Проблемы недропользования. 2016. Выпуск 2 (9).

1. Сетевое периодическое научное издание
ISSN 2313-1586
Выпуск 2
Екатеринбург
2016
16+

2. Сетевое периодическое научное издание
ПРОБЛЕМЫ НЕДРОПОЛЬЗОВАНИЯ
Учредитель – Федеральное государственное бюджетное учреждение науки
Институт горного дела Уральского отделения РАН
№ государственной регистрации Эл № ФС77-56413 от 11.12.2013
Выходит 4 раза в год только в электронном виде
РЕДАКЦИОННАЯ КОЛЛЕГИЯ:
С.В. Корнилков, д.т.н., проф., директор ИГД УрО РАН, г. Екатеринбург - главный редактор
Г.Г. Саканцев, д.т.н., с.н.с., ИГД УрО РАН, г. Екатеринбург – зам. главного редактора
Члены редакционной коллегии:
Н.Ю. Антонинова, к.т.н., заведующая лабораторией ИГД УрО РАН, г. Екатеринбург
А.А. Барях, д.т.н., проф., директор ГИ УрО РАН, г. Пермь
Н.Г. Валиев, д.т.н., проф., проректор по науке УГГУ, г. Екатеринбург
С.Д. Викторов, д.т.н., проф., заместитель директора ИПКОН РАН, г. Москва
С.Е. Гавришев, д.т.н., проф., директор ИГД и Т, МГТУ, г. Магнитогорск
А.В. Глебов, к.т.н., заместитель директора ИГД УрО РАН, г. Екатеринбург
С.Н. Жариков, к.т.н., с.н.с., ИГД УрО РАН, г. Екатеринбург
А.Г. Журавлев, к.т.н., с.н.с., ИГД УрО РАН, г. Екатеринбург
В.С. Коваленко, д.т.н., проф., заведующий кафедрой МГГУ, г. Москва
В.А. Коротеев, д.т.н., проф., академик, советник РАН ИГГ УрО РАН, г. Екатеринбург
М.В. Курленя, д.т.н., проф., академик, директор ИГД СО РАН, г. Новосибирск
С.В. Лукичев, д.т.н., проф., заместитель директора ГоИ КНЦ РАН, г. Апатиты
В.В. Мельник, к.т.н., заведующий лабораторией ИГД УрО РАН, г. Екатеринбург
И.Ю. Рассказов, д.т.н., директор ИГД ДВО РАН, г. Хабаровск
И.В. Соколов, д.т.н., заведующий лабораторией ИГД УрО РАН, г. Екатеринбург
С.М. Ткач, д.т.н., директор ИГДС СО РАН, г. Якутск
С.И. Фомин, д.т.н., проф. кафедры, НМСУ «Горный», г. Санкт-Петербург
А.В. Яковлев, к.т.н., заведующий лабораторией ИГД УрО РАН, г. Екатеринбург
В.Л. Яковлев, д.т.н., проф., чл.-корр., советник РАН, ИГД УрО РАН, г. Екатеринбург
Издатель: Федеральное государственное бюджетное учреждение науки
Институт горного дела Уральского отделения РАН
Все статьи проходят обязательное рецензирование
Адрес редакции: 620075, г. Екатеринбург, ул. Мамина-Сибиряка, д. 58, тел. (343)350-35-62
Сайт издания: trud.igduran.ru
Выпускающий редактор: О.В. Падучева
Редактор: О.А. Истомина, Н.У. Макарова
Компьютерный набор и верстка: Т.Н. Инякина, Я.В. Неугодникова, Т.Г. Петрова
Верстка сайта: М.В. Яковлев
16+

3. ПРОБЛЕМЫ НЕДРОПОЛЬЗОВАНИЯ № 2, 2016 г.
3С е т е в о е п е р и о д и ч е с к о е н а у ч н о е и з д а н и е
Содержание
ГЕОИНФОРМАТИКА
Антонов В.А. Метод геоинформационного отображения качества титаномагнетитовой руды … 5
Бобров Д.А. Информационно-справочная система газодинамических явлений
и газоносности для условий шахтных полей рудников ПАО «Уралкалий» ……………………….. 12
Верхоланцева Т.В., Дягилев Р.А. Применение ГИС-технологий для изучения
влияния горнотехнических параметров на сейсмический режим калийных рудников ……………. 19
Катаев А.В., Кутовой С.Н., Ефимов Е.М., Мейстер Д.А.
Создание горно-геологической информационной системы ПАО «Уралкалий» …………………… 26
Абатурова И.В., Стороженко Л.А., Борисихина О.А., Козлов В.С.
Инженерно-геологические условия золоторудных месторождений и особенности их изучения .... 32
Платэ А.Н., Веселовский А.В. База геолого-геофизических данных как составная часть
геоинформационной системы (ГИС-проекта) ………………………………………………………… 39
Писаренко М.В. Разработка горно-геометрического обеспечения оценки подготовленности
угольных месторождений к рациональному промышленному освоению ………………………….. 46
ГЕОДИНАМИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
Гиляров В.Л., Дамаскинская Е.Е., Рассказов И.Ю. Закономерности временного изменения
динамических параметров разрушения на месторождении «Антей» ………………………………. 53
Писецкий В.Б., Лапин С.Э., Зудилин А.Э., Патрушев Ю.В., Шнайдер И.В.
Методика и результаты промышленного применения системы сейсмического контроля
состояния горного массива “МИКОН-ГЕО” в процессе подземной разработки
рудных и угольных месторождений …………………………………………………………………... 58
Рубчевский Ю.И. Моделирование геомеханических процессов при проведении
горных выработок в закладочном массиве ……………………………………………………………. 65
Желтышева О.Д., Усанов С.В., Драсков В.П. Меры охраны зданий и сооружений
от подземных горных работ в карстующемся массиве ……………………………………………… 71
Монастырский Ю.А., Веснин А.В., Систук В.А., Богачевский А.А.
Определение температурных показателей лакового покрытия якорной обмотки
тягового двигателя карьерного самосвала Белаз-75131 методом САЕ-моделирования …..………. 77
Khachay Olga, Khachay Oleg, Magdy Attya, Ahmed Bakr Khalil, Mahmoud Mekkawi,
Mamdouh Soliman The geotechnical parameters from CSEM mapping and monitoring data
at the Oaisis Kharga and baris of Sahara Desert, Egypt (Геотехнические параметры, определяемые
с использованием активного электромагнитного индукционного метода картирования
и мониторинга в оазисах Харга и Барис, пустыня Сахара, Египет) ………………………………… 84
КАРЬЕРНЫЙ ТРАНСПОРТ
Кульпин А.Г., Стенин Д.В., Култаев Е.Е. Оценка влияния условий эксплуатации карьерных
автосамосвалов на тепловое состояние крупногабаритных шин ……………………………………. 93
Левин Е.Л., Сердюков А.Л., Запорожец В.Ю., Абросимова Г.Г., Кудряшов В.С.
Информационно-расчетный комплекс компьютерных средств динамического
оптимального проектирования и планирования горнотранспортных работ в карьере ……………. 98
Реутов А.А. Улучшение эксплуатационных свойств резинотросовых конвейерных лент ……….. 106
РАЗРУШЕНИЕ ГОРНЫХ ПОРОД
Шеменев В.Г., Жариков С.Н., Меньшиков П.В., Синицын В.А.
Взаимосвязь между детонационными характеристиками эмульсионного
взрывчатого вещества нитронит ……………………………………………………………………….. 112
ЭКОЛОГИЯ
Фокина Н.В., Янишевская Е.С., Евдокимова Г.А. Сезонная динамика численности
и трофическое разнообразие микроорганизмов в процессе флотации сульфидных
медно-никелевых руд на обогатительной фабрике Кольской ГМК ………………………………… 118

4. ПРОБЛЕМЫ НЕДРОПОЛЬЗОВАНИЯ №2, 2016 г.
С е т е в о е п е р и о д и ч е с к о е н а у ч н о е и з д а н и е
ГЕОИНФОРМАТИКА

5. ПРОБЛЕМЫ НЕДРОПОЛЬЗОВАНИЯ №2, 2016 г.
5С е т е в о е п е р и о д и ч е с к о е н а у ч н о е и з д а н и е
УДК 519.72:553.311.2 DOI: 10.18454/2313-1586.2016.02.005
Антонов Владимир Александрович
доктор технических наук,
главный научный сотрудник,
Институт горного дела УрО РАН,
620075, г. Екатеринбург,
ул. Мамина-Сибиряка, 58
e-mail: Antonov@igduran.ru
МЕТОД ГЕОИНФОРМАЦИОННОГО
ОТОБРАЖЕНИЯ КАЧЕСТВА
ТИТАНОМАГНЕТИТОВОЙ РУДЫ
Antonov Vladimir A.
Сhief researcher,
Doctor of technical sciences,
The Institute of Mining UB RAS,
620075, Yekaterinburg, 58, Mamin-Sibiryak st.
e-mail: Antonov@igduran.ru
THE METHOD OF GEO-INFORMATIONAL
DISPLAYING TITANIUM-MAGNETITE
ORE QUALITY
Аннотация:
Изложен метод геоинформационного отобра-
жения качества ванадийсодержащей малоти-
танистой магнетитовой руды. Показано на
примере Гусевогорского месторождения магне-
титов, что данным методом выделяются в
геопространстве его участки по предложен-
ному признаку качества руды – комплексному
экономическому показателю. Этот показатель
выражает интегрированное воздействие пара-
метров руды на относительную прибыль, полу-
чаемую в итоге ее добычи, обогащения и реали-
зации полученной продукции. Картирование ка-
чества руды по данному методу дает возмож-
ность эффективно планировать горные работы
и управлять ими.
Ключевые слова: руда, качество, комплексный
экономический показатель, прибыль, геоинфор-
мационное отображение
Abstract:
The method of geo-informational displaying vana-
dium-containing small-titanium magnetite ore qual-
ity is cited. It is shown that its areas in geo-space
are allocated by this method in terms of the pro-
posed ore quality that is an integrated economic in-
dicator, the Gusevogorsky magnetite deposit being
an example. This indicator manifests the integrated
influence of ore parameters on relative profit at the
end of its mining, enrichment and final product re-
alization. Ore quality mapping according to this
method makes it possible to plan and control mining
operations efficiently.
Key words: ore, quality, integrated economic indi-
cator, profit, GIS mapping
Введение. В условиях дефицита в металлургии Уральского региона концентриро-
ванных руд основным минерально-сырьевым источником получения железа являются
небогатые (16 – 18 % Fe), но крупные по запасам месторождения малотитанистых вана-
дийсодержащих магнетитов. Освоению месторождений благоприятствует их широкое
распространение, сравнительно простое геологическое строение, возможность карьер-
ной отработки, а также применение технологии обогащения, позволяющей получать ва-
надиевый титаномагнетитовый концентрат и выходную продукцию в виде агломерата и
окатышей.
Для управления добычи руды на обозначенных месторождениях важным является
геоинформационное отображение ее качества, то есть количественное, координирован-
ное в геопространстве оценивание свойств руды, определяющих возможную эффектив-
ность ее технологической переработки и реализации полученной продукции. Свойства
руды выражаются набором химических и структурных параметров. Основными из них
являются содержания в руде железа CFем, связанного с магнетитом 8 – 12,5 %, пентоксида
ванадия CV 0,08 – 0,25 %, диоксида титана CTi 0,5 – 2 % и размер d вкрапленных зерен
магнетита 0,01 – 8 мм. Эти параметры влияют на качество руды и, следовательно, на
конечный результат горно-обогатительного производства по-разному. Изменение содер-
жания железа, находящегося в магнитной фракции, а также размера зерен магнетита в
 Статья публикуется в порядке обсуждения

6. ПРОБЛЕМЫ НЕДРОПОЛЬЗОВАНИЯ №2, 2016 г.
6С е т е в о е п е р и о д и ч е с к о е н а у ч н о е и з д а н и е
значительной степени влияет на эффективность дробления руды и последующей магнит-
ной сепарации. Это приводит к соответствующим изменениям себестоимости обогаще-
ния. Содержащиеся в руде ванадий и титан из-за изоморфной и минералогической связи
с магнетитом переходят в концентрат и выходную продукцию. Здесь ванадий является
ценным компонентом, поскольку в дальнейшем процессе металлургической переработки
выходной продукции попутно извлекается из образующихся шлаков как самостоятель-
ный продукт назначения, в то время как титан является вредной тугоплавкой примесью,
осложняющей металлургическую переработку.
В связи с магнитным методом обогащения руды направление горных работ по ее
добыче ориентируют главным образом на участки, выделенные на горизонтальном
плане площадного распределения магнетитового железа CFем. Для дополнительной ори-
ентации создаются, например, в работе [1], раздельные планы распределений в геопро-
странстве других упомянутых рудных параметров CV, CTi, и d. Однако при координиро-
ванном совмещении этих планов в комплексной интерпретации качества руды возникает
непреодолимое затруднение. Оно состоит в том, что совокупность значений раздельно
картированных рудных параметров не дает целостного представления о совместном их
влиянии на эффективность ее дальнейшего обогащения и реализацию полученной про-
дукции, определяющих конечный экономический результат добычи руды на выделен-
ном участке.
В данной статье для решения отмеченной проблемы предлагается эконометриче-
ский метод геоинформационного отображения качества титаномагнетитовой руды. Ме-
тод включает в себя совокупность следующих приемов и операций. Формируется мате-
матическая модель комплексного экономического показателя руды (КЭПр) как функция
ее качества, определяющая по набору рудных параметров относительный результат до-
бычи, переработки руды и реализации полученной продукции. Проводится расчет пока-
зателя КЭПр в координированных узловых точках геопространства по данным геофизи-
ческих и геологических измерений рудных параметров. По метрической матрице узло-
вых точек строится картографическая модель качества руды, показывающая распределе-
ние показателя КЭПр в геопространстве залежи титаномагнетитов.
Математическая модель КЭПр. При моделировании принята идея: создать пока-
затель качества руды, отображающий в относительном виде зависимость экономиче-
ского результата, полученного при реализации выходной продукции, от основных руд-
ных параметров. В связи с этим определено, что КЭПр – это отношение условной при-
были П, полученной от реализации продуктов обогащения руды (концентрата, агломе-
рата, окатышей), поступившей на передел с естественными параметрами по содержа-
ниям окисей титана CTi, ванадия CV, железа CFем и размеру вкраплений магнетита d к
условной прибыли П0, полученной от реализации таких же продуктов обогащения руды,
поступившей на передел с соответствующими параметрами CTiо, CVо, CFео, dо нормаль-
ной кондиции. Здесь под нормальной кондицией понимается обоснованный набор руд-
ных параметров, усредненных по объему естественного залегания руды и обеспечиваю-
щих устойчивую ее переработку и плановый выход готовой продукции. Это руда мало-
титанистая, средняя по вкрапленности и обогатимости. Таким образом, КЭПр выража-
ется соотношением функции П (CTi, CV, CFем, d) к ее частному значению П0:
),мFе,V,Тi(П
)м,FеV,Тi,П(
КЭПр
00000 d
d
 . (1)
В модели принята следующая структура влияния на КЭПр рудных параметров.
На цену Ц концентрата, агломерата и окатышей предусмотрено влияние содержаний в
руде окисей титана CTi и ванадия CV. Себестоимость обогащения Соб руды зависит от
содержания в ней железа CFем и размера вкраплений магнетита d. Положив себестои-
мость добычи руды Сдоб условно постоянной величиной, выразим прибыль разностью
.С-)м,Fе(С-)V,ТiЦ(П добоб d (2)

7. ПРОБЛЕМЫ НЕДРОПОЛЬЗОВАНИЯ №2, 2016 г.
7С е т е в о е п е р и о д и ч е с к о е н а у ч н о е и з д а н и е
Интервалы изменения КЭПр зависят от установленных рудных кондиций, техно-
логических режимов дробильно-обогатительного передела и системы ценообразования
выходной продукции, принятой на горном предприятии, осваивающем месторождение
титаномагнетитов. При этом зависимость цены Ц и себестоимости Соб от рудных пара-
метров выражается в относительном виде знакопеременными функциями влияния, соот-
ветственно, ФTi, ФV и ФFем, Фd. С учетом функций влияния выразим цену и себестои-
мость обогащения следующими равенствами:
)Φ(1)Φ(1Ц)VTi(Ц VTi0 , ; (3)
)ΦΦ(1С)м,Fe(С MFеооб.об dd  , (4)
где Соб.о. и Цо – себестоимость обогащения и цена выходной продукции, полученные по
результатам переработки руды с параметрами нормальной кондиции. Функции  обра-
щаются в нуль при соответствующих равенствах: CTi=CTiо, CV=CVо, CFем= CFемо, d = dо. В
расчете цены влияние содержаний CTi и CV взаимно дополняющее, а в расчете себестои-
мости влияние CFем и d взаимно компенсирующее. Поэтому в выражении (3) факторы
влияния умножаются, а в формуле (4) – суммируются.
Выразим отношения себестоимостей обогащения и добычи руды с нормальной
кондицией, а также суммарной себестоимости и цены выходной продукции, полученные
по результатам ее переработки, с помощью отраслевых коэффициентов K и :
Таблица 1
Интервалы изменения параметров руды и функций их влияния
Параметры
руды
Функции
влияния
Значения параметров руды и функций влияния
Руда с параметрами
ниже нормальной
кондиции
КЭПр < 100 %
Руда с параметрами
нормальной
кондиции
КЭПр = 100 %
Руда с параметрами
выше нормальной
кондиции
КЭПр > 100 %
Содержание
двуокиси
титана CTi
ФTi
1,23 % < CTi ≤ 1,6 %.
Ц снижается на 7 %
CTiо = 1,23 %,
Ц= Ц0
0,9 % ≤ CTi < 1,23 %.
Ц повышается на 7 %
-0,07 ≤ ФTi <0 ФTi =0 0< ФTi ≤ 0,07
Содержание
пентоксида
ванадия CV
ФV
0,1 % ≤ CV < 0,145 % .
Ц снижается на 5 %
CVо =0,145 %
Ц= Ц0
0,145 % < CV ≤ 0,2 %.
Ц повышается на 5 %
- 0,05 ≤ ФV <0 ФV =0 0< ФV ≤ 0,05
Содержание
железа
магнитного
CFем
ФFем
8,25 % ≤ CFем < 10,21 %.
Соб повышается на 10 %
CFео = 10,21 %
Соб= Соб0
10,21 % < CFем ≤ 11,73 %.
Соб снижается на 10 %
0< ФFем ≤ 0,1 ФFем =0 - 0,1 ≤ ФFем <0
Размер
вкраплений
магнетита d
Фd
0,075 мм ≤ d < 2 мм.
Соб повышается на 10 %
d0 = 2 мм
Соб= Соб0
2 мм < d ≤ 5 мм.
Соб снижается на 10 %
0< Фd ≤ 0,1 Фd =0 - 0,1 ≤ Фd <0

8. ПРОБЛЕМЫ НЕДРОПОЛЬЗОВАНИЯ №2, 2016 г.
8С е т е в о е п е р и о д и ч е с к о е н а у ч н о е и з д а н и е
K

0
доб.0об.0
Ц
СС
; 
доб.0
об.0
С
С
. (5)
Преобразуем выражение КЭПр (1) с учетом соотношений (2) – (5) к следующему
функциональному виду:
 
K
K d



1
1)ΦΦ(1)(1)Φ(1)Φ(1
КЭПр мFе
-1
VTi
. (6)
Приведем формулу (6) к конкретному расчетному состоянию на примере оценки
качества титаномагнетитов Гусевогорского месторождения. Учитывая технико-эконо-
мические показатели горного производства [2], положим следующие значения коэффи-
циентов: K =0,65 и =3. Возможные интервалы влияния рудных параметров на экономи-
ческие показатели, согласно технологическим наблюдениям [3 – 4] и предварительным
экспертным оценкам, приведены в табл. 1.
Функции влияния ФTi, ФV, ФFем, Фd выразим нелинейной регрессией квазисту-
пенчатого вида. Параметры и коэффициенты соответствующих уравнений регрессии
рассчитаем по данным табл. 1 с помощью известной компьютерной программы «Тренды
ФСП-1». Полученные функции и их графики представлены на рис. 1.
После подстановки в равенство (6) значений коэффициентов и математических
выражений функций влияния получим следующую формулу, по которой рассчитывается
показатель качества руды КЭПр:
   
    









































)1,327(exp1
0,2
)0,997(exp1
0,2
0,80,65-
)80,387(-exp1
0,1
0,95
)12,135(exp1
0,14
0,93
1,53КЭПр
0FeFe
V0VTi0Ti
ddСС
СССС
м0м
.
-0,1
-0,05
0
0,05
0,1
0,8 1 1,2 1,4 1,6
-0,1
-0,05
0
0,05
0,1
0,08 0,12 0,16 0,2
-0,1
-0,05
0
0,05
0,1
5 7,5 10 12,5 15
-0,1
-0,05
0
0,05
0,1
0 1 2 3 4 5 6
СTi,
%
Тi, от. ед.
СTi0,
 )12,135(exp1
0,14
0,07Φ
Ti0Ti
Тi
СС 

СV, %
СV0
V, от. ед.
 )80,387(-exp1
0,1
0,05Φ
V0V
V
СС 

Fем, от. ед.
СFeм, %СFeм0
 )0,997(exp1
0,2
0,1Φ
FeFe
мFe
м0м СС 

d, от. ед.
d, мм
d0
 )1,327(exp1
0,2
0,1Φ
0dd
d


а б
в г
Рис. 1 – Математические выражения и графики функций влияния:
а – ФTi; б – ФV ; в – ФFем; г – Фd
(7)

9. ПРОБЛЕМЫ НЕДРОПОЛЬЗОВАНИЯ №2, 2016 г.
9С е т е в о е п е р и о д и ч е с к о е н а у ч н о е и з д а н и е
Аргументами функции КЭПр является набор рудных параметров CTi, CV, CFем, d. Функ-
ция обладает свойствами гладкости, непрерывности и однозначности. Еще отметим ее
важное свойство эквивалентности, выражающее комплексное, то есть совместное вли-
яние на качество руды всех обозначенных параметров. Это свойство проявляется в со-
хранении значений КЭПр при разнонаправленном действии аргументов, например, сни-
жении CFем и увеличении d или снижениях CTi и CV. Примеры оценок показателя КЭПр,
рассчитанные по параметрам руды, находящейся в некоторых точках горизонта титано-
магнетитов с координатами (X, Y), сведены в табл. 2.
Таблица 2
Значения параметров руды и показателя ее качества КЭПр
в отдельных точках горизонта титаномагнетитов
Номер
точки
X ,м Y, м СTi, % СV, % СFем, % d, мм КЭПр, %
Руда повышенного качества
1 1452 1115 1,10  0,138 10,5 3  119,2
2 1200 1439 1,21 0,158 11,6  2 117,7
3 1262 1333 1,50  0,181  12,4  3  112,6
Руда среднего качества
4 1701 1029 1,16 0,116 9,9  3  101,9
5 1524 1146 1,30  0,145 10,2 3  100,0
6 1595 1041 1,12  0,124  9,9 2 99,3
Руда сниженного качества
7 1478 1188 1,52  0,152 9,8  2 82,0
8 1249 1160 1,04  0,099  7,3  0,6  79,4
9 1300 1118 1,40  0,154 9,6  0,6  74,9
Руда среднего качества принимает значения КЭПр, близкие к 100 %. Руда повышенного
или сниженного качества характеризуется, соответственно, увеличенными или умень-
шенными значениями КЭПр. Рядом со значениями рудных параметров, повышающими
КЭПр, проставлены стрелки, направленные вверх. Значения параметров, снижающие
КЭПр, сопровождаются стрелками, направленными вниз. Так большинство стрелок в па-
раметрах руды повышенного качества направлены вверх, а сниженного качества – вниз.
В руде, относящейся к точке № 5, размер d зерен магнетита 3 мм и содержание СTi
двуокиси титана 1,3 % выше их средних значений. Соответственно, в расчете показателя
КЭПр себестоимость обогащения руды и цена выходной продукции снижены так, что
его значение осталось на среднем уровне 100 %.
Модели распределения КЭПр в геопространстве. Геоинформационное назначе-
ние показателя качества руды КЭПр реализуется построением модели его простран-
ственного распределения в массиве титаномагнетитов. Исходными данными для моде-
лирования являются локальные значения показателя КЭПр в координированных узло-
вых точках геопространства, рассчитанные по формуле (7). При этом используют значе-
ния в данных точках рудных параметров CTi, CV, CFем, d, полученные в результате геофи-
зических магнитных измерений и геологического опробования руды. По созданной та-

10. ПРОБЛЕМЫ НЕДРОПОЛЬЗОВАНИЯ №2, 2016 г.
10С е т е в о е п е р и о д и ч е с к о е н а у ч н о е и з д а н и е
ким образом метрической матрице узловых точек строится математическая или цифро-
вая модель распределения КЭПр в геопространстве. Модели представляют в виде карты,
плана или разреза.
Приведем пример построения горизонтального плана распределения КЭПр в мас-
сиве титаномагнетитов Гусевогорского месторождения. Значения показателя КЭПр в от-
дельных координированных узловых точках площади титаномагнетитов показаны на
рис. 2а. План построим кригинг-интерполяцией. Соответствующие цифровые расчеты
проведем в узлах прямоугольной сетки с относительным размером 30×30. Предвари-
тельно установлено, что пространственная корреляция показателя КЭПр в узловых точ-
ках изотропна. Его полувариограмма достаточно близко аппроксимируется функцией
Гаусса с радиусом корреляции, равным 6 единиц сетки. План, полученный в результате
расчетов, представлен на рис. 2б.
На плане отображаются особенности горизонтального распределения качества
титаномагнетитов. Участки с разными его значениями ограничены изолиниями. Каче-
ство руды на участках со значениями КЭПр от 95 % до 105 % обеспечивает получение
прибыли от реализации выходной продукции горно-обогатительного производства, со-
ответствующей установленной норме. Качество руды на других участках плана, где зна-
чения показателя КЭПр больше 105 % или меньше 95 % приводит к получению, соот-
ветственно, большей или меньшей прибыли. Участки руды с повышенным показателем
КЭПр расположены преимущественно на северо-западе и юго-востоке плана. Руда со
сниженным КЭПр расположена на северо-восточных и юго-западных участках.
339
600
861
1122
1383
1645
1906
2167
459
623
787
952
1116
1280
1445
1609
1773
1938
130-135
125-130
120-125
115-120
110-115
105-110
100-105
95-100
90-95
85-90
80-85
75-80
339
600
861
1122
1383
1645
1906
2167
459
623
787
952
1116
1280
1445
1609
1773
1938
115-120
110-115
105-110
100-105
95-100
90-95
85-90
80-85
75-80
339
600
861
1122
1383
1645
1906
2167
459
623
787
952
1116
1280
1445
1609
1773
1938
120-125
115-120
110-115
105-110
100-105
95-100
90-95
85-90
80-85
75-80
70-75
Рис. 3 – Планы распределения показателя КЭПр на горизонте
титаномагнетитов без учета влияний: ванадия (а); ванадия и титана (б)
X , М
Y,
М
КЭПр, % ба
КЭПр,
%
X , М
Y,
М
ФV
=0
ФV
=0
ФTi
=0
X , М
Y,
М X , М
КЭПр, %Y,
М
Рис. 2 – Распределения показателя КЭПр на горизонте титаномагнетитов,
полученные в результате измерений рудных параметров
в узловых точках (а) и последующего моделирования плана (б)
ба
КЭПр,
%
КЭПр, %
КЭПр, %

11. ПРОБЛЕМЫ НЕДРОПОЛЬЗОВАНИЯ №2, 2016 г.
11С е т е в о е п е р и о д и ч е с к о е н а у ч н о е и з д а н и е
В связи с изменчивостью торгового рынка, возможно, в некоторый период горно-
обогатительного производства учитывать влияние титана и ванадия на ценообразование
выходной продукции нецелесообразно из-за сложившейся экономической конъюнк-
туры. Тогда в формулах (6) и (7) при расчете КЭПр в узловых точках следует положить
соответствующие функции влияния равными нулю: ФTi,=0, ФV=0. Планы показателя ка-
чества руды КЭПр на горизонте титаномагнетитов, полученные при данных условиях,
показаны на рис. 3.
Сравнивая планы, представленные на рис. 2 и рис. 3, отметим, что на западном
участке плана, построенного без учета ванадия, показатель КЭПр существенно повыша-
ется. На этом же участке плана, построенного без совместного учета ванадия и титана,
показатель КЭПр снижается. Это объясняется тем, что содержание ванадия и титана в
магнетитах этого участка ниже нормальной кондиции.
Заключение. Методом геоинформационного отображения качества ванадийсодер-
жащей малотитанистой магнетитовой руды, как показано на примере Гусевогорского ме-
сторождения, выделяются в геопространстве ее участки по новому признаку – предло-
женному показателю КЭПр, выражающему интегрированное воздействие параметров
руды на относительную прибыль, получаемую в итоге ее добычи, обогащения и реали-
зации полученной продукции.
Модель КЭПр обобщенного вида (6) допускает подстановку в нее разных значе-
ний коэффициентов K,  и функций влияния ФTi, ФV, ФFем, Фd в зависимости от особен-
ностей технологических режимов добычи и дробильно-обогатительного передела руды,
а также стратегии ценообразования выходной продукции. В связи с этим интервалы из-
менения параметров руды и функций влияния, представленные в табл. 1, могут быть
скорректированы. Последующие вычислительные операции легко выполняются совре-
менными компьютерными технологиями. Таким образом, расчетная модель (7) является
лишь частным случаем выражения КЭПр. Тем не менее представленные на рис. 2 и рис.
3 планы распределения показателя КЭПр на горизонте титаномагнетитов показывают
принципиальную возможность использования их для повышения эффективности плани-
рования горных работ и управления ими.
Литература
1. Яковлев В.Л. Геоинформационная оценка изменчивости качества титаномагнетито-
вых руд Гусевогорского месторождения / В.Л. Яковлев, Ю.В. Лаптев, А.М. Яковлев //
Литосфера. – 2014. – № 5. – С. 122 – 128.
2. Сборник технико-экономических показателей горных предприятий Урала за 1990 -
2000 гг. - Екатеринбург: ИГД УрО РАН, 2001. – С. 23.
3. Порцевский А.К. Управление качеством рудной массы на открытых горных рабо-
тах / А.К. Порцевский. – М.: МГГА, 1998. – 44 с.
4. Исследование титаномагнетитовых руд и концентратов ОАО «ЕВРАЗ КГОК» /
А.Н. Дмитриев, Р.В. Петухов, С.В. Корнилков и др. // Технологическая платформа
«Твердые полезные ископаемые»: технологические и экологические проблемы отра-
ботки природных и техногенных месторождений: доклады научн.-практ. конф. 1 – 2
октября 2013 г. – Екатеринбург: ИГД УрО РАН, 2013. – С. 28 – 34.

12. ПРОБЛЕМЫ НЕДРОПОЛЬЗОВАНИЯ №2, 2016 г.
12С е т е в о е п е р и о д и ч е с к о е н а у ч н о е и з д а н и е
УДК 622.831.322 DOI: 10.18454/2313-1586.2016.02.012
Бобров Дмитрий Александрович
инженер,
Горный Институт УрО РАН,
614007, г. Пермь, ул. Сибирская, 78а
e-mail: camdobr@yandex.ru
ИНФОРМАЦИОННО-СПРАВОЧНАЯ
СИСТЕМА ГАЗОДИНАМИЧЕСКИХ
ЯВЛЕНИЙ И ГАЗОНОСНОСТИ ДЛЯ
УСЛОВИЙ ШАХТНЫХ ПОЛЕЙ
РУДНИКОВ ПАО «УРАЛКАЛИЙ»
Bobrov Dmitry A.
engineer,
The Mining institute UB RAS,
614007, Perm, 78a Sibirskaya st.
E-mail: camdobr@yandex.ru
INFORMATIONAL AND REFERENCE
SYSTEM OF GAS AND DYNAMIC EVENTS
AND GASSINESS FOR SLOPE MINES
CONDITIONS OF THE PJSC
"URALKALIY" MINES
Аннотация:
Статья посвящена проблемам газодинамиче-
ских явлений и газоносности пластов Верхне-
камского месторождения калийно-магниевых
солей. Разработано приложение, позволяю-
щее систематизировать обработку, про-
смотр и пополнение геологических данных,
вести учет газодинамических явлений (ГДЯ),
а также выделять вероятные зоны, опасные
по ГДЯ.
Ключевые слова: газоносность, ГДЯ, геоин-
формационная система, прогнозные карты,
Верхнекамское месторождение
Abstract:
The article is devoted both to gas and dynamic
problems and seam gas content of Verkhnekam-
sky deposit of potassium-magnesium salts. The
supplement permitting to systematize processing,
examination and stocking geological data and to
perform gas and dynamic events account (GDE)
as well as to mark out probable zones dangerous
according to gas and dynamic events (GDE) is set
forth.
Key words: gassiness, GDE, geo-informational
system, forecasting maps, the Verkhnekamsky de-
posit
Общие положения
Верхнекамское месторождение калийно-магниевых солей в данный момент раз-
рабатывается пятью рудниками, два из которых находятся в г. Березники и три – в г.
Соликамск. Отработка месторождения осложнена ГДЯ, которые в первую очередь при-
водят к смерти и увечьям рабочих, повреждению дорогостоящего оборудования и оста-
новке добычи полезного ископаемого. В связи с этим возникла необходимость сбора
всех данных по ГДЯ, их систематизации, оцифровки для удобства пользования и плани-
рования горных работ.
Разработанное приложение, написанное на языке программирования MapBasic
для действующей на калийных рудниках геоинформационной системы, использующей
формат MapInfo, может быть встроенным в готовые рабочие наборы или загружаться
самостоятельной программой в ГИС MapInfo версии 4,5 и выше [1, 2].
Информационная справочная система «Газоносность, газодинамические характе-
ристики, газодинамические явления и прогнозные карты зон, опасных по ГДЯ, в калий-
ных ПАО «Уралкалий» (в дальнейшем ИСС «Газ и ГДЯ») предназначена для отображе-
ния текстовой и графической информации результатов исследований на шахтных полях
калийных рудников, газоносности и газодинамических характеристик пород продуктив-
ных пластов и междупластий, информации по зафиксированным на шахтных полях ка-
лийных рудников газодинамическим явлениям, построения изолиний средней газонос-
ности пластов, а также для построения прогнозных карт зон, опасных по ГДЯ, с приме-
нением решающих правил для данных, полученных при геологоразведочных работах и
шахтных экспериментальных исследованиях.
Приложение состоит из двух основных частей. Первая часть ИСС «Газ и ГДЯ»
включает в себя интерактивное отображение информации по выбранному ГДЯ и постро-
ение прогнозных карт. Информационным наполнением первой части служит база дан-
ных по сведениям о зафиксированных газодинамических явлениях на шахтных полях

13. ПРОБЛЕМЫ НЕДРОПОЛЬЗОВАНИЯ №2, 2016 г.
13С е т е в о е п е р и о д и ч е с к о е н а у ч н о е и з д а н и е
калийных рудников ПАО "Уралкалий" за весь период разработки Верхнекамского ме-
сторождения. Практически по всем зафиксированным на рудниках газодинамическим
явлениям имеются оцифрованные зарисовки, которые расположены в отдельной дирек-
тории и программно привязаны к базе данных по ГДЯ.
ИСС "Газ и ГДЯ" в автоматизированном режиме методом кригинга интерполи-
рует координатно привязанные предварительно рассчитанные значения решающих пра-
вил, расположенных в отдельном файле формата MSExcel, разделяет значения на опас-
ные (больше или равно 0) и неопасные (меньше 0), а также экспортирует в MapInfo Pro-
fessional Interchange Format (MIF), из которого строятся прогнозные карты в ГИС, ис-
пользующих MapInfo [3].
Вторая часть ИСС «Газ и ГДЯ» включает в себя интерактивное отображение ин-
формации по выбранной точке проведения замеров для изучения газоносности и газоди-
намических характеристик пород, а также построение изолиний средней газоносности
пластов [4]. Информационным наполнением данной части являются базы данных резуль-
татов исследований газоносности и газодинамических характеристик пород продуктив-
ных пластов и междупластий на шахтных полях калийных рудников ПАО "Уралкалий",
проведенных за период с 2000 по 2015 гг. лабораторией геотехнологических процессов
и рудничной газодинамики Горного института Уральского отделения Российской акаде-
мии наук.
Метод прогноза зон, опасных по газодинамическим явлениям
Метод прогноза зон, опасных по ГДЯ, основан на многомерном дискриминантном
анализе геологических показателей. Решающие правила для проведения прогноза зон,
опасных по ГДЯ, получены путем реализации процедуры многомерного
дискриминантного анализа на ПЭВМ. Для получения решающих правил использовались
как классические, так и робастные (устойчивые) процедуры многомерного
статистического анализа данных. Суть метода прогноза заключается в идентификации
геологических условий в конкретно заданной точке шахтного поля и сравнении с
геологическими условиями в местах возникновения ГДЯ.
Процедура прогноза зон, опасных по ГДЯ, заключается в подстановке значений
геологических показателей в конкретной точке наблюдения в решающие правила и
определении значения дискриминантной функции. На основании рассчитанных
значений дискриминантной функции производится отнесение точки наблюдения к зоне,
опасной или неопасной по ГДЯ. В случае, если подстановочное значение
дискриминантной функции является положительным, точка наблюдения относится к
зоне, опасной по ГДЯ, а при отрицательном значении – к зоне, неопасной по ГДЯ.
Точками наблюдения могут служить поверхностные скважины детальной разведки,
подземного разведочного бурения и бороздовые пробы.
В "Руководстве по прогнозу зон, опасных по газодинамическим явлениям, для
условий рудников ОАО "Уралкалий" [5] применяются унифицированные решающие
правила, которые позволяют проводить региональный и локальный прогнозы.
Региональный прогноз проводится по данным, полученным при бурении
геологоразведочных скважин с поверхности, а локальный – по данным
эксплуатационной разведки и результатам бороздового опробования калийных пластов
непосредственно в горных выработках.
В каждой точке опробования определяется численное значение решающего
правила (Fр), которое заносится на карту с заданными координатами. Путем
интерполяции между точками с полученными значениями решающего правила
находится его нулевое значение, являющееся границей зон с положительным значением
– опасной по ГДЯ, с отрицательным – неопасной.
Прогноз зон, опасных по ГДЯ, и построение прогнозных карт осуществляется
отдельно для пластов Кр.II, АБ и В сильвинитового или смешанного состава
геологическими службами рудников. Карты зон, опасных по ГДЯ, ежегодно

14. ПРОБЛЕМЫ НЕДРОПОЛЬЗОВАНИЯ №2, 2016 г.
14С е т е в о е п е р и о д и ч е с к о е н а у ч н о е и з д а н и е
дополняются при составлении планов горных работ по каждой из планируемых к
отработке и подготовке панелей или блоков и передаются на горные участки.
Порядок работы раздела информационно-справочной системы "Газоносность"
Для просмотра данных по газоносности и газодинамическим характеристикам по-
род продуктивных пластов и междупластий на шахтных полях калийных рудников ПАО
"Уралкалий" в ГИС MapInfo в меню "Газ" необходимо выбрать требуемый пласт (на
каждом руднике свои пласты). В этом случае в текущем окне карты добавится новый
слой с точечными объектами, отмеченными звездочками, и соответствующими местами
проведенных исследований газоносности и газодинамических характеристик пород.
Для просмотра данных по конкретной точке проведенных исследований необхо-
димо воспользоваться обозначенным на инструментальной панели символом "O" и ука-
зать мышкой на карте на требуемую точку. В этом случае на экране откроется информа-
ционное окно, содержащее все данные по выбранной точке проведения исследований
(рис. 1).
В информации по выбранной точке замеров показываются следующие сведения:
координаты, дата проведения замера, исследуемый пласт, номер панели, блока, наиме-
нование горной выработки, количество выполненных замеров, максимальная начальная
скорость газовыделения, максимальное газовое давление в массиве, рассчитанная сред-
няя газоносность пород, рассчитанная средняя газоносность пород по условному метану,
компонентный состав свободных газов в объемных процентах: CH4, H2, CO2, N2, C2H6,
C3H8, n-C4H10, i-С4H10, C5H12 – и прочие газы.
Рис. 1 – Пример просмотра данных по газоносности
и газодинамическим характеристикам пород пласта АБ шахтного поля рудника СКРУ-3

15. ПРОБЛЕМЫ НЕДРОПОЛЬЗОВАНИЯ №2, 2016 г.
15С е т е в о е п е р и о д и ч е с к о е н а у ч н о е и з д а н и е
Рис. 2 – Изолинии средней газоносности для пласта АБ шахтного поля рудника СКРУ-3
Для построения изолиний средней газоносности потребуется пройти два этапа. На
первом этапе осуществляется интерполяция зон для соответствующего пласта, для этого
необходимо в меню "Газ" выбрать нужный пласт и нажать "Интерполяция зон пла-
ста…". В этом случае автоматически запускается в свернутом режиме программа Surfer,
которая, используя имеющуюся базу данных по результатам шахтных эксперименталь-
ных исследований, выполняет интерполяцию полученных значений средней газоносно-
сти в каждой точке наблюдения и импортирует полученные таблицы в готовые рабочие
наборы в формате MapInfo. На втором этапе осуществляется импорт полученных зон для
соответствующего пласта, для этого в том же меню выбираем "Импорт зон пласта …".
В данном случае в автоматическом режиме карты газоносности, построенные на первом
этапе, импортируются в ГИС Map-Info. При этом в текущее окно карты на верхний уро-
вень добавляется новый слой, содержащий изолинии средней газоносности для выбран-
ного пласта (рис. 2).
Просмотр сведений по газоносности и газодинамическим характеристикам пород
можно также осуществлять непосредственно из файла формата MS Excel.
Порядок работы раздела информационно-справочной системы
" Газодинамические явления "
Для просмотра данных по газодинамическим явлениям в ГИС MapInfo в меню
"ГДЯ" необходимо выбрать "Показать ГДЯ" (рис. 3). В этом случае в текущем окне
карты добавится новый слой с точечными объектами, отмеченными красными звездоч-
ками и соответствующими местам зафиксированных ГДЯ, а также станет доступным
инструмент просмотра информации по ГДЯ – кнопка с изображением «глаза» на ин-
струментальной панели "Операции". Если в данный момент не было открыто ни одного
окна карты, то откроется новое окно. На карте будут показаны места зафиксированных

16. ПРОБЛЕМЫ НЕДРОПОЛЬЗОВАНИЯ №2, 2016 г.
16С е т е в о е п е р и о д и ч е с к о е н а у ч н о е и з д а н и е
ГДЯ тех рудников, для которых в папке GDP находятся соответствующие файлы баз
данных в формате EXCEL.
Рис. 3 – Пример просмотра данных по газодинамическим явлениям
для пласта АБ шахтного поля рудника СКРУ-3
Для просмотра данных по конкретному ГДЯ необходимо воспользоваться инстру-
ментом «глаз» и указать мышкой на карте на место зафиксированного ГДЯ. В этом слу-
чае на экране появится форма, содержащая информацию по выбранному газодинамиче-
скому явлению, а место данного ГДЯ обозначится более крупной желтой звездочкой.
Если на экране два и более места газодинамических явлений расположены слишком
близко, то при использовании инструмента «глаз» программа может предложить изме-
нить масштаб карты на экране и повторить выбор места ГДЯ. Если для данного ГДЯ в
базе имеется зарисовка, то внизу формы будет доступна кнопка "Зарисовка". В против-
ном случае эта кнопка будет недоступна. При нажатии на кнопку "Зарисовка" запу-
стится windows-приложение для просмотра растровых изображений, в котором откро-
ется зарисовка выбранного ГДЯ.
Просмотр сведений по газодинамическим явлениям можно также осуществлять
непосредственно из формы, путем выбора номера ГДЯ из списка. При этом произойдет
центрирование карты по выбранному ГДЯ. В списке номеров газодинамических явлений
будут присутствовать только номера для того рудника, который указан в поле "Рудник".
Для просмотра данных по другому руднику необходимо в поле "Рудник" выбрать не-
обходимый рудник. В этом случае в форме автоматически отобразится информация по
последнему газодинамическому явлению, зафиксированному на выбранном руднике.

17. ПРОБЛЕМЫ НЕДРОПОЛЬЗОВАНИЯ №2, 2016 г.
17С е т е в о е п е р и о д и ч е с к о е н а у ч н о е и з д а н и е
Прогнозные карты
Построение прогнозных карт осуществляется в два этапа. На первом этапе в меню
"ГДЯ" необходимо выбрать "Интерполяция зон …" для соответствующего пласта. В
этом случае автоматически запустится в свернутом режиме прикладная программа
Surfer, которая, используя имеющуюся базу данных по результатам геологоразведочных
работ (файл Выбросоопасность.xls), выполнит интерполяцию полученных значений ре-
шающих правил в каждой точке наблюдения методом кригинга и импортирует получен-
ные таблицы в готовые рабочие наборы в формате MapInfo. Необходимо дождаться
окончания работы программы Surfer (процесс интерполяции может длиться до несколь-
ких минут).
Рис. 4 – Прогнозная карта зон, опасных по ГДЯ, для пласта АБ
шахтных полей рудников СКРУ-1, СКРУ-2, СКРУ-3
На втором этапе в меню "ГДЯ" необходимо выбрать "Импорт зон …" для соот-
ветствующего пласта. В данном случае в автоматическом режиме прогнозные карты зон,
построенные на первом этапе, импортируются в ГИС Map-Info. При этом в текущее окно
карты на верхний уровень добавляется новый слой, содержащий прогнозные зоны ГДЯ
(рис. 4). Если не было открыто ни одного окна, то создается новая карта с прогнозными
зонами. При необходимости можно изменить порядок расположения слоев рабочей
карты, используя операцию "Управление слоями".

18. ПРОБЛЕМЫ НЕДРОПОЛЬЗОВАНИЯ №2, 2016 г.
18С е т е в о е п е р и о д и ч е с к о е н а у ч н о е и з д а н и е
Литература
1. Mapbasic. Среда разработки. Руководство пользователя: пер. с англ. ЭСТИ-М.
- Troy, NewYork: MapInfoCorporations, 2000. – 284 c.
2. Mapping Information Systems Corporation. MapInfo. Система настольной карто-
графии. Справочник: пер. с англ. ЭСТИ-М: - Troy, New York: MapInfo Corporations,
1992.– 454 c.
3. Руководство по региональному и локальному прогнозам потенциально выбро-
соопасных зон по геологическим данным для условий Верхнекамского месторождения
калийных солей. – Пермь: АО «Галургия», 1996. – 21 с.
4. Полянина Г.Д. Экспериментальные исследования распределения газа в при-
контурном массиве при разработке калийного пласта / Г.Д. Полянина, А.Н. Земсков //
Разработка соляных месторождений. – Пермь, 1977. - С. 120 - 123.
5. Руководство по прогнозу зон, опасных по газодинамическим явлениям, для
условий рудников ОАО "Уралкалий" // Специальные мероприятия по безопасному веде-
нию горных работ на Верхнекамском месторождении калийных солей в условиях газо-
вого режима в ОАО "Уралкалий" (технологический регламент). - Пермь-Березники,
2012.

19. ПРОБЛЕМЫ НЕДРОПОЛЬЗОВАНИЯ №2, 2016 г.
19С е т е в о е п е р и о д и ч е с к о е н а у ч н о е и з д а н и е
УДК 550.34.001.57 DOI: 10.18454/2313-1586.2016.02.019
Верхоланцева Татьяна Викторовна
младший научный сотрудник,
Горный институт УрО РАН,
614007, г. Пермь, ул. Сибирская, 78A
e-mail: tati.verkholantseva@gmail.com
Дягилев Руслан Андреевич
кандидат физико-математических наук,
заведующий лабораторией природной
и техногенной сейсмичности,
Горный институт УрО РАН
e-mail: dr@mi-perm.ru
ПРИМЕНЕНИЕ ГИС-ТЕХНОЛОГИЙ
ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ ВЛИЯНИЯ
ГОРНОТЕХНИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ
НА СЕЙСМИЧЕСКИЙ РЕЖИМ
КАЛИЙНЫХ РУДНИКОВ
Verkholantzeva Tatyana V.
junior researcher.
The Mining Institute UB RAS,
614007, Perm, 78A Sibirskaya st.
е-mail: tati.verkholantseva@gmail.com
Dyagilev Ruslan A.
Candiate of physical and mathematic sciences,
the head of the laboratory
of natural and man-made seismicity,
The Mining Institute UB RAS
е-mail: dr@mi-perm.ru
GIS TECHNOLOGY APPLICATION
FOR STUDYING THE INFLUENCE OF
MINING PARAMETERS ON SEISMICITY
IN POTASSIUM MINES
Аннотация:
В работе предложена модифицированная ма-
тематическая модель влияния различных фак-
торов на сейсмичность калийных рудников.
Выполнена параметризация модели с помощью
геоинформационных технологий для двух фак-
торов: возраста горных выработок и количе-
ства отработанных пластов.
Ключевые слова: калийный рудник, сейсмологи-
ческий мониторинг, математическая модель,
геоинформационные технологии, параметри-
зация
Abstract:
The modified mathematical model, describing the
influence of different factors on potassium mines
seismicity is proposed in the article. The model
parameterization is performed using geo-informa-
tional technologies for two factors: the age of
mine openings and number of mined-out layers.
Key words: potassium mine, seismological moni-
toring, mathematical model, geo-informational
technologies, parametrization
Введение
Верхнекамское месторождение калийно-магниевых солей (ВКМКС) – это слож-
ный объект, имеющий высокую техногенную нагрузку и постоянно изменяющуюся гео-
динамическую обстановку. Интенсивный рост объемов добычи полезных ископаемых
приводит к усложнению геомеханических условий подземной разработки месторожде-
ний. Так, в последние 30 лет на данной территории произошло несколько техногенных
землетрясений, появились провалы, связанные с проседанием грунта и затоплением руд-
ников. После возникновения первого провала 1986 г. на месторождении развернут мо-
ниторинг по изучению геомеханического состояния недр. Сейсмологический контроль
проводится на месторождении с 1995 г.
За двадцатилетний период сейсмологических наблюдений получен богатый мате-
риал о природе сейсмичности, о факторах, влияющих на ее уровень, о пространственно-
временных закономерностях. В работе [1] представлена математическая модель, описы-
вающая влияние различных факторов во времени, а также приведены расчеты для трех
факторов: волны от удаленных землетрясений, взрывных работ на руднике, возраста гор-
ных выработок. Сама математическая модель имеет следующий вид:
𝑃(𝑡, 𝑡0) = 𝑃0 𝑘𝐹(𝑡, 𝑡0), (1)
где P – параметр сейсмичности (плотность выделения энергии или плотность событий);
P0 – первоначальное или максимальное значение данного параметра (в зависимости от
фактора); k – масштабный коэффициент, который задает значимость вносимых фактором

20. ПРОБЛЕМЫ НЕДРОПОЛЬЗОВАНИЯ №2, 2016 г.
20С е т е в о е п е р и о д и ч е с к о е н а у ч н о е и з д а н и е
изменений; F(t, t0) – зависимость, описывающая характер влияния фактора во времени,
нормированная на диапазон от 0 до 1; t0 – время начала действия фактора.
Как показали расчеты [1, 2], для некоторых факторов масштабный коэффициент
k определить невозможно, так как часто при t < t0 (до начала действия фактора) сейсми-
ческой активности не наблюдается. В связи с этим целесообразней видоизменить модель,
сделав коэффициент k частью функции 𝐹(𝑡, 𝑡0), сняв при этом жесткое ограничение на
диапазон ее нормировки. Таким образом, новая математическая модель будет иметь вид:
𝑃(𝑡, 𝑡0) = 𝑃0 𝑈(𝑡, 𝑡0) (2)
где U (t, t0)– зависимость, описывающая изменения влияющего фактора во времени, чьи
значения на некотором временном интервале, доступном для исследования, нормиро-
ваны на диапазон от 0 до 1. При условии, что действие фактора происходит разово, функ-
ция 𝑈(𝑡, 𝑡0) будет иметь смысл масштабного коэффициента, который указывает на зна-
чимость вносимых фактором изменений (сдерживающий или усиливающий фактор).
Одним из основных факторов, оказывающих влияние на сейсмический режим ка-
лийных рудников, является наличие горных выработок, то есть вариации сейсмической
активности должны быть в значительной степени обусловлены изменениями в горнотех-
нических условиях. Для математического моделирования влияния горнотехнических па-
раметров на сейсмический режим рудников необходимо найти значения P0 и U(t, t0). Для
параметризации модели использовались геоинформационные технологии, которые поз-
воляют картировать и анализировать различные объекты и события, проводить про-
странственный анализ данных.
Методика исследования
Для проведения расчетов зависимости уровня сейсмической активности от горно-
технических параметров был создан проект на основе программного продукта ArcGIS.
Проект включает в себя общегеографические данные (рельеф, речная сеть, города и др.),
границы рудников, расположение сейсмометров, каталог зарегистрированных сейсмиче-
ских событий, данные по горнотехническим параметрам отработки месторождения, а
также дополнительную информацию по геолого-тектоническому строению ВКМКС.
Для исследования была выбрана территория шахтных полей Первого Соликам-
ского (СКРУ-1) и Второго Соликамского (СКРУ-2) рудников, так как для них есть наибо-
лее полные данные по параметрам отработки. Эта территория, в свою очередь, ограни-
чена с одной стороны регистрационными возможностями сейсмической сети, с другой –
границами ведения горных работ. Отчасти данные параметры территориально не пере-
крываются. Областями, для которых выполнялся статистический анализ, были выбраны
те участки шахтных полей, где выполнялось условие наличия не менее 5 сейсмических
событий на участке радиусом 400 м. Из них были исключены участки на северо-восточ-
ной окраине шахтного поля СКРУ-2, где сейсмическая активность связана преимуще-
ственно с последствиями техногенного землетрясения 1995 г. (рис. 1).
Для пространственного анализа в качестве параметра, характеризующего сей-
смичность, использовались растры плотности выделения сейсмической энергии ES,
представляющие собой отношение суммарной выделившейся сейсмической энергии на
каком-либо участке к площади этого участка. Данный параметр рассчитывался для вре-
менных интервалов продолжительностью один год [3].
В качестве горнотехнических параметров применялись исходные данные в фор-
мате MapInfo, предоставленные ПАО «Уралкалий» (актуальность на июль 2014 г.). При
этом для дальнейшей корректной работы с этими данными проводился ряд операций (на
основе приложения ArcToolbox):
• конвертирование исходных данных из формата MapInfo в формат Shape-file;
• проверка и исправление геометрии исходных векторных данных;

21. ПРОБЛЕМЫ НЕДРОПОЛЬЗОВАНИЯ №2, 2016 г.
21С е т е в о е п е р и о д и ч е с к о е н а у ч н о е и з д а н и е
• проверка и при необходимости исправление ошибок в данных по году отра-
ботки, году и типу закладки в соответствии с журналами с параметрами отработанных
камер и закладочных работ;
• присвоение ID-номера каждой отдельной камере для определения ее влияния
и для подсчета среднего значения плотности выделения сейсмической энергии;
Рис. 1 – Карта с границей области исследования:
1 – область, выделенная по критерию минимального количества событий;
2 – область, связанная с землетрясением 1995 г.
Для определения средней плотности сейсмической энергии для каждой отдельной
камеры, выделяемой за один год, был использован ГИС-инструмент «Зональная стати-
стика». Данный инструмент вычисляет статистику для каждой зоны, определенной
набором данных зоны на основе значений из другого набора данных (растр значений).
Зона – это все ячейки растра, которые имеют одно значение независимо от того, явля-
ются ли они непрерывными или нет. В качестве зон были выбраны данные по горнотех-
ническим параметрам, в качестве растра значений – непрерывные карты плотности вы-
деления сейсмической энергии. Тип выходных данных определяется типом вычисляемой
выбранной статистики и типом входных значений. На выходе для каждой зоны вычис-
ляются минимум, максимум, среднее значение, медиана, диапазон, стандартное откло-
нение, меньшинство (наименее часто возникающее значение) и большинство (наиболее
часто возникающее значение). Необходимо учитывать, что операция выполняется, если
площадь отдельно взятой камеры больше одной ячейки растра.

22. ПРОБЛЕМЫ НЕДРОПОЛЬЗОВАНИЯ №2, 2016 г.
22С е т е в о е п е р и о д и ч е с к о е н а у ч н о е и з д а н и е
Результаты
Схема разработки месторождения, используемая на рудниках ВКМКС, доста-
точно сложна. Основной особенностью подземного способа разработки ВКМКС явля-
ется необходимость сохранения водозащитной толщи (ВЗТ – водонепроницаемая пачка
пород, расположенная между кровлей верхнего отрабатываемого пласта и подошвой
первого снизу водоносного горизонта). Чтобы избежать нарушения ВЗТ, на рудниках
применяют камерную систему разработки, при которой вышележащая толща пород под-
держивается жесткими ленточными целиками. Параметры камерной системы разработки
весьма разнообразны. Ширина камер меняется от 16 м на участках с устойчивыми поро-
дами кровли до 3 м на участках со слабоустойчивой кровлей. Высота камер в основном
определяется мощностью вынимаемых пластов. Ширина междукамерных целиков, в
связи с широким разнообразием горно-геологических и горнотехнических условий, из-
меняется от 3 до 18 – 20 м.
В настоящее время добыча руды ведется на трех продуктивных пластах (КрII, АБ
и В), причем извлекаться может от одного до трех пластов в любых комбинациях. Пласт
В в разных частях месторождения может быть представлен как сильвинитом (Вс), так и
карналлитом (Вк). Так, на рудниках существует 11 вариантов разных сочетаний отраба-
тываемых пластов: однопластовая отработка по пластам (КрII, АБ, Вс и Вк), двухпласто-
вая (КрII+АБ, КрII+Вс, КрII+Вк, АБ+Вс и АБ+Вк) и трехпластовая (КрII+АБ+Вс и
КрII+АБ+Вк). При отработке нескольких пластов междукамерные целики имеют соосное
расположение.
Для уменьшения негативного влияния горного производства на окружающую
среду и в качестве дополнительной меры охраны рудников от затопления используется
закладка отработанных камер. В качестве закладочного материала используют в основ-
ном солевые отходы.
Такое огромное количество различных параметров приводит к тому, что невоз-
можно напрямую сопоставлять все горнотехнические параметры с микросейсмической
активностью. Для того чтобы попытаться различить влияние какого-то одного фактора,
необходимо изолировать его от остальных. Сейсмичность на калийных рудниках, как
показывает практика наблюдений, не связана с ведением текущих горных работ, но реа-
лизуется на отработанных участках позже, в течение нескольких лет. Поэтому главным
среди горнотехнических факторов является возраст горных выработок. Определив ха-
рактер его влияния, можно перейти к выявлению влияния других, менее значимых.
В работе [2] получены зависимости, описывающие влияние возраста горных вы-
работок с течением времени для рудников СКРУ-1 и СКРУ-2. Данные результаты пока-
зали, что возрастание микросейсмической активности происходит неравномерно и до-
стигает максимума через несколько десятков лет после отработки в зависимости от пла-
ста и рудника. После идет постепенное затухание сейсмического процесса. Для аппрок-
симации такого неравномерного поведения массива была использована формула, описы-
вающая графики ползучести [2]:
Ф(t)=
𝛿𝑡1−𝛼
(1 + 𝑒 𝜌−𝛽∙𝑡)
,
где Ф(t) – функции ползучести; δ, α, ρ, β – реологические параметры среды.
Результаты аппроксимаций этих зависимостей представлены на рис. 2.
В табл. 1 приведены параметры новой математической модели (2) для данного
фактора. Здесь (t – t0) – время действия фактора в годах, начиная с момента t0 – начала
отработки продуктивного пласта. При t < t0 (до начала отработки продуктивных пластов)
сейсмическая активность равна нулю. P0 имеет смысл максимального значения плотно-
сти выделения сейсмической энергии.
(2)

23. ПРОБЛЕМЫ НЕДРОПОЛЬЗОВАНИЯ №2, 2016 г.
23С е т е в о е п е р и о д и ч е с к о е н а у ч н о е и з д а н и е
Рис. 2 – Обобщенные графики зависимости плотности выделения
сейсмической энергии от возраста горных выработок
Таблица 1
Параметры математической модели для фактора: возраст горных выработок
Рудник
Отрабатываемый
пласт
P0, Дж/100 м2
U(t, t0)
СКРУ-1
АБ+Вс 7,162
0,108 ∙ (𝑡 − 𝑡0)1.585
1 + 𝑒(1.328+0.0598∙(𝑡−𝑡0))
КрII+АБ 5,684
0,128 ∙ (𝑡 − 𝑡0)1.37
1 + 𝑒(0.997+0.051∙(𝑡−𝑡0))
КрII+Вк 3,331
0,194 ∙ (𝑡 − 𝑡0)0.405
1 + 𝑒(−17.784+0.233∙(𝑡−𝑡0))
СКРУ-2 Все пласты 3,686
0,246 ∙ (𝑡 − 𝑡0)0.978
1 + 𝑒(0.628+0.0379∙(𝑡−𝑡0))
Вторым значимым горнотехническим фактором, влияющим на уровень сейсми-
ческой активности, является количество отработанных пластов и их сочетания. В работе
[2, 3] представлены расчеты зависимости средней плотности выделения сейсмической
энергии от отработки продуктивных пластов. При вычислениях учитывались данные
только тех камер, где не было произведено закладки, или данные для периодов времени,
когда камеры не были заложены. То есть для расчетов использовались данные, попада-
ющие во временной интервал, начиная с года отработки 1-го пласта, заканчивая датой
самой ранней закладки. Для возможности дальнейшего сопоставления данных с разным
возрастом выработок в параметры сейсмичности вводилась поправка на возраст вырабо-
ток, согласно зависимостям в табл. 1. При этом каждое значение параметра сейсмической
активности было пересчитано на дату его ожидаемого максимального уровня по фор-
муле:
𝐸𝑆 𝑒𝑑 =
𝐸𝑆(𝑡)
𝑈(𝑡, 𝑡0)
при 𝑡 > 0, (7)

24. ПРОБЛЕМЫ НЕДРОПОЛЬЗОВАНИЯ №2, 2016 г.
24С е т е в о е п е р и о д и ч е с к о е н а у ч н о е и з д а н и е
где ES ed – скорректированный параметр сейсмичности; ES(t) – значение плотности вы-
деления энергии в выработке возраста t, полученное инструментом «Зональная стати-
стика»; U(t, t0) – значение нормированной зависимости плотности выделения сейсми-
ческой энергии от возраста горных выработок в момент времени t.
Результаты расчетов и осреднения представлены на рис. 3.
Анализ данных графиков показал, что для рудника СКРУ-2 средняя плотность
выделения сейсмической энергии в два раза ниже, чем для СКРУ-1. Наименьшим уров-
нем микросейсмической активности при однопластовой отработке характеризуются вы-
работки по пласту КрII. При двухпластовой отработке наблюдается повышение уровня
сейсмической активности в 1,1 – 1,8 раз; при трехпластовой, вопреки ожиданиям, уро-
вень сейсмической активности значительно ниже, чем на участках с одно- и двухпласто-
вой отработкой.
Рис. 3 – Зависимость средней плотности выделения сейсмической энергии
от набора отрабатываемых продуктивных пластов
Параметры обновленной математической модели для фактора «количества отра-
ботанных пластов» представлены в табл. 2. В данном случае P0 имеет смысл первона-
чального значения, то есть значения средней плотности выделения сейсмической энер-
гии при однопластовой отработке.
Таблица 2
Параметры математической модели для фактора:
количество отработанных пластов
Рудник Отработка P0, Дж/100 м2
U(t, t0)
СКРУ-1
двухпластовая
5,97
1,22
трехпластовая 0,67
СКРУ-2
двухпластовая
3,42
1,29
трехпластовая 0,76
Заключение
Применение геоинформационных технологий позволило определить параметры
математической модели, описывающей влияние двух факторов во времени: возраст гор-
ных выработок и количество отработанных пластов. Эти результаты показывают, что в
калийных рудниках максимум выделившейся сейсмической энергии наступает не сразу
после отработки, а через 20 – 60 лет в зависимости от пласта и рудника. После достиже-
ния этого времени происходит затухание сейсмического процесса. Изучение влияния ко-
личества отработанных пластов показало, что двухпластовая отработка дает заметное