CC BY
42
УДК 528.2/3
А.И. Каленицкий СГГА, Новосибирск А.Н. Соловицкий КузГТУ, Кемерово
ОЦЕНКА ИЗМЕНЕНИЙ ВО ВРЕМЕНИ ДЕФОРМАЦИЙ БЛОКОВ ЗЕМНОЙ КОРЫ ПРИ ОСВОЕНИИ УГОЛЬНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ КУЗБАССА
Предложен дальнейший этап развития прикладной геодинамической геодезии, который заключается в переходе к оценке изменений во времени деформаций блоков земной коры.
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
THE EVALUATION OF THE CHANGES OF THE DEFORMATION OF THE BLOKS OF THE EARTH’S CRUST AT THE KUSBASS COAL INTERIOR DEVELOPMENT
The was offered the next stage of development of applied geodynamic geodesy, which means transition to the evaluation of changes of the deformation of blocks of the Earth’s crust.
Предлагаемая новизна дальнейшего развития прикладной геодинамической геодезии заключается в переходе к оценке изменений во времени деформаций блоков земной коры. Данная оценка является закономерностью достигнутых успехов в исследовании движений и деформаций поверхности земной коры. Анализ влияния данных движений и деформаций показывает их обусловленность к определенной сфере человеческой деятельности, в первую очередь - это линейные объекты (железные дороги, газо- и нефтепроводы). Так на Транссибирской магистрали, эксплуатируемой свыше 100 лет, 62 % поврежденных труб приходится на зоны влияния разломов, 38 % - приходится на участки поднятия блоков земной коры, а на опускающихся участках -отсутствуют. 51 % повреждений мостов приходится на участки опускания блоков земной коры, 48 % - на участки разломов, и практически повреждения отсутствуют на участках равномерного поднятия. Просадки и провалы насыпей проявляются практически только в местах разломов, а также в них зарегистрировано до 70 % расстройств геометрии рельсовой колеи и до 90 %
сходов порожнего подвижного состава [1]. Приуроченность аварийных участков к зонам влияния разломов определяет методологию проводимых исследований. Результаты исследований в [2] подтверждают концентрацию аварийных участков в зонах влияния границ блоков земной коры:
- На Московской железной дороге (станция Бологое);
- На магистральных трубопроводах (Западная Сибирь);
- На зданиях (пос. Малино);
- На инженерных коммуникациях (г Реутов);
- С формированием техногенных горизонтов подземных вод (Московская обл.);
- С активизацией суффозионных и оползневых процессов (Московская обл., Москва).
Открытая и подземная геотехнологии освоения недр являются не только иным видом техногенной деятельности, но и характеризуются особенностью проявления геодинамических явлений (ГДЯ) [3].
Естественное состояние блоков земной коры характеризуется геодинамическими процессами, а его состояние при подземной, открытой и строительной геотехнологии освоения недр - совместным влиянием этих процессов. Основой исследования закономерностей напряженно-деформированного состояния блочного массива горных пород месторождения является его единая теория, которая сформирована с учётом:
- Энергетической теории горных ударов;
- Энергетически-силовой теории выбросов.
В нетронутом состоянии массив горных пород представляет собой энергетически уравновешенную систему с определенным запасом накопленной упругой энергии. При освоении подземного пространства это равновесие нарушается, и могут образовываться энергетические очаги. Если такой очаг формируется вблизи поверхности обнажения, то появляется опасность хрупкого разрушения приконтурной породной области, т. е. горный удар. При формировании очага в глубине массива возможно геодинамическое явление большего масштаба - техногенное землетрясение [3].
Блочная структура массива горных пород отражает одно из устойчивых его состояний, а переход в иерархии от одного размера к другому означает переход от одного устойчивого состояния к другому [3]. Следовательно, необходим выбор не только соответственного блока земной коры горно-геологическому объекту, но и исследование изменений во времени его деформаций.
Однако, несмотря на отмеченные выше достигнутые успехи, закономерности деформаций блоков земной коры в современный период при освоении угольных и других месторождений Кузбасса не изучены: не определены кинематические и динамические параметры в зависимости от ранга, нет единого подхода проведения повторных наблюдений и построения сетей.
По нашему мнению, в первую очередь, при подземной геотехнологии освоения недр необходим переход от исследования деформаций поверхности земной коры к её отдельным блокам [3,4], т.к. это связано:
- С ориентированием направления капитальных горных выработок;
- Раскройкой шахтных полей;
- Системами разработки;
- Порядком отработки.
А также с современными условиями ведения горных работ:
- Длиной лавы по простиранию до 6 км;
- Скоростью подвигания очистного забоя свыше 15 м в сутки;
- Средней глубиной шахт Кузбасса 300 - 400 м.
Данные условия не только обуславливают активизацию геомеханических процессов, создают угрозу внезапных выбросов, горных ударов, повышают аварийность и травматизм, но и по геометрии соизмеримы с размерами блоков земной коры низших рангов.
Кроме этого данный переход обеспечивает возможность разделение влияние природных и техногенных процессов, что регламентирует правовую ответственно сть.
Теоретической основой данного перехода являются следующие гипотезы
[3,4]:
- О действии и релаксации напряжений;
- О преемственности новейших движений в современный период;
- О пренебрегаемо малых скоростях деформаций земной коры, не приводящих к проявлению ГДЯ.
В рамках реализации первой гипотезы предложены динамические параметры блока земной коры (изменения во времени деформации, напряжения и потенциальной энергии деформирования, гравитационного потенциала). 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.
Для реализации второй гипотезы предложен метод структурно ориентированных построений ГДП. Данные построения ГДП находятся в прямой зависимости от взаимодействия блоков земной коры месторождения по разломам, минимальное количество мобильных пунктов для каждого из них равно 4, с заложением в вершине и узлах их пересечения с учетом глубины проникновения (300 м при его размерах до 1 км) и трех стабильных пунктов - в условно-стабильном блоке.
Более 70 % блоков земной коры 111-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 данной 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.
Многоступенчатость структурно ориентированных построений ГДП в районе освоения месторождения определяется геодинамической активностью блоков земной коры рангов Я и Я+1 (их скоростью изменения во времени деформаций более 3-10-6 в год).
А для реализации третьей гипотезы предложен метод регистрация развития природных и техногенных геодинамических процессов блоков земной коры на пунктах структурно ориентированные построения ГДП, основанный на прямо пропорциональной зависимости её средних квадратических погрешностей от скорости изменения во времени их деформаций в год, не приводящих к проявлению ГДЯ (менее Ы0-6 в год), и, проводимый взаимно обусловленным комплексом высокоточных повторных геодезических и гравиметрических наблюдений наземными и космическими средствами.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Быкова, Н. М. Системный подход к оценке и учету геодеформационных воздействий на протяженные технические объекты [Текст]: автореф. дис. д-ра техн. наук 05. 13. 01 / Братский гос. ун-т. - Братск, 2009. - 52 с.
2. Батугин, А.С. Совершенствование методов оценки геодинамического состояния блочного массива горных пород в целях повышения экологической безопасности освоения недр и земной поверхности [Текст]: автореф. дис. д-ра техн. наук / А.С. Батугин // Москов. гос. горн. ун-т. - М., 2008. - 39 с.
3. Соловицкий, А. Н. Интегральный метод контроля напряженного состояния блочного массива горных пород [Текст] / А.Н. Соловицкий. -Кемерово: ГУ КузГТУ, 2003. - 260 с.
4. Соловицкий, А.Н. Мониторинг геодинамических явлений разрушительного характера при освоении месторождений [Текст] /А.Н. Соловицкий // ГЕ0-СИБИРЬ-2010: материалы Междунар. науч. конгр., 19-29 апр. 2010 г. - Новосибирск: СГГА, 2010. - С. 28-31.
© А.И. Каленицкий, А.Н. Соловицкий, 2011
