Научная статья на тему 'Геофизические методы контроля опасности по динамическим явлениям в угольных шахтах. 320'

Геофизические методы контроля опасности по динамическим явлениям в угольных шахтах. 320 Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

CC BY
423
79
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ПРОГНОЗ ДИНАМИЧЕСКИХ ЯВЛЕНИЙ / FORECAST OF DYNAMIC PHENOMENA / COAL MINE / PRODUCTION / ГЕОФИЗИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ / GEOPHYSICAL CONTROL METHODS / ШАХТА / ВЫРАБОТКА

Аннотация научной статьи по энергетике и рациональному природопользованию, автор научной работы — Зыков Виктор Семенович, Абрамов И. Л.

Выполнен обзор современных методов и средств геофизической диагностики динамических явлений в шахтах, применяемых для оценки свойств горного массива. Представлен анализ их применения в Кузбассе.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по энергетике и рациональному природопользованию , автор научной работы — Зыков Виктор Семенович, Абрамов И. Л.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

GEOPHYSICAL CONTROL METHODS TO THE RISK OF DYNAMIC PHENOMENA IN COAL MINES

Review of modern geophysical methods and diagnosis of dynamic phenomena in mines used to evaluate the properties of the rock mass is executed. The analysis of methods’application in Kuzbass is submitted.

Текст научной работы на тему «Геофизические методы контроля опасности по динамическим явлениям в угольных шахтах. 320»

© B.C. Зыков, И.Л. Абрамов, 2013

УДК 622.831.1

B.C. Зыков, И.Л. Абрамов

ГЕОФИЗИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ ОПАСНОСТИ ПО ДИНАМИЧЕСКИМ ЯВЛЕНИЯМ В УГОЛЬНЫХ ШАХТАХ

Выполнен обзор современных методов и средств геофизической диагностики динамических явлений в шахтах, применяемых для оценки свойств горного массива. Представлен анализ их применения в Кузбассе. Ключевые слова: прогноз динамических явлений, шахта, выработка, геофизические методы контроля.

Применению методов геофизической диагностики динамических явлений при подземной добыче полезных ископаемых большое внимание уделяется в США, Великобритании, Германии, Польше, России и Украине. За период многолетних исследований, выполненных ВНИМИ, ВостНИИ, МакНИИ, ИГД им. А.А. Скочинского, МГГУ и другими научно-исследовательскими институтами горного профиля разработаны методики и средства контроля состояния массива горных пород.

На практике применяются следующие геофизические методы: ультразвуковой, виброакустический, электрометрический, сейсмический, электромагнитного излучения массива [1].

Ультразвуковой метод используется для оценки напряженно-деформированного состояния породного массива и степени его трещиноватости.

Виброакустический метод используется для оценки состояния приконтурной зоны незакрепленных горных выработок и системы «крепь - породный массив».

Электрометрический метод применяется для оценки тре-щиноватости и гидрогеологии породного массива в окрестности горных выработок.

Сейсмический метод используется для выявления и картирования зон геологических нарушений и искусственных полостей в массиве.

Регистрация интенсивности естественного электромагнитного излучения используется для бесконтактного оперативного выделения участков с повышенным уровнем напряжений в массиве.

Разработана технология построения комплексных систем контроля состояния горного массива, контроля и прогноза удароопасности отрабатываемых угольных пластов для создания многофункциональных систем безопасности угольных шахт [2].

Система контроля безопасного состояния горного массива предусматривает возможность организации постоянного мониторинга геодинамических и техногенных процессов, сопутствующих подземной добыче, осуществления комплексной оперативной оценки геомеханического состояния горного массива в режиме реального времени, выполнения наиболее обоснованных и достоверных региональных и локальных прогнозов уда-роопасности угольных пластов и включает:

- систему наземного сейсмологического мониторинга и оптимизации схем размещения его регистрирующих элементов на примере сейсморегистрирующих комплексов «Байкал» (Геофизическая служба СО РАН);

- системы подземного сейсмологического мониторинга на основе сейсмических комплексов типа GITS (ВНИМИ);

- контроль деформаций земной поверхности в условиях скоростных режимов отработки лав и проявления динамических и дискретных форм сдвижения;

- подземный деформационный мониторинг с использованием датчиков дистанционного контроля;

- подземный геофизический мониторинг по системам пространственно позиционированных точек наблюдений.

Разработаны и применяются средства контроля свойств и состояния геотехнических систем в шахтном, искровзрывобе-зопасном исполнении: измерители скорости ультразвуковых волн ШУП-1, УК-ПРОГНОЗ, средства виброакустического контроля - спектроанализаторы ИСК-1Ш, СПЕКТР-1М, средства низкочастотной электрометрии ШИИС-3М1 и СЭР-1, прибор оценки механоэлектрических эффектов АНГЕЛ для регистрации электромагнитной и акустической эмиссии, средства регистрации электромагнитного излучения ШАИ-8, регистрации и измерения фотонной эмиссии ИФЭ-2м, реги-

страции сигналов акустической эмиссии СБ-32-М «Сапфир», шахтная электроразведочная аппаратура ШЭРС-5М, аппаратура сейсморазведки СШ12К, Geometries Es-3000, ARES-5/E.

В Кузбассе проводятся геофизические исследования с целью выявления аномальных тектонических зон и других участков изменения геомеханических характеристик для обеспечения безопасного ведения горных работ в шахтах [3]. На основе геофизических исследований и анализа данных геологоразведочных и эксплуатационных работ выявляются аномальные зоны, нарушения с интенсивно трещиноватыми неустойчивыми углем и вмещающими породами, зоны повышенного метановыделения. Разрабатываются рекомендации ведения очистных работ (скорость подвигания забоя с учетом состояния устойчивости кровли, шаг обрушения основной кровли, определение опасных зон по протяжению лавы, прогноз повышенного метановыделения, рост нагрузок на мехкрепь, появление заколов угля и породы и т.п.), предлагаются мероприятия по разупрочнению основной кровли пласта.

В качестве примера на рис. 1 приведена томограмма кажущегося электросопротивления участка лавы № 33 пласта XXVII шахты «Первомайская», полученная лабораторией предупреждения газодинамических явлений ОАО «Компания «Куз-бассуголь».

Измерения выполнены аппаратурой СЭР-1 (ВНИМИ) с применением дипольных методов электроразведки. Замкнутые красные поля соответствовали зонам повышенной трещинова-тости без выхода на плоскости обнажения пласта, в которых в большом количестве содержался свободный газ под высоким давлением. В этих зонах происходили газодинамические явления с разрушением призабойной части массива и интенсивным газовыделением в лаву.

Шахтными экспериментальными исследованиями [4] выявлены различия в проявлении активности электромагнитного излучения (ЭМИ) в опасных и не опасных по выбросам зонах (рис. 2).

Измерения активности ЭМИ выполнялись прибором «Вол-на-2» на двух каналах. Первый канал отсеивал импульсы ЭМИ амплитудой менее 2 мкВ, а второй - менее 20 мкВ.

б

паша 33 Ш Первомайская

Длина лавы, км

Рис. 1. Выявление участков геодинамической опасности при отработке лавы № 33 шахты «Первомайская» электрозондированием: а) томограмма изменения кажущегося электросопротивления участка лавы; б) шкала значений кажущегося электросопротивления

Номер измерения

Рис. 2. Изменение активности электромагнитного излучения в неопасной по выбросам зоне пласта 4 шахты «Новая» (1, 2) и выбро-соопасной зоне пласта XXI шахты «Первомайская (1', 2')» Кузбасса

Измерения показали, что в выбросоопасной зоне активность ЭМИ значительно выше, особенно ярко отличие этого показателя проявляется на втором канале, где количество импульсов п за фиксированное время 10 сек в выбросоопасной зоне изменяется от одного измерения к другому резкими скачками. Увеличение активности ЭМИ свидетельствует о том, что возрастает интенсивность образования трещин при упругом деформировании угля в области влияния выработки. Поскольку подавляющее большинство электромагнитных сигналов поступает из наиболее слабой потенциально выбросоопасной пачки, так как именно в ней, в основном, происходят деформации, а прочные пачки лишь передают на нее напряжения, можно утверждать, что высокоамплитудные импульсы соответствуют образованию квазипараллельных забою трещин, интенсивностью развития которых в наибольшей степени определяется выбросоопасность забоя. Эти трещины прорастают при значительно более упругих деформациях, чем трещины, направленные к забою.

Измерения активности ЭМИ, благодаря своей простоте и оперативности, перспективны для использования как при текущем прогнозе опасности по газодинамическим явлениям, так и при контроле эффективности способов их предотвращения.

Расширение области применение геофизических методов контроля при выполнении локального и текущего прогноза динамических явлений в шахтах путем оценки свойств и состояния призабойной части массива и горно-геологических условий ведения горных работ дает возможность повысить надежность и оперативность диагностики состояния горного массива.

1. Методическое пособие по комплексной геофизической диагностике породного массива и подземных геотехнических систем - Днепропетровск, ИГТМ HAH им. Н.С. Полякова HAH Украины, 2004. - 75 с.

2. Методические указания по созданию систем контроля состояния горного массива и прогноза горных ударов как элементов многофункциональной системы безопасности угольных шахт - С-Пб, НИИ ГГМД ВНИМИ, 2012. - 83 с.

3. Заключение о наличии аномальных тектонических зон и других участков изменения геомеханических характеристик кровли выемочного столба 347- бис пласта 3 ООО «Шахта Чертинская-Коксовая» - Кемерово, ООО «НТЦ Восточный», 2010. - 16 с.

4. Зыков B.C., Лебедев A.B., Сурков A.B. Предупреждение газодинамических явлений при проведении выработок по угольным пластам, 1997. -286 с. ГТТШ

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -

Зыков Виктор Семенович - доктор технических наук, профессор, заместитель директора по научной работе Института угля СО РАН, zykovvs@icc.kemsc.ru

Абрамов И.Л. - кандидат технических наук, доцент, старший научный сотрудник лаборатории геодинамических явлений в шахтах Института угля СО РАН, аbramov@iuu.kemsc.ru

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.