CC BY
29
работки с течением времени t по данным электрофизических измере-ний, приведенных в [3].
Из приведенных графиков следует, что прочность обработанных грунтов изменяется весьма неравномерно: на интервале х = 0,26-0,45 м (в зоне активного анода) она возросла более чем в 6 раз, причем набор прочности происходил относительно рав-
Рис. 4. Прогнозируемое изменение сцепления С грунта в обработанной зоне с течением времени вдоль оси х установки: 1 - X = 1 сут; 2 - 5 сут; 3 - 15 сут; 4 - 23 сут; 5 - 46 сут
номерно во времени; в средней части зоны обработки (х =
0, 08-0,26 м) набор прочности массива происходил значительно менее интенсивно.
Полученные результаты позволяют контролировать изменение физических свойств укрепляемого массива в пространстве и во времени, как в лабораторных, так и в натурных условиях. Проведение подобных исследований на начальных стадиях укрепительных работ будет способствовать обоснованию оптимальных параметров технологии ЭХЗ и повышению ее эффективности.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Должиков П.Н. Электрохимический тампонаж обводненных неустойчивых горных пород при строительстве устьев шахтных стволов // Ав-тореф. дисс. канд. техн. наук. - Днепропетровск: ДГИ им. Артема, 1989. - 16 с.
2. Простое С.М. Исследование параметров грунтов при электроосмотическом и электрохимическом укреплении на экспериментальной модели / С.М. Простое, М.В. Гуцал, А.В. Покатилов // Вестник РАЕН (ЗСО). - 2004. - №6 - С.128-134.
3. Простое С.М. Исследование геометрических параметров зон электрохимического укрепления глинистых грунтов на физической модели / С.М. Простое, А.В. Покатилов // Наукоемкие технологии разработки и использования минеральных ресурсов: Материалы Международной научно-практической конференции. - Новокузнецк, 2004. - С. 32-36.
— Коротко об авторах ------------------------------------------------------------------
Простое С.М. - доктор технических наук, профессор кафедры теоретической и геотехнической механики ГУ КузГТУ,
Покатилов А.В. - аспирант ГУ КузГТУ,
Хямяляйнен В.А. - доктор технических наук, заведующий кафедрой теоретической и геотехнической механики ГУ КузГТУ,
Понасенко С.Л. - кандидат технических наук, старший научный сотрудник, ОАО "Кузниишах-тострой".
© А.Л. Замятин, 2005
УДК 622.83
А.Л. Замятин
ГЕОРАДАРНОЕ ЗОНДИРОВАНИЕ ДЕФОРМИРУЕМОГО УЧАСТКА БОРТА ГЛАВНОГО КАРЬЕРА ВЫСОКОГОРСКОГО ГОКа (г. НИЖНИЙ ТАГИЛ, СВЕРДЛОВСКАЯ ОБЛАСТЬ)*
Семинар № 2
~П конце июля 2004 г. на югозападном борту Главного карьера и прилегающей территории земной поверхности в районе железнодорожного поста № 12 визуально были обнаружены деформации земной поверхности. Деформированный участок играет важную роль в технологическом комплексе ГОКа. Во-первых, по нему проходят две нити железнодорожных путей со стрелочными переводами, по которым на обогатительную фабрику доставляется руда с ш. Естюнин-ской, а на аглофабрику - известняк из Гальяновского карьера. Железнодорожные пути проходят по прибортовой территории на отметках 225-226 м.
Во-вторых, по берме 160 м проложен пульпопровод, по которому хвосты с фабрики подаются в Главный карьер.
Таким образом, развитие деформаций может привести к нарушению и выходу из строя этих двух важнейших технологических объектов, определяющих нормальную работу значительной части технологического комплекса.
В связи с этим, сразу после визуального обнаружения деформационного процесса, маркшейдерской службой ГОКа был установлен инструментальный контроль за развитием деформаций. Маркшейдерские наблюдения производились с 30.07.2004 г. Первоначально скорость оседания не превышала 10 мм/сут, к середине августа она уже достигла 12-13 мм/сут, к концу августа 14-15 мм/сут, к середине
сентября 27 мм/сут, и, наконец, во второй половине сентября она выросла до 42 мм/сут. Суммарные оседания достигли 2,3 м. Активная зона деформирования захватила железнодорожные пути. Железнодорожные пути были выведены из рабочего состояния, которое поддерживалось формированием новой насыпи и постоянной рихтовкой полотна. Чтобы исключить взаимное влияние путей друг на друга, стрелочные переводы были убраны. Эксплуатация путей производилась в ограниченном объеме со специальным режимом движения поездов.
Вместе с деформированием земной поверхности на прибортовом участке деформации проявились и на борту карьера, захватив уступы и бермы на горизонтах 210 м, 200 м, и уступы между 170 ми 180 м. Ниже этих отметок в борту карьера производится выемка мартитовых руд. С развитием деформаций выемка руды была прекращена и экскаватор был отогнан за границы зоны деформирования.
В связи с этими событиями было принято считать, что деформации на участке железнодорожного поста №12 могут быть вызваны развитием процесса сдвижения над подземными пустотами или старыми горными выработками. Поэтому для обеспечения безопасной эксплуатации данного участка необходимо:
• установить границы области деформирования массива горных пород в плане и по глубине;
*Работа выполнена при поддержке РФФИ и Совета по грантам Президента РФ ведущих научных школ
• произвести диагностику массива горных пород на наличие в нем пустот.
Эти задачи были возложены на геофизические методы: спектрального сейсмопрофилирования (ССП) и георадарного зондирования (ГРЗ). Исследования производились по испытанной методике зондирования массива горных пород с поверхности по профильным линиям, равномерно покрывающим деформируемый участок и прилегающие к нему зоны.
Основой метода радиолокации является отражение электромагнитной волны от границ между средами, имеющими различные электрические свойства. Расположенная на поверхности земли передающая антенна излучает импульс радиоволн. Проходя в землю через приповерхностные слои, некоторая часть энергии волны отражается от границ между слоями и устремляется обратно к поверхности, а остальная часть энергии проникает глубже.
Глубины залегания слоев (объектов) пропорциональны времени, которое требуется радиоволновому импульсу, чтобы «пробежать» от располагающейся на поверхности передающей антенны до отражающей границы и обратно на поверхность к приемной антенне. Оно зависит от электрофизических свойств среды, через которую проходит радиоволновой импульс.
Наиболее важными параметрами, характеризующими возможности применения метода георадиолокации в различных средах, являются удельное затухание и скорость распространения электромагнитных волн в среде, которые определяются ее электрическими свойствами. Удельное затухание определяет глубину зондирования. А знание скорости распространения радиоволн необходимо для пересчета временной задержки отраженного импульса в расстояние до отражающей границы.
При решении поставленной задачи использовался георадар «ГР0Т-10» - переносной импульсный радиолокатор подповерхностного зондирования повышенной мощности с отображением радиолокационных профилей в процессе измерения (рис. 1). Повышенная мощность передатчика георадара позволяет работать в средах с большим поглощением. Отображение результатов зондирования на встроенном экране делает возможным решение ряда задач на месте, не прибегая к дополнительной обработке данных на компьютере.
В георадаре ГР0Т-10 частотный диапазон лежит в пределах 50-150 МГц. Технические характеристики практически всех георадаров, производимых в России и за рубежом, как и их схемные решения, мало чем отличаются друг от друга. За основу технического решения принят метод стробоскопического преобразования спектра сигнала в область низких частот, в которой и происходит его регистрация. Ударное возбуждение антенны осуществляется транзисторами в лавинном режиме с перепадом напряжения около 50 Вольт.
Антенны георадара устанавливается непосредственно на линии профиля. Форма и амплитуда сигнала контролируется на дисплее георадара. По форме сигнал должен иметь вид затухающего гармонического колебания (рис. 2). Все измерения записываются в электронном виде в память георадара, после чего подвергаются математической обработке с помощью специально написанных программ.
Направление профилей зондирования было выбрано в соответствии с рельефом местности [1]. Половина исследуемой территории представлена бортом карьера, вторая половина - прибортовая площадка земной поверхности, пересеченная железнодорожными путями и автомобильными дорогами,
Рис.1. Общий вид георадара ГРОТ-10
проложенными вдоль борта карьера. Зондирование на профильных линиях производились с шагом 2,5 ми 5 м. Это обеспечивало высокую детальность построения разрезов. Всего было пройдено 9 продольных профильных линий и 1 поперечная линия с длинами от 100 м до 250 м. Глубина зондирования составила 25-50 м. Регистрация данных георадарного зондирования проводилась в режиме полноволновых форм, т. к. только в этом режиме удалось добиться разрешения, необходимого
для отображения слоев до интересующих глубин. Для анализа данных, полученных при съемке, были использованы программы УШЛ, ОБС^ЛУЕ8, ОКОТОЛТЛ.
Особое внимание при проведении полевых работ уделялось координированию точек зондирования в плане и по высоте. Положение каждой точки зондирования в пространстве определялось с высокой точностью с помощью спутниковой геодезической привязки.
Разрезы по профильным линиям представлены на рис. 3 и 4. Глубина зондирования составляла от 25 до 50 ми отражала деформационные изменения в массиве горных пород на глубинах зондирования. Контуры зоны деформирования, построенные по результатам георадарного зондирования, показаны на рис. 5. По результатам георадарного зондирования вокруг четких границ зоны деформирования над карстовыми зонами выделяется еще дополнительная область, затронутая
Рис.2. Информация, отображаемая на экране георадара
Рис.3. Георадарный разрез по профилю 040
Рис. 4. Георадарный разрез по профилю 046
более слабыми деформационными процессами, соответствующая, по-види-мому, начальной стадии проявления плавных деформаций. На разрезах четко прослеживается наличие неоднородностей в массиве горных пород, связанных с пониженными сдвиговыми характеристиками. Таким образом, структура границ и контактов отражают всю сложность форм карстовых полостей, находящихся в исследуемом массиве горных пород. Две основные карстовые зоны имеют близкие по
форме контуры.
Кроме этих двух крупных зон в южной и юго-западной частях участка выявлены две небольшие карстовые зоны овальной формы с размерами 15-30 м.
Проведенный комплекс геофизического зондирования массива горных пород на участке железнодорожного поста №12 методом спектрального сейсмопрофилирования (ССП) и георадарного зондирования (ГРЗ) позволили получить следующие результаты:
• под исследуемым участком в массиве горных пород выявлена серия карстовых полостей, заполненных мелкодисперсным материалом, включающая две крупные карстовые зоны с размерами в плане: Северо-восточная - 200x70 м, Югозападная - 160x45 м. Между собой обе эти зоны соединены коридором шириной 1015 м. Есть также две небольшие зоны с размерами 15x30 м;
• верхняя граница карстовых полостей, имеющая весьма изменчивую форму и, нередко, размытый переход элю-виированных сиенитов в отложении карстов, в целом, имеет значительный уклон в сторону карьера с перепадом высотных отметок от 171-195 м до 110-120 м, т.е. перепад высот составляет 60-75 м;
• контуры зоны существенных деформационных преобразований массива горных пород приповерхностных слоев хорошо коррелируют с глубинными контурами карстовых зон. Дополнительно вокруг них образуется ореол
Рис. 5. Контуры зоны деформирования по результатам георадарного зондирования
первичных изменении массива, соответствующий начальной стадии развития плавных деформаций;
• область карстообразования, выявленная геофизическими методами, приурочена к трем разломам субширотного залегания крутого падения, отнесенным к сместителям II порядка.
Проведенный комплекс исследований позволил решить поставленную перед работой проблему обеспечения безопасной эксплуатации железнодорожных путей в районе поста № 12 и пульпопровода, оказавшихся в области влияния деформаций возникших на земной поверхности и в борту Главного карьера.
В итоге было установлено:
1. Процесс деформирования земной поверхности и борта карьера явился следствием развития процесса сдвижения над подземными пустотами, возникшими в карстовых зонах в результате выноса их
карстовых зон на исследуемом участке в плане и по глубине.
3. Произведен прогноз развития процесса сдвижения над выявленными карстовыми зонами, обоснованы параметры процесса сдвижения и отстроены границы опасных сдвижений на завершающую стадию развития процесса сдвижения.
4. Разработаны меры охраны железнодорожных путей и пульпопровода, предусматривающие :
• для железнодорожных путей два варианта обеспечения их безопасной эксплуатации: оставление их на месте с осуществлением инструментального контроля и периодических восстановительных ремонтов; вынос за пределы прогнозных границ зоны опасных сдвижений;
• для пульпопровода: освобождение его от грунта и прокладка по опорам; проведение инструментального контроля и периодической выправки на опорах по ме-
Благодарю за помощь в подготовке доклада своего научного руководителя заведующего Лабораторией сдвижения горных пород и предотвращения техногенных катастроф Института Горного Дела УрО РАН доктора технических наук Сашурина Анатолия Дмитриевича. заполнителя. ре достижения предельных деформаций.
2. Геофизическим зондированием массива горных пород оконтурены границы
1. Исследование деформационных процессов и разработка рекомендаций по безопасному ведению открытых горных работ в подработанном массиве Западного борта Медноруднянского карьера: Отчет о НИР (закл.) / ИГД УрО РАН; Рук. АД. Сашурин. - Екатеринбург, 2004, 76 с.
---------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
2. Георадиолокационные исследования верхней части разреза. Владов М.Л., Старовойтов А.В. - М.: МГУ, 1999, 68 с.
3. Сдвижение горных пород на рудниках черной металлургии. Сашурин АД. / ИГД УрО РАН - Екатеринбург, 1999, 268 с.
— Коротко об авторах -----------------------------------------------------------
Замятин А.Л. - аспирант, младший научный сотрудник, Институт горного дела УрО РАН, г. Екатеринбург.
© Т.Б. Теплова, А.С. Коньшин, О. М. Гридин, 2005
УДК 621.7:622.372.3
