемой угледобычи при рыночных отношениях производителя и потребителя угольной продукции. Рассматриваемую проблему можно эффективно решать посредством маркшейдерскогеологического обеспечения с учетом технико-технологических возможностей горнодобычных работ. Реализация обеспечивающих мероприятий осуществляется на основе геологической и горногеометрической информации о морфоструктуре, залегании и качестве пласта, о составе и свойствах угля. Актуальность диссертационной работы определяется направленностью на устранение отме ченных недостатков в маркшейдерско-геологическом обеспечении горных работ, а также созданием горно-геометрического и квалиметрического обоснования и информационного обеспечения эффективной открытой разработки угольных месторождений Монголии.
Исследования по геометрии и квалиметрии недр для монгольских месторождений угля, приоритетны. Они органично дополнят монгольской проблематикой вузовский курс Монг.ГУНиТ Геометрии недр.
Научно-методические основы и результаты исследований по геометрии недр угольных месторождений в б. СССР отражены в работах В.А. Букринского, Г.И. Вилесова, В.М. Калинченко, А.А.
Трофимова, И.Н. Ушакова и др. Горный массив на угольных карьерах изучался Г.Л. Фисенко, Т.К. Пустовойтовой и многими др.
Цель работы: повышение эффективности открытой разработки угольных месторождений Монголии на основе рационального и полноценного маркшейдерско-геологического информационного обеспечения горных работ, осуществляемого оперативно без капитальных финансовых затрат.
Идея диссертации: маркшейдерско-геологическое обеспечение эффективной, безопасной и малоотходной открытой добычи угля определяется объективной и достоверной информацией о квалиметрических закономерностях месторождения и угольных залежей, которые устанавливаются методами комплексного горногеометрического анализа и математического моделирования.
Основные задачи
исследований:
изучить закономерности и парагенетические связи квалиметрических показателей угольных пластов на монгольских и аналогичных российских месторождениях;
установить закономерности трещиноватости (блочности) угольных пластов на крупных монгольских карьерах и её влияние на сортность (кусковатость) добываемого угля;
разработать обоснование и методы прогноза среднепластовой зольности сложноструктурных залежей с учетом геологогенетической дифференциации исходной эмпирической информации;
осуществить системный анализ горно-геологической сложности открытой разработки монгольских месторождений с определением значимости системообразующих факторов, определяющих оп тимальность и унификацию методики изучения квалиметрии разрабатываемых пластов угля;
усовершенствовать методику крупномасштабной фотодокументации на монгольских угольных карьерах современными средствами для решения задач изучения пласта и прогноза качества добываемого угля;
оценить возможности экспрессного определения прочностных свойств бурых углей.
Методика исследований:
наблюдения, документация, опробование и испытания состава и свойств угля, проводимые в карьере и лаборатории;
целенаправленная структурная съемка трещиноватости пластов массовыми замерами угловых и линейных параметров;
крупномасштабная фотодокументация откосов уступов и навала разрыхленной угольной массы цифровой камерой с компьютерной обработкой изображений;
методы математической статистики и автоматизированной обработки эмпирических данных;
системный анализ горно-геологической сложности на карьерах;
анализ и обобщение опубликованных и фондовых источников по геологии угольных месторождений Монголии, а также проектных материалов по промышленному освоению месторождений.
Защищаемые научные положения:
1. Закономерное проявление и парагенетическая связь весьма востребованных показателей качества угля: зольности и плотности в широком диапазоне их изменения, характерном для пластов сложного строения, аппроксимируется криволинейной регрессией, описываемой параболической, степенной и подобными функциями, в отличии от прямолинейной связи в нормативах по охране недр.
2. Геолого-генетическая дифференциация эмпирической информации при горно-геометрическом анализе повышает объективность изучения закономерностей и точность прогнозирования, а также достоверность средних значений квалиметрических показателей сложных угольных пластов.
3. Оперативное определение среднепластовой зольности сложноструктурных залежей и сортности (гранулометрии) добываемого угля на карьере обеспечивается информацией, полученной крупно масштабной фотодокументацией добычных уступов и компьютерной её обработкой.
Научная новизна:
установлены закономерности и парагенетическая связь весьма востребованных показателей качества: зольности и плотности в широком диапазоне их изменения, свойственных сложным пластам, которая аппроксимируется криволинейной регрессией, в отличии от прямолинейной в нормативах по охране недр РФ;
выявлены закономерности фотометрических свойств углей и пород, которые служат научными предпосылками сложности и точности дешифрирования и метрической обработки фотоснимков сложноструктурных пластов;
впервые установлены совокупность и значимость горногеологических факторов, усложняющих разработку для монгольских угольных месторождений, которыми предопределяются оптимальностью и унифицированностью методики изучения квалиметрии разрабатываемых пластов;
в горно-геологических и технологических условиях открытой разработки монгольских угольных месторождений установлена инвариантная связь сортности (кусковатости) добываемого угля с трещиноватостью (блочностью) пласта.
Достоверность и обоснованность научных положений и результатов работы подтверждается:
соответствием фундаментальным положениям геометрии и квалиметрии недр и горнопромышленной геологии;
большим объемом экспериментов, испытаний, а также наблюдений и документации на протяженных участках уступов;
сходимостью результатов, полученных разными методами;
контролем по более точным и проверенным методам;
сопоставлением величины математического критерия надежности изучаемой связи с предельным табулированным его значением.
Практическое значение работы.
1. Для сложноструктурных пластов установлена универсальная корреляция плотности и зольности в широком диапазоне их изменения, математически описываемая криволинейной функцией. На этой основе упрощается точное решение постоянно востребованных практических задач по оценке фактического и планируемого количества добычи и извлекаемости запасов угля.
2. Аппроксимирующие уравнения корреляций пригодны для косвенной оценки показателей свойств и качества, что позволяет отказаться от части трудоемкого опробования и испытаний.
3. Разработана методика обоснованного и точного прогноза среднепластовой Аd для сложных залежей при дифференциации эмпирических данных по геолого-генетической принадлежности.
4. Усовершенствованные способы и средства крупномасштабной фотодокументации цифровыми камерами и компьютерной обработки результатов съемки обеспечивают оперативное определение среднепластовой Ad сложных залежей, гранулометрии блочности пласта и кусковатости угольной массы.
5. Установленная связь кусковатости угольной массы и блочности пласта способствует совершенствованию технологии угледобычи, а закономерности ориентировки трещиноватости - оценке устойчивости добычных уступов.
6. Результаты диссертационной работы рекомендуются применять:
в практической работе маркшейдерско-геологической службы угольных карьеров Монголии и на аналогичных карьерах России;
в учебном процессе при подготовке студентов по направлению Геометрия недр и Квалиметрия недр.
Апробация работы. Результаты исследований по диссертации докладывались на Международной конференции Состояние и перспектива развития маркшейдерского дела (УБ., 2009); на л14 Международном конгрессе по маркшейдерскому делу, ISM (Сан-Сити, ЮАР., 2010); Международной научно-практической конференции, посвященной 90-летию кафедры маркшейдерского дела УрГГУ (Екатеринбург, 2011); Международной научно-практической конференции Фундаментальные и прикладные исследования, разработка и применение высоких технологий в промышленности (СПб., 2011); научном симпозиуме Неделя горняка-2011 (МГГУ, Москва, 2011); 60-й научно-практической конференции Маркшейдерское обеспечения рационального использования и охраны недр (ЮРГТУ, Новочеркасск, 2011); на заседаниях кафедры маркшейдерского дела и аттестационной комиссии аспирантов СПГГУ (2009 - 2011).
ичный вклад автора:
непосредственное осуществление всего объема натурных и камеральных исследований по диссертации на угольных карьерах Баганур, Шарынгол и Шивэ-Ово;
участие в разработке программы и методики исследований;
обработка материалов по рассматриваемой проблеме, полученных на российских аналогичных месторождениях;
математический анализ результатов товарного опробования угольного топлива на крупных ТЭС Монголии.
Публикации. Основное содержание диссертации отражено в публикациях, из них 2 в журналах, включенных в перечень ведущих рецензируемых научных изданий, определяемый ВАК Минобрнауки России.
Объем и структура работы. Диссертация изложена на 1страницах машинописного текста, содержит 4 главы, введение, заключение, библиографический список из 127 наименований. В работе 46 рисунков и 19 таблиц.
Автор выражает благодарность за помощь в исследованиях проф. Д. Дондову, проф. В. Н. Гусеву, директору Горноинженерного института Л. Пурэву, специалистам угольных карьеров Баганур, Шарынгол, Шивэ-Ово Д. Дамбапэлжээ, Б. Базар, Ц. Цогтбаатар, С. Мунхжаргал, Ж. Эрдэнэбат и всем работникам, содействовавшим выполнению исследований. Особо благодарю научного руководителя проф. Р.А. Такранова и сотрудников кафедры маркшейдерского дела СПГГУ за помощь и внимание.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
В первой главе приведен обзор исследований по маркшейдерскогеологическому обеспечению открытой разработки угольных месторождений Монголии. Определены задачи исследований по горногеометрическому и квалиметрическому обоснованию и информационному обеспечению горнодобычных работ.
Во второй главе дается горно-геологическая характеристика угольных карьеров, объектов проведения исследований с учетом результатов системного анализа соответствующих условий разработки.
Третья глава посвящена методам изучения качества и свойств угля, морфоструктуры и нарушений пластов. Значительное место отведено геологическим предпосылкам, методам изучения трещиновато-блочного строения пласта и кусковатости отбитого угля.
В четвертой главе изложены результаты исследований по обеспечению стабильного качества и количества добываемого угля Основные результаты исследований изложены в доказательствах защищаемых положений:
1. Закономерное проявление и парагенетическая связь весьма востребованных показателей качества угля: зольности и плотности в широком диапазоне их изменения, характерном для пластов сложного строения, аппроксимируется криволинейной регрессией, описываемой параболической, степенной и подобными функциями, в отличие от прямолинейной связи в нормативах по охране недр.
Для решения задач маркшейдерско-геологического обеспечения горных работ наиболее востребована зависимость плотности угля от его состава, степени метаморфизма и влажности, от глубины залегания и тектонической дислоцированности пласта. Плотность зависит, в первую очередь, от петрографического состава и количества органического и минерального материала, которые образуют бинарную ассоциацию, ископаемый уголь. Менее плотные витренклареновые, более плотные и тяжелые-дюреновые и фюзеновые типы углей. Зависимость действительной d и кажущейся плотности от Аd широко используется в маркшейдерско-геологической практике. Распространена прямолинейная форма связи:
dу(у)=dо(о)+0,01Adу. Эта связь подтверждена опробованием пластов на разных месторождениях. (А. А. Кузнецов, В. А. Боев, А. М. Оллыкайнен и др.). Для монгольских месторождений нами получено:
dу=1,48+0,0009Adу, r=0,71; у=1,25+0,0007Adу, r=0,71 (Баганур);
у=1,02+0,0016Adу, r=0,80, (Шарынгол).
О точности косвенной аналитической оценки плотности по установленным уравнениям можно судить сопоставлением с результатами прямого определения плотности методом пробной вырубки. Хорошая сходимость получена по нашим экспериментам на нескольких участках рабо чих пластов Баганурского карьера (табл.1). Трудоемкую работу по определению плотности пластов сложного строения, предусмотренную УОтраслевой инструкцией по учету запасов Е и потерь угляФ М, 1974, целесообразно заменить графоаналитическим определением пластовой плотности с использованием корреляции (d) c Ad.
Нашими исследованиями, Г. Л. Фисенко и др. установлено, что прямолинейная связь с Ad пригодна для пластов простого строения с Ad<3040%. При Ad>40%, характерном для сложных пластов, эта связь имеется криволинейную форму.
Изучение связи с Ad актуально при открытой разработке мощных сложных пластов для определения среднепластовых Ad и .
По результатам забойного дифференциального опробования и данным публикаций получена квадратичная, обратная и др., криволинейные регрессии связи и d с Ad при r=0,930,99.
Такая связь плотности и зольности для пластов Баганура и Шарынгола угольных карьеров с высокой надежностью описывается полиномом второй степени (рис.1).
Физическая суть зависимости плотности от состава с высокой надежностью более полно отражается обратной функцией вида:
d=do/(1-K1Ad); =o/(1-K2Ad), где do,o-плотности угля с Ad=0% (органический материал); K1 и K2- эмпирические коэффициенты d, г/смизменения и при изменеd =0,003(Ad)2-0,007Ad+1,34 d 2, r=0,нии на 1%.
Ad 2,На связь с влияет d Ad влажность угля. Связь плотно1,сти и зольности с влажностью имеет обратную форму для 1,0 20 40 60 Ad, % естественного состояния и заРис. 1. Зависимость действительной d висит от соотношения массы плотности от Ad сложноструктурных твердого материала (скелета) угольных пластов Шарынгольского месторождения угля и объема пор, заполненных водой. Увеличение насыщения водой свидетельствует об увеличении пористости и снижении массы и плотности угля по сравнению с небольшим поровым водонасыщением. Поэтому при увеличении влажности снижается плотность угля, его масса в единицы объема.
Обратная форма связи плотности и влажности в естественных условиях установлена для многих видов углей и пород и широко используется в геофизике (В. М. Добрынин, 1991).
Зависимость плотности угля в массиве м от его естественной влажности We для практических целей достаточно описывать прямолинейной функцией, например, для антрацитов Донбасса м=2,2-0,1We; для кузнецких углей м=1,55-0,04We. Связь зольности и влажности также имеет обратную форму из-за пониженной влажности минеральных примесей по сравнении с органической массой (рис. 2). Подобное для углей Баганура: Ad=45,42-0,98W, r=0,82; ШивэОво: Ad=51,58-W, r=0,86.
Предпосылкой изученной закономерности служит положение об обратной зависимости плотности от пористости, которая Ad, % Ad=54,31-2,06Wr пропорциональна количеству r=-0,влаги порового насыщения.
Для массива в недрах основной объем пор заполнен водой, и естественная (рабочая) влажность равна полной их влагоемкости: чем выше 12 14 16 18 20 Wr,% плотность угля, тем меньше Рис. 2. Зависимость зольность от его пористость и влажность, влажности для шарынгольских углей и наоборот.
Приведенные доказательства естественного соотношения свойств и состояния угля в массиве предназначены для объективной оценки плотности угля пласта или участка (2) при изменении его влажности (W2) относительно ранее установленных значений (1) и (W1), например, использованных при подсчете запасов. Если W2> W1, то 2< 1; наоборот, если W2< W1, то 2> 1,. Это соотношение вызвано тем, что в угле с 1 и полном водонасыщении пор влажностью W1, количество твердого материала равно 100-W1; в угле с 2 и W2, 100-W2. Такие пропорции твердого материала и плотности переводим в равенство 1(100-W2)=2(100-W1) и в формулу расчета плотности 2: 2=1(100-W2)/(100-W1), подтверждающей обратная связь и W. Рассмотренное соотношение показателей используется в известных формулах пересчета содержания показателя при разном состоянии материала: влажное рабочее, лабораторное, сухое и т. п.
Изучение влияния серы на плотность затруднено из-за её выгорания при лабораторном испытании. Для высокосернистых углей установлены эмпирические связи (В.А. Боев и др.).
Известны изменения плотности угля с глубиной и из-за деструкции возле дизъюнктива и в замке интенсивной складки.
Учет отмеченного изменения плотности угля способствует объективному определению фактической величины плотности угля, залегающего в недрах при естественном состоянии массива. Обоснованная величина плотности, являющейся значимым расчетным показателем (критерием) запасов и добычи, обеспечивает объективную оценку их фактического количества.
2. Геолого-генетическая дифференциация эмпирической информации при горно-геометрическом анализе повышает объективность изучения закономерностей и точность прогнозирования, а также достоверность средних значений квалиметрических показателей сложноструктурных угольных пластов.
Прогнозная оценка пластовой зольности используются при управлении качеством добываемого угля. На практике прогноз и планирование Ad сложных пластов ведется по усредненной Ad для угля всех пачек и породных прослоев. Экстраполяция таких данных на участок с изменившейся структурой пласта приводит к большим отклонениям от результатов опробования на прогнозируемой площади. Эти недостатки вызваны тем, что не учитывается разное участие при расчете средневзвешенной пластовой зольности пачек угля разного состава и мощности. Дифференциация пачек по литотипу угля позволяет повысить точность оценки индивидуальной Ad и снизить колебания величины среднепластовой Ad. Данные выводы получены по фактическим результатам забойного дифференциального опробования при сравнении коэффициента вариации () для Ad и разных литотипов и для угля пласта без его дифференциации. Для сложных пластов изученных месторождений для Ad угля пласта 3547%, для литотипов 918% (табл. 2).
Изменчивость зольности и достоверность наиболее вероятного её среднего значения отражает законы распределения статистических данных.
Для Ad литотипов характерен нормальный и логнормальной закон распределения с выраженным экстремальным значением Ad ;
для среднепластовой Ad без разделения на литотипы закон распределения часто многомодальный, с неопределенностью среднего и большим колебанием частных Ad.
Прогнозные значения среднепластовой Ad, полученные разными способами, сравнивалось с фактическими результатами контрольной пластово-дифференциальной пробы.
Прогноз в одном случае проводился по статистическим данным о зольности угля и породы прослоев (1Adп). Другой, более детальный прогноз, учитывал Ad литотипов угля пластовых пачек, выделенных в контрольной пробе (2Adп). Расчет средневзвешенной пластовой Ad проводился с учетом строения контрольной пробы. Результаты сравнения пластовой Ad по двум способам, как A=(Adк-1Adп) и A=(Adк-2Adп) показаны на примерах в табл. 3. Данные табл. 3 указывают, что прогноз пластовой Ad сложных залежей с учетом индивидуальной Ad угольных пачек, дифференцированных по литотипам, почти в 3 раза точнее, чем по средней Ad пласта объединенных пачек угля.
Преимущества дифференциации эмпирических данных по составу и нарушенности угля пласта, и использование геологических обоснованной информации при горно-геометрическом анализе иллюстрируют примеры, приведенные в диссертации.
3. Оперативное определение среднепластовой зольности сложноструктурных залежей и сортности (гранулометрии) добываемого угля на карьере обеспечивается информацией, полу ченной крупномасштабной фотодокументацией добычных уступов и компьютерной её обработкой.
Дифференциальное опробование сложноструктурных угольных пластов на карьерах является трудоемкой и опасной работой, особенно при отборе проб на откосах уступов. Для усовершенствования опробования и оперативной оценки пластовой Ad, целесообразно использовать дистанционное определение мощности и зольности угольных пачек и породных прослоев, по которым рассчитывается средневзвешенная пластовая зольность.
Научной основой исследований служит положение о небольшом колебании Ad угольных пачек и пластов небольшой мощности, которое обусловлено генетическими условиями формирования пластов угля. Это положение подтверждается вариационным анализом статистических данных опробования для ряда месторождений.
Мощность слоев сложного пласта с достаточной точностью определяются по откосам уступов посредством крупномасштабной фотограмметрической съемки с минимизированными искажениями из-за перспективности снимка и рельефа откоса. Для этого съемки проводились с внутреннего отвала с помощью созданного устройства, что обеспечивало нормальное положение оптической оси камеры к снимаемой поверхности. Точность определения средневзвешенной пластовой Ad зависит от точности определения мощности слоев фотометодом. По Техническим требованиям угольной промышленности к геологоразведочным работам, М., 1986, расхождение Ad по разведочным и эксплуатационным данным не должны превышать 5%, по стандарту опробования 10%.
Допустимый уровень точности определения мощности, можно установить дифференцированием расчетной формулы средневзвешенной Аd. При этом примем следующие допущения: Ad для всех пачек и прослоев одинаковые: Adу=0,1(10%), Adп=0,8(80%),; мощность и её погрешность одинаковые: mу=mп, Sу=Sп. В результате дифференцирования и преобразования относительная ошибка m зависит от Аd и сложности строения пласта, оцениваемого mу /mп.
Соотношение mу /mп в пластах российских угольных карьеров составляет 5020 для Канско-Ачинского; 2010 для Кузбасса; 3 - Иркутского и Днепровского; 1,5 - Экибастузского бассейна. Чтобы обеспечить погрешность Аd=5%, величина при mу /mп=501,m составит 1020% для простых и до 7% для сложных пластов. Такая точность обеспечивается фотодокументацией откосов. Эффективность фотодокументации для изучения структуры и Ad пласта обусловлена относительной фотогеничностью пород и угля, которая оценивается величиной яркостной их контрастности. Яркость, как отражательная способность, изучена для ряда месторождений с помощью фотометры типа ФТ по образцом и в массиве с помощью фотоэкспонометра. Установлена связь фотометрического коэффициента яркости (КЯ) от состава угля и пород, от соотношения органического обугленного черного и минерального светлого материала.
Связь КЯ с Ad показана на рис.3.
Многочисленные фотометрические измерения указывают, что наименьшие значения КЯ и его разброса свойственны матовым дюреновым углям с повыКЯ,% шенной Ad; наибольшие среднее и колебания КЯ - КЯ = 55,05(Ad)-0,блестящим малозольным 15 r=0,углям. Например, для блестящих углей Богословского месторождения КЯ=15,8%, для матовых 0 Ad, % 15 25 35 3,6%. Наилучший яркостРис. 3. Зависимость коэффициента ярконой контраст фотоизобрасти КЯ от зольности Ad угля жения сложного пласта Богословского месторождения имеется место для контактирующих матовых углей и светлых пород, что повышает метрические качества фотоснимка.
Аналогичные данные получены при оценке фотометрических свойств углей и пород в массиве по световым (экспозиционным) числам rЭ, измеряемых фотоэкспонометром по обнажению.
Фотоизображения угольных пачек разных литотипов и Аd, и породных прослоев имеют разную (степень почернения) оптическую плотность ОП (фототон). В наших экспериментах ОП измерялась доступными средствами по шкалам почернения (лсерым шкалам) разных фирм, тарированных на денситометре. ОП фотоизображения наибольшая для матовых углей с Ad=2535%, наименьшая - блестящих углей с Ad<1215%. Для уменьшения искажений фототона снимка из-за условий съемки и лабораторной обработки использовалась контрольная шкала почернений, выставляемая возле обнаже ния, или оценивалась относительная ОП по изображению маркирующего слоя, принятая за ноль отсчета ОП.
Сравнительным анализом ОП и Аd установлена сложная их связь, которая по форме обратно зависимости КЯ и rэ от Аd. Информация фотоснимка сложного пласта обеспечивает расчет средневзвешенной пластовой Аd. Для этого ОП пачки, получаемой многократно, переводят в коррелируемую Аd, и по снимку измеряют мощность соответствующих пачек и прослоев. В случае дешифрирования конкретных пачек и прослоев, для которых опробованием установлена Аd, вычисление пластовой зольности упрощается по измеренной на снимке мощности пачек и прослоев. Экспериментальная оценка среднепластовой Аd по материалам фотодокументации, на Богословском карьере, близка к Аd по пробам, отобранном по откосу добычного уступа (расхождение 215%).
Исследованиями гранулометрического состава линейными замерами и дистанционным фото-компьютерным способами установлено, что блочность (трещиноватость) пластов является ведущим геологическим фактором, влияющим на кусковатость угольной массы.
По статистическим данным 1 установлены законы дифференциального распределения и корреляция среднего куска угольной массы (dк) и блочности угольного массива (dб).
Зависимость кусковатости (сортности) добываемого угля от трещиноватости (блочности) пласта убедительно аргументируется взаимным и параллельным расположением прямолинейных графиков интегрального распределения 20 30 50 70 100 d, см гранулометрического состава Рис. 4. Графики интегрального распределения, отражающие инвариантблочности и кусковатости, ность гранулометрического состава которые построены на логакусковатости угольной массы (1) и блочности пластов (2) рифм-вероятностной сетке Баганурского карьера (рис. 4). Данная закономерность свидетельствует о неизменности (инвариантности) продуктов Выход, % природного (трещиноватости) и техногенного (кусковатости) дробления угольного пласта. Кусковатость (сортность) угольной массыпроизводное образование, опосредственно связанное с блочностью (трещиноватостью) разрабатываемого пласта. Изучено влияние на гранулометрию (сортность) добываемого угля пространственного соотношения систем трещин разной интенсивности с направлением экскавации (резания ковшом) угольного массива. При резании и черпании вдоль редких трещин образуется более крупная, а вдоль частых трещин мелкая кусковатость. Иллюстрируют это положение усредственные данные: для системы редких трещинах dб=55см, dк=2025см; для частых, dб=25см, dк=1020см.
Выявленные закономерности блочно-трещиноватого строения угольных пластов и её связи с кусковатостью угольной массы рекомендуется использовать для прогноза сортности добываемого угля.
Изучены закономерности физико-механических свойств углей, установлена целесообразность экспресс-испытаний их прочности.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ Диссертация, является законченной научно-квалификационной работой, посвященной решению актуальной задачи горногеометрического и квалиметрического обоснования и информационного обеспечения эффективной открытой разработки угольных месторождений Монголии, связанной с обеспечением требуемого и стабильного качества и объема добываемого угля.
Основные научные и практические результаты следующие:
1. Установлена совокупность и значимость факторов, влияющих на сложность горно-геологических условий открытой разработки монгольских угольных месторождений, которые служат научной предпосылкой оптимальной и унифицированной методики маркшейдерско-геологического обеспечения горных работ. Предложена модель структурных связей квалиметрических факторов с показателями промышленно-потребительских свойств и качества угля.
2. Изучены закономерности и парагенетическая связь востребованных показателей качества: зольности и плотности угля в широком диапазоне их изменения, свойственном сложноструктурным пластам, которая представлена криволинейной регрессией, аппроксимируемой параболической, степенной и подобными функциями, в отличии от прямолинейной в нормативах по охране недр РФ.
3. Обоснована и подтверждена исследованиями целесообразность геолого-генетическая дифференциация исходных эмпирических данных с целью повышения объективности и точности прогноза и планирования качества добываемого угля.
4. Разработана методика дистанционного определения среднепластовой зольности сложноструктурных залежей по материалам крупномасштабной фотодокументации добычных уступов.
Изучены закономерности фотометрических свойств углей, установлена связь их показателей с зольностью. Закономерности фотометрических свойств, как научное обоснование, способствуют дешифрированию и метрической обработке снимков, используя индивидуальную фотогеничность угольных пачек и породных прослоев и совокупный яркостной контраст их переслаивания в сложном пласте.
5. Доказано, что геологический фактор-блочность (трещиноватость) угольных пластов при горнодобычных работах на изученных карьерах предопределяет гранулометрию добываемого угля, что убедительно доказывается инвариантностью интегрального распределения гранулометрии в виде прямолинейных и параллельных графиков на логарифм-вероятностной сетке. Инвариантную закономерность рекомендуется использовать для предварительной оценки сортности добываемого угля по изученной блочности (трещиноватости) пласта. Установлено влияние технологии экскавации на кусковатость при отделении угля от массива с учетом частоты трещин.
Для исследуемых карьерных полей впервые установлены пространственно-генетические закономерности и литогенная природа основной трещиноватости пластов угля, что способствует её прогнозу и решению практических задач по устойчивости добычных уступов и оптимизации технологии экскавации при угледобыче.
6. Проведено изучение и математическая оценка парагенетических связей показателей физико-механических свойств углей для информационного обеспечения горнодобычных работ. Доказана целесообразность экспресс-метода определения прочности бурых углей с помощью эталонного шарикового молотка. Результаты исследований способствуют сокращению трудоемких работ по отбору проб и испытанию образцов, требующих камнерезной подготовки.
7. Диссертация является новой и приоритетной работой по повышению уровня и стабильности качества и объема добываемого угля, что необходимо для рентабельной работы ТЭС Монголии.
Полноценное и систематическое маркшейдерско-геологическое обеспечение горнодобычных работ на монгольских карьерах является неиспользованным резервом повышения эффективности открытой добычи угля и стабильной поставки на ТЭС угольного сырья требуемого качества. Внедрение необходимых мероприятий не требует капитальных финансово-материальных затрат. Требуемого качества. Внедрение необходимых мероприятий не требует капитальных финансово-материальных затрат.
Отдельные результаты исследовании внедрены на Баганурском карьере в практику маркшейдерско-геологический службы, что отражено актом внедрения от 15.09. 2011 г.
По теме диссертации опубликованы следующие работы:
1. Гундсамбуу У. Установление взаимозависимости показателей качества угля Баганурского разреза (на монгольск. языке)/ Д. Дондов, У. Гундсамбуу // Горный журнал. УБ., 2000 г., №3. с. 30-32.
2. Гундсамбуу У. Комплексная оценка уровня качества угля (на монгольск. языке) // Тенденция развития маркшейдерского дела в XXI веке: Сб. докл. Международной научно-практической конференции. УБ.: Изд-во Монг. гос. техн. ун-та. 2004 г., с. 170-177.
3. Гундсамбуу У. Настоящее и будущее добычи угля в Монголии и соседних странах (на монгольск. языке) / Д. Дондов, У.
Гундсамбуу, Д. Эрдэнэтунгалаг // Горная технология, экономика и экология: Сб. докл. Научно-практической конференции. УБ.: Изд-во Монг. гос. техн. ун-та. 2006 г., с.70-86.
4. Гундсамбуу У. Комплексная оценка уровня качества угля угольных разрезов Монголии (на монгольск. языке) / У. Гундсамбуу, Э. Амарсанаа // Состояние и перспективы развития маркшейдерского дела: Сб. докл. Международной конференции. УБ., 2009 г., с. 87-95.
5. Гундсамбуу У. Политика и направление совершенствования уровня обучения специалиста горного инженера-маркшейдера и научно-исследовательских работ (на монгольск. языке) / Д. Дондов, А.Л. Охотин, У. Гундсамбуу, Ж. Билгуун // Добыча минеральных полез. ископ. в новом веке: Научно-исследовательские записки. УБ.:
Изд-во Монг. гос. ун-та наук и техн., 2009 г., №10, с. 50-57.
6. Гундсамбуу У. Опыт оперативной оценки пластовой зольности при открытой разработке угля (на английск. языке) / Р. А.
Такранов, У. Гундсамбуу //Труды XIV Международного конгресса по маркшейдерскому делу г. Сан-Сити, ЮАР., 2010 г., электронная версия 7. Гундсамбуу У. Прогноз зольности пластов сложного строения с учетом дифференциации литотипов угля / Р. А. Такранов, У.
Гундсамбуу// Состояние и перспективы развития маркшейдерского дела: Материалы междун. научно-практической конферен.
Екатеринбург: Изд-во Урал. гос. горн. ун-та. 2011 г., с. 77-81.
8. Гундсамбуу У. Прогнозирование среднепластовой зольности мощных сложноструктурных залежей / Р. А. Такранов, У.
Гундсамбуу // Записки Горного института, Т.189. СПб., 2011 г., с. 252-255.
9. Гундсамбуу У. Дистанционный фотометод оперативной оценки пластовой зольности сложных угольных залежей на карьерах // Фундментальные и прикладные исследования, разработка и применение высокых технологий в промышленности: Сб. статей 11ой международной научно-практической конференции. СПб.: Изд-во Политехн. ун-та. 2011 г., с. 337-338.
10. Гундсамбуу У. Закономерности связи плотности и зольности сложноструктурных угольных залежей / Р. А. Такранов, У.
Гундсамбуу // Маркшейдерский вестник. 2011 г., №3. с.10-15.