Особенности технологии изучения изменений во времени деформаций блоков земной коры при освоении месторождений Кузбасса Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

ОСОБЕННОСТИ ТЕХНОЛОГИИ ИЗУЧЕНИЯ ИЗМЕНЕНИЙ ВО ВРЕМЕНИ ДЕФОРМАЦИЙ БЛОКОВ ЗЕМНОЙ КОРЫ ПРИ ОСВОЕНИИ МЕСТОРОЖДЕНИЙ КУЗБАССА

Анатолий Иванович Каленицкий

Сибирская государственная геодезическая академия, 630108, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, профессор кафедры астрономии и гравиметрии

Александр Николаевич Соловицкий

Кузбасский государственный технический университет имени Т.Ф. Горбачева, 650000, г. Кемерово, ул. Весенняя, 28, доцент кафедры маркшейдерского дела, кадастра и геодезии

Предложен дальнейший этап развития прикладной динамической геодезии, позволяющий осуществлять переход к оценке изменений во времени деформаций блоков земной коры. Отражены особенности технологии изучения изменений во времени деформаций блоков земной коры в районах освоения месторождений.

Ключевые слова: Блок земной коры, ранг, геодинамическое явление, кинематика, геодинамический полигон, деформация.

THE FEATURES OF RESEARCH METHODS OF THE CHANGES OF DEFORMATION OF THE BLOKS OF THE EARTH’S CRUST AT THE KUSBASS INTERIOR DEVELOPMENT IN TIME

A.I. Kalenizkij

Siberian State Academy of Geodesy (SSGA), 10 Plakhotnogo Ul., Novosibirsk, 630108, Russian Federation

A.N. Solowizkij

Kuzbass State Technical University (KuzSTU), 28 Wesennaya Ul., Kemerowo, 650000, Russian Federation

There was offered the next stage of development of applied dynamic geodesy, which means transition to the evaluation of changes of the deformation of blocks of the Earth’s crust. There were determined the features of the offered research method of the changes of deformation of blocks of th e Earth’s crust at the deposit development.

Key word: The blocks of the Earth’s crust, rank, dynamic phenomenon, kinematics, geodynamics, deformation.

Развитие геодезии в 21 веке, в первую очередь, будет связано с переходом от изучения деформаций поверхности земной коры к изучению деформаций её отдельных блоков разных рангов. Такой переход, в первую очередь, необходим при прикладных геодинамических исследованиях в процессе освоения угольных и рудных месторождений Кузбасса. При этом проведение прикладных геодинамических исследованиях является составной частью геомеханического обеспечения геотехнологии освоения недр [1, 2].

Авторами разработана технология изучения деформаций блоков земной коры при освоении месторождений Кузбасса.

Основными особенностями указанной технологии являются следующие:

- Реализация фундаментальных гипотез геодинамики;

- Метод структурно ориентированных построений ГДП;

- Комплексность и взаимообусловленность повторных высокоточных наблюдений на ГДП;

- Определение динамических параметров блоков земной коры;

- Зонирование блоков земной коры;

- Целенаправленность прикладных геодинамических исследований.

Теоретической основой предложенной технологии являются следующие гипотезы [1, 2]:

- О действии и релаксации напряжений;

- О преемственности новейших движений в современный период;

- О пренебрегаемо малых скоростях деформаций земной коры, не приводящих к проявлению ГДЯ.

Для реализации первой гипотезы предложены динамические параметры блока земной коры (изменения во времени деформации, напряжения и потенциальной энергии деформирования). Данные параметры находятся в линейной зависимости от вертикальных и горизонтальных движений, изменений силы тяжести во времени и температуры структурно ориентированных пунктов ГДП и их координат в начальную эпоху.

В рамках реализации второй гипотезы предложен метод структурно ориентированных построений ГДП. Построения ГДП находятся в прямой зависимости от взаимодействия блоков земной коры месторождения по разломам. Минимальное количество мобильных пунктов для каждого из них равно 4. Заложение их производится как в вершине и узлах пересечения границ блоков с учётом глубины проникновения (300 м при его размерах до 1 км), так и в условно стабильном блоке (не менее трёх стабильных пунктов).

Более 70 % блоков земной коры Ш-го ранга Кузбасса имеют форму полигона, образованного 4-мя узлами пересечения разломов. Таким образом, типовой фигурой построений ГДП будет центральная система из 5-ти пунктов. Форма такой системы будет определяться расположением наивысшей точки блока земной коры и пересечением разломов, что накладывает ограничения на точностные характеристики. Основными рекомендациями по преодолению данных ограничений являются современные возможности геодезической техники [1].

Многоступенчатость структурно ориентированных построений ГДП в районе освоения месторождения определяется геодинамической активностью блоков земной коры рангов R и R+1 (их скоростью изменения во времени деформаций более 3 10-6 в год).

Для реализации третьей гипотезы предложен метод регистрация развития природных и техногенных геодинамических процессов блоков земной коры на пунктах структурно ориентированных построений ГДП, основанный на прямо пропорциональной зависимости средних квадратических погрешностей измерений от скорости изменения во времени деформаций в год, не приводящих к проявлению ГДЯ (менее 110-6 в год), и проводимый взаимно обусловленным комплексом высокоточных повторных геодезических и гравиметрических наблюдений наземными и космическими средствами.

Для унифицирования изучения деформаций блоков земной коры в районе освоения месторождения предлагается их зонирование. В качестве классификационных признаков такого зонирования предлагается использовать:

- Степень опасности развития деформаций;

- Геодинамические способы решения задач геомеханического обеспечения геотехнологии освоения недр.

По степени опасности развития деформаций блоки земной коры предлагается подразделять на четыре группы (класса):

- 1-я - геодинамически неактивный блок земной коры (ГНАБ ЗК);

- 11-я - ГАБ ЗК;

- Ш-я - ГАБ ЗК, в котором формируется очаг геодинамического явления (ФО ГДЯ);

- 1У-я - ГАБ ЗК, в котором сформирован очаг геодинамического явления (О ГДЯ), определяющий оценку предельного энергонасыщения (или произошедшее проявление ГДЯ).

В основе выявления ГАБ ЗК лежит фундаментальная гипотеза об оценке медленных скоростей деформаций блока земной коры, не приводящих к проявлению ГДЯ.

Функциональное зонирование блоков земной коры в районах освоения месторождения (по геодинамическим способам решения задач геомеханического обеспечения геотехнологии освоения недр) включает:

- Определение типа геодинамической ситуации;

- Контроль изменения во времени главных направлений деформаций блоков земной коры;

- Ранжирование изменений во времени деформаций блоков земной коры;

- Контроль накопления потенциальной энергии деформирования блоков земной коры,

- Разделение влияния техногенных и природных геодинамических процессов.

Предложенное функциональное зонирование обеспечивает целенаправленность изучения деформаций блоков земной коры в районах освоения месторождения, которое заключается в использовании

геодинамических способов для решения задач геомеханического обеспечения геотехнологии освоения недр.

Так, например, прикладными задачами использования при определении типа геодинамической ситуации (зона сжатия, растяжения, сдвига) блоков земной коры является следующее:

- При подземной геотехнологии освоения месторождения - выбор формы выработки;

- При открытой геотехнологии освоения месторождения - опережение фронта вскрышных работ.

Развитие типа геодинамической ситуации блоков земной коры в зависимости от изменений во времени компонентов деформации может определено для любого шахтного поля (см. рисунок).

Рис. Развитие типа геодинамической ситуации блока земной коры 2 в районе шахты «Есаульская» в зависимости от изменений во времени компонентов деформации (110 6 в год): 1 ряд - зона сдвига; 2 ряд - зона сжатия; 3 ряд -

зона растяжения

Учет особенностей технологии изучения деформаций блоков земной коры при освоении месторождений Кузбасса обеспечивает его унифицированность и целенаправленность, что дает возможность составления их геодинамических паспортов.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Соловицкий, А. Н. Интегральный метод контроля напряженного состояния блочного массива горных пород [Текст] - Кемерово: ГУ КузГТУ, 2003. - 260 с.

2. Соловицкий, А.Н. Мониторинг геодинамических явлений разрушительного

характера при освоении месторождений [Текст] // ГЕО-СИБИРЬ-2010: Материалы

Международного научного конгресса, 19-29 апреля 2010 г. - Новосибирск: СГГА, 2010. - С. 28-31.

© А.И. Каленицкий, А.Н. Соловицкий, 2012