Моделирование антропогенных изменений массива горных пород в зоне очистных работ с использованием ГИС-технологий

• Автор: Пасечник, Иван Александрович
• Шифр специальности: 25.00.35
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 100 с. : ил.

Аннотация
В данной диссертационной работе описано создание метода моделирования антропогенных изменений, происходящих в массиве горных пород в зоне влияния очистной выработки. В процессе создания метода моделирования задача выбора инструментальных средств была решена в пользу геоинформационных систем (ГИС-систем) и имитационного моделирования.
В работе осуществляется представление сплошной среды в зоне ведения очистных работ в виде слоисто-блочной системы напластования горных пород, что впервые позволяет создавать дискретную динамическую модель изменения физико-механического состояния отдельных элементов такой среды.
Также в данной работе представлено:
1) анализ геомеханических процессов в зоне очистных работ;
2) анализ средств моделирования геомеханических процессов;
3) классификатор объектов сплошной среды;
4) алгоритм моделирования антропогенных изменений;
5) временная методика моделирования процессов в зоне очистной выработки.
Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, содержит: 103 страницы печатного текста, содержит 20 рисунков и 10 таблиц. Основные и второстепенные положения данной диссертации опубликованы автором в работах в журналах из перечня ВАК Минобразования России и включены в список использованной литературы.
Автор выражает искреннюю благодарность коллективу шахты «Талдинская-Западная-2» ОАО «СУЭК» г. Киселевска Кемеровской области, в целом, и геологической службе в частности, за помощь и содействие в проведении натуральных исследований и сборе необходимого материала.
Список использованной литературы содержит 110 наименований.

Оглавление
Введение
1. Анализ средств и методов прогнозирования геомеханических процессов на угольных шахтах
1.1 Геомеханические процессы на шахтах и рудниках
1.2 Существующие методы описания геомеханических процессов
1.3 Анализ инструментальных средств моделирования
1.4 Цели и задачи исследования
2. Исследование методов геоинформационного моделирования сплошных сред
2.1 Методы геомеханического моделирования
2.2 Анализ средств моделирования геомеханических процессов
2.3 Разработка классификатора объектов сплошной среды
2.4 Построение модели процесса деформации массива горных пород при ведении добычных работ
3. Разработка алгоритма и метода моделирования антропогенных изменений горного массива
3.1 Моделирование активной стадии процесса сдвижения и сдвижения с запаздыванием
3.2 Моделирование шага обрушения ложной и основной кровли в очистном забое
3.3 Моделирование опускания со сдвигом пород кровли
4. Реализация метода моделирования, выработка методики моделирования
4.1 Пионерный расчет деформирования напластований горных пород
4.2 Временная методика моделирования
Заключение
Список использованной литературы

Введение
Актуальность. В настоящее время жизнедеятельность шахт и рудоуправлений все сложнее и сложнее представить без использования геоинформационных систем (ГИС). Причин тому множество и главная из них состоит в том, что рыночная стоимость шахты в первую очередь определяется запасами угля, а их подсчет с использованием геологической модели является одной из основных функций современных ГИС. Однако, благодаря совокупности современных компьютерных технологий, опыту горных инженеров и результатам исследовательских работ по изучению горных пород область применения ГИС может быть намного шире: можно решать такие задачи, как максимизация экономических показателей производства (более точное календарное и оперативное планирование объемов работ, раскройка шахтного поля), повышение безопасности труда шахтеров, предупреждение чрезвычайных экологических ситуаций [18] и другое. Для этого необходимо перейти от статических геологических моделей месторождений полезных ископаемых (МПИ) к динамическим моделям, отражающим динамические изменения, протекающие в горном массиве в процессе ведения добычных работ и после их окончания.
Для осуществления данного перехода необходим метод моделирования деформации лежащей над очистными выработками свиты пластов, причем данная модель должна динамично учитывать те изменения, которые происходят с горным массивом по мере продвижения очистного комплекса в лаве. Это позволит прогнозировать развитие антропогенных процессов при выемке угля, изменяющуюся конфигурацию и параметры куполов обрушенных вышележащих пород за движущимся очистным комплексом и заблаговременно принимать меры по обеспечению безопасности ведения горных работ, дегазации выработанных пространств и решению экологических проблем, связанных с грунтовыми водами, образованием мульды проседания пород и раскрытию трещин до дневной поверхности.

позволяет при математическом моделировании удерживать во всех уравнениях только линейные члены, содержащие бесконечно малые первого порядка, т. е. решать соответствующие задачи в линейной постановке (в геометрическом смысле), что значительно упрощает математический анализ.
2.2 Анализ средств моделирования геомеханических процессов
В мировой горной практике широко используется компьютерное моделирование различных объектов и процессов. Лучшие показатели применения компьютерных технологий в горнодобывающей промышленности имеют интегрированные системы крупных специализированных фирм США, Австралии, Канады, Англии, Франции и ЮАР (Mintec Гпс., The Datamine Group, Systèmes GeoStat International Inc., Mincom Pty Ltd, Techbase International Ltd, Gemcom Software International Inc., Carlson Software, Metech Pti Ltd, Micromine Ltd и другие). Типичная для таких систем структура выполняемых функций приведена на рисунке 4.
Общее планирован vie и разведка
Интерп- Проекти-Бурение и ретация и рование
опробо- подсчет рудника
вание запасов
оптими-
зация

Ядро MICROMINE I I
MICROMINE
к Горное Добыча и Извле- Общее
Ш плани- контроль L чение и планиро-
Эг рование содер- у рекуль- вание и
Г жаний тивация управ
|fa|3p!É ление А

MineMAX

PITRAM I I
GBIS
Рисунок 4. Программы и их структура выполняемых функций
В России и странах СНГ много говорится о создании интегрированных компьютерных систем, позволяющих строить и применять модели геологических и горно-технологических объектов, но до сих пор нет единого мнения о стандартизованном наборе выполняемых ими функций и