CC BY
24
---------------------------------------------- © М.Д Молев, А.В. Меркулов,
2011
УДК 620.179.16: 550.3
М.Д. Молев, А.В. Меркулов
ВЫБОР ПАРАМЕТРОВ КРЕПЛЕНИЯ ВЫРАБОТОК ПРИ ОСВОЕНИИ ГОРОДСКОГО ПОДЗЕМНОГО ПРОСТРАНСТВА НА ОСНОВЕ ГЕОФИЗИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ
Предложена методика геоакустического поиска плоскостей ослабленного механического контакта (ОМК) в массиве горных пород при проведении выработок в сложных горно-геологических условиях.
Ключевые слова: строительство, горные породы, спектральная геоакустика, тампер, шахта.
нтенсификация строительства объектов метрополитена и других подземных транспортных сооружений в Москве требует применения современных горностроительных технологий с использованием полномасштабной информации о строении массива горных пород.
Важной технической проблемой при проведении выработок в сложных горно-геологических условиях является выбор и расчет параметров крепи.
Существующие методы геологического прогноза не позволяют с достаточной степенью надежности решить данную задачу, а бурение разведочных шпуров является весьма трудоемким и дорогостоящим и не всегда технически осуществимым в подземных условиях процессом.
В последние годы с целью прогноза горно-геологических условий успешно применяются подземные геофизические методы, которые, используя различие в физических параметрах геологических объектов, обеспечивают пространственную оценку нарушенности массива горных пород. Здесь необходимо подчерк-
нуть технико-экономические преимущества горной геофизики перед другими методами прогнозирования: высокую
разрешающую способность разведки, надежность информации, оперативность выполнения, относительно низкие материальные затраты на проведение измерений и подготовительные операции.
По результатам сопоставительного анализа прогнозных и фактических данных надежность обнаружения нарушенной зоны и определения ее местоположения в плане шахтного поля составляет 80 — 93 %.
Геофизические исследования, в зависимости от горно-геологических и горнотехнических условий, осуществляются следующими методами: симметричного электропрофилирования с использованием установок А1МШ1В и А9,5МШ9,5В, отраженных сейсмических волн и спектральной геоакустики. Основная роль на второй стадии прогнозирования, называемой картированием, отводится акустической резонансной дефектоскопии, которая в силу своей физической основы с удовлетворительной для принятия технологических ре-
шений точностью «чувствует» расслоение горных пород - плоскости ослабленного механического контакта (ОМК).
Методика геоакустического поиска плоскостей ОМК не представляет особой технической сложности и заключается в измерении по профилю с шагом 1—2 м резонансных колебаний пород кровли или почвы горной выработки. Указанные колебания возникают в горном массиве при ударном возбуждении посредством специального устройства — тампера на расстоянии 1,5—5 м от точки наблюдения. Параметры регистрируемого геоакустического сигнала, согласно современным физическим представлениям, определяются геометрическими размерами породных слоев и их физико-механическим свойствами [1, 2]. На основе анализа результатов экспериментальных исследований установлено, что амплитуда резонансного отклика зависит от степени ослабления механического контакта между слоями горных пород. Регистрация колебаний в шахтных условиях осуществляется специально разработанными переносными геоакустическими спектро-анализато-рами или модернизированными кассетными магнитофонами. Для надежного решения задачи картирования ОМК выполняется два профиля: по кровле и почве горной выработки.
По результатам измерений строятся амплитудно-частотные кривые с использованием пакета прикладных компьютерных программ, основанных на математической теории быстрых преобразований Фурье. Графики обрабатываются с привлечением методов корреляционного и регрессионного анализа для определения амплитуд и резонансных частот и идентификации принадлежности резонансных максимумов плоскостям ОМК. В итоге обработки экспериментальных данных определяются расстоя-
ния до плоскостей ослабления по профилю наблюдений. Полученная геофизическая информация используется для расчета параметров нарушенной зоны и технико-экономических показателей проведения и крепления горной выработки.
Анализ материалов экспериментальных работ показал высокую технологичность и оперативность акустической резонансной дефектоскопии массива горных пород. На производство всего цикла геофизических исследований затрачивается максимально две рабочих смены, включая подземные измерения и камеральную обработку результатов. При необходимости время исследований можно сократить, проведя их в «экспрессном» варианте, предусматривающем интерпретацию полученных данных непосредственно под землей. Оперативная оценка материалов осуществляется при наличии малогабаритных компьютеров системы «notebook», в память которых заложены эталонные амплитудно-частотные графики и программы расчета, или специальных палеток кривых и номограмм в распечатанном виде.
Специально разработанный и апробированный методический прием, заключающийся в том, что геоакустиче-ские измерения начинаются от контрольной точки, в которой известно расстояние до плоскостей ОМК, позволяет по материалам исследований надежно провести картирование плоскостей вдоль горной выработки. Г еофизическая информация совместно с геологическими данными о литологическом составе и физико-механических свойствах горных пород, является надежной основой для расчетов паспортов крепления и элементов технологических схем проведения горных выработок.
Сопоставление прогнозных и фактических данных по 29 участкам шахт, расположенных в различных угольных бассейнах России и Украины, показало вполне удовлетворительные с практической точки зрения результаты использования геоакустического спектрального метода для оценки величины расслоения массива горных пород. Достоверность геофизических данных подтверждает тот факт, что за двадцать лет, в течение которых технологи шахт используют геоакустическую информацию для выбора схем проведения выработок, не было случаев обрушения пород кровли
1. Бауков Ю.Н., Данилов В.Н. Физические основы резонансного метода контроля расслоения кровли горных выработок// Изв. ВУЗов. Горный журнал. — 1988. — N 11.
или значительной деформации элементов крепи.
Полученные технико-экономические показатели геофизического прогнозирования строения пород кровли при проведении подготовительных горных выработок на шахтах Донбасса с учетом анализа конкретных горно-
геологических условий позволяют рекомендовать описанные подземные геофизические методы для широкого промышленного использования при освоении подземного пространства Москвы и других городов.
-------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
2. Молев М.Д. Геофизическое прогнозирование горно-геологических условий подземной разработки угольных пластов / Юж. — Рос. гос. техн. ун-т. - Новочеркасск: ЮРГТУ (НПИ), 2000. ЕШ
Коротко об авторах
Молев М.Д. — доктор технических наук, профессор; декан факультета Южно-Российского государственного университета экономики и сервиса (г. Шахты, Ростовской обл.), профессор ЮРГТУ (НПИ);
Меркулов А.В. — кандидат технических наук, доцент; доцент ШИ(ф) Южно-Российского Государственного Технического Университета (г. Шахты, Ростовской обл.). e-mail: ngty@novoch.ru
А
Если бы я взялся за распространение ГИАБ в нашем регионе, мне полагалось бы какое-нибудь вознаграждение?
Распространители ГИАБа получают 15 % от суммы подписки, организованной с их помощью.
