CC BY
39
2000'
З
СЕМИНАР 3
ДОКЛАД НА СИМПОЗИУМЕ "НЕДЕЛЯ ГОРНЯКА -МОСКВА, МГГУ, 31 января - 4 февраля 2000 года |
,, ^ А.В. Ловчиков, И.А. Кузьмин, ::::::::
Щ : А.С. Коломиец, 2000 :::::
УДК 550.34
А.В. Ловчиков, И.А. Кузьмин, А.С. Коломиец
ПРИЧИНЫ ТЕХНОГЕННЫХ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЙ В ЛОВОЗЕРСКОМ МАССИВЕ (КОЛЬСКИЙ ПОЛУОСТРОВ)
средственного влияния горные работы обоих рудников друг на друге не оказывают.
Рудник “Умбозеро”, в период 1984-89 гг., только осваивал производственные мощности и лишь в 1990 г. вышел на максимальную производительность. Площадь выработанного пространства рудника к 1989 г. достигла 1.1 км х 0.5 км; к настоящему времени составляет ~2.0 км х 0.5 км. В 1987 г. рудник отнесен к числу угрожаемых по горным ударам. Поскольку эпицентры землетрясений расположены в районе шахтного поля рудника “Умбозеро” (рис. 4) , а их время совпадает с временем функционирования рудника, с полным основанием можно отнести их к техногенным.
В процессе строительства и с начала эксплуатации рудника “Умбозе-ро” в его выработках отмечалось множество динамических проявлений горного давления: горные удары, микроудары, стреляние пород, внезапные вывалы и т.п. С 1990 г. на руднике произошло несколько горно-тектоничес-ких ударов (техногенных землетрясений). Отметим те из них, которые оставили наибольшие последствия:
• (3-9) ноября 1991 г., блок 1ю -площадь разрушенных выработок 80000 м2 [1];
• (30.11-11.12) 1992 г., блок 3с - разрушения, вывалы пород в выработанном пространстве [2];
• 17.08.1999 г. ^ 44’35’’ моск.), северный фланг рудника - площадь разрушенных выработок 600000650000 м2.
Таблица
ХАРАКТЕРИСТИКА НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ ОТІ ЛОВОЗЕРСКОГО МАССИВА
а последние 10 лет в Ловозерском массиве (Кольс-кий полуостров) зарегистрировано свыше 100 землетрясений с магнитудой М=1.0-4.4. На рис. 1 показано распределение землетрясений по магнитудам и по годам за этот период (по данным Кольского регионального сейсмологического центра ГС РАН).
Последнее, наиболее сильное из них 17 августа 1999 г. ^ 44’35’’ моск.), на руднике “Умбозеро”
(М=4.0-4.4) является вообще наиболее сильным из всех, когда-либо происходивших на рудниках России. Если учесть, что за все предыдущие годы в районе Ловозерского массива зарегистрировано всего одно землетрясение (24.02.1982 г.), то очевидно, что появление такого количества землетрясений связано с воздействием какого-то аномального фактора.
Анализ показывает, что таким фактором является ввод в эксплуатацию, выход на проектную производственную мощность и функционирование рудника “Умбозеро”. В состав ОАО “Севредмет” входят два рудника
- “Карнасурт” и “Умбозеро”. На рис. 2, 3 показано расположение Ловозер-ского массива на Кольском полуострове и расположение рудников в пределах массива.
Рудник “Карнасурт” функционирует с 1953 г., рудник “Умбозеро” введен в эксплуатацию в 1984 г. Расстояние между рудниками, оба из которых располагаются на северозападных склонах Ловозерского массива, по прямой - около 10 км. Непо-
Рудник Минимальная глу
очистных работ участко
Умбозеро 200
Карнасурт (центральный 20 - 50
участок)
Заметим, что технология горных работ не сыграла существенной роли в обоих происшедших катастрофических событиях в руднике (3-9.11.1991 г. и 17.08.1999 г.), поскольку на разрушенных участках оставлено 50 % руды и более в целиках. Несущая способность целиков в 5-10 раз превышает достигнутые на них нагрузки от веса подработанных толщ пород, вследствие чего нагрузки на целики не могут быть причиной разрушения целиков и отмеченных событий. Взрывные работы при выемке руды ведутся небольшими зарядами (максимально
- первые сотни кг), не оказывая существенных динамических воздействий на массив. Анализ показывает, что причиной динамических событий является естественная высокая тектоническая напряженность Ловозерского массива.
В нашей работе [3] подробно проанализированы геомеханические аспекты удароопасности породного массива в рудниках Ловозерского месторождения. Показано, что потенциальная удароопасность пород на шахтном поле рудника “Умбозеро” значительно выше, чем на руднике “Карна-сурт”, вследствие более высокого уровня природных тектонических напряжений этого участка (таблица). Поэтому все сейсмические события последних лет приурочены к шахтному полю рудника “Умбозеро” и только отдельные из них, в частности, событие 24.02.1982 г. - к шахтному полю рудника “Карнасурт” (участок "Кедыкверпахк”, западный фланг рудника) (рис. 4).
В последнее время в литературе развивается взгляд о зависимости сейсмичности в
Рис. 1 График распределения землетрясений в Ловозерском массиве по годам (по данным Кольского регионального сейсмологического центра ГС РАН)
Рис. 2 Схема местонахождения Ловозерского массива
Рис. 3 Расположение рудников “Умбозеро” и “Карнасурт” в Ловозерском массиве (стрелками показано направление
главных напряжений в массиве рудников)
рудниках от объемов горных работ [4, 5]. Эта зависимость проверена в условиях рудника “Умбозеро”. На рис. 5 показана гистограмма распределения сейсмических событий в Ловозерском массиве в период 1990-99 гг., на рис. 6 - график изменения объемов добычи руды за этот же период.
Как видно из сопоставления графиков, никакой корреляции между объемами горных работ и сейсмичностью в условиях рудника “Умбозеро” не наблюдается. Более того, наибольшее количество сейсмособытий и наибольшая их мощность зафиксиро-
ваны в период 1997-99 гг. - после длительной (более, чем 3-х летней) консервации рудника, при затишье горных работ, то есть при очень незначительном их объеме, на порядок более низком, чем в период 1989-90 гг., когда была достигнута наивысшая производительность рудника и когда сейсмособытий вообще не отмечалось.
Анализ развития горных работ в пределах шахтного поля рудника “Умбозеро” позволил установить, что проявления горных и горнотектонических ударов (техногенных землетрясений) связаны с пересечением комплексами выработок тектонических нарушений. То есть геологическая структура массива играет определяющую роль в проявлениях шахтной сейсмичности, а тектонически нарушения и их пересечения являются потенциальными очагами горно-тектонических ударов [6]. Аналогичная закономерность отмечается
на Южно-Африканских золотых рудниках, Северо-Уральских бокситовых и многих других. Однако наиболее мощные сейсмические события в рудниках (горно-тектонические удары) происходят только в том случае, когда размеры участка горных работ достигают размеров зон концентрации напряжений в массиве, расположенных вблизи тектонических нарушений соответствующего ранга, а сами горные работы входят в эти зоны. Таким образом, местоположение очагов сейсмических событий в руднике определяется, в основном, естественными природными, а не техногенными, факторами.
Проанализировано распределение сейсмических событий во времени. На рис. 7 показана гистограмма распределения сейсмособытий в Ловозерском массиве по месяцам.
Из рис. 7 видно, что пик активности приходится на месяцы июль-сентябрь с абсолютным максимумом в августе. Сравнивая эти данные с общими закономерностями проявлений горных ударов и землетрясений во времени (рис. 8), отметим, что распределение сейсмособытий в Ловозерском массиве коррелирует с периодами изменения скорости вращения Земли [7].
То есть можно обоснованно предполагать, что сейсмособытия в высоконапряженном Ловозерском массиве происходят в те периоды, когда к существующим на локальных участках околопредельным напряжениям прибавляется некая добавка за счет космических факторов.
В целом приведенные данные свидетельствуют о том, что техногенная сейсмичность Ловозерского массива обусловлена, главным образом, естественными факторами. Горные работы на руднике “Умбо-зеро” послужили неким триггерным эффектом для высоконапряженного Ловозерского массива, вследствие
которого сейсмические события стали проявляться.
Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (проект № 99-05-64506).
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Ловчиков А.В., Гуменников В.П., Ивахно В.Я. Анализ явлений, предшествовавших горно-тектоническим ударам в Ловозерском массиве. ФТПРПИ, № 1, 1993, с. 13-22.
2. Ловчиков А.В. Успешный прогноз горно-тектонических ударов в Ловозерском массиве. Безопасность труда в промышленности, № 6, 1995, с. 6-8.
3. Ловчиков А.В. Концептуальный подход к проблеме прогноза горных ударов на рудниках. В сб. “Геомеханика при ведении горных работ в высоконапряженных массивах”. Апатиты, 1998, с. 95-108.
4. Петухов И.М., Батугина ИМ. Геодинамика недр. М., Недра,
1996, 218 с.
5. Мельников Н.Н., Козырев А.А., Панин В.И. Геодинамический полигон при крупномасштабных горных работах для прогноза и профилактики техногенных землетрясений и горно-тектонических
ударов. В сб. “Проблемы безопасности при эксплуатации месторождений полезных ископаемых в зонах градопромышленных агломераций”. Екатеринбург, УРО РАН, 1997, с. 277-294.
6. Ловчиков А.В., Гуменников В.П. Диагностика очагов горнотектонических ударов в рудниках. Проблемы механики горных пород. Сб. научных трудов XI Российской конференции по механике горных пород (С.-Петербург, 9-11 сентября, 1997 г.). С.-Петербург,
1997, с. 283-288.
7. Белов Н.И. О природе горизонтальных напряжений и влиянии космических факторов на реализацию горных ударов и землетрясений. Напряжения в литосфере (глобальные, региональные, локальные). Тезисы докладов первого Международного семинара. М., изд. ИГ и РГИ, 1994, с. 17-18.
/
у
Ловчиков Александр Васильевич — доктор технических наук, Горный институт Кольского научного центра РАН.
Кузьмин И.А. — кандидат физико-математических наук, Кольский региональный сейсмологический центр ГС РАН.
Коломиец А.С. — инженер, Кольский региональный сейсмологический центр ГС РАН.
W
|ы в руднике
---------------------,14 ( 1 > >\1щ> > II.)-
Рис. 7 Гистограмма распределения сейсмических событий в Ловозерском массиве по месяцам в период 199099 гг.
Рис. 8 Сезонное распределение землетрясений (1) и горных ударов (2) в зависимости от изменения скорости вращения Земли (по данным Н.И. Белова)
