Раздел  «Геотехнологии.  Безопасность  жизнедеятельности»

Раздел  «Геотехнологии.  Безопасность  жизнедеятельности» 
 
 
 
 
пород 
почвы. 
Совокупность 
неблагоприятных 
факторов 
(глубина 
расположения 
выработки, 
проведение  выработки  в  зоне  повышенного  горного 
давления, 
увеличение 
концентрации 
работ), 
влияющих  на  состояние  приконтурного  массива, 
приводит 
к 
ухудшению 
условий  поддержания 
выработки (рисунок 2). 
В  ходе  проведения  выработок  часто  встречаются 
сложные 
зоны 
для 
ведения 
горных 
работ: 
повышенного  горного  давления,  проезд  под  ранее 
пройденными  выработками,  в  непосредственной 
близости  скважин,  в  зонах  геологических  нарушений 
различного 
характера, 
потеря 
устойчивости 
вмещающих  пород,  изменение  параметров  залегания, 
сбитие с выработками, проникновение воды. 
В  угольной  практике  различают  следующие 
четыре  формы  потери  устойчивости  и  обнажения 
пород кровли  (рисунок 3): 
–  трапециевидная  (рисунок  3,  а)  форма, 
образованная  из-за  слабого  межслоевого  контакта 
(сцепления); 
–  сводчатая полуциркульная (рисунок 3, б) форма, 
образуется,  когда  вывал  равен  или  более  полупролета 
выработки; 
–  сводчатая  циркульная (рисунок 3, в), образуется, 
когда  вывал  меньше  или  равен  полупролету 
выработки, 
породы 
кровли 
однородные, 
разнослоистые, трещиноватые; 
–  параболическая  форма  вывала  (рисунок  3,  г) 
встречается в однородных  породах. 
Уголь 
и 
углистые 
аргиллиты 
сильно 
трещиноватые  и  мелкослоистые  мощностью  менее 0,1 
м,  склонны  к  самопроизвольному  отслаиванию  в 
течение  10-15  мин,  остальные  горные  породы  с 
пределом  прочности  более  60  МПа  при  площади 
обнажения 5 м  обрушаются через 35 и более мин. 
Потеря  устойчивости  обнажений  характеризуется 
локальными  и  сплошными  вывалами  пород  кровли на 
участках,  протяженностью  15-20  м  и  больше,  в  части 
выработок 
по 
пластам 
с 
ложной 
и 
легкообрушающейся  кровлей  общей  мощностью  до 
-0,5  м.  
Одной  из  основных  причин  потери  устойчивости 
породных  обнажений  в  горных  выработках  и 
увеличения  затрат  на  их  крепление,  в  особенности  с 
углублением  горных  работ,  является  недостаточная 
изученность 
геомеханических 
процессов 
в 
приконтурных 
породах. 
Сложность 
задачи 
по 
повышению  устойчивости  породных  обнажений 
горных  выработок  на  шахтах  в  значительной  мере 
обусловлена 
большим 
разнообразием 
горно-
геологических  условий  –  по  мощности и углу падения 
пластов,  строению  и  прочности  вмещающих  пород  и 
др. 
Выполненный 
комплекс 
исследований, 
включающий 
анализ 
по 
устойчивости  горных 
выработок, 
инструментальных 
наблюдений 
за 
устойчивостью  породных  обнажений  в  пластовых  и 
полевых  выработках,  с  обработкой  результатов 
натурных  исследований  методами  математической 
статистики 
с 
применением 
ЭВМ, 
позволил 
спрогнозировать  характер  дефектности  выработок  от 
влияющих  факторов. 
Исследованиями  охвачены  горно-геологические  и 
горнотехнические 
условия 
всех 
районов 
Карагандинского  бассейна.  Установлены  наиболее 
существенно  влияющие  на  устойчивость  породного 
обнажения следующие  горно-геологические факторы: 
–  слоистость  –  при прочности слоев на одноосное 
сжатие  50-60  МПа  и  мощности  их  более  0,8  м 
породные  обнажения  кровли  сохраняют  устойчивое 
состояние  свыше  2  ч,  при  мощности слоя от 0,1 до 0,4 
м  и  прочности  пород  при  сжатии  до  40  МПа  время 
устойчивого  состояния  сохраняется  в  пределах  часа,  а 
при  мощности  слоев  менее  0,1  м,  что  характерно  для 
ложной  кровли,  время  их  устойчивого  состояния 
составляет  до 0,6-0,3  ч; 
–  трещиноватость  –  в  сильнотрещиноватых, 
нарушенных  породах,  залегающих  в  основном  над 
угольными  пластами  (преимущественно  ложная 
кровля),  с  расстоянием  между  трещинами  от  0,01-0,2 
м,  их  устойчивость  обычно  не  превышает  0,3  ч, 
породы  слабые,  сильнотрещиноватые  от  0,3-0,5  м,  с 
пределом  прочности  при  сжатии  20-40  МПа, 
устойчивы  в  течение  0,5-1,5  ч,  породы  массивные, 
трещиноватые  0,6-1,0  м,  прочность  40-50  МПа, 
устойчивы в течение 2,0-3,5  ч; 
–  влажность  –  песчаники на карбонатном цементе 
при  увеличении  влажности  теряют  прочностные 
характеристики  примерно  на  5  %,  алевролиты  на 
кремнистом  и  карбонатно-кремнистом  цементе  –  14 
%,  алевролиты  с  глинистым  цементом  –
-30  %, 
аргиллиты  –
-60  % и углистые  аргиллиты  до 80 %. 
Установлены  наиболее  существенно  влияющие 
горнотехнические  и технологические  факторы:   
–  ширина  выработки  –  при  увеличении  ширины 
выработки  от  4  до  5  м  смещения  в  выработке 
увеличиваются  на 23-
 
–  глубина  расположения  –  увеличение  глубины 
расположения  от  450  до  800  м  в  пластах  мощностью 
-3,5  м  ведет  к  росту  смещений  кровли  в  породах  с 
σ
сж
  <  45  МПа  в  3,0-3,5  раза,  в  породах  σ
сж
-80 
МПа – соответственно  в 2,0-2,4  раза;  
 

Раздел  «Геотехнологии.  Безопасность  жизнедеятельности» 
 
 
 
 
Х им .  ам пула
15-20
Опорная планка
Гайка
Способ установки канатного анкера с
предварительным натяжением
Минер. ам пула
6
100
150
200
12
18
24
t, час
N, кН
В
В
В/2
В/2
?
б
?
б
 
Х им .  ам пула
15-20
Опорная планка
Гайка
Способ установки канатного анкера с
предварительным натяжением
Минер. ам пула
6
100
150
200
12
18
24
t, час
N, кН
В
В
В/2
В/2
?
б
?
б
 
а) 
б) 
Рисунок 1 – Схемы  развития  деформаций при арочной (а) и прямоугольной (б) форме поперечного сечения 
выработки 
 
  
 
а) 
б) 
 
 
 
в) 
г) 
а – нестабильное  состояние кровли  выработки; б  – купол, образовавшийся в кровле выработки;  
в – просевшая кровля выработки; д – трещины в кровле выработки 
Рисунок 2– Проявления  горного давления  при использовании анкерного крепления горных  выработок 
α 
α 

Раздел  «Геотехнологии.  Безопасность  жизнедеятельности» 
 
 
 
 
 
Рисунок 3 – Характерные формы потери устойчивости 
 
– способ охраны выработки: 
–  в  массиве  угля  –  смещение  кровли, 
представленной  прочными  породами σ
сж
 < 50-65 МПа, 
не  превышает  40-50  мм,  породами  средней прочности 
σ
сж
  <  30-40  МПа  –
-90  мм  и  слабыми  породами  σ
сж
 
<  15-30  МПа  –
-150  мм.  Влияние  опорного 
давления  на  выемочные  штреки  на  глубине  300-400  м 
распространяется  на  40-45  м  впереди  забоя  лавы,  а на 
глубине более 500 м – на 60-80 м. До попадания в зону 
влияния  очистных  работ  смещение кровли выемочных 
выработок  происходит  обычно  равномерно,  в  зоне 
влияния  очистных  работ  протекает  в  1,5-2,5  раза 
быстрее  со  стороны  лавы,  чем  со  стороны  массива 
угля;  
–  бесцеликовый  –  выемочные  выработки  лав 
испытывают  вредное  взаимное  влияние  очистных  и 
подготовительных  работ  в  соседних  столбах:  не  менее 
-75  м  –  на  глубине  расположения до 450 м, 80-100 м 
–  на  глубине  расположения  более  450  м и 100-120 м – 
на  глубине  расположения  более  600  м.  В  выработках, 
которые  проводили  вприсечку  через  10-12  мес.  и 
более  после  отработки  соседней  лавы,  смещение 
пород  кровли  за  срок  службы  в  1,8-2,0  раза  меньше, 
чем  в  выработках,  которые  проводили  до  отработки 
соседнего столба.  
Ниже  рассмотрено  взаимодействие  различных 
видов  крепления  с  вмещающими  породами  вблизи 
выработки  в  зависимости  от  горно-технических 
условий эксплуатации.   
Для  определения  нагрузочных  характеристик 
различных  видов  крепления  выработок  проведены 
экспериментальные 
наблюдения. 
Определены 
параметры 
деформационных 
процессов 
вблизи 
выработок  при  влиянии  очистных  работ.  Проведены 
наблюдения  за  устойчивостью  выработок  при 
различных  схемах  развития  горных  работ,  сроке 
службы  и  эксплуатационном  назначении  на  шахтах 
УД АО «АрселорМиттал  Темиртау».  
Период  наблюдений  за  устойчивостью  выработки 
в  зоне  влияния  очистных  работ составил более 20 мес. 
Деформации  кровли  в  20  м  перед  лавой,  в  створе  с 
лавой  и  120  м  позади  неѐ  соответственно  составили: 
рамной  крепью  –  0,31-0,37,  0,49-0,58,  1,11-1,27  м;  с 
анкерной  –
-
-
3-0,4  м;  анкерно-
рамной  крепью  –  0,07-0,08,  0,06-0,09,  0,21-0,37  м 
(меньше  в  3-4  раза).  Конвергенция  контуров 
выработки  составила  0,7-0,85  мм,  в  т.ч.  них  70  % 

Раздел  «Геотехнологии.  Безопасность  жизнедеятельности» 
 
 
 
 
деформаций  относилось  на  пучение  пород  почвы. 
Конвейерная  выработка  пройдена  комбайновым 
способом  и  поддерживались позади лавы на границе с 
выработанным 
пространством. 
Впереди 
лавы 
распространялась 
зона 
опорного 
давления  на 
величину  125-130  м:  пучение  почвы  (до  1,1  м), 
деформация  крепи  (до  0,15-0,2  м).  В  30-40  м  и  в  100-
115  м  впереди  очистного  забоя  осуществлялась 
подрывка  пород  почвы  на  глубину  1,1-1,5  м  каждая. 
Конвергенция  кровли  и  почвы  в  выработке  на  линии 
очистного  забоя  составила  0,13  м.  За  лавой 
деформации  высокие  до  0,9-1,2  м  и  на  протяжении 
140–145  м  производилось  перекрепление  (до  46  % 
длины  выработки)  и  вторичная  подрывка  почвы  (1,5-
2,1  м)  выработки.  Максимальные  вертикальные 
смещения  пород  кровли  впереди  линии  очистного 
забоя  в  15-20  м  от  лавы  составляли  0,03-0,035  м  с 
последующим  затуханием  на  расстоянии  35-40  м. 
Деформация  кровли  выработки  за  лавой  составила 
-0,6  м.  
На  рисунке  4  приведены  расчетные  смещения  в 
выемочных  выработках,  с  различными  схемами 
развития  горных  работ:  охраняемых  по  схеме  массив-
целик  (шириной  от  10  до  20  м),  целик  –  целик 
(шириной  15-25  м)  и массив-бутовая полоса (шириной 
8-12 
м)  кровли  и  почвы  сечением  17,6  м , 
закреплѐнных  арочной  металлокрепью,  со  сроком 
службы  16-20  мес.  Смещения  пород  значительны,  и 
выработка  перекрепляется  за  срок  их  службы  до  2-4 
раз. 
На 
рисунке 
5 
представлены 
зависимости 
смещений  (N,  м)  от  параметров  сечения  выемочной 
выработки  с  учетом  глубины  разработки  (h,  м)  и 
прочностных  параметров  (на  сжатие  R
сж
,  кН/м )  и 
плотности 
пород 
(γ, 
т/м ), 
характеризующих 
устойчивость. 
Смещения  возрастают  с  увеличением  размеров 
поперечного 
сечения 
выработок, 
при 
этом 
существенное  влияние  принадлежит  ее  ширине  и 
убывают с удалением от контура в глубь массива. 
мощность пласта   от 0,5 до 1,4м.
 m
мощность пласта   от 1,5 до 3,5м.
 m
а
б
в
г
0
200
400
600
800
1000
h
, м
150
300
450
600
750
N, 
мм
 
а – при охране выработки по способу массив – массив; 
б – массив-целик  (шириной 8-12  м); в – массив-
бутовая полоса (шириной 8-10  м); г – массив – 
выработанное пространство 
Рисунок 4 – Смещения кровли и почвы (N, мм) в 
выемочных выработках  под влиянием очистных 
работ, расположенных  на различной глубине (h, м) 
 
Проведенные  исследования  позволили  определить 
степень 
влияния 
горно-технических 
условий 
разработки  на  смещения  в  приконтурных  породах  в 
выемочных  выработках.  Выявленные  закономерности 
деформаций  могут  быть  использованы  при  расчетах 
проявлений  горного  давления  при  проведении 
выработок  на  глубоких  горизонтах  в  различных 
горнотехнических  условиях  эксплуатации.   
 
1
2
3
4
4
5
6
2,0
2,5
3,0
3,5
4,0
ширина выработки Н, м
высота выработки  , м
L  
0,5
0,8
1,3
1,6
1,9
2,2
2,5
2,8
N
, м
  
а) 
б) 
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
50
100
150
200
250
300
350
400
смещения контура, мм
уд
ель
на
я 
на
гр
уз
ка
 н
а 
кр
еп
ь,
 (т
/м2
)/м
3,6 м
4,0 м
4,2 м
4,4 м
ширина 
выработки: 

Раздел  «Геотехнологии.  Безопасность  жизнедеятельности» 
 
 
 
 
1,2  – смещение почвы и кровли выработки; 3,4  – смещения боков выработки соответственно  со стороны 
выемочного столба и со стороны угольного массива следующего выемочного столба для  условий: 1,  2 при 
/
10.1;
сж
H R


 
3, 4 при 
/
10.3;
сж
H R


 
Рисунок 5 – Деформации контуров (а) (N, м) от площади  поперечного сечения выработки: ширины (H,м)  и 
высоты выработки (L,  м) и величина  удельной нагрузки на крепь (б) 
 
УДК 550.83:552.1:537 
 
Комплексные петроэлектрические модели 
доломитов девона и песчаников кембрия 
Лудинской площади Волыно-Подолья 
 
Д.И. ОНИЩУК , аспирант, 
В.С. ПОРТНОВ , руководитель  управления  полевузовского образования, д.т.н., профессор, 
Н.В. РЕВА , доцент, 
В.И. ОНИЩУК , доцент, 
Карагандинский  государственный  технический  университет,  кафедра  геофизики, 
Киевский  национальный университет  им. Т.Г. Шевченко, кафедра  геофизики 
 
Ключевые  слова:  скважина,  керн,  водонасыщенность,  флюид,  девон,  кембрий,  корреляция,  песчаник, 
доломит, 
центрифуга, 
пористость, 
электрическое 
сопротивление, 
давление, 
проницаемость, 
петрофизические, электрические параметры. 
 
 процессе  геофизических  исследований  крайне 
важно  знать  корреляционные  связи  между 
емкостно-фильтрационными  характеристиками  пород, 
слагающих 
перспективные 
толщи  геологических 
образований,  и  данными  скважинных  и  полевых 
геофизических  методов.  Эти  связи  устанавливаются 
на 
основе 
комплексных 
лабораторных 
петрофизических  исследований.  Они  достаточно 
сложны  и  требуют  тщательного  изучения.  В  этом 
отношении  такое  свойство  горных  пород,  как 
удельное  электрическое  сопротивление,  является 
одним  из  наиболее  информативных  параметров. 
Электрическое  сопротивление  пород  зависит  от 
целого  ряда  факторов:  вещественного  состава  и 
текстуры 
породы, 
структуры 
ее 
емкостного 
пространства  и  коэффициента  пористости,  нефте-, 
газо-  и  водонасыщенности  пород,  минерализации 
насыщающих  их  пластовых  вод,  температуры  и 
давления  [1-9].  Это  свойство  пород-коллекторов 
используется 
для 
выделения 
стратиграфических 
горизонтов,  разрезов  и  фаций, установления характера 
его  зависимости  от  минерального  состава,  структуры 
порового  пространства,  соотношения  фаз  вещества, 
для 
определения 
необходимой 
частоты 
и 
напряженности 
электрического 
поля 
при 
геофизических  исследованиях,  для  установления  его 
связи  с  характером эпигенетических преобразований и 
метаморфических 
изменений 
горных 
пород. 
Материалы 
лабораторного 
изучения 
удельного 
сопротивления  используются  при  интерпретации 
данных 
электрометрических 
методов 
каротажа 
скважин,  а  также  полевой  электроразведки.  Целью 
исследований 
была 
разработка 
и 
создание 
комплексных  петроэлектрических  моделей  пород-
коллекторов  как  основы  анализа  их  электрических 
параметров  и  связей  этих  параметров  с  емкостно-
фильтрационными  свойствами.  В  статье  представлены 
результаты  петрофизических  исследований  доломитов 
девона  и  песчаников  кембрия  перспективной  на 
углеводороды 
Лудинской 
площади 
(скважины. 
Лудинская-1,  -10,  -15,  интервалы  1153-2202  и  2760-
3222  м),  а  также  описаны  особенности  лабораторных 
измерений.  Площадь  расположена  в  северной  части 
восточного  борта  Львовского  палеозойского  прогиба 
(Украина).  Породы  в  пределах  изучаемых  интервалов 
представлены 
преимущественно 
известняковыми 
отложениями  девона  и  разнозернистыми песчаниками 
кембрия. 
Экспериментальные 
исследования.  Комплекс 
петрофизических 
лабораторных 
исследований 
включал  определение  плотности  пород  σ  (сухих  (σ
C
)  и 
насыщенных  моделью  пластовой  воды  (σ
H
)),  их 
открытой  пористости k
П
 (методами насыщения азотом 
(k
ПА
)  и  моделью пластовой воды (k
ПН
)), коэффициента 
остаточного 
водонасыщения 
k
ВО
 
(методом 
центрифугирования),  проницаемости  k
ПР
  (методом 
стационарной  фильтрации  азота),  интервального 
времени  (скорости  продольных  упругих  волн), 
удельного 
электрического 
сопротивления 
ρ 
и 
параметра  пористости  Р.  В  процессе  лабораторных 
работ 
удельное 
электрическое 
сопротивление 
образцов  пород  –  сухих  (ρ
С
),  полностью  (ρ
ПВ
)  и 
частично (ρ
НВ
) насыщенных раствором, имитирующим 
пластовый  флюид,  определялось  в  атмосферных 
условиях,  а  также  в  условиях,  приближенных  к 
пластовым. 
Для 
выполнения 
лабораторных 
электрометрических 
исследований  использовались 
цифровой  тераомметр  С.А.6547  и  прецизионный 
цифровой 
RLC-метр 
МНС-1100, 
позволяющие 
выполнять  высокоточные  измерения  сопротивления  и 
емкости  в  широком  диапазоне  частот  с  цифровой 
В
 

Раздел  «Геотехнологии.  Безопасность  жизнедеятельности» 
 
 
 
 
записью  на  ЭВМ  по  специальной  программе. 
Электрометрические  исследования  сухих  образцов 
керна  выполнены  при  температуре  20°С.  В  процессе 
измерений 
цилиндрические 
образцы 
керна 
вставлялись 
в 
специальный 
кернодержатель 
с 
неполяризующимися  электродами 
, 
, 
.  Для 
измерения  сопротивления  образцов,  насыщенных 
раствором  NaCl  (М  =  90  г/л  и  120  г/л),  применялся 
RCL-метр  МНС-
 
Важное информационное значение в промысловой 
геофизике  имеет  изучение  зависимости  ρ  от  степени 
водонасыщенности 
пород 
(следовательно, 
и 
газонефтенасыщенности). 
Такие 
исследования 
выполнены 
путем 
определения 
удельного 
сопротивления 
пород, 
насыщенных 
моделью 
пластовой 
воды, 
которые 
предварительно 
подвергались 
различным 
режимам 
центрифугирования.  Для  этой  цели  использовалась 
центрифуга 
ОС-6М. 
Удельное 
сопротивление 
образцов  пород  измерялось  до  центрифугирования  и 
после  центрифугирования  при  режимах  отгонки  от 
1000  до  6000  об/мин  с  шагом  1000  об/мин  (7  циклов 
измерений).  В  диапазоне  указанных  режимов  отгонки 
давление  вытеснения  воды  изменялось  от  0,2  до  1,0 
МПа.  Параллельно  определялись  также  коэффициент 
водонасыщения  k
В
  и  скорость  упругих  волн.  Средняя 
относительная  погрешность  определения  удельного 
сопротивления  пород составила  2,4  %.  
В 
результате 
выполненных 
лабораторных 
петрофизических 
исследований 
определены 
фильтрационно-емкостные 
и 
электрические 
параметры 
основных 
типов  пород  Лудинской 
площади  Волыно-Подолья.  Границы  изменений  этих 
параметров приведены в таблице 1. 
Анализ  результатов  лабораторных  измерений 
свидетельствует  о  том,  что  ρ
c
  (удельное электрическое 
сопротивление  минерального  скелета),  полученное  по 
данным 
исследований 
сухих 
экстрагированных 
образцов,  имеет  как  для  доломитов,  так  и  песчаников, 
значительные 
вариации, 
обусловленные 
неоднородностями  в  текстуре  пород.  Для  доломитов 
этот  параметр  изменяется  от  14,1  до  27804,8  кОм·м 
при  среднем  значении  8937,7  кОм·м,  а для песчаников 
–  от  10,0  до  3478,1  кОм·м  при  среднем  значении 
1196,9  кОм·м.  Удельное  электрическое  сопротивление 
пород,  насыщенных  раствором  NaCl,  моделирующим 
пластовую  жидкость,  варьирует  от  6,9  до  78  Ом·м при 
среднем  значении  39,5  Ом

м для доломитов и от 7,0 до 
27,2  Ом·м  при  среднем  значении  16,8  Ом·м  для 
песчаников. 
В  результате  петрофизических  исследований 
также  установлено,  что  доломиты  имеют  диапазон 
изменения  параметра пористости Р = ρ
ПВ 
/
 
ρ
В
, где ρ
ПВ
 – 
удельное  электрическое  сопротивление  полностью 
водонасыщенных  пород,  ρ
В
  –  удельное  электрическое 
сопротивление  пластовой  воды,  от  48  до  538  при 
среднем  значении  273.  Соответствующий  этому 
диапазон 
изменения 
коэффициента 
пористости 
доломитов  составил  от  0,071  до  0,003  при  среднем 
значении  0,022.  Параметр  пористости  песчаников 
варьирует  в  пределах  от  61  до  234  при  среднем 
значении  145,  а  коэффициент  пористости – от 0,095 до 
0,017  при среднем значении 0,046. 
По 
данным 
выполненных 
лабораторных 
измерений,  для  доломитов  и  песчаников  Лудинской 
площади  получены  уравнения  Арчи  –  Дахнова  вида 
m
П
Р а k

 
  (а  –  коэффициент  пропорциональности,  m 
– 
структурный 
показатель), 
устанавливающие 
корреляционные

жүктеу/скачать 6,79 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: