Оценка точности изменений во времени характеристик гравитационного поля блочного массива горных пород Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

Таблица 6

Изменения гравитационной составляющей напряжения, обусловленные техногенными изменениями гравитационного поля при перемещении масс при отработке основного поля разреза “Кедровский”

Глубина, м Техногенные изменения силы тяжести, 1-10-5 мс-2 Изменения гравитационной составляющей напряжения, Па

60 60,57 92,31

90 60,73. 133,81

100 60,83 169,96

130 60,94 201,22

160 61,09 248,27

185 61,22 287,67

200 61,30 311,40

сти, обусловленные отработкой ровский”, плотность угля 1,4 г/

основного поля разреза “Кед- ом3 , а также соответствующие

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

изменения гравитационной составляющей напряжения

Влияние техногенные изменения силы тяжести, обусловленные отработкой основного поля разреза “Кедровский”, на изменение гравитационной составляющей напряжений на два порядка превышает влияние подземной геотехнологии освоения недр.

Разработанная методология и программное обеспечение для ПЭВМ позволяет учесть влияния техногенных изменений гравитационного поля всего месторождения и даже всего бассейна при анализе полей напряжений.

1. Геодинамическое районирование недр. - Л.: ВНИМИ,1990.-129 с.

2. Яковлев Д.В. Развитие школы ВНИМИ// Маркшейдерский вестник. - 2003.- №3. - С. 24-31.

3. Соловицкий А.Н. Интегральный метод контроля напряженного состояния блочного массива горных пород / Под ред. П.В. Егорова. -Кемерово: ГУ КузГТУ, 2003. - 260 с.

УДК 622.831.1 : 528.4

А. Н. Соловицкий

ОЦЕНКА ТОЧНОСТИ ИЗМЕНЕНИИ ВО ВРЕМЕНИ ХАРАКТЕРИСТИК ГРАВИТАЦИОННОГО ПОЛЯ БЛОЧНОГО МАССИВА ГОРНЫХ ПОРОД

Современный подход к проведению научных исследований по изучению состояния блочного массива пород требует изменения существующих стереотипов и переоценке роли наук о Земле в развитии геомеханиче-ского обеспечения геотехнологии освоения недр [1].

Одним из таких вопросов

является теория гравитационного поля и его изменений во времени.

В настоящее время технология высокоточной гравиметрии широко используется при решении значительного круга прикладных задач на основе выявления малоинтенсивных локальных аномалий силы тяже-

сти, связанных с освоением недр и геодинамикой. Эти возможности обеспечены развитием гравиметрического приборостроения.

Однако, новые возможности технологии высокоточной гравиметрии требуют теоретического переосмысления её роли в геомеханическом обеспечении

Таблица 1

Пренебрежимо малые изменения во времени потенциала и его первых производных, обусловленные малыми скоростями деформаций блоковой структуры Кузбасса

Таблица 2

Пренебрежимо малые изменения во времени потенциала и его первых производных, обусловленные перераспределением плотности при малых скоростях деформаций блоковой

Изменения характеристик гравитационного поля времени Пренебрежимо малые величины их изменений во времени

ДW 6,7-10-5 м2 с-2

Д1х 1,1210-8 м с-2

ДWУ 1,35-10-8 м с-2

Д12 1.77-10-8 м с-2

Изменения характеристик гравитационного поля во времени Пренебрежимо малые величины их изменений во времени

Д1 92,9-10-5 м2 с-2

Д1х 0,4-10-8 м с-2

Д1у 0,3-10-8 м с-2

Д12 0.9-10-8 м с-2

28

А. Н. Соловицкий

геотехнологии освоения недр.

Прежде всего, следует отметить, что изменения характеристик гравитационного поля во времени - это составная часть информации при проведении прикладных геодинамических исследований в районах освоения месторождений. Сбор данной информации осуществляется на геодинамических полигонах (ГДП) на основе повторных высокоточных наблюдений с гравиметрами и вариометрами, кроме этого, возможно её получение с помощью ПЭВМ по алгоритмам, основанных на решении прямой задачи теории потенциала.

Изменения характеристик гравитационного поля во вре-

Среднеквадратическая погрешность определения изменения во времени характеристики гравитационного поля Д/ за период —0 в точке Р равна [2]

т2м =/У Ет мк+У2 '"2

т- р Е I к

(1)

где /-гравитационная постоянная; ДІ к - изменения характеристики гравитационного поля ячейки цифровой модели переменных масс; I ■ -частные производные;

т2 мк =І2 і т2 хк+ I2 2 т2 ук+

+ І23 т2 2к + I2 4т2 хр +

+І2 5 т2 7р + I2 6 т2 . (2)

Окончательный вид выражений для определения среднеквадратических погрешностей

граней элементарного параллелепипеда, исследуемой точки Р в плане и по высоте, а также плотности переменных масс. Разработанные алгоритм (1-2) и программа для ПЭВМ позволяют определить пренебрежимо малые изменения потенциала силы тяжести во времени ДWE [М0], а также других характеристик гравитационного поля (первых производных потенциала ДWx, ДWy, ДWz) на основе критерия малых скоростей деформаций земной коры, не приводящих к проявлению геоди-намических явлений, которые оцениваются согласно иссле-

дованиям В. А. Магницкого менее 1 • 10-4-1-10-6 в год (табл.1).

Таблица 3

Пренебрежимо малые изменения во времени потенциала и его первых производных, обусловленные малыми скоростями деформаций блока протяженностью 4 км

Таблица 4

Пренебрежимо малые изменения во времени потенциала и его первых производных, обусловленные перераспределением плотности масс при малых скоростях деформаций бло-

Изменения характеристик гравитационного поля во времени Пренебрежимо малые величины их изменений во времени

Д1 2,1-10-7 м2 с-2

Д1х 4,7-10-11 м с-2

Д1у 2,2-10-14 м с-2

Д12 8.7-10-11 м с-2

Изменения характеристик гравитационного поля во времени Пренебрежимо малые величины их изменений во времени

Д1 0,3-10-5 м2 с-2

Д1х 3,3-10-13 м с-2

Д1у 3,0-10-13 м с-2

Д12 1.2-10-9 м с-2

мени могут быть рассчитаны по известному начальному положению, плотности р и перемещению масс, поскольку эта информация чаще известна при техногенной деятельности, поэтому, таким образом, прежде всего, определяют техногенные изменения [2].

Аппроксимация перемен-

ных масс цифровой моделью в виде системы N параллелепипедов с размерами гх и гу позволяет не только определить изменения во времени характеристик гравитационного поля, но и по известным среднеквадратическим погрешностям положения граней элементарных параллелепипедов (тх, ту, тг ) и исследуемой точки Р (тхр тур , тгр ) в плане и по высоте, а также плотности масс тр выполнить оценку точности [2].

техногенных изменений потенциала и его первых производных (1-2) получен в монографии [2].

Алгоритм определения среднеквадратических погрешностей техногенных изменений потенциала и его первых производных (1-2) реализован на языке QBAS/C. При определении среднеквадратических погрешностей техногенных изменений потенциала и его первых производных, на основе разработанного алгоритма обеспечивается адекватность цифровой модели области 8 реальным переменным массам с точностью, соответствующей точности карты, что позволяет определить погрешности способа вычисления изменений характеристик и исходной информации по погрешностям положения

Определение изменения плотности переменных масс выполнено аналогично, исходя из медленных скоростей деформаций земной коры, равных 1 • 10-6 в год (табл.2).

Для проведения исследований была создана цифровая модель блоковой структуры Кемеровской области. Размер ячейки модели равен блоку 9500x5500 м. Глубина проникновения разломов принята равной 9180 м

[2].

Изменения положения граней блоков земной коры под действием малых скоростей её деформаций, равных 1 • 10-6 в год, полученные на основе модели, равны 0,0095 м и 0,0055 м в плане, а по высоте -0,00918 м. Изменения положения исследуемых пунктов приняты равными величинам изменений

Таблица 5

Величины изменений во времени характеристик гравитационного поля, обусловленные формированием блоков разных рангов

Техногенные изменения характеристик гравитационного поля Величины изменений во времени при формировании блока протяженностью

300 м 4 км 25 км

Д1 (1-10-5 м2 с 2) 106,6 13223,3 379688,0

Д1х (1-10-8 м с 2) 1,8 1,4 1,1

Д1у (1-10-8 м с 2) 1,6 1,3 1,1

Д12 (1-10-5 м с 2) 0,514 5,342 25,726

граней.

В настоящее время инструментальная точность абсолютных гравиметрических наблюдений приближается к 1 • 10-8 м с-2 , поэтому регистрация пренебрежимо малых изменений во времени силы тяжести ДWz сложная научная и техническая задача.

Для сравнения в табл. 3 и 4 приведены такие изменения потенциала и его первых производных, обусловленные малыми скоростями деформаций и перераспределением плотности масс блока протяженностью 4 км

Из табл. 3-4 видно, что современная инструментальная точность гравиметрических наблюдений за период исследований, равный 1 году, не позволяет зарегистрировать пренебрежимо малые изменения силы тяжести во времени, обусловленные геодинамическими процессами, скорости деформаций земной коры которых равны 1 • 10-6 в год. Очевидно, в настоящее время инструментальной точности гравиметриче-

ских наблюдений в течение года доступны изменения силы тяжести, обусловленные геодина-мическими процессами, скорости деформаций которых превышают 1 • 10-5 в год.

Изменения во времени характеристик гравитационного поля, втрое большие приведенных в табл. 3-4., свидетельствуют, что в результате геоди-намических процессов происходит взаимодействие и формирование блоков. Оценка таких

изменений выполнена для данных блоков при разностной плотности в 0,1 г/см3 (табл.5) и приводит к выводу о возможности идентификации блоков (определение границ на земной поверхности и в горных выработках) по инструментальным повторным гравиметрическим наблюдениям.

Выполненные результаты исследований показывают, что реализация современных возможностей высокоточной гравиметрии и ПЭВМ позволяют:

- рационально спланировать размещение системы сбора информации для контроля напря-

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

женного состояния блочного массива горных пород;

- повысить информативность геомеханического обеспечения геотехнологии освоения недр на основе более широкого спектра изменений во времени характеристик гравитационного поля, вычисленных на основе цифровых моделей блочной структуры земной коры;

- повысить достоверность геомеханического обеспечения геотехнологии освоения недр на основе оценки точности результатов моделирования изменений во времени характеристик гравитационного поля блочной структуры месторождения;

- априорно моделировать сценарий взаимодействия блоков земной коры в районе месторождения в переменном гравитационном поле.

1. Яковлев Д.В. Развитие школы ВНИМИ // Маркшейдерский вестник. - 2003.- №3. - С. 24-31.

2. Соловицкий А.Н. Интегральный метод контроля напряженного состояния блочного массива горных пород / Под ред. П.В. Егорова. -Кемерово: ГУ КузГТУ, 2003. - 260 с.

□ Автор статьи:

Соловицкий Александр Николаевич

- канд.техн.наук, доц. каф. маркшейдерского дела и геодезии