Прогноз самовозгорания углей угольного пласта 19 поля шахты «Распадская» Кузнецкого бассейна

© Ф.А. Голынская, О.С. Смирнова, Р.А. Никонов, 2016

Ф.А. Голынская, О.С. Смирнова, Р.А. Никонов

ПРОГНОЗ САМОВОЗГОРАНИЯ УГЛЕЙ УГОЛЬНОГО ПЛАСТА 19 ПОЛЯ ШАХТЫ «РАСПАДСКАЯ» КУЗНЕЦКОГО БАССЕЙНА

Изложены принципы и методика прогноза самовозгорания углей на примере угольного пласта 19 поля шахты «Распадская» Кузнецкого бассейна. Исследования включали установление геологических факторов самовозгорания углей, определение граничных значений (нормативов) по степени опасности самовозгорания и определения методом классификации данных по «близости» к эталонным группам наблюдений (ранговая модель) степени опасности самовозгорания в точках наблюдений (скважинах). Результатом является графическое изображение распределения в контурах шахтного поля отличающихся степенью опасности самовозгорания исследуемых углей.

Ключевые слова: самовозгорание углей, ранговая модель, нормативы, ранговая шкала, эталонные точки, шахтное поле, степень опасности самовозгорания углей, ArcGIS.

Кузнецкий бассейн занимает лидирующее в России положение по самопроизвольному возгоранию углей, что связано с большим объемом добычных работ, весьма сложными условиями залегания и тектонической нарушенностью угольных пластов.

Распределение пожаров по районам в Кузбассе весьма неравномерно: приблизительно 80% пожаров приходится на Проко-пьевско-Киселевский район, 10% — на Кемеровский и 10% — на другие районы. Характер пожаров в разных районах тоже очень различен. Так в Прокопьевско-Киселевском районе почти 100% зарегистрированных пожаров возникает от самовозгорания углей. В других же районах преобладают пожары от других причин, что обусловлено, в основном, различиями в геологическом строении [1].

В результате исследования геологического строения угольных пластов, качественной характеристике углей, их физико-химических характеристик и статистических данных о самовозгорании углей в Кузнецком бассейне были установлены геологические факторы самовозгорания углей и граничные

УДК 622.82: 552.57

Опасные Малоопасные Неопасные Геологические факторы

>7,2 3,2-7,2 <3,2 Мощность, т, м

>300 100-300 <100 Глубина залегания, м

V и) - Строение

V о -1 с о л э V м (Л Угол наклона, град.

V -1 о А ю Степень тектонической нарушенности, км/км2

10,0-15,0 >15,0 <10,0 Влажность, Ц*, %

10,0-20,0 >20,0 <10,0 Зольность, А', %

<-5,0 5,0-8,0 >8,0 Метаноносность угольного пласта, м '/т

>4,0 1,5-4 <1,5 Сера общая Б*, %

>41,0 30,0-40,0 <30,0 Выход летучих в-в, У3'1, %

<56,0 56,0-71,0 >71,0 витрини- та, % Содержание микрокомпонентов группы

>29,8 16,0-29,8 <16,0 интерти-нита, /, %

$

ст> й

С

03

Номер скважины

верх гран нижн гран больше между меньше веса

-4 и> - о\ Мощность, м

и> о о о о и> - (Л Глубина залегания пласта, м

и> ю и> - и> Строение угольного пласта

4- О ю (Л и> - о\ Угол наклона, град.

4- ю и> - о\ Тектоническая нарушенность, км/км2

О о и> - о\ Показатель карсто-нарушенности

'Л о ю и> - о\ Влажность, Ц^, %

о о ю и> - и> Метаноносность, м'/т

00 (Л - и> (Л Зольность, А%

4- 'л и> - о\ Сера общая, Л11,, %

4- О и> о и> - (Л Выход летучих веществ, И"', %

-4 (Л о\ и> - и> Витринит, %

29,8 о\ и> - (Л Инертинит, }, %

Степень опасности самовозгорания углей

в в в и> Расстояние до эталонных точек

У £

Г £

5

С

оз

а а

о §

л а л а а а а к

а

2

0

1

а

(М »

а

I

л «!

»

О

а к а;

3

а

л £

а

(М

а

Г

о о л «!

а »

204 1 3 2 2 1 0 1 3 1 1 2 1 3 неопасные 46 33,6 54

206 2 3 2 2 2 0 1 1 1 1 2 1 2 малоопасные 47 34,6 57,7

207 2 3 2 3 2 0 1 1 1 1 2 1 2 малоопасные 35 33,4 62,5

208 1 3 2 2 2 0 1 1 1 1 2 2 3 малоопасные 39 41,4 65,7

210 1 2 2 3 2 0 1 1 1 1 1 3 1 неопасные 37 49,4 67,7

211 1 1 2 3 2 0 1 1 3 1 1 3 2 неопасные 51 32,6 51,2

213 2 2 3 3 2 0 1 1 1 1 2 1 3 малоопасные 67 48,6 47,4

212 3 1 3 2 3 0 1 3 1 2 1 3 опасные 35 33,4 62,5

214 1 2 2 2 2 0 1 1 1 1 2 1 3 малоопасные 34 43,2 66

215 1 1 2 2 1 0 1 1 3 1 2 1 2 неопасные 42 39,6 62,7

значения их параметров разной степени опасности самовозгорания (табл. 1).

Анализ собранных данных был произведен с помощью статистического пакета STATISTICA 6.1. Для определения степени опасности самовозгорания углей в исследуемых точках (скважинах) была применена разработанная авторами методика, в основе которой лежит ранговая модель данных, и идея, состоящая в классификации данных по «близости» к эталонным группам наблюдений.

Использование нормативов (граничных значений) определения уровней опасности факторов (всего 13) позволяет перейти от исходных данных к ранговой шкале (табл. 2). Все необходимые преобразования исходных данных и вычисления были произведены автоматически программой (макросом) на языке Visual Basic для Excel.

Прогноз самовозгорания углей с применением метода многомерной классификации по эталонным точкам осуществлен в границах поля шахты «Распадская», которое расположено в

Рис. 1. Карта прогноза самовозгорания углей шахты «Распадская» Кузнецкого бассейна

центральной части Распадского месторождения Кузнецкого бассейна. Исследуемый угольный пласт 19 принадлежит ленинской свите верхнепермского возраста [2]. В результате проведенных расчетов в каждой точке наблюдений (скважине) в пределах поля шахты «Распадская» установлена степень опасности самовозгорания углей. Полученные данные были использованы при построении карты прогноза самовозгорания углей исследуемого шахтного поля. С этой целью была применена программа ArcMap 10.2 из семейства геоинформационных программ ArcGIS. В программе были размещены данные о расположение скважин и степени опасности самовозгорания углей в формате AutoCad (dxf). Далее по имеющимся значениям методом интерполяции была построена непрерывная поверхность, отражающая степень опасности самовозгорания углей в каждой точке месторождения, которая была преобразована в карту прогноза самовозгорания углей (рисунок).

Анализ карты прогноза показал, что большая часть (около 85%) угольного пласта в границах шахтного поля «Распадская» содержит угли, неопасные по самовозгоранию. На долю опасных по самовозгоранию углей, которые имеют вид двух изолированных участков в центральной части шахтного поля, приходиться около 7%.

Резюме. Было показано, что для определения степени самовозгораемости угольного пласта по данным геологоразведочных работ, ввиду отсутствия между этими данными в точках наблюдений (скважинах) значимых корреляций, наличие у них как непрерывных, так и дискретных значений, целесообразно применение метода многомерной классификации по эталонным точкам, который состоит в классификации данных по «близости» к эталонным группам наблюдений. Полученные в каждой точке наблюдений (скважине) данные о степени самовозгораемости углей позволяют показать пространственное распределение разных по степени опасности самовозгорания углей в пределах шахтного поля, отдельного месторождения и пр. путем применения геоинформационных программных продуктов, например, семейства ArcGIS.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Маевская В.М. Прогноз эндогенной пожароопасности при разработке угольных пластов. Дисс. на соиск. уч. степ. докт. техн. наук. — Кемерово, 1969. - С. 3-6, 127.

2. Соколовский А.В., Лапаев В.Н., Каплан А.В. и др. ТЭО постоянных кондиций и пересчет запасов каменных углей поля разреза Рас-

падский Распадского месторождения. — Кемерово: НТЦ—НИИОГР — ЗАО «Разрез Распадский» 2004. - 183 с. г^7^

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ

Голынская Фарида Асхатовна — кандидат геолого-минералогических наук, доцент, МГИ НИТУ «МИСиС»,

Смирнова Ольга Сергеевна — кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник,

Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, Никонов Роман Александрович — младший научный сотрудник, Институт проблем нефти и газа РАН.

F.A. Golynskaya, O.S. Smirnova, R.A. Nikonov PREDICTION OF SPONTANEOUS COMBUSTION OF COAL IN A COAL SEAM 19 OF THE FIELD OF MINE «RASPADSKAYA» KUZNETSK BASIN

The article describes the principles and methodology of prediction of spontaneous combustion of coals on the example of a coal seam 19 of the field of mine «Raspadskaya» Kuznetsk basin. The research included the establishment of geological factors of spontaneous combustion of coal, determination of the boundary values (norms) on the degree of danger of spontaneous combustion and definitions classification method data «close» to the reference groups of observations (rank model) the degree of danger of spontaneous combustion at the point of observation (wells). The result is a graphical representation of the distribution in the contours of a mine field differing in the degree of danger of spontaneous combustion of the studied coals Raspadsky.

Key words: spontaneous combustion of coal, ranking model, norm, rank scale, the reference point, mine field, the degree of danger of spontaneous combustion of coal, ArcGIS.

AUTHORS

Golynskaya F.A., Candidate of Geological and Mineralogical Sciences, Assistant Professor, Mining Institute, National University

of Science and Technology «MISiS», 119049, Moscow, Russia, e-mail: ud@msmu.ru, Smirnova O.S., Candidate of Physical and Mathematical Sciences, Senior Researcher, Lomonosov Moscow State University, Moscow, Russia, Nikonov R.A., Junior Researcher, Institute of Oil and Gas Problems of Russian Academy of Sciences, Moscow, Russia.

REFERENCES

1. Maevskaya V.M. Prognoz endogennoy pozharoopasnostipri razrabotke ugol'nykh plas-tov (Prediction of endogenous fire risk in the development of coal seams), Doctor's thesis, Kemerovo, 1969, pp. 3—6, 127.

2. Sokolovskiy A.V., Lapaev V.N., Kaplan A.V. TEOpostoyannykh konditsiy ipereschet zapasov kamennykh ugley polya razreza Raspadskiy Raspadskogo mestorozhdeniya (Century and other permanent conditions feasibility study and translation reserves coal fields Ras-padsky opencast Raspadskaya mine), Kemerovo, 2004, 183 p.

UDC 622.82: 552.57