CC BY
41
--------------------------------------- © В.В. Мельник, 2005
УДК 622.83 В.В. Мельник
ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДА СПЕКТРАЛЬНОГО СЕЙСМОПРОФИЛИРОВАНИЯ ДЛЯ ОЦЕНКИ ГЕОМЕХАНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ МАССИВА ГОРНЫХ ПОРОД ВОКРУГ ШАХТНЫХ ВЫРАБОТОК*
Семинар № 2
ш ш ри проходке подземных горных
-Ц. выработок, а также проектировании и строительстве подземных сооружений возникает потребность в определении геомеханического состояния вмещающего массива. Полученных по опережающим скважинам материалов о строении и свойствах массива в большинстве случаев недостаточно. Для грамотного размещения ответственных поземных сооружений, а также выбора типа крепи и способов проходки и строительства необходимо построение объемной геомеханической модели вмещающего массива, определение тектонических особенностей и областей повышенной нарушенности горных пород.
Исследования геомеханического состояния горного массива стандартными геофизическими методами в условиях шахтных выработок (бетонная крепь, ограниченное пространство, высокий уровень помех различного характера) показали слабую информативность получаемых результатов, а в большинстве случаев невозможность проведения подобных исследований.
В поисках наиболее оптимального способа определения геомеханических параметров горного массива вокруг горных выработок был опробован метод спектрального сейсмопрофилирования, разработанный НПФ «Геофизпрогноз» Санкт-
Петербург. Метод плодотворно использовался «Лабораторией сдвижения горных пород и предотвращения техногенных катастроф» Института Горного Дела УрО РАИ совместно с электрометрией и геора-дарным зондированием на многих горных предприятиях Урала в течение последних трех лет. Имеются значительные наработки по интерпретации получаемых данных в условиях скального массива.
Большинство работ проводилось на земной поверхности. В связи с возникшей необходимостью метод был опробован на шахте «Десятилетия Независимости Казахстана» Донского ГОКа Республики Казахстан. Сначала метод ССП был использован в качестве дополнения к исследованиям напряженного состояния крепи при расконсервации клетевого ствола на шахте ДИК для исследования структуры массива [1]. Исследования проводились в рассечках. Полученные при этих исследованиях результаты показали высокую степень соответствия границ, полученных вниз с гор. -480 м с границами, полученными в кровлю рассечки на гор. -560 м. Кроме того, разрез, составленный с применением имеющегося опыта вниз с гор. -160 м, полностью подтвердился полученной впоследствии на предприятии информацией о прохождении ствола.
*Работа выполнена при поддержке РФФИ и Совета по грантам Президента РФ ведущих школ
На стадии завершения работ по стволу возникла необходимость в определении геомеханического строения массива, вмещающего дробильно-пере-пускной комплекс на этой же шахте, где при строительстве второй очереди возникла аварийная ситуация.
Рис. 1. Спектральный разрез массива пород между гор. -220 м и камерой ДПК
Рис. 2. Спектральный разрез по наклонному съезду (гор. -160 - -178 м)
Основная задача, стоявшая перед исследованиями - построение объемной модели горного массива, вмещающего дробильно-пере-пускные комплексы 1 и 2 [2].
Измерения проводились по горизонтам: -160 м; -220 м; -178 м, а также на наклонном съезде и внутри восстающего на отметке -200 м. Замеры проводились в фундамент и стены выработок, где это было возможно. Это позволило обеспечить максимальный охват территории как по глубине, так и в плане. Для повышения надежности результатов на гор. -220 м в ходке были произведены тестовые замеры в потолочину в направлении дробильной камеры, расположенной на известном удалении, это дало возможность определить скорость распространения спектрального сигнала и получить обоснованный масштаб расстояний, получаемых при интерпретации результатов измерений.
Что же касается детальности измерений, то следует отметить, что расстояние между точками зондирования варьировалось в зависимости от важности участка и составляло 0,5-1,0 м.
Учитывая высокую детальность проведенных измерений, по мере обработки результатов исследований
сигналы тщательно отфильтровывались на предмет наличия помех, вплоть до отказа от использования некоторых профильных линий для интерпретации общей геомеха-нической обстановки на объекте исследований.
Качественный и количественный объем проведенных измерений позволил надежно определить зоны повышенной нарушенное™ массива горных пород вокруг выработок и зоны разуплотнения пород,
Рис. 3. Спектральный разрез юговосточной части массива горных пород, вмещающих ДПК
Рис. 4. Спектральный разрез, полученный при зондировании в стену восстающего ДПК-2 по кру-
связанные с дополнительной выемкой породы.
Измерения выполнялись в основание и стены камер, а также вниз по опрокидам. Общий объем точек зондирования превышал 1600 точек.
На первом этапе были проведены тестовые испытания на известном участке. В данном случае зондирование проводилось в кровлю конвейерного ходка в направлении подошвы дробильной камеры ДИК, расположенной на отметке -178 м.
Результаты тестовых измерений, проведенных с конвейерного тракта гор. -220 м, приведены на рис. 1. В отличие от обычных разрезов спектрального строения массива, на данном разрезе горизонтальная развертка представляет собой не интервалы профиля, а повторные замеры в одной и той же точке. То есть, на разрезе представлены пять повторений единичного замера.
Известность расстояния между двумя выработками, отражающимися контрастными параметрами на спектральных диаграммах, позволила, наряду с определением границ структурных нарушений, уточнить скоростные параметры зондирования для обоснования линейного масштаба в спектрограммах конкретного массива гор-
ных пород, вмещающего дробильноперепускной комплекс.
На полученном разрезе наблюдается повышенная нарушенность массива между отметками гор. -220 м и -178 м максимальными всплесками, соответствующими зонам разрушения массива на расстояниях 6, 8, 14, 18, 20, 23, 27 метров и ярко выраженной границей фундамента дробилки с отсутствием сигнала на расстоянии 35 м, что соответствует свободному пространству камеры дробильного комплекса. Всплеск на расстоянии 25 м соответствует 50 Гц помехе от электрического тока, уменьшенной в 2 раза в связи с заданными параметрами измерений.
На этом примере детально показана сущность получаемого спектрального разреза, а также его трансформация в геоме-ханические параметры исследуемого состояния массива пород. Следует особо об-
Рис. 5. Круговая диаграмма зоны разрушения пород вокруг ДПК-1,2 (отм. -190 м)
ратить внимание на стабильность спектрограмм, не реагирующих на технологические отклонения в производстве зондирования (сила удара, место удара, прижатие сейсмоприемника и т.п.).
В анализе нет необходимости приводить все спектральные разрезы, т.к. основную информацию несут синтезированные геомеханические разрезы, построенные с использованием всех материалов, полученных при проведении исследований. Целесообразно рассмотреть лишь наиболее показательные спектральные разрезы, на основании которых было дано заключение о процессах, происходящих в массиве горных пород, вмещающем дробильные комплексы с прилегающими горными выработками.
На рис. 2 показан спектральный разрез по результатам зондирования почвы наклонного съезда с гор. -160 м в камеры дробилок на гор. -178 м. Профиль начинается от грузовой выработки опрокида №2 на гор. -160 м и заканчивается в камере дробилки.
Непосредственно в подошве камеры на расстояниях 64-70 м наблюдается интенсивная зона нарушения сплошности массива. От 40-42 м и до 60 м на разрезе просматривается граница нарушенной зоны пород, которая нашла свое отражение в построении геомеханического разреза по центральной части дробильной камеры 2-2 (рис. 6).
Для определения состояния горных пород за пределами выработок на каждом
Рис. 6. Вертикальный геомеханический разрез по линии 2-2
горизонте, кроме -160 м (в связи с особенностями крепления выработок), проводилось зондирование в стенки выработок. К сожалению, сложности в производстве подобных измерений (слабая помехоустойчивость), а также наличие пустот за крепью выработок привели к частичной потере качественных данных о строении массива на некоторых горизонтах. Несмотря на это, достаточная часть профилей получилась хорошо, этой информации хватило для достоверного определения границ разрушенной зоны, сформировавшейся вокруг ДНК. На рис. 3 представлен один из используемых разрезов в стенке ДПК.
Из рис. 3 видно, что связанное со строительством ДИК развитие зоны повышенной трещиноватости находится в пределах 20-25 м от границы ДИК. Эти данные совпадают с представлениями о структуре вмещающего массива, полученными после анализа всех имеющихся спектральных разрезов, а также подтверждаются зондированием с горизонта
(-160 м) вниз по грузовым и порожняковым выработкам опрокидов.
Интересные результаты получились при зондировании по кругу в стенку восстающего на отметке примерно -190 м. На рис. 4 приведен полученный спектральный разрез, который впоследствии трансформировался в круговую диаграмму (рис. 5) ив значительной степени повлиял на построение геомеханической спектральной модели вмещающего массива.
К сожалению, используемый программный аппарат не в состоянии построить круговую диаграмму. Поэтому каждый луч отдельно выносился на диаграмму со своим направлением и с соблюдением масштаба.
В результате была получена круговая диаграмма формирования зоны разрушения пород вокруг дробильного комплекса, представленная на рис. 5. Впоследствии она была вынесена на план горных выработок и получена геомеха-ническая структура массива горных пород на отметке -190 м.
Для оценки состояния массива пород в отметках -160 м —220 м в районе ДПК были построены геомеханические разрезы.
Один из разрезов - геомеханический разрез по линии 2-2, расположенный в районе наклонного съезда приведен на рис. 6.
В итоге проведенных исследований была построена объемная геомеханиче-ская модель массива горных пород, вмещающих ДПК, которая впоследствии использовалась для разработки рекомендаций по проходке и укреплению второй
1. Исследование по напряженному состоянию крепи и структуры массива закрепленного пространства клетевого ствола шахты «Десятилетия Независимости Казахстана»/0тчет. Фонды ИГД. Рук. Сашурин А.Д., Екатеринбург, 2004. - 54 с.
2. Исследование геофизическим методом состояния приконтурного массива железобе-
очереди дробильно-перепуск-ного комплекса.
Некоторые конструктивные особенности оборудования нуждаются в доработке под условия измерений в шахте. В целом, метод показал себя с хорошей стороны, пробуренные для цементации массива скважины, подтвердили соответствие полученной модели реальным условиям.
-------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
тонной крепи строящегося комплекса ДПК2 в этаже 160/220 м шахты «Десятилетия Независимости Казахстана» с разработкой рекомендаций по возможному укреплению и упрочнению массива или крепи/Отчет. Фонды ИГД. Рук. Сашурин А.Д., Екатеринбург, 2005. - 60 с.
— Коротко об авторах -------------------------------------------------------------
Мельник В.В. - младший научный сотрудник, Институт горного дела УрО РАН, г. Екатеринбург.
------------------------------------- ДИССЕРТАЦИИ
ТЕКУЩАЯ ИНФОРМАЦИЯ О ЗАЩИТАХ ДИССЕРТАЦИЙ ПО ГОРНОМУ ДЕЛУ И СМЕЖНЫМ ВОПРОСАМ
Автор Название работы Специальность Ученая степень
САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
ФЕДОСЕЕВ Сергей Владимирович Формирование и развитие стратегического потенциала промышленности 08.00.05 Д.э.н.
© А.В. Покатилов, С.М. Простое, В. А. Хямяляйнен, С.Л. Понасенко,
