Одними из важнейших аспектов разведки угольных месторождений под
открытую разработку являются поисковые и разведочные работы по
выходам угольных пластов – локализация выхода угольного пласта под
рыхлые отложения и изучение геометрических и качественных
показателей углей. Традиционно практикуемые методы изучения выходов
угольных пластов – проходка канав буро-взрывным способом (БВР) и
бороздовое опробование. Данные виды при опробовании в геологических
и климатических условиях Якутии зачастую оказываются
малоэффективными.
Недостоверная предварительная локализация выходов угольных пластов
существенно увеличивает объемы последующих горных и буровых работ на
выходах угольных пластов, что неблагоприятно сказывается как на
экономической эффективности геологоразведочных работ, так и на
экологической обстановке в районе ведения геологоразведочных работ .
Выбор рационального комплекса геофизических методов с целью
картирования выходов угольных пластов в условиях криолитозоны
рассмотрен на примере Сыллахского каменноугольного месторождения,
расположенного в условиях развития комплекса вечномерзлых горных
пород.
В работе изложены основные элементы эффективной ресурсосберегающей
технологии изучения выходов угольных пластов комплексом
геолого-геофизических методов, позволяющей производить необходимый
комплекс исследований с минимально возможными материальными
затратами и минимальным экологическим ущербом.
Надежное решение задачи локализации выхода угольного пласта под
наносы для электроразведочных методов возможно, если мощность
покровных отложений не превышает мощности пластов более чем в 5–7
раз для высокоомных наносов и в 2–5 раз для низкоомных [1].
Мощность покровных отложений на Сыллахском месторождении составляет
в среднем 2 м, мощность угольных пластов на выходах – от 2 до 20 м
[2]. Следовательно, исходные условия благоприятствуют постановке
поискового комплекса электроразведочных методов.
При определении комплекса методов учитываются следующие параметры:
стоимость работ; предполагаемая эффективность; оперативность
постановки комплекса и обработки данных; возможность приближенного
определения элементов залегания пласта; учет развития островной
вечной мерзлоты в пределах участков работ.
Как основной поисковый метод, для условий Сыллахского месторождения
выбран метод дипольного электрического профилирования (ДЭП), для
отбраковки возможных аномалий, обусловленных изверженными породами и
областями развития вечной мерзлоты, предусматривается профильная
магниторазведка. Для уточнения условий залегания угольного пласта и
приближенного определения элементов залегания предусматривается
проведение работ методом дипольного осевого зондирования (ДОЗ).
Первый этап изучения – локализация выхода угольного пласта под
рыхлые отложения комплексом наземных геофизических методов –
дипольное электрическое профилирование, дипольное электрические
зондирование и наземная магниторазведка (рис.1).
Локализованный геофизическими методами выход угольного пласта
необходимо вскрыть для изучения морфологических характеристик пласта
и качественных показателей углей.
Традиционные горные выработки – канавы БВР предлагается заменить
кустовым бурением мелких вертикальных скважин первой группы (до 25
м). Для уверенного выделения элементов залегания пласта на одном
кусту проходятся три скважины (рис. 1).
Замена канав вертикальными скважинами стала второй составляющей
новой технологии. Следующее звено технологической цепочки –
ядерно-физическое опробование угольных скважин.
Сущность методики:
– изучение разреза угольной скважины производится сокращенным
комплексом ядерно-физических методов;
– для минимизации влияния промежуточной зоны изучаемые скважины
обсаживаются дюралюминиевыми калиброванными трубами;
– опробование производится поточечно с экспозицией в точке 10 секунд
и шагом от 4 до 12 сантиметров, в зависимости от типа зонда.
Особенностью применяемого комплекса ядерно-физического опробования (ЯФО)
является, прежде всего, применение варианта селективного гамма-гамма
метода. В зонде применяется источник – бета-излучатель Sr90 в сборке
со свинцовой мишенью. По спектру излучения сборка имитирует спектр
изотопа Tl204, применение которого при изучении разреза угольных
скважин описал В.И.Уткин [3]. Зонд работает в 4 -геометрии
диффузного рассеяния и рассчитан на опробование обсаженных
дюралевыми трубами скважин. Достоинством зонда является высокая
воспроизводимость результатов как следствие хорошей
представительности замера в точке опробования. К достоинствам
относится и малая (8 см) длина зонда и получаемая в результате
высокая разрешающая способность метода. Зонд сконструирован на
основе скважинного радиометра РСР в комплексе со счетчиком импульсов
СИП-1М. Данные гамма-гамма-опробования селективного регистрируются в
цифровом виде (интенсивность счета в точке опробования) в
портативном персональном компьютере.
Изначальная регистрация данных ЯФО в цифровом виде явилась
предпосылкой для создания ряда специализированных программ для
работы с массивами данных ядерно-физического и кернового опробования
и их статистической обработки.
Комплекс программ включает:
– макросы первичной обработки данных (создание заголовка массива
данных по скважине, вычисление погрешности рабочего и основного
контроля, подготовка массива к графопостроению);
– база данных ЯФО, кернового опробования и сопутствующей информации,
созданная на основе СУБД MS Access 97;
– программы статистической обработки геолого-геофизических данных,
позволяющие определять корреляционные зависимости данных ЯФО и
кернового опробования;
– ряд макросов, позволяющих производить оперативную обработку данных
ЯФО и визуализировать результаты этой обработки в виде гистограмм
зольности (по данным ЯФО и данным кернового опробования) по
пластосечению.
Таким образом, технологическая цепочка поисков и разведки выходов
угольных пластов включает:
1. Комплекс наземных геофизических работ.
2. Бурение вертикальных скважин первой группы.
3. Керновое опробование параметрических скважин.
4. Ядерно-физическое опробование всех буровых выработок.
5. Обработку геолого-геофизических данных комплексом
специализированных программ с получением материалов, соответствующих
инструктивным требованиям.
На рис 2. приведены гистограммы зольности углей, построенные по
данным кернового опробования и по данным ядерно-физического
опробования – высокая сходимость результатов дает возможность замены
кернового бурения бескерновым с определением показателей качества
углей ядерно-физическими методами в естественном залегании.
Рис. 1. Схема
работ по изучению выхода угольного пласта
Рис. 2.
Гистограммы зольности углей по данным кернового и ядерно-физического
опробования
Список литературы
1. Блох И.М. Возможности и ограничения дипольного
электропрофилирования при решении задач геологического картирования.
Разведочная геофизика. Вып.17. М.: Недра, 1966. С.62-66.
2. Угольная база России. Том V. Книга 2. Угольные бассейны и
месторождения Дальнего востока России (Республика Саха, Северо –
Восток, о. Сахалин, п – ов Камчатка). – М.: ЗАО "Геоинформак", 1999.
– 638 с.
3. Уткин В.И. Спектр рассеянного гамма-излучения на малых
расстояниях от источника. – Атомная энергия, 1970, т. 29, вып. 1, 38
с.
Н.Н. Гриб, А.А. Сясько, В.М. Никитин, Технический
институт (филиал) ГОУ ВПО "Якутский государственный университет им.
М.К.Аммосова" г. Нерюнгри.
