CC BY
21
УДК 622.83:[528:629.783]
Т.В. Лобанова ВостНИГРИ, Новокузнецк
ИССЛЕДОВАНИЕ ГЕОДИНАМИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ ТАШТАГОЛЬСКОГОМЕСТОРОЖДЕНИЯ МЕТОДАМИ СПУТНИКОВОЙ ГЕОДЕЗИИ
В 2005-2006 гг. на геодинамическом полигоне на земной поверхности Таштагольского месторождения (рис. 1) ВостНИГРИ совместно с ИГД СО РАН выполнено две серии GPS-наблюдений за процессами сдвижения горных пород в районах тектонических разломов, являющихся границами геодинамических блоков. Наблюдения велись по шестнадцати направлениям, охватывающим разломы: Холодный, Кондомский, Нагорный, Шахтерский, субмеридиональное тектоническое нарушение. За базовую точку, относительно которой выполнялась съемка, был взят пункт полигонометрии (пп.) 1111, находящийся в Юго-Восточном геодинамическом блоке вне зоны влияния горных разработок. В процессе GPS-съемки на каждом пункте производилось накопление данных от спутников в течение 3-9 часов в один файл данных в быстро-статическом режиме с периодичностью съема показаний 15 секунд. Полученные многочасовые файлы данных при постобработке с помощью специальной утилиты ConverttoRINEX программного обеспечения Trimble Geomatics Office были преобразованы в Rinex-файлы и разбиты на файлы по 20 минут, каждый из которых был обработан в Trimble Geomatics Office. В результате обработки вычислены координаты X, Y, Z, расстояния и превышения между реперами. После уравнивания установлено, что ошибка определения положения реперов не превышает 2 мм в плане и 3 мм по высоте.
Таблица. Результаты наблюдений короткопериодных смещений в
районахтектонических разломов Таштагольского месторождения
Максимальные абсолютные смещения, мм
Район наблюдений горизонтальные вертикальные
2005 г. 2006 г. 2005 г. 2006 г.
Разлом «Холодный»:
- АБК шахты (пр. л. «Д - Д») 22 34 30 39
- створ ствола «Северный» (пр. л. «Шх. Северная») 9 7 17 17
- трасса подъёмника (Юго-Восток) 3 10 7 25
Разлом «Нагорный» (пр. л. «Д - Д») 18 37 20 108
Разлом «Кондомский» (пр. л. «Д. Средняя») 35 50 28 36
Разлом «Шахтёрский» (пр. л. «Южная по простиранию») 17 34 22 74
Рис. 1. Схема геодинамического полигона для наблюдения движения геодинамических блоков в районе Таштагольского месторождения:
1, 2, 3, 4, 5 - разломы, соответственно, Холодный, Кондомский, Нагорный, Шахтерский, Диагональный; 6 - субмеридиональное тектоническое нарушение; не залитые кружки -
толчки 1, 2 классов
Сопоставление результатов съемки 2005 и 2006 гг. (см. табл.) показывает, что величина как горизонтальных, так и вертикальных смещений на разломах возросла с 3-35 мм в 2005 г. до 10-108 мм в 2006 г., что свидетельствует о повышении их активности, и выразилось в проявлении серии микроударов в шахте Таштагольского филиала ОАО «Евразруда». Наибольшие амплитуды смещений в 2006 г. зафиксированы на участке разлома «Нагорный» в интервале реперов (3)-(+4) профильной линии «Д - Д» в висячем боку.
Установлено, что амплитуды горизонтальных смещений в 2005 и в 2006 гг. сопоставимы, а амплитуды вертикальных смещений в 2006 г. существенно выше, чем в 2005 г. Так, максимальные абсолютные вертикальные смещения в 2006 г. в 5 раз превысили смещения 2005 г. Характерно, что и крупные толчки, и микроудары, произошедшие в шахте Таштагольского филиала в
2006 г., зарегистрированы в висячем боку рудной зоны. На разломе «Шахтерский» в южном торце воронки обрушения на границе участков (блоков) «Восточный» и «Юго-Восточный» (базовая линия: репер 1 профильной линии «Южная по простиранию» - репер 5 Юго-Восток) зафиксированные величины смещений в 2006 г. в 2-3 раз выше, чем в 2005 г.
Установлено наличие короткопериодного (в течение 20 минут) скачкообразного изменения амплитуды смещений на разломах, при котором абсолютные величины смещений возрастают в несколько раз от общего уровня смещений на данном участке. Особенно характерно это для наблюдений на разломах «Шахтёрский» и «Нагорный». Сопоставление смещений с проявлением толчков в шахтном поле в периоды наблюдений, показывает, что имеется некоторая взаимосвязь этих явлений. На рис. 1 показаны векторы сдвижения реперов базовой линии через разлом «Шахтёрский»: репер 1 профильной линии «Южная по простиранию» -репер 5 «Юго-Восток» в 12:00 16.06.06 г., когда было зафиксировано скачкообразное изменение смещений, особенно, репера 1. Произошло кратковременное сжатие разлома «Шахтёрский» и поднятие Восточного блока относительно Юго-Восточного в результате сдвига его по плоскости разлома в направлении с востока на запад. Характерно, что результирующий вектор горизонтальных сдвижений направлен параллельно разлому в район толчка класса 2.1, произошедшего накануне в 0 : 59 : 54 на отметке -549 м. В последующие 20 минут в 12 : 20 массив в районе репера 1 практически вернулся в положение на 12 : 00, что отражает процесс упругого восстановления состояния горного массива. Возможно, что такое короткопериодное скачкообразное сдвижение земной поверхности в районе тектонических разломов, разделяющих геодинамические блоки, неслучайно, т.к. в последующем 17.06.06 г. в зоне влияния разлома «Нагорный», а 18.06.06 г. в районе разлома «Холодный» в южном торце Восточного участка произошло ещё два толчка (см. рис. 1).
Скачкообразное сдвижение в районе разломов «Холодный» и «Нагорный», происходящее в 20-ти минутные интервалы времени, наблюдалось 22.09.06 г. (рис. 2) в период проявления толчков 22 - 23.09.06 г. в зоне влияния разлома «Нагорный», проекции гипоцентров которых в плане гор. -350 м располагаются на расстоянии 80-120 м от разлома. Механизм изменения напряжённо-деформированного состояния в этот период представляется следующим. После толчков, проявившихся на отметках -303 и -377 м вблизи наблюдаемых базовых линий по профилю линии «Д - Д», в шахтном поле месторождения началось перераспределение напряжений. В течение сеанса наблюдений в период с 9 : 00 до 11:40 наблюдались повышенные от общего уровня смещения массива по границам блоков, достигающие 20-30 мм. При этом происходило как оседание и растяжение земной поверхности, так и поднятие и сжатие. Максимальные смещения в этот период произошли в 11 : 00, когда реперы +20 и +13 в лежачем боку рудной зоны были подняты до 28 мм и смещены в направлении юг-север до
30 мм, а репер +4 в висячем боку рудной зоны осел на 13 мм и сместился в направлении с юга на север на 12 мм.
Рис. 2. Изменение во времени смещений в районе разломов«Холодный» и «Нагорный» по результатам GPS-съемки 22.09.06 г.
В результате этого, за счёт растяжения по простиранию месторождения и разнонаправленных вертикальных сдвижений соседних блоков, на участке провала произошло сжатие земной поверхности до 28 мм. В период с 11:00 до 11:20 массив вернулся практически в то состояние, с которого был начат сеанс наблюдений 22.09.06 г. В последующем процесс сдвижения в лежачем боку стабилизировался, а в висячем боку в районе разлома «Нагорный» произошло сдвижение репера +4 с юга на север и его оседание, максимум которых в 12:20 достиг соответственно 29 и 88 мм. Суммарный вектор горизонтальных сдвижений, как и при наблюдениях в районе разлома
«Шахтёрский», совпадает с простиранием разлома «Нагорный». В результате растяжения массива вкрест простирания месторождения и оседания по разлому «Нагорный» произошла пригрузка разлома и в зоне его влияния на отметке -347 м в 12:35:28 произошёл толчок класса 1.8, после чего массив восстановился практически до первоначального состояния. В дальнейшем, если состояние массива в лежачем боку до конца сеанса наблюдений в 18:00 оставалось стабильным, то в висячем бокув районе разлома «Нагорный», начиная с 16:00 до 18:00, вновь стал наблюдаться повышенный уровень как вертикальных, так и горизонтальных смещений, что, возможно, послужило причиной толчка, зафиксированного в зоне влияния разлома 23.09.06 г. в 01:55:30 на отметке -483 м.
В результате наблюдения короткопериодных смещений в районах тектонических разломов Таштагольского месторождения зафиксированы периоды разнонаправленного сдвижения массива по плоскости разломов в вертикальноми горизонтальном направлениях. Отмеченный вид сдвижений наблюдался в 2006 г. в различные периоды на всех разломах, в то время как в
2005 г. аналогичные подвижки зафиксированы только на разломе «Холодный» после массового взрыва II слоя блока 17, что также свидетельствует о геодинамической активности района месторождения в
2006 г. и её влиянии на повышенную сейсмическую активность в шахтном
поле. Разнонаправленныйхарактерсдвижений соответствует
короткопериодным скачкообразным смещениям и создаёт помимо сдвига ещё и мгновенную пригрузку массива в направлении сдвижения. Зафиксированный процесс сдвижения массива подтверждает механизм формирования и проявления мощных толчков и горно-тектонических ударов, установленный ранее институтом «ВостНИГРИ» по результатам комплекса дискретных замеров на станциях глубинных, контурных и грунтовых реперов.
Геодинамическая активность тектонических разломов, зафиксированная ОРБ-наблюдениями в сентябре, всестороннее сжатие массива по наблюдениям в выработках гор. -280 и -350 м, а также поднятие породного и рудного массивов в ортах 18 гор. -280 и -350 м за период с июня по сентябрь 2006 г. отражали региональную напряжённость района месторождения. В этих условиях 19.11.06 г. был произведён массовый взрыв блока 18 с весом заряда 167,8 т ВВ.
Сейсмостанция «Таштагол» зарегистрировала сейсмические колебания от произведённого взрыва, а сейсмический эквивалент составил 206,5 т ВВ с энергией явления 1,2 х 109 Дж. В течение суток в массиве, прилегающем к месту проведения взрыва, зарегистрирована серия динамических явлений в количестве 108 штук, максимальная энергия которых составила 3,2 х 104 Дж. В ходе осмотра района горных работ были обнаружены нарушения крепления выработок и поднятие рельсовых путей в ортах № 18-21 гор. -350 м.
Комиссией по расследованию причин произошедших динамических явлений, исходя из данных сейсмостанции и характера нарушений в выработках, эти явления классифицированы как серия микроударов,
произошедших в зоне трещиноватости, секущей данный участок месторождения в северо-западном направлении. Отмечено, что замерами НДС массива в выработках гор. -280,-350 м и на 5 п/этаже блока 18 до начала зарядки ВВ опасных напряжений не установлено. В связи с этим подходы к оценке напряжённости массива методами спутниковой геодезии, особенно в районах тектонических разломов на границах геодинамических блоков, следует считать перспективным региональным методом оценки НДС массива.
© Т.В. Лобанова, 2007
