CC BY
21
СЕМИНАР 3
ДОКЛАД НА СИМПОЗИУМЕ ^НЕДЕЛЯ 1ОГНЯКА -2000" і
МОСКВА, МГГУ. 31 января - 4 февраля 2000 і ода
^ А.М .Мухаметшин, М.В. Яковлев,
Л.С. Воробьева, И.В. Костин, :::
:::::: С.М. Скоробогатов, Б.П. Пасынков, ;:
2000
УДК 622.831
А.М .Мухаметшин, М.В. Яковлев, Л.С. Воробьева, И.В. Костин, С.М. Скоробогатов, Б.П. Пасынков
К ВОПРОСУ СЕЙСМИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ АНТРОПОГЕННОЙ СРЕДЫ ОТ УГРОЗЫ
Н
еожиданные разрушения различного рода инженерных сооружений, особенно с большим количеством людских жертв (т.е. катастрофы), все более беспокоят человечество, научную общественность и, наконец-то, более или менее подробно освещаются в технической литературе. В последнее время продолжается начавшийся более 10 лет назад публикационный взрыв, направленный на разработку теории катастроф с самых различных и неожиданных научно -обосно-ванных позиций.
Сортировка, Чернобыль, Арзамас, Спитак, Ленинакан, каркас энергетического объекта в Подмосковье стали мрачными символами крупных природных и неприродных техногенных катастроф. Неоправданно большое разрушение зданий в перечисленных катастрофах выявили недостаточный профессионализм строителей, ряд дру-
гих социальных и экономических причин. Среди них хотелось бы обратить внимание на инженерную некомпетентность, пренебрежение фундаментальными науками, питающими научнотехнический прогресс, и наличие остающегося неизменно большим разрыва между «чистой» наукой и инженерной практикой. Недостаточная изученность расчетных и динамических схем, незнание или нежелание их изучить сказываются в эксплуатации и особенно в критических периодах работы даже для такого простого сооружения, как каменный жилой дом [1]. Вместе с тем, из истории строительной техники следует логический и трудно оспа-
риваемый вывод о том, что катастрофы искусственных сооружений возможны и в будущем. Тем более, что происходит эскалация размеров уникальных и сложных сооружений: радиомачта высотой 646 м под Варшавой, висячий мост в 2,5 км в Японии, высотное здание в 405 м в Нью-Йорке, труба в г.Коппер-Клифф (Канада) - 379,6 м. Эскалация размеров распространяется и на железобетонные сооружения: телевизионные башни высотой более 500 м в Москве и Торонто, мост в Паране с пролетом 330 м и т.п. Таким образом, наблюдается единственно возможное в таких масштабах массовое строительство из бетона и железобетона. И как раз эти материалы на сегодня являются самыми грубыми и неоднородными по своим свойствам из всех известных и созданных человечеством материалов.
Гипертрофированное представление о непогрешимости норм по расчету привело к формированию генотипа благополучия и неоправданного оптимизма в проектной культуре и строительстве. Отсюда незнание или нежелание признать неадекватность между тщательным контролем прочности на сжатие и действительной прочности на растяжение в массивной или сложной строительной конструкции. Как известно, замалчивается парадоксальный факт в проектной практике, когда многометровое инженерное сооружение рассчитывают на прочностных показателях, полученных на образцах с максимальным размером 30 см.
Это лишь доказывает наличие иллюзорности или эйфории благополучия.
Например, при обследовании в 1997 г. основных несущих элементов уникального здания Екатеринбургского государственного цирка выяснилось, что две 20-ти метровые консольные балки находятся на грани разрушения. Нами были выполнены сейсмологические исследования возможных причин, обусловивших появление характерных трещин в обеих балках. На рис. 1 приведены результаты мониторинговых. измерений на этих балках, где выделяются периоды максимальных колебаний. Рисунки 2 и 3 демонстрируют разницу в динамике колебаний, вызываемых воздействием взрывных работ строящегося метрополитена (ст. Геологическая) и влиянием зрителей во время одного из концертов. Разница весьма ощутима как по амплитуде, так и по времени воздействия на основные несущие элементы здания. По результатам наших совместных с учеными УрГАПС исследований руководством города было реше-но выполнить реконструкцию
здания цирка, которая и была произведена в течение 1997-1999 гг. Данный пример подтверждает основную идею геофизического мониторинга - не нужно дожидаться катастрофического разрушения со многими людскими и иными потерями. В сомнительных случаях необходимо затратить значительно меньшие (в десятки и сотни раз) средства на квалифицированное обследование с тем, чтобы по возможности исключить или предупредить техногенную катастрофу.
Аналогичное положение существует и в области горных наук: имеются отдельные эксперименты, теории и даже целые научные школы, развивающие и разрабатывающие теории прочности, теории деформации и разрушения неоднородных сред и твердых тел. Но до сих пор мы не имеем достаточно надежного прогноза, например, такого разрушительного геодинами-ческого явления, как землетрясение или горный удар. Это весьма важно в горном деле, т.к. у нас разрабаты-ва-
удароопасное месторождение -СУБР.
Современный облик горнодобывающего предприятия знаком каждому:
• на открытых горных работах - это глубокие карьеры и высокие отвалы поблизости, в совокупности занимающие многокилометровые площади на поверхности земли;
• на подземных горных работах - это разветвленная сеть подземных горных выработок, большие пустоты под землей и высокие терриконы возле стволов шахт.
При всех технологиях добычи используется давно известный и самый дешевый на сегодняшний день способ подготовки минерального сырья для выемки - это взрывной способ отбойки и измельчения, когда в виде массовых взрывов производятся взрывы массой в сотни тонн ВВ. Используются хорошо апробированные специальные взрывчатые вещества, технологии бурения взрывных скважин и шпуров, методики
ются целый ряд и имеется самое
и техника заряжания, многочисленные и целенаправленные способы инициирования взрывчатых материалов - другими словами, имеется целая отрасль в горнодобывающей промышленности - взрывное дело. И вот здесь возникла та самая проблема, вопросы которой нам приходится решать. Как правило, горные предприятия являются градообразующими, когда жилые и практически все социально значимые здания и сооружения находятся в непосредственной близости от подобных предприятий. Например, жилой массив "Комсомольский" г. Екатеринбурга расположен на борту камнещебеночного карьера «Шарташ-ский».
Проблема состоит в негативном влиянии взрывов на антропогенную среду, на самом первом месте которого считается сейсмический эффект. Спектр негативного проявления данного эффекта достаточно широк: от психологического и звона стекол до появления тре-
щин, а иногда и до разрушения сооружений. Сотрудниками Института горного дела Уральского отделения Российской академии наук многолетними исследованиями на многих предприятиях, разрабатывающих месторождения как открытым, так и подземным способом, выполнен огромный объем научно-исследовательских работ по оценке сейсмического эффекта промышленных взрывов. Полученных в результате исследований материалов оказалось вполне достаточно для разработки методики оценки параметров ожидаемого негативного влияния массовых взрывов на антропогенную среду с целью обеспечения ее сохранности. На рис. 4 приведены обобщенные зависимости параметра сейсмического эффекта - скорости смещения частиц грунта (или части сооружения) от массы ВВ, расстояния до взрыва и других причин, влияние которых учитывается коэффициентом «К» [2].
Благодаря таким методикам были внесены коррективы в паспорта буро-взрывных работ, что в свою очередь позволило застроить данный микрорайон г. Екатеринбурга 9- и 16-этажными жилыми домами при непрекращающейся добыче необходимого в том же строительстве материала.
Аналогичные примеры имеются и по другим рудникам: Высокогорское месторождение (г. Н. Тагил), Гороб-
лагодатское (г. Кушва) и др.
Возможности и современное состояние науки по прогнозу геодинамических явлений можно оценивать по-разному. С практической точки зрения и, останавливаясь на рассмотрении техногенных явлений на горных предприятиях, можно утверждать, что имеются определенные успехи в части прогноза по месту их проявления. Однако прогноз по времени проявления до сих пор остается все еще не решенной задачей, несмотря на достаточно хорошо развитые теории прочности и соответствующие научные школы. Существуют даже точки зрения, когда вовсе отрицается необходимость подобного прогноза.
Вместе с тем, у авторов имеется практический опыт разработки способа экспресс-оценки напряженно-
деформированного состояния локальных участков массива и прогноза горных ударов по времени [3].
Наиболее близкой к решению поставленной проблемы в настоящее время можно считать интенсивно развивающуюся горную геофизику. Данная наука имеет в своем арсенале достаточно широкий комплекс методов (см. рис. 5). Предметом изучения горной геофизики являются следующие 4 наиболее важных функционала: состав, строение, свойства и состояние горного массива.
Взаимосвязи этих функционалов по-видимому позволят решить обсуждаемые задачи и проблемы надлежащим образом.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Скоробогатов С.М. Руководство по расчету железобетонных конструкций на основе теории катастроф (мосты, здания, защитные оболочки атомных реакторов, башни, резервуары, емкости на шельфе, плотины и т.д.) - Свердловск: УЭМИИТ, 1991, 162 с.
2. Картузов М.И. и др.. Методика обеспечения сейсмобезопас-ной технологии ведения взрывных работ. - Свердловск: ИГД МЧМ СССР, 1984, 12с.
3. Мухаметшин АМ. Подземная векторная магнитометрия в
Г
Г
Мухаметшин Анатолий Матвеевич — доктор геолого-минералогических наук, заведующий лабораторией Института горного дела Уральского отделения РАН (ИГД УрО РАН), г. Екатеринбург.
Яковлев М.В. — инженер, ИГД УрО РАН, г. Екатеринбург.
Воробьева Л.С. — инженер, ИГД УрО РАН, г. Екатеринбург.
Костин И.В. — инженер, ИГД УрО РАН, г. Екатеринбург.
ЛЛ~Т",Л7ТТГ''
У
