CC BY
17
© Ю.С. Погорелов, Б.Я. Адигамов, Г.Н. Гензель, 2013
УДК 550.83
Ю.С. Погорелов, Б.Я. Адигамов, Г.Н. Гензель
КОМПЛЕКСНЫЕ ГЕОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ГОРНОГО МАССИВА НА 8-М ГОРИЗОНТЕ РУДНИКА «ИНТЕРНАЦИОНАЛЬНЫЙ» АК «АЛРОСА»
Выполнены кондукционное дипольное электропрофилирование, георадарный метод и параметрические измерения удельного электрического сопротивления в почве и бортах кольцевого штрека, что позволило определить конфигурацию и выявить прогнозную закономерность трешиноватости горного массива. Ключевые слова: электропрофилирование, георадар, параметрические измерения, штрек, горный массив, трешиноватость (electroprofiling, a georadar, parametri-cal measurements, a drift, a hills, a fissuring).
Как известно, геофизические методы исследований являются эффективным поставщиком информации о геологическом строении недр и эффективно используются при решении задач инженерной геологии, гидрогеологии и гидротехники, в том числе — для исследования горного массива из подземных выработок [1, 3].
На руднике «Интернациональный» АК «АЛРОСА» при проходке выработок 8-го горизонта выявлены разлом-ные зоны, являющиеся каналами флюидопроявлений (нефти, углеводородных газов, рассолов). Разлом-ные зоны такого масштаба в ранее проведенных в данном районе геофизических исследованиях не оценивались и не локализовывались в плане и в разрезе. В то же время они, как и каналы флюидопроявлений, несут существенную угрозу безопасности горного персонала при ведении горно-подготовительных и очистных работ на нижележащих горизонтах.
Настоящие исследования выполнены в объеме договора, заключенного ООО НТЦ «НОВОТЭК», г. Белго-
род с институтом «Якутнипроалмаз» АК «АЛРОСА», г. Мирный.
Основная задача исследований -применить подземные геофизические методы в выработках 8-го горизонта и оценить их возможности по идентификации флюидоактивных разломов в рудном поле.
Литологический разрез в данном интервале разреза (на глубине около 950 м) представлен доломитами, известняками доломитизированным и глинистым и галитом.
Существующие условия в выработках 8-го горизонта не позволили применить для решения поставленной задачи сейсморазведочный метод, по причине перекрытости выходов трещин в почву штрека бетоном (являющимся высокоскоростным материалом, препятствующим выходу информативных сейсмоволн в первых вступлениях), а также ввиду субвертикальности разломной зоны, что кинематически не позволяет получить выход информативных сейсмоволн. Определенные перспективы применения сейсмоакустического (ультразвуково-
го) метода для решения этой задачи не обеспечены в настоящее время технически (отсутствует необходимая аппаратура).
Подземные геофизические исследования выполнены методом электропрофилирования с кондукци-онной (электродной) ди-польной установкой (ДЭП) и георадарным методом (ГРМ) — на одном профиле, проходящем по длине кольцевого штрека; кондукционной установкой осуществлены также параметрические замеры удельного электрического сопротивления горных пород в бортах и почве ниш кольцевого штрека (рис. 1).
Измерения методом ДЭП проведены с шагом 1 м, основной их объем — с разносом 5 м в интервале ПК6...ПК33 (на остальной части штрека выполнению ЭП препятствовало наличие двойной колеи рельсовых путей). На аномальных участках выполнено ДЭП с большим разносом (12 м).
ДЭП и параметрические измерения проведены с аппаратурой АНЧ-3, для заземления электроразведочных линий применены плоские прижимные электроды.
Измерения методом ГРМ выполнены в интервале ПК13...ПК34 кольцевого штрека с непрерывной регистрацией радарограммы на профиле при перемещении антенного блока по полу выработки со скоростью около 2 км/час (медленным шагом), для измерений использовалась аппаратура «Око-2» с экранированными антенными блоками на 250 МГц.
Параметрические замеры удельного электрического сопротивления горных пород выполнены дипольной экваториальной установкой с разносом 1 м, при этом определены значения изучаемого параметра в массиве в относительно «чистом виде» (на достаточном удалении от зоны влияния техногенных искажающих факторов) и в существенно различных условиях: в зоне аэрации (в бортах ниш) и в зоне водонасыщения (в полу ниш).
По полученным параметрическим данным (таблица) удельное электрическое сопротивление горного массива в зоне аэрации (553...166 Омм) в 60...128 раз выше, чем в зоне водонасыщения (3,96...42,4 Омм). Это характеризует очень хорошие физические предпосылки применения кон-
Таблица. Результаты параметрических измерений удельного электрического
сопротивления горного массива
№ точки измерения Средние значения удельного электрического сопротивления, Омм Отношение значений борта и почвы Примечания
в борту в почве
Ш 505 3,96 128 примерно ПК 12
П2 477 7,92 60 — ПК 18 + 7 м
ПЗ 273 - — ПК 14 + 4 м
П4 - 14,3 - — ПК 25 + 3 м
П5 166 - - — ПК 28
Пб - 4а,4 - — ПК 28 + 8 м
П7 553 - - — ПК32 + 8м
дукционной электроразведки для выявления разломных зон и изучения их морфологии в окружающем рудное тело горном массиве.
Это позволяет также оценить характер общей трещиноватости горного массива — весьма значительную сплошную (объемную фоновую) мик-ротрещиноватость — в пунктах, где удалось выполнить оба измерения (в борту и почве выработки), значения электрического сопротивления горного массива в зоне аэрации превышают измеренные в зоне водонасыщения в среднем почти на 2 порядка.
Примечательно, что по данным параметрических измерений значения удельного электрического сопротивления, измеренные в почве выработки, монотонно возрастают с возрастанием пикетажа на соответствующем участке профиля (то есть, примерно северо-запада на юго-восток), тогда как для значений, измеренных в борту выработки, наблюдается явная тен-
денция к монотонному их уменьшению в этом направлении. Отмечающаяся тем самым обратная взаимозависимость удельного электрического сопротивления горного массива в почве выработки и в ее бортах вполне соответствует принятой аналитической зависимости удельного электрического сопротивления скального трещиноватого массива в зоне аэрации и в зоне водонасыщения, для которой отношение взаимных значений удельного электрического сопротивления в зоне аэрации и в зоне водо-насыщения является параметром величины объемно распределенной трещиноватости массива.
С учетом отмеченного выше, получается несколько парадоксальный вывод — на соответствующем участке профиля величина объемно распределенной трещиноватости горного массива уменьшается в направлении сосредоточения объектов локальной нарушенности массива (отдельных
Рис. 2. Графики рк ДЭП
трещин и зон интенсивной трещино-ватости — см. таблицу), то есть уменьшение «мелкотрещинной» объемной нарушенное™ горного массива как бы предсказывает появление в этом направлении «крупнотрещинной» локальной нарушенности.
К сожалению, вынужденно ограниченный объем параметрических измерений не позволяет охарактеризовать выявленную закономерность количественно. Вместе с тем, установленная закономерность может в определенной мере практически использована, как один из критериев, при прогнозировании крупных водозаполненных разломных зон во впередизабойном пространстве при проходке горных выработок.
Параметрические исследования показывают, что локальная макротектоника горного массива — в виде отдельных трещин и зон интенсивной трещиноватости — имеет место на фоне весьма интенсивной объемной микротектоники (сплошной объемной сети мелких трещин). При этом отмечается уменьшение фоновой (мелкой) трещиноватости горного массива, то есть — увеличение его жесткости, с приближением к интервалу отмечен-
ных в почве выработки одиночных (крупных) трещин. Как известно /3/, причиной возникновения трещин в горном массиве является поле механических напряжений, которое в осадочных породах формируется под влиянием тектогенеза и изменения объема пород, вызванного их уплотнением и химическим преобразованием. Общей закономерностью при этом является концентрация напряжений в объемах более жестких пород, в которых обычно и происходит возникновение трещинных разрывов сплошности горного массива, сопровождающееся разгрузкой напряжений.
По данным параметрических измерений в почве разрезного орта, удельное электрическое сопротивление рудного тела в относительно неизмененной (горными работами) его части (на глубине 1,5...2,0 м от поверхности) составляет около 6,8 Омм и уменьшается к поверхности почти в 2,5 раз, что характеризует достаточные физические предпосылки применения кондукционной электроразведки для выявления насыщенной рассолом трещиноватости и в самом рудном теле.
едя ■ ед$ ц й$& д йдз п 0,1 (] а,з [] 1 ц з | ю | зо |19а а зй$ «таив, шм
14 16 38 ЙЙ 24 26 г? ПК
я' 1 и Н1111111||||| II нимши-дш. иш III щи
I ГШННИШШКИШШПШНЫИ ям . 111111111 И МИН <)! "<ИИ|а19№ * и ям .<' кж
иг ниииишли иппн иш '«щи
> <П|| аКШЗ » • • „•МММ. >1Н»
«I и «н 1 мвшшшймшпт
II V 11111 >.. ПИШИ 1111111', 111111
шнмшглшг" и л» лит,тмеиш ши цр- ш, • « мм».«'1ьш мим л №1 | и г шшиг
■I 1»и тпгга« кит» пиши чип н тн «шт ■ 1
1 .тгш дгаяишпишипшншткиш! лттт • 4 «ммм ''мл: инщщышимни - . ,1* м штткчит • и вши ШЯНМН11 11* (ммшюмв* к ни шипи . г» яки и и ши м» ипншлнмшшш I ¡т
Рис. 3. Псевдоразрез рк по данным ДЭП: И,м — шкала разносов измерительной установки (параметр глубины исследования)
Средний уровень фона значений кажущегося электрического сопротивления ДЭП, (рис. 2) характеризуется двухступенчатой изменчивостью: для меньшего разноса он составляет примерно 10 Омм в интервале ПК6...ПК22 и около 2,0 Омм в интервале ПК26...ПК33; для большего разноса он несколько ниже: примерно 1,5 Омм для первой ступени и 0,3 Омм для второй. Между ступенями, в интервале ПК22...ПК26, отмечается инверсивный ход кривой рк, значительно более резкий и интенсивный для меньшего разноса.
Общее понижение уровня фона значений рк для большего разноса объясняется возрастающим влиянием относительно небольших поперечных размеров выработки с увеличением разноса электрометрической установки [2, 5].
Отмечающийся на кривых ДЭП уровень рк существенно ниже, установленного для горного массива по данным параметрических измерений — это связано с искажающим влиянием металлических заземленных конструкций крепи выработки. Поэтому ступенчатый характер изменения фона объясняется, в первую очередь, проявлением особенностей металлической части конструкции крепи на указанных интервалах. 168
При этом локальные повышения уровня рк на интервалах ПК6,5.. ПК7,5; ПК10,5...ПК13; ПК18,2...ПК19; ПК23,8...ПК25,8; ПК27,8...ПК29,2 кореллируются с участками отсутствия заземленной металлической крепи.
Докальное повышение рк на интервале ПК20...ПК22 кореллируется с отмеченной по данным геологической службы рассолосодержащай зоной интенсивной трещиноватости горного массива и отражает факт весьма качественного ее тампонажа (поскольку удельное электрическое сопротивление цементного камня значительно выше, чем у рассолов, вытесненных из трещин при проведении тампонажа). Остаточное проявление трещиноватости за счет электропроводности рассола на контакте горных пород с тампонажным цементным камнем отмечается небольшим локальным минимумом рк на ПК21+4 м.
Также почти не отмечается наличие рассола в первой (по порядку следования от зоны интенсивной трещиноватости) от зоны интенсивной трещиноватости отдельной трещине (из отмеченных геологической службой рудника) на ПК22+3 м, что характеризует приповерхностное ее расположение и весьма качественный тампонаж.
Рис. 4. Экстраполяция псевдоразрез рк на глубину по данным ДЭП
Однако вторая отдельная трещина отмечается интенсивной отрицательной аномалией рк (с эпицентром на ПК24), что характеризует ее глубинное распространение и рассолона-полненность.
Третья и четвертая трещины отмечаются отрицательными аномалиями рк меньшей интенсивности (с эпицентрами на ПК26+1м и ПК27+3 м).
Локальными минимумами рк на ПК11+4м и ПК28+6м отмечается наличие в почве выработки двух рассоло-содержащих трещин, не выходящих на поверхность и не отмеченных по данным геологической службы рудника.
На большем разносе (12 м) отмечается довольно общирная и сложная отрицательная аномалия рк с основным эпицентром на ПК15+4 м и еще двумя эпицентрами на ПК17+3м и ПК19, а едва намечавшаяся аномалия рк от затампонированной зоны повышенной трещиноватости объединяется с аномалией от первой трещины в одну очень интенсивную аномалию с эпицентром на ПК22. Аномалия рк от второй трещины проявляется на этой кривой в значительно меньшей мере, но между отмечавшимися аномалиями
от первой и второй трещинами появляется еще одна довольно интенсивная аномалия на ПК23. Раздельно отмечавшиеся аномалии от третьей и четвертой трещин сливаются в одну довольно интенсивную и обширную аномалию на ПК26+7м.
В целом, общий характер указанных сравнительных отличий позволяет сделать вывод, что интенсивность макротрещиноватости в пределах исследованной разломной зоны с глубиной заметно возрастает. Этот вывод особенно хорошо иллюстрируется псевдоразрезом разрезом кажущегося электрического сопротивления (рис. 3), где по изолинии «3 Омм» отчетливо выделяется затампонированная часть зоны интенсивной трещиноватости (ПК21...ПК22), уходящая вниз в направлении возрастания пикетажа и вытесняющая в приповерхностном интервале интенсивную зону пониженных значений рк, отмечающуюся на ПК22.
Следует отметить, что перекрытие бетоном выходов в пол выработки отдельных трещин совершенно не препятствует их выявлению и прослеживанию на глубину методом
Рис. 5. Радапрограмма ГРМ с результатами интерпретации: 1 — трещиноватая рассолозаполненная зона (область полного поглощения сигнала); 2 — отражающая граница
ДЭП. Поскольку на псевдоразрезе рк не отмечается горизонтальная неоднородность, глубинность ДЭП оценивается по максимуму [4] и составляет примерно 2 и 4 м.
Для выделения информации о строении разреза на более глубинных интервалах (до 8 м от почвы штрека) построены кривые линейно-логарифмической экстраполяции псевдоразреза (рис. 4), на которых уверенно отмечаются только два минимума (интерпретируемых как проявление рассолозаполненных трещин) — на ПК22 и ПК27+7 м, что указывает на соответствующую глубинную локализацию трещиноватости в горном массиве.
Согласно техническим данным, декларируемым производителем георадара, используемый комплект этой аппаратуры в установленном диапазоне электропроводности исследуемого горного массива обеспечивает глубинность зондирований до 8 м.
На полученной радарограмме отмечается ряд субвертикальных областей полного поглощения сигнала (отсутствия отражений), а также отдельные субгоризонтальные отражающие границы (рис. 5).
Полное поглощение сигнала интерпретируется, как диффузное рассеяние зондирующего поля в водона-полненной трещиноватости горного массива. В соответствии с физическим принципом георадарного метода, регистрироваться могут только верхние и, отчасти, боковые границы таких зон, вследствие практически полного затухания зондирующего поля внутри самих зон.
Наиболее отчетливо отмечаются четыре зоны, приходящиеся на интервалы ПК14+7 ...ПК15+7 м, ПК22+1 м...ПК23+8 м и ПК26...ПК26+5м, ПК27...ПК27+7 м. При этом в интервале ПК22+1 м...ПК23+8 м отмечается также наклон границы, расположенной по возрастанию пикетажа, в этом же направлении.
Субгоризонтальная отражающая граница отмечается на радарограмме в интервале условных глубин 3. 4 м (см. рис. 5), при этом отчетливо заметен наклон этой границы по возрастанию пикетажа.
Сравнение полученных данных георадарного метода с данными геологической службы рудника (рис. 6) о местоположении отмеченных тектонических нарушений (с учетом соот-
©1 4 — ш 3/1 4/1 ш ел 7/1 . Ж 10/1 11/1 12/1 I 1 3/1 1
"1/2 I 2/2 I 3/2 I 4/2 I Sß ■ 6Я 1 7/2 ■ I 3/2 S я 1 10/3 1 11/2 1 2/2 |
г еопадап -
1 .1/3 2/31 1 I3' 3 4 1 ) | SJ Г в 1 ■ 7/3 ■ 1 а» 9/3 (.Jf ■ i jtl 3 l'2/З 1 I13 3
1Д ж I зй I т: 5Л 6/1 ■ m ■
eRij опр }фи.г 1 иро н 8Й ■ 2/2 ■ щ '4/ SÄS1 (ß ■
я, е- 1И 1
1 Щ г 3 ■ 3 t i
* 1
6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 ПК
Рис. 6. Сопоставление результатов георадарного и кондукционного методов с геологическими данными: 1, 2 и 3 (по оси ординат) — градации глубинности и геофизических методов; 4 — положения эпицентров аномалий на линии профиля; 5 — интервал тампонажа зоны интенсивной трещиноватости
ветствующих изменений, внесенных выполнением тампонажа горного массива), показывает весьма представительную взаимную корреляцию этих данных — все отдельные трещины, зафиксированные геологической службой на ПК22+3м, на ПК24, на ПК26+2м и на ПК27+2м, отмечаются как субвертикальные области полного отсутствия отраженного сигнала на полученных радарограммах.
Неплохое соответствие отмечается также между данными георадарного метода и данными кондукционного электропрофилирования (см. рис. 6).
Однако кондукционным электрическим методом рассолонаполненные трещины в исследуемом горном массиве отмечаются более уверенно и локально — отчетливые эпицентры соответствующих аномалий кондукци-онного электропрофилирования фиксируются с точностью до 1 м (см. рис. 6); совпадение данных кондукционного метода с геологическими данными представляется также более точным.
Кроме того, информация кондук-ционного метода выражается в чис-
ленных значениях используемого геофизического параметра рк, что дает возможность сравнительной оценки выделяемых аномалий не только по их протяженности, но и по интенсивности. Кондукционный метод позволяет также определять конфигурацию выявленных аномальных зон в разрезе и на глубине — например, уменьшение мощности этих зон или полное замыкание (см. рис. 4), тогда как георадарный метод не позволяет получить такую информацию, вследствие полного поглощения зондирующего сигнала в насыщенных рассолами зонах.
Однако по своей производительности георадарный метод превосходит кондукционный, как минимум, в несколько раз.
Ряд отмеченных на радарограмме аномальных зон (ПК13+2 м. ПК13+3 м, ПК31+2 м...ПК31+3 м, ПК33) не находит своего подтверждения, ни по данным кондукционного метода, ни по геологическим данным — так проявляются трещины, начинающиеся на глубине горного массива и не выхо-
дящие в почву выработки. Это подтверждается тем, что три георадарных аномалии, отметившиеся в интервалах ПК14+9м.ПК15+4м, ПК17+2,5м и ПК18+4м...ПК19 фиксируются только на втором разносе кондукцион-ного метода (с большей глубинностью).
Таким образом, исследованная разломная зона уверенно отмечается по геофизическим данным, имеет более обширные очертания, чем по геологической данным, и заметную тенденцию к увеличению с глубиной.
1. Богословский В.А., Горбачев Ю.И., Жигалин А.Д. Геофизика. М., Университет, 2007.
2. Ляховицкий Ф.М., Хмелевской В.К., Яшенко З.Г. Инженерная геофизика, М., Недра, 1989.
- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
3. Огильви А.А. Основы инженерной геофизики. М., Недра, 1990.
4. Хмелевской В.К. Основной курс электроразведки, часть 1. Изд-во МГУ, 1964.
5. Электроразведка: Справочник геофизика, М., Недра, 1980. ДИВ
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -
Погорелов Юрий Сергеевич — доцент, strojanalit@mail.ru, Белгородский государственный университет,
Адигамов Булат Ягфарович — генеральный директор ОАО «БГП-сервис», bgpservis@mail.ru, Гензель Григорий Наумович — кандидат технических наук, заместитель директора ООО НТЦ «НОВОТЭК», beec@novotek15.belgorod.ru
А
- РУКОПИСИ,
ДЕПОНИРОВАННЫЕ В ИЗДАТЕЛЬСТВЕ «ГОРНАЯ КНИГА»
РАЗВИТИЕ ГОРНЫХ РАБОТ ПРИ ОТРАБОТКЕ МУЛЬД СРЕДНИХ РАЗМЕРОВ
(№ 946/02-13 от 17.12.12, 18 с.)
Григорьев Сергей Иванович — первый заместитель управляющего директора ОАО ХК «Якутуголь», grisi@mail.ru,
Моргунов Илья Владимирович — старший преподаватель, Северо-восточный федеральный университет имени М.К. Аммосова, morgunov_ilya@list.ru
DEVELOPMENT OF MINING OPERATIONS AT IMPROVEMENT OF MEDIUM-SIZE MOULDS
Grigoryev Sergey Ivanovich, Morgunov Ilya Vladimirovich
