CC BY
45
УДК 622.1:622.271
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СЕЙСМОМОНИТОРИНГА ДЛЯ ОЦЕНКИ СОСТОЯНИЯ УСТОЙЧИВОСТИ ПРИБОРТОВОГО МАССИВА
Ольга Газисовна Бесимбаева
Карагандинский государственный технический университет, 100027, Республика Казахстан, г. Караганда, Бульвар Мира, 56, кандидат технических наук, доцент кафедры маркшейдерского дела и геодезии, тел. (7212)56-26-27, e-mail: [email protected]
Елена Николаевна Хмырова
Карагандинский государственный технический университет, 100027, Республика Казахстан, г. Караганда, Бульвар Мира, 56, кандидат технических наук, доцент кафедры маркшейдерского дела и геодезии, тел. (7212)56-26-27, e-mail: [email protected]
Елена Алексеевна Олейникова
Карагандинский государственный технический университет, 100027, Республика Казахстан, г. Караганда, Бульвар Мира, 56, кандидат технических наук, доцент кафедры маркшейдерского дела и геодезии, тел. (7212)56-26-27, e-mail: [email protected]
Булат Анатольевич Бесимбаев
Карагандинский государственный технический университет, 100027, Республика Казахстан, г. Караганда, Бульвар Мира, 56, кандидат технических наук, магистрант кафедры маркшейдерского дела и геодезии, тел. (7212) 56-26-27, e-mail: [email protected]
В статье обзорно представлена современная технология микросейсмического мониторинга бортов карьеров, продемонстрированы основные результаты и возможность их корреляции с результатами маркшейдерских измерений и прогноз сдвижений.
Ключевые слова: сейсмомониторинг, прогноз сдвижения горных пород, деформирования исследуемого массива.
SEISMOMONITORING USE FOR ASSESSMENT OF STABILITY MASSIF
Olga G. Besimbaeva
Karaganda state technical university, 100027, Kazakhstan Republic, Karaganda, 56 Mira avenue, associate professor of "Mine survey and geodesy" department, cand.tech.sci., tel. (7212)56-26-27, e-mail: [email protected]
Elena N. Khmyrova
Karaganda state technical university, 100027, Kazakhstan Republic, Karaganda, 56 Mira avenue, associate professor of "Mine survey and geodesy" department, cand.tech.sci., tel. (7212)56-26-27, e-mail: [email protected]
Elena А . Oleynikova
Karaganda state technical university, 100027, Kazakhstan Republic, Karaganda, 56 Mira avenue, Teacher of mine surveying and geodesy department, tel. (7212)56-26-27, e-mail: [email protected]
Bulat A. Beisembaev
Karaganda state technical university, 100027, Kazakhstan Republic, Karaganda, 56 Mira avenue, undergraduate of mine surveying and geodesy department, tel. (7212)56-26-27, e-mail: [email protected]
The article surveillance presented modern technology microseismic monitoring of pit walls, demonstrated the main results and the possibility of their correlation with the results of surveying measurements and forecast of displacement.
Key words: seismic monitoring, forecast of displacement of rock deformation of the test array.
В комплексе исследований, способствующих повышению безопасности и эффективности открытых горных работ, становится микросейсмический мониторинг. Данная разновидность мониторинга основана на представительной регистрации сейсмических колебаний от небольших актов хрупкого разрушения в прибортовом породном массиве [1].
Путем обработки получаемых сейсмических записей оцениваются характеристики процессов разрушения - их положение в пространстве, выделившаяся сейсмическая энергия, неупругая деформация в очаговой области.
В статье обзорно представлена современная технология микросейсмического мониторинга бортов на карьере «Восточный Камыс» (Казахстан) [2] и продемонстрированы основные получаемые результаты.
Первичным элементом системы сейсмомониторинга является пространственная расстановка сейсмоприемников. Расстановка проектируется таким образом, чтобы обеспечить 3-мерное окружение объема пород, представляющего интерес в плане оценки устойчивости. Для достижения этого сейсмоприемники размещаются как на поверхности (на площадках уступов), так и в скважинах глубиной 100-250 м, пробуренных за верхним контуром карьера. Расстояние между сейсмоприемниками обычно составляет порядка 100-200 м, при этом наблюдениями охватывается объем пород с максимальным поперечным размером 300-500 м. На рис. 1 показана конфигурация сейсмической расстановки, развернутой на карьере «Восточный Камыс».
Расстановка состоит из 8 трехкомпонентных сейсмоприемников (обозначены синими тетраэдрами), 4 из которых установлены вблизи поверхности, а еще 4 - в глубоких скважинах (обозначены зелеными отрезками). В данном случае система спроектирована таким образом, чтобы обеспечить высокую разрешающую способность регистрации сейсмических событий в центральной части восточного борта карьера.
Электрические сигналы с сейсмических датчиков поступают на регистрирующие модули. Здесь происходит их фильтрация, оцифровка и предварительная обработка. При наличии достаточно плотной сейсмической сети и хорошем качестве сигналов обработка может производиться в автоматическом режиме [3].
Рис. 1. Сейсмическая сеть на карьере «Восточный Камыс»
Результатом выполнения стандартной обработки материалов сейсмомони-торинга является каталог сейсмических событий ^ , ^ Es и Mo). Данный каталог дает представление о характеристиках микросейсмической активности (рис. 2), и на нем строится дальнейшая интерпретация.
Рис. 2. Распределение очагов сейсмических событий
Можно выделить несколько направлений интерпретации материалов микросейсмического мониторинга, которые в конечном итоге способствуют обеспечению устойчивости пород исследуемого борта [4].
1. Оценка влияния интенсивности горных работ на макроскопическую устойчивость пород борта. Микросейсмический мониторинг позволяет количественно оценить степень влияния горных работ на состояние пород борта.
2. Идентификация сейсмически активных геологических структур. Микросейсмический мониторинг способен прояснить, является ли какая-либо конкретная известная геологическая структура сейсмически активной или нет.
3. Корреляция с результатами маркшейдерских измерений и прогноз сдвижений.
Положение очагов микросейсмических событий и их деформационные характеристики позволяют оценить ко-сейсмическую составляющую смещения борта. Подобная оценка, выполненная в рамках упругой модели породного массива, выявила интересную особенность. Оказалось, что рассчитываемая по сейсмическим данным деформация борта опережает реально фиксируемое (по результатам маркшейдерских измерений) сдвижение на 1 -2 месяца.
В конце ноября 2002 г. по данным маркшейдерских измерений была отмечена интенсификация смещений для участка поверхности борта ниже зоны обрушения. Примерно за полтора месяца до этого (в октябре 2002 г.) на данном участке отмечался существенный рост модельной ко-сейсмической деформации. Причину данного опережения можно объяснить реологией породного массива. Так, согласно расчетам в рамках упругой модели среды, деформация, вызываемая микросейсмическим событием (сдвиговым или отрывным разрушением) в окружающем массиве, распространяется от очага мгновенно. В реальности данный процесс может развиваться постепенно, приводя к наблюдаемому запаздыванию реальных смещений поверхности борта относительно модельных. Сравнительная динамика рассчитанной ко-сейсмической деформации и реально наблюдаемых смещений для одного из реперов в зоне интенсивного сдвижения показана на рис. 3.
40
о
Июль 2002
Октябрь Январь Апрель 2003
Июль Октябрь Январь 2004
Рис. 3. Углубленная обработка материалов наблюдений
Информация, которую можно извлечь из волновых форм сейсмических событий, не ограничивается получаемыми в результате стандартной обработки характеристиками. К примеру, для очага события в виде сдвигового разрушения по сейсмическим записям можно оценить ориентировку сдвиговой плоскости, а также направление и амплитуду подвижки. Подобные методики обработки сейсмических сигналов используются в «большой» сейсмологии и при сейс-момониторинге в подземных рудниках.
В последние годы накоплен положительный опыт использования микросейсмического мониторинга в качестве метода контроля устойчивости бортов карьеров [4]. Одно из главных преимуществ микросейсмического метода перед другими (маркшейдерскими измерениями, визуальными осмотрами) состоит в том, что наблюдениями охватывается 3-х мерный объем пород. Другой плюс данного метода заключается в непрерывности проведения наблюдений и в возможности оперативного получения результатов. В то же время существует ряд специфических сложностей реализации микросейсмического мониторинга:
- создание представительной расстановки сейсмических датчиков требует бурения нескольких глубоких (100-200 м) скважин;
- необходимо обеспечивать сохранность и работоспособность наземных регистрирующих модулей и каналов передачи данных (в частности, во время проведения взрывов);
- на этапе обработки материалов мониторинга необходимо выделять и устранять импульсные сейсмические сигналы, связанные с работой горного оборудования и другими внешними воздействиями.
Микросейсмический мониторинг не следует рассматривать как средство объявления тревоги неустойчивого состояния пород борта (наподобие струнных датчиков). Скорее его следует рассматривать как инструмент, позволяющий понять закономерности деформирования исследуемого массива.
Выявленная корреляционная зависимость имеет высокую практическую значимость, т. к. на ее основе можно осуществлять прогноз сдвижения пород борта по данным микросейсмического мониторинга. Однако гарантировать работоспособность подобного прогнозирования на любых карьерах в настоящее время еще сложно. Требуется накопление большего объема статистических данных.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Инструкция по наблюдениям за сдвижением горных пород, земной поверхности и подрабатываемыми сооружениями на угольных и сланцевых месторождениях. - М.: «Недра», 1989.
2. Отчет «ТЭР целесообразности проведения геологоразведочных работ и разработки участка «Центральный» и Северо-Западного фланга месторождения «Восточный Камыс»» / ТОО «Горно-экономический Консалтинг». - Алматы, 2001.
3. Методологические основы мониторинга состояния устойчивости карьерных откосов. КарГТУ, 2006.
4. Хмырова Е. Н, Бесимбаева О. Г. Сейсмомониторинг состояния приботовых массивов карьера «Восточный Камыс» // Научный журнал Вестник ЕНУ. - 2014. - № 4 (101). -С.116 - 125.
© О. Г. Бесимбаева, Е. Н. Хмырова, Е. Н. Олейникова, Б. А. Бесимбаев, 2016
