CC BY
70
- © В.А. Бакин, Е.Ю. Пудов,
Е.Г. Кузин, К.К. Ремпель, 2015
УДК 550.8.08
В.А. Бакин, Е.Ю. Пудов, Е.Г. Кузин, К.К. Ремпель
АНАЛИЗ ОБСЛЕДОВАНИЙ СОСТОЯНИЯ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК ЗАКРЕПЛЕННЫХ АНКЕРНОЙ КРЕПЬЮ С ПРИМЕНЕНИЕМ ГЕОРАДАРА
Рассмотрены результаты визуального контроля и георадарных исследований состояния горных выработок в условиях пласта 67 шахты «Талдинская-Западная 1». Приведены примеры обследования кровли шахтовых выработок на наличие тре-щиноватости, влагонасыщения и других параметров. Показан анализ радарограмм и соответствующего им состояния пород подготовительных выработок. Приведено обоснование данного метода для обнаружения зон склонных к обрушению. Ключевые слова: георадар, кровля, подземные выработки, состояние, трещинова-тость, геофизические методы исследования.
Современные горные предприятия, работающие по принципу «лава-шахта», оснащенные высокопроизводительным оборудованием доводят скорость продвижения фронта очистных работ до 150-200 м/мес. На состояние горных выработок кроме горно-геологических условий влияет и скорость продвижения очистных работ. При этом для оценки риска опасных природных и техногенных явлений необходимо создание методик, основанных на различных физических эффектах, проявляющихся как в массиве горных пород, так и в приконтурной зоне выработок. Предлагается разработать методику оценки состояния подготовительных выработок основанную на электромагнитном методе геофизических исследований -георадиолокации.
В работе представлен анализ состояния кровли подготовительных выработок пласта 67 по шахте «Талдинская-Западная 1» проводимый визуальным и георадиолокационным способами.
Поле шахты «Талдинская-Запад-ная 1» расположено на территории Прокопьевского района Кемеровской области в центральной части Еруна-
ковского геолого-промышленного района Кузбасса и является северо-западной частью Талдинского и юго-восточной частью Северо-Талдинского каменноугольных месторождений.
Непосредственная кровля пласта 67, на котором проводился мониторинг, представленная трещиноватыми разнозернистыми алевролитами мощностью от 1 до 6 м, с крепостью f = 3-5
и прочностью на сжатие ст = 301 сж
49 МПа, классифицируется как неустойчивая 3 типа. Обрушается при обнажении длиной более 5 м. Обнажение за исполнительным органом комбайна длиной от 5 до 20 м сохраняют устойчивость 5-30 минут.
Основная кровля пласта представлена трещиноватыми слабослоистыми разнозернистыми песчаниками с преимущественно глинистым цементом, средней крепости с f = 6 и стсж = 63 МПа. Иногда основная кровля состоит из двух частей с десятиметровым слоем крупнозернистого алевролита в верхней части, с f = 4-5 и ст = 49 МПа.
сж
Мощность основной кровли изменяется в пределах от 13 до 23 м.
Согласно заключению ООО «НТЦ Восточный» установлены опасные зо-
а) б)
Рис. 1. Фотографии скважины в кровле вентиляционного штрека 6710 в районе пикета ПК7 сделанные видеоэндоскопом: а) на глубине 1,15 м; б) на глубине 2,89 м
ны по горным ударам с глубины 200 м, на исследуемых выработках начинаются на вентиляционном штреке с ПК60, на конвейерном штреке с ПК80 и ниже [1].
Многочисленными исследованиями доказано, что смещение контура выработки является комплексным показателем, оценивающим надежность работы системы «крепь-порода» [2]. При этом оценка состояния кровли и смещений ведется с помощью визуального контроля и по измерительным реперам.
Согласно инструкции по применению анкерной крепи при визуальном контроле работоспособности анкерной крепи проводится оценка состояния анкеров, элементов крепи, затяжки и величины смятия демпфирующих податливых элементов. Периодичность визуального контроля вне зоны влияния очистных работ - не реже одного раза в месяц, а в зонах влияния очистных работ - ежесуточно. В горных выработках с различными типами кровли по обрушаемости контроль деформационного состояния пород кровли должен осуществляться глубинными реперами, установленными в скважинах через 40-200 м [3].
Смещение пород в горные выработки приводит к раскрытию трещин. Наличие и развитие трещин приводит к разрушению приконтурного массива
пород с вывалообразованием в лавах и выходом из строя подготовительных выработок. Установление закономерностей трещинообразования в при-контурном массиве пород необходимо для обоснования технических и технологических решений, обеспечивающих устойчивость горных выработок, безопасную и стабильную работу шахт [4].
Таким образом, визуальный контроль позволяет оценивать сам факт смещения, но не позволяет определить величину и размеры трещины. Для оценки трещиноватости был использован видеоэндоскоп.
Через пробуренные шпуры с помощью видеоэндоскопа проведена оценка трещиноватости пород кровли (см. рис. 1.). Шпур представленный на фото отбурен в кровле выработки глубиной 7,0 м в районе ПК7 в 5 м от вывала пород кровли (сопряжение с очистным забоем 6710). Устье шпура расположено на уровне кровли выработки. Расположение устья шпура в поперечном сечении выработки - по оси.
По визуальному контролю с помощью видеоэндоскопа породы имеют интенсивную разнонаправленную тре-щиноватость, горизонтальное и вертикальное расслоения массива, ширина раскрытия трещин до 20 мм, расстояние между трещинами 0,1-0,7 м.
Несмотря на то, что метод достаточно информативный, видеоэноскопом возможно оценивать кровлю через некоторые интервалы.
Предлагаемый метод геосканирования позволяет просветить поверхность кровли, бортов, почвы выработки на всем ее протяжении.
Георадарное обследование или георадиолокация - это методика неразру-шающего обследования, заключающаяся в анализе импульсов, отраженных от границ сред с разными электрофизическими характеристиками (с различной диэлектрической проницаемостью - е) [5].
Принцип действия георадара основан на излучении сверхширокополосных наносекундных импульсов, приеме сигналов, отраженных от границ раздела сред, стробоскопической обработке принятых сигналов и последующим измерением временных интервалов между отраженными импульсами.
Отражения вызываются наличием границ между веществами в грунте с разными электрическими свойствами. Такими границами являются границы пластов угля и различных пород, изменения влагонасыщенности пород, различные трещины и пустоты, различные искусственные объекты (трубы, кабели, элементы крепи и др.). Глубина проникновения радиоволн зависит от электрической проводимости и диэлектрической проницаемости грунтов на каждом отдельном участке.
Исследования по оценки состояния пород в кровле подземных выработок с помощью георадара ОКО-2 проводились в подготовительных выработках Лавы 6710 шахты «Талдинская-Запад-ная 1». Для удобства интерпретации данных при камеральных работах профили геосканирования проходились по 20 м между пикетами начиная от лавы.
Камеральные работы по дешифрированию георадарных профилей про-
изводились с применением стандартного программного комплекса обработки данных георадиолокации GeoScan-32. Данные по профилям переносились из внутренней памяти в ПЭВМ с помощью USB накопителя. Обработка георадиолокационных зондирований велась однотипно для всех профилей. Целью обработки является преобразование георадиолокационных данных в разрез, отображающий все геологические и техногенные объекты, залегающие в исследуемой среде. С помощью разнообразных приемов помехи и шумы ослабляются, а полезный сигнал подчеркивается.
Обработка данных проводилась по следующему алгоритму:
• введение данных;
• корректирование первого вступления прямой волны;
• частотная фильтрация;
• усиление амплитуд;
• удаление влияния прямого сигнала для приповерхностных объектов;
• скоростной анализ и выделение гиперболических осей синфазности;
• преобразование временной шкалы в шкалу глубин, беря за основу определение средней скорости распространения волн в исследуемых породах (в среднем s = 5-6);
• задание параметров визуализации данных;
• выделение объектов.
На георадарных профилях выделялись области, характерные для локальных неоднородностей в породе, расслоений, влагонасыщенных зон.
На рис. 2 представлены радаро-граммы вентиляционного штрека 6710 в районе пикетов 61-63.
Радарограмма на рис. 2, а расстояние до лавы 205 м выделяются небольшие зоны расслоения пород на глубину 1,2-1,5 м.
Радарограмма рис. 2, б расстояние до лавы 150 м расслоения увеличиваются по длине штрека, а кроме того
Рис. 2. Радарограммы вентиляционного штрека 6710 в районе пикетов 61-63: а) дата съемки 20.03.14, б) дата съемки 24.04.14, в) дата съемки 15.05.14, г) дата съемки 21.08.14
Зона выдавленных штрипе и незначительных вывалов
Зона значительных расслоений и высокой влага насыщенности
Рис. 3. Радарограмма кровли вентиляционного штрека в районе пикетов ПК79- ПК81
увеличивается трещиноватость пород кровли на глубину до 2,5 м.
Радарограмма рис. 2, в расстояние до лавы 50 м происходит разуплотнение пород, расслоения выделяются на глубину 2,5 м.
Радарограмма рис. 2, г расстояние до лавы 7 м наблюдается предположительно развитие мелких трещин и увеличение разуплотнения пород.
На рис. 3 представлена радарограмма вентиляционного штрека ПК79-ПК81 где прослеживается зависимость между видимыми нарушениями (незначительные вывалы в кровле, продавленные подхваты анкеров) и георада-рограммой.
Специфика георадарных обследований заключается в значительной сложности интерпретации получаемых результатов, так как шахтовые выра-
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ_
ботки обладают большим количеством металлических объектов, несущих силовых кабелей, что является причиной появления на радарограммах значительного количества помех. Поэтому, в целях получения объективных данных с использованием георадиолокационной аппаратуры в шахтовых условиях необходимо накопление значительного количества экспериментальных данных и сопоставление их с данными других методов исследования состояния кровли.
Проведение георадарных обследований повышает безопасность ведения горных работ, в части определения зон склонных к обрушению. Затраты на обследования несравнимы с затратами на ремонт техники и оборудования, не говоря уже о безопасности персонала.
Бакин Владимир Александрович - начальник технического отдела
шахтоуправления «Талдинское-Западное» ОАО «СУЭК-Кузбасс», e-mail: BakinVA@suek.ru, Пудов Евгений Юрьевич1 - кандидат технических наук, доцент, e-mail: pudov_evgen@mail.ru, Кузин Евгений Геннадьевич1 - старший преподаватель, e-mail: kuzinevgen@gmail.com, Ремпель Кирилл Константинович1 - студент, 1 филиал КузГТУ в г. Прокопьевск.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Заключение о наличии аномальных тектонических зон и других участков изменения геомеханических характеристик кровли пласта 67 в пределах выемочного столба 67-10 ОАО «СУЭК-Кузбасс» шахта «Талдин-ская-Западная 1» по данным геофизических работ. ООО «НТЦ Восточный». Заключение № 256-ГО от 07.10.2013.
2. Толкачев В.Е. Оценка состояния крепи подготовительных выработок с учетом надежности ее эксплуатации // Горный информационно-аналитический бюллетень. -2010. - № 2.
3. Федеральные нормы и правила в области промышленной безопасности «Инструк-
ция по расчету и применению анкерной крепи на угольных шахтах» [Электронный ресурс] http://www. garant. ru/ products/ipo/ prime/doc/70497944. Гарант. Информационно правовой портал - Режим доступа свободный. - Загл. c экрана. - Яз. рус.
4. Луганцев Б. Б. Обеспечение устойчивости подземных горных выработок в трещиноватом породном массиве. Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук. - Шахты, 2002.
5. Владов М.Л., Старовойтов А.В. Введение в георадиолокацию. Учебное пособие. -М.: Изд-во МГУ, 2005. ЕШ
UDC 550.8.08
ANALYSIS OF SURVEYS OF MINES FIXED ANCHOR SHORING USING GPR
Bakin V.A., Mine Management «Taldinskaya-Zapadnaya» OJSC «SUEK-Kuzbass», e-mail: BakinVA@suek.ru,
Pudov E.Yu.1, Candidate of Technical Sciences, Assistant Professor, e-mail: pudov_evgen@mail.ru,
Kuzin E.G.1, Senior Lecturer, e-mail: kuzinevgen@gmail.com, Rempel K.K.1, Student,
1 Prokopievsk branch of Kuzbass State Technical University, Prokopievsk, Russia.
Discusses the results of the visual inspection and GPR observations on the state of mining in terms of the layer 67 of mine «Taldinskaya-Zapadnaya 1». Are examples of survey roofing shaft workings at the presence of the fracture, moisture saturation and other parameters. Shows the analysis of GPR data and corresponding condition coal mines. The substantiation of this method to detect areas prone to collapse.
Key words: GPR, roofing, underground workings, condition, fracture, geophysical research methods.
REFERENCES
1. Zaklyuchenie o nalichii anomalnykh tektonicheskikh zon i drugikh uchastkov izmeneniya geome-khanicheskikh kharakteristik krovli plasta 67 v predelakh vyemochnogo stolba 67-10 OAO «SUEK-Kuzbass» shakhta «Taldinskaya-Zapadnaya 1» po dannym geofizicheskikh rabot. OOO «NTTs Vostochnyy». Zaklyuchenie no 256-GO ot 07.10.2013. (Conclusion on anomalous tectonics zones and other areas with changed ge-omechanical characteristics present in Seam 67 roof within the limits of extraction pillar 67-10, Taldinskaya-Zapadnaya Mine 1, SUEK-Kuzbass JSC, based on geophysical survey data. Vostochny Research and Development Center. Conclusion on 256-GO dated Oct 7, 2013).
2. Tolkachev V.E. Gornyy informatsionno-analiticheskiy byulleten'. 2010, no 2.
3. Federalnye normy i pravila v oblasti promyshlennoy bezopasnosti «Instruktsiya po raschetu i prime-neniyu ankernoy krepi na ugol'nykh shakhtakh», available at: http://www.garant.ru/products/ipo/prime/ doc/70497944.
4. Lugantsev B.B. Obespechenie ustoychivosti podzemnykh gornykh vyrabotok v treshchinovatom po-rodnom massive (Stability of underground excavations in jointy rock mass), Doctor's thesis, Shakhty, 2002.
5. Vladov M.L., Starovoytov A.V. Vvedenie v georadiolokatsiyu. Uchebnoe posobie (Introduction to geo-radar positioning. Educational aid), Moscow, Izd-vo MGU, 2005.
Д_
