Геофизический мониторинг для обеспечения промышленной безопасности горных работ Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

© С.В. Трофименко, Н.Н. Гриб, В.М. Никитин, 2008

С.В. Трофименко, Н.Н. Гриб, В.М. Никитин

ГЕОФИЗИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ ДЛЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ПРОМЫШЛЕННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ГОРНЫХ РАБОТ

обыча угля открытым способом на нерюнгринском уголь-

ном разрезе производится посредством производства мас-

совых взрывов. Энергия взрывной волны, излучаемая в нижнее полупространство при взрывах, сопоставима с энергией микроземлетрясений. Эта энергия насыщает верхнюю часть земной коры и приводит к необратимым смещениям структурных элементов на геологических контактах.

Изучение влияния массовых взрывов на природную сейсмичность показало [1], что существует тесная пространственно-временная зависимость распределения землетрясений в близи карьера с объемом взорванной массы и частотой производства взрывов. Рис. 1 иллюстрирует выявленную закономерность увеличения количества ближних землетрясений с увеличением объема взорванной горной массы.

Для анализа результатов наблюдений были привлечены материалы из каталога Якутского филиала Геофизической Службы РФ (ГС РФ) и мониторинговые исследования Нерюнгринской сейсмо-станции.

Пространственное распределение землетрясений в ближней зоне, произошедших от первых минут до нескольких часов после взрыва в точности укладывается в азимут эпицентров массовых взрывов, что иллюстрируют рис. 2, 3.

Очаги землетрясений (рис. 3) либо приурочены к пункту взрыва, либо располагаются северо-западнее вдоль локальной активизированной структуры. Таким образом, активное воздействие на

367

среду вызывает сейсмический отклик в виде коррелированного изменения сейсмической активности.

Мониторинговые исследования в аналогичных условиях в близи горных выработок показали, что при проходке горных выработок возникают очаги землетрясений, которые находятся

368

РядЗ -Щ— Ряд2

Рис. 1. Графики изменения объема взрываемой массы и количества ближних землетрясений в месяц, за период 1.01.02 -30.09.04 г

Рис. 2. Взрывы на карьере «Не-рюнгринский» в 2004 г

на небольших расстояниях от выработки и поэтому интенсивно прояв-ляются. При этом происходят не только микроземлетрясения, но и довольно сильные события (горные удары). Такие техногенные проявления неоднократно наблюдались в Карагандинском угольном бассейне [2], на апатитовых рудниках в Хибинах [3, 4]. Все горные удары происходили в непосредственной близости от разрывных тектонических нарушений. Причем, изменение напряженного состояния в массиве горных пород в результате инженерной деятельности приводило к образованию новых трещин и значительным подвижкам.

В этой связи закономерен вопрос о возможности формирования очага землетрясения (горного удара) под воздействием массовых взрывов и активизированной ими локальной тектонической структуры.

Для решения данной задачи необходимо проведение специальных исследований по разработке системы прогноза геодинамической опасности на основе сейсмомониторинговых наблюдений, организованных по площадной схеме. Для мониторинга необходимо регистрировать события с энергией от первого энергетического

класса. С этой целью в дополнение к цифровой сейсмологической станции, работа-ющей в непрерывном ре-жиме мониторинга, необходимо установить

Рис. 3. Землетрясения вблизи карьера в 2004 г. Начало от-

369

счета- координаты Нерюнгринской сейсмостанции_

Изменение числа зарегистрированных землетрясений по 10-ти летним циклам

о ф

т ^

с; о

1200

Ф

о к

е- 2

Ф го с; о 2 о

1000

800

ГО 600

400

200

Энергетические классы

—ф—1967-1976 -■—1968-1977 Д 1969-1978 —»«—1970-1979 —Ж—1971-1980 —•—1972-1981 —I—1973-1982 О 1974-1983

-1975-1984

О 1976-1985 □ 1977-1986 Д 1978-1987

0

Рис. 4. Изменение числа зарегистрированных землетрясений по 10-ти летним циклам

три-четыре выносных сейсмостанции с автоматической регистрацией и передачей данных в центр сбора и обработки информации с разносом базы на 20-50 км. Сейсмический мониторинг, организованный по предлагаемой методике позволит отследить распределение сейсмических событий по локальным активизированным структурам и, следовательно, выделить сейсмогенные структуры. Это, в свою очередь, даст возможность оценить энергетический потенциал данных структур и, как следствие, сейсмическую опасность для промышленных инфраструктур.

Следует отметить, что увеличение числа стационарных сейс-мостанций, привязанных к существующей энергосистеме вдоль трассы АЯМ, не увеличивает точность определения эпицентров слабых землетрясений даже с энергетическим классом К=7, что иллюстрирует рис. 4, что приводит к потере самой сути сейсмического мониторинга. Анализ данных свидетельствует, что за весь инструментальный период наблюдений, седьмой энергетический класс не стал представительной выборкой сейсмологических наблюде-

370

ний. Наращивание числа стационарных сейсмостанций, поэтому малоэффективный и весьма дорогостоящий подход.

Возрастающие масштабы и интенсификация освоения земных недр в современных условиях привели к необходимости решения задач по предотвращению чрезвычайных ситуаций катастрофического характера, вызванных техногенной сейсмичностью. В условиях Южной Якутии открытые горные работы на разрезе «Нерюн-гринский» способны спровоцировать не только микроземлетрясения, но более значительные сейсмические события (горные удары). В связи с высокой природной сейсмичностью и близостью промышленной зоны г. Нерюнгри к гражданским сооружениям, антропогенные воздействия могут в значительной степени влиять на уровень сейсмических и экологических рисков [5]. Практическая значимость решения обозначенных проблем для развивающегося Южно Якутского региона чрезвычайно высока. В этой связи, представляют несомненный интерес результаты полевых изысканий и фактов техногенных землетрясений по обозначенным направлениям.

--СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.Трофименко С.В., Гриб Н.Н. Использование промышленных взрывов для мониторинга локальных структур и решения прямых и обратных задач геофизи-ки//Четвертый всероссийский симпозиум «Сейсмоакустика переходных зон». -Владивосток.- Изд-во ДВГУ. - 2005. - С. 144-149.

2.Хайдаров М.С., Ильина В.В. Проблемы техногенной сейсмичности/Промышленность Казахстана. - №2, 2001.

3.Прогноз и предотвращение горных ударов на рудниках. Под редакцией Пе-тухова И.М., Ильина А.М., Трубецкого К.Н. - М.: Издательство АГН, 1997. - 376 с.

4.Козырев А.А., Панин В.И., Мальцев В.А. Изменение геодинамического режима и проявление техногенной сейсмичности при ведении крупномасштабных горных работ на апатитовых рудниках в Хибинском массиве//Проблемы геодинамической безопасности:// Международное рабочее совещание. 24 - 27 июня 1997 -СПб.: ВНИМИ, 1997. - С. 67-69.V.N.

5.Трофименко С.В., Гриб Н.Н. Снижение риска и смягчение последствий чрезвычайных ситуаций сейсмического характера в Южной Якутии (методическое руководство). - Якутск: Изд-во ЯГУ, 2003. - 27 с. ШИЗ

— Коротко об авторах -

Трофименко С.В. - кандидат геолого-минералогических наук, доцент,

Гриб Н.Н. - доктор технических наук, профессор,

Никитин В.М. - доктор геолого-минералогических наук, профессор,

Технический институт (ф) ГОУ ВПО «ЯГУ», г. Нерюнгри.