CC BY
56
© С.В. Цирель, Л.И. Беляева, 2009
УДК 550.34 + 622.831
С.В. Цирель, Л.И. Беляева
ФОРМА И НАКЛОН ГРАФИКОВ ПОВТОРЯЕМОСТИ ДИНАМИЧЕСКИХ СОБЫТИЙ КАК ХАРАКТЕРИСТИКИ УРОВНЯ ОПАСНОСТИ И СООТНОШЕНИЯ ЕСТЕСТВЕННОЙ И ТЕХНОГЕННОЙ СОСТАВЛЯЮЩИХ ГЕОДИНАМИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА
Описаны результаты апробации и проверки в сейсмогелогических условиях поля шахты «Комсомольская» методики прогноза сильных сейсмических событий, основанной на использовании закона распределения (повторяемости) сейсмических событий.
Ключевые слова: график повторяемости, объемная сейсмичность, коэффициенты закона повторяемости.
Семинар № 2
S. V. Tsirel, L.I. Beljaeva THE FORM AND INCLINATION OF REPEATABILITY SCHEDULES OF DYNAMIC EVENTS AS THE CHARACTERISTICS OF DANGER LEVEL AND THE CORRELATION OF NATURAL AND TECHNOGENIC COMPONENTS OF GEODYNAMIC PROCESS
Strong seismic events forecast technique, based on the seismic events distribution (repeatability) law, and the results of its approbation in mine «Komsomolskaya» seismic and geologic conditions are described
Key words: repeatability schedule, voluminal seismicity, the factors of repeatability law.
Лроведенные исследования показали, что существует закономерный, хотя и непростой, путь трансформации графиков повторяемости динамических событий по мере перехода от индуцированной техногенной сейсмичности (по классификации А.В. Николаева [1]) к природной, мало искаженной техногенными факторами сейсмичности.
Г рафики повторяемости техногенных геодинамических событий - горных ударов на двух весьма удароопасных
горных предприятиях России - Кизелов-ский угольный бассейн (1947-83 гг.) и СУБР (1970-1995 гг.) существенно отличаются от закона Гутенберга-Рихтера (рис. 1, а) и наилучшим образом описываются логарифмическим зависимостями (рис. 1, б). В качестве количественной меры мощности горного удара был выбран объем разрушенной породы (V, м3), значения которого, в отличие от более адекватной характеристики, энергии сейсмических волн (Е, Дж), известны для большей части горных ударов. Важно отметить, что несмотря на большие различия горно-геологичес-ких условий, систем разработки и т.д. эти зависимости весьма близки между собой: Ксубр= 231 (1 - 0.169 1п V), N^/N1 = 368 (1 - 0.158 1п V), где N/N2 - доля горных ударов с объемом разрушенной породы > V.
Иная картина, но также отличная от классических степенных законов повторяемости, наблюдается при сейсмическом мониторинге на шахте «Комсомольская» Воркутского угольного бассейна. Динамические события происхо-
Рис
а) б)
. 1. Графики повторяемости горных ударов
Рис. 2. Графики повторяемости сейсмособытий на шахте «Комсомольская»
дят почти исключительно при движении лавы, при этом рост динамической активности, как правило, отвечает переходам очистными лавами участков пласта со сложными горно-геологическими условиями (наличие песчаника в кровле, близость разрывных нарушений и т.д.). На рис. 2 представлены кумулятивные кривые сейсмических событий, зафиксированных разработанной авторами сейсмостанцией GITS в 2006 году, в различных координатах.
Как легко видеть, сейсмические события лучше всего описываются экспоненциальной зависимостью вида N « 15GG exp (-0,іі E), т.е. имеют промежуточные формы между приведенной выше зависимостью и законом Гутенберга-Рихтера (рис. 2, б).
Иную картину мы видим на глубоких рудниках с развитой сейсмической активностью. На рис. 3 представлены графики повторяемости сейсмических событий на рудниках «Октябрьский» и
Энергия, Дж 1 — 1.2000-4.2002 —10 20Э2-9.2005
а) 1 Рис. 3. Графики сейсмособытий на Талнахск 2004)
«Таймырский» Талнахского месторождения (Норильск) и шахте «Кальинская» СУБРа (Североуральск).
«Объемная» сейсмичность, охватывающая большие области горного массива, наблюдаемая на рудниках («Норильский Никель», СУБР) подчиняется закону Гутенберга-Рихтера, но с существенно более крутым наклоном (более узким диапазоном энергии), чем природная сейсмичность. По мере развития сейсмического процесса, с одной стороны, медленно снижается крутизна наклона, с другой стороны выделяется события, не укладывающиеся в график повторяемости (ярким примером являются мощные горно-тектонические удары на СУБРе). Основная причина появления таких событий состоит в активации крупных тектонических структур.
Взгляд на это явление с другой стороны, со стороны природных событий, демонстрирует развитие техногенной сейсмичности в Кузбасе. По мере роста техногенной составляющей увеличивается общее количество сейсмических
Энергия, Дж
месторождении (2000-2005) и СУБРе (1986-
событий, но в основном за счет слабых событий, что приводит к увеличению крутизны наклона графика повторяемости (рис. 4). Причины этого явления, прежде всего, состоят в том, что техногенные воздействия (прежде всего мощные технологические взрывы) выступают триггерами сброса накопленной энергии. Отметим, что аналогичное влияние на природную сейсмичность оказывают мощные плотины [2].
Анализ наклона графиков повторяемости в шахтах и рудниках показал зависимость параметров от горногеологических условий и степени нару-шенности участка отработки, но относительно слабую зависимость от времени. Это указывает, что в большей части случаев параметры графика могут служить в основном средне- и долгосрочным предвестниками, отражающими способность активизированной области горного массива к накоплению упругой энергии. При этом для прогноза наиболее информативны следующие данные:
■А—Кузбасс 1981-1995 гг. (исходный каталог)
-’в—Кузбасс 1998-2000 гг. (исходный каталог)
-О— Норильск 2000-2005 (техногенная сейсмичность.)
-Ж— Алтае-Саянский каталог 1999-2005 (без серий и афтершоков) ■+— Шахта Кальинская (СУБР) 1907-2004
Рис. 4. Сопоставление кумулятивных графиков повторяемости при различныгх стадиях развития техногенной сейсмичности
- появление (исчезновение) мощных событий, не укладывающихся в графики повторяемости, указывает на рост напряженности на больших участках и необходимость широкомасштабных разгрузочных мероприятий;
- резкие снижения угла наклона (рост доли крупных событий) свидетельствуют о росте напряженности;
- на некоторых малых участках прогностические значение имеет средняя энергия сеймособытия, ее рост предвещает активизацию сейсмического процесса.
Рассмотрим эти признаки на примере изменений графиков повторяемости, наблюдаемых в последнее время на рудниках «Октябрьский» и «Таймырский» (рис. 5) и шахте «Комсомольская» (рис. 6).
Как легко видеть, тенденция трансформации графиков повторяемости на
рудниках Талнахского месторождения несколько изменилась. С одной стороны, продолжилось уменьшение угла наклона графиков повторяемости, но в то же время наблюдается «нехватка» крупных событий. По-видимому, проводимые разгрузочные мероприятия в подстилающих породах не могут воспрепятствовать росту общей сейсмоактивности, но предохраняют от сверхкрупных событий, причем не только «внесистемных» (не укладывающейся в график повторяемости активаций более крупных структур), но даже «системных» - продолжения кривых на рис. 5. Таким образом, несмотря на общий рост сейсмической активности, в некотором смысле положение улучшилось. Однако подобное положение не является устойчивым, для его поддержания требуются активное ведение профилактических мероприятий.
Энергия. Дж
Рис. 5. График повторяемости сейсмособытий на рудниках «Октябрьский», «Таймырский», ш. «Комсомольская» в 2007 г
Энергия, Дж
а)
б)
Рис. 6. График повторяемости сейсмособытий на шахте «Комсомольская» в 2007 г
Иную картину можно видеть на шах- частота событий - с 22 в день (и 13 -
те «Комсомольская». По сравнению с свыше 1000) до 13 в день (и 5.5 - свыше
2006 годом одновременно уменьшились 1000 Дж) и вместе с ней средняя энергия
одного события - с 2800 Дж (4290 Дж для событий с энергией свыше 1000 Дж) до 1615 Дж (3030 Дж - для событий с энергией свыше 1000 Дж). Но, в то же время графики повторяемости стали приближаться обычному степенному виду (рис. 2, а и 6, а), характерному для естественной и развитой техногенной сейсмичности. Более того, при этом даже стал выделяться опасный «хвостик» в диапазоне крупных событий (рис. 6, б). Таким образом, несмотря на общее снижение сейсмической активности, но опасность крупных событий не упала, но даже возможно несколько выросла. Относительно крупные структуры не снизили свою активность, и в какой-то мере начинают «жить своей отдельной жизнью», т.е. техногенные факторы «будят дремлющие напряженные структуры» и дают возможность высвобождения упругой энергии. Особо отметим, что появление «хвостика» предшество-
1.Николаев А.В. Проблемы наведенной сейсмичности. // Проблемы наведенной сейсмичности. - М.: Наука, 1994.- с.5-15.
2.Адушкин В.В. Техногенная сейсмичность; основные источники, причины возникновения
вало аварии, произошедшей в июнь 2007 г. и вероятно было одним из ее предвестников.
В целом, сопоставляя изменения, произошедшие на рудниках Норильска и на шахте «Комсомольская», можно высказать предположение, что на норильских рудниках достигнут явный прогресс в области региональных мероприятий, позволяющих блокировать крупные динамические события в очень сложных условиях, однако в недостаточной мере контролируется проведение локальных мероприятий, что ведет к частым событиям средней и относительно высокой мощности. На шахте «Комсомольская», по-видимому, локальные мероприятия более эффективны и адекватны ситуации, но региональные мероприятия имеют недостаточно высокий эффект и требуют более пристального внимания.
-------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
и их классификация. // «Горная геомеханика и маркшейдерия в III тысячелетии», СПб.: изд. ВНИМИ. 2004. - с. 45-57. ЕШ
— Коротко об авторах -----------------------------------------------------------------------
Цирель С.В. - доктор технических наук, НЦГ СПГГИ (ТУ) г. Санкт-Петербург,
S.V. Tsirel [tsirel58@mail.ru]
Беляева Л.И. - главный геофизик-начальник сейсмостанции ФЗАО «Северсталь-Ресурс» в г. Воркута, Li.Belyaeva@vorkuta.severstalgroup.com, тел. (82151) 7-55-29
