CC BY
42
УДК 622.831.3:512.2
ОСОБЕННОСТИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ЭМИССИИ В ЗОНЕ ПОДРАБОТКИ ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ ТАШТАГОЛЬСКОГО РУДНИКА
Владимир Федорович Линейцев
Карьер «Борок», 630009, Россия, г. Новосибирск, ул. Декабристов, 210, главный инженер, тел. (913)724-64-05
Валентина Ивановна Щелканова
Таштагольский горный техникум, 652992, Россия, Кемеровская обл., г. Таштагол, ул. Поспелова, 6, зам. директора по научной работе, тел. (83847)33-04-77
Геннадий Иванович Кулаков
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки «Институт горного дела им. Н. А. Чинакала» СО РАН, 630091, Россия, г. Новосибирск, Красный проспект, 54, доктор технических наук, главный научный сотрудник лаборатории механики горных пород, тел. (383)217-06-07, e-mail: kulakova.38@yandex.ru
Выполнены исследования электромагнитной эмиссии (ЭМИ) поверхностного слоя и его трещиноватости в пределах шахтного поля Таштагольского рудника с использованием приборов РЭМИ-2 и ИЭМИ-1, разработанных совместно ИГД СО РАН и НГТУ. Регистрация ЭМИ выполнялась в зоне провала и по радиусам на расстоянии от 100 до 300-500 м.
Ключевые слова: рудная шахта, шахтное поле, электромагнитное излучение (ЭМИ), трещиноватость поверхностного слоя, регистрация ЭМИ, приборы по регистрации ЭМИ.
ELECTROMAGNETIC EMISSION IN THE ZONE OF GROUND SURFACE UNDERMINED BY THE TASHTAGOL MINE
Vladimir F. Lineitsev
Borok Open Pit Mine, 630009, Russia, Novosibirsk, 210 Dekabristov St., Principal Engineer, tel. (913)724-64-05
Valentina I. Shchelkanova
Tashtagol Mining College, Tashtagol, 652992, Russia, Kemerovo Region, Tashtagol, 6 Pospelova St., Deputy Director for Science, tel. (83847)33-04-77
Gennady I. Kulakov
Chinakal Institute of Mining, Siberian Branch, Russian Academy of Sciences, 630091, Russia, Novosibirsk, 54 Krasny prospect, Dr Eng, Principal Researcher, Rock Mechanics Laboratory, tel. (383)217-06-07, e-mail: kulakova.38@yandex.ru
The authors study electromagnetic emission and jointing of the ground surface layer within the Tashtagol mine field using REMI-2 and IEMI-1 instrument groups designed by the Institute of Mining jointly with the Novosibirsk State Technical University. Electromagnetic emission recording was carried out within the minefield, in the zone of a sink and along the radii from 100 m (in the woodland) to 300-500 m long (area with no trees and bushes).
Key words: underground mine, mine field, electromagnetic emission (EMI), subsurface layer jointing, EMI recording, EMI requiring equipment.
Месторождения железных руд Таштагольское, Шерегешевское, Казское расположены в Горной Шории и входят в структуру ОАО «Евразруда». Месторождения открыты геологами в 30-х годах прошлого века. Добыча руды на Та-штагольском месторождении начата в 40-х годах прошлого века. Главное рудное тело выходило на поверхности, что позволило начать разработку открытым способом. Первый карьер действовал в годы войны. Позднее начата добыча подземным способом. К настоящему времени горные работы достигли глубины 700-800 м. Отработаны или дорабатываются запасы на горизонтах +70 м, +140 м, -210 м, -280 м. Ведутся работы на гор. -350 м. Добытая руда поступает на Мундыбашскую обогатительную фабрику и далее на металлургические заводы Западной Сибири.
Залегание рудных тел крутопадающее, составляет 70-85 . Мощность рудных тел от 4-10 м до 60-80 м. Руды магнетитовые. Образовались за счет замещения магнетитом вулкагенно-осадочных карбонатных пород, включая метаморфические сланцы и мраморизованные известняки.
Интрузивные породы представлены габропорфиритами, скарнами, сиенитами. Прочность вмещающих пород по Протодъяконову 8-14, руд 14-16.
Руды магнетитовые, сульфидно-магнетитовые, гематит-магнетитовые. Та-штагольское месторождение открыто в 1931 г. Часть рудных тел выходило на поверхность, что позволило на первом этапе вести добычу руды открытым способом. К добыче приступили в 1941 г. Подземная добыча ведется с 1946 г.
Экспериментальные наблюдения за сдвижениями земной поверхности и горных пород на Таштагольском месторождении ведутся долгое время велись институтом ВостНИГРИ [1,2] и продолжаются СибГИУ. Т.В. Лобанова [2] отмечает, что сдвижения земной поверхности в лежачем боку месторождения происходят с образованием всех зон сдвижения. В висячем боку за зоной провала зоны обрушения не наблюдается. По мере развития подземных работ провалы поверхности соединились с котлованом карьера. Размеры наблюдаемых провала и обрушений по данным [2] на 2005 г. составили: с северо -западной стороны 175-230 м, с северной стороны до 150 м. Размеры мульды сдвижения соответственно от 572 м до 982 м. Максимальные размеры мульды сдвижения по простиранию месторождения составляют 1204 м, вкрест простирания достигают 1440 м.
Специалисты ИГД СО РАН, Таштагольского горного техникума и службы горных ударов рудника проводят исследования по регистрации электромагнитного излучения поверхности в зоне провала и в зоне мульды сдвижения вне зоны горных работ Таштагольского рудника. Для регистрации электромагнитного излучения (ЭМИ) использовались приборы РЭМИ-2 и ИЭМИ-1 [3-5]. Вследствие крутых стенок обвала и значительной его глубины измерения непосредственно в провале не проводились. Измерениями был охвачен северный край провала и прилегающая зона до первых значительных трещин.
Результаты измерений фиксировались в показаниях шкалы приборов. Наличие повышенного ЭМИ земной поверхности зафиксировано в зоне, прилегающей к провалу, и в зоне формирования трещин по площади мульды сдвиже-
ния. Достаточно длительные измерения фонового ЭМИ в зоне мульды сдвижения не остаются постоянными, а периодически изменяются, что свидетельствует о том, что в массиве пород постоянно идут процессы изменения напряженно-деформированного состояния [3,4,7].
Наибольшая интенсивность ЭМИ наблюдалась вблизи кромки провала, примерно, одинаково по всему борту. На противоположном борту провала магнитное поле не замерялось ввиду отсутствия безопасных подходов к соответствующей кромке провала. В зоне мульды сдвижения на север от провала фиксируемые величины ЭМИ были меньше, чем в районе борта и зоны трещин. Некоторые данные о результатах регистрации ЭМИ в различных зонах шахтного поля, а также в различных участках мульды сдвижения приведены в табл.
Дата приведенных измерений относятся к маю 2012 г. Аналогичные результаты были получены в 2006 и в 2009 гг., при опытных измерениях, когда было установлено наличие повышенного ЭМИ в пределах мульды сдвижения.
Таблица
Интенсивность ЭМИ в различных участках шахтного поля
Участки измерений в пределах шахтного поля Время суток Показания прибора ИЭМИ-1 в отн. Ед. шкалы прибора
1. Вне шахтного поля Таштагольского рудника 17-00 17=15 17-30 60, 62, 58, 64, 71 60, 63, 59 61, 66, 73
2. Интенсивность ЭМИ в пределах шахтного поля, примерно в 0.5 км от зоны мульды сдвижения 73, 72, 73, 77 75, 77, 72, 78, 78 82, 81, 75, 77
3. В зоне трещинообразования в пределах мульды сдвтжения 15-30 16-10 16-15 88, 90,93,101 93, 90,84,86 94, 86, 90
4. В зоне между бортом провала и зоной трещинообразования 14-15 15-00 16-30 130, 115, 121 125, 107, 99 90, 92, 93, 98
Из данных экспериментальных исследований можно заключить, что в зонах поверхности шахтного поля действующего рудника, на участках в пределах мульды сдвижения, включая зону провала горных пород за счет выемки горной массы подземными работами, на поверхности формируются магнитные и электромагнитные поля, в пределах которых наблюдается повышенное ЭМИ. Наибольшая интенсивность излучения зафиксирована в области шахтного поля в пределах мульды сдвижения между бортами провала и зоной повышенной трещиноватости мульды сдвижения (п. 4 таблицы). По мере удаления от провала интенсивность ЭМИ снижается, но наблюдается во всей области, составляющих мульду сдвижения.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Квочин В.А. Управление сдвижением и удароопасностью горного массива при разработке железорудных месторождений Сибири на основе изучения их геодинамики. / Авто-рефер. дисс. на соиск. уч. ст. д.т.н. - Новокузнецк, 2000. - 78 с.
2. Лобанова Т.В. Разработка научно-методических основ геомеханического обеспечения подземной отработки железорудных месторождений Сибири в геодинамических активных регионах. / Автореф. дисс. на соис. уч. ст. д.т.н. - Новосибирск, 2007. - 53 с.
3. Курленя М.В., Вострецов А.Г., Кулаков Г.И., Яковицкая Г.Е. Регистрация и обработка сигналов электромагнитного излучения. // - Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2000. - 232 с.
4. Егоров П.Б., Колганова Л.А., Бабенко А.В., Торгаев С.А. Исследование изменений форм сигналов импульсного электромагнитного излучения при деформировании твердых материалов с различной структурой. / Вестник Кузбасского гос. тех. ун-та. - 2004. - № 2 (39). -С. 34-37.
5. Яковицкая Г.Е. Методы и технические средства диагностики критических состояний горных пород на основе электромагнитной эмиссии. // - Новосибирск: ИГД СО РАН- 2008. -315 с.
6. Лобанова Т.В., Квочин В.А. Перспективы отработки железорудных месторождений Сибири в условиях подработки горного массива и охраняемых объектов. / Труды Междунар. конф., посвященной 60-летию образования Горно-геологического института СО АН СССР «Проблемы и перспективы развития горных наук. - Новосибирск: Институт горного дела СО РАН. - 2005. Том 1,С. 128-136.
7. Лобанова Т.В., Квочин В.А., Линдын Г.Л., Фефелов С.В. Расчетные схемы для оценки напряженно-деформированного состояния массива в зоне очистных работ. / Труды Международной конф. «Геодинамика и напряженное состояние недр Земли». - Новосибирск: ИГД СО РАН. - 2001. - С. 315-319.
© В. Ф. Линейцев, В. И. Щелканова, Г. И. Кулаков, 2015
