CC BY
21
-------------------------------------- © А.Н. Соловицкий, 2004
УДК 622.33 А.Н. Соловицкий
ПРОБЛЕМЫ ГЕОДИНАМИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ОСВОЕНИЯ НЕДР КУЗБАССА
Семинар № 8
беспечение дальнейшего роста добыча угля в Кузбассе должно сопровождаться решением проблем геодина-мпческой безопасности, которая обеспечивает комплексный учет неблагоприятных факторов, обусловленных совместным влиянием процессов естественной и техногенной геодинамики при освоении недр, вызывающих чрезвычайные ситуации.
Решение данных проблем основывается на единой теории блочного массива горных пород. Формирование единой теории блочного массива горных пород начато с совместной разработки ВНИМИ и КузПИ (ныне КузГТУ) метода геодинамического районирования месторождений полезных ископаемых (МГРМПИ) [1,2], целью которого является снижение уровня геодинамической опасности. Геодинамическая опасность характеризуется, прежде всего, проявлением геодинамических явлений, обусловленных совместным влиянием процессов естественной и техногенной геодинамики при освоении недр, а также их опосредованным влиянием, вызывающим чрезвычайные ситуации. Следовательно, уровень геодинамической опасно-
сти определяется масштабом проявления геодинамических явлений (или их влияния) и их количественными характеристиками. Общая классификация геодинамических явлений разработана во ВНИМИ [3], количественной характеристикой является энергетическая. Охарактеризуем блоковые структуры земной коры Кузбасса, в которых проявление гравитационной составляющей напряжений обуславливает возникновение неблагоприятных факторов. В табл. 1 приведены величины изменения потенциальной энергии при формировании блочной структуры земной коры Кузбасса, отнесенные к единице объема Ер[М0]^ Величины изменения потенциальной энергии при формировании блочной структуры земной коры Кузбасса определены при учете влияния только вертикальных движений. Амплитуды вертикальных движений блоков определены относительно условно-стабильного блока.
Относительные изменения потенциальной энергии блочной структуры Кузбасса (табл. 1) позволяют выполнить выделение зон аномального энергетического состояния, по максимальным значениям к которым можно отнести
Таблица 1
Величины изменения потенциальной энергии при формировании блочной
№ блоков н Амплитуды, м Е р [1-1 0 ]/У № блоков н Амплитуды, м 0 Ы
1 283 -117 454,3 12 250 - 150 792,7
2 286 -114 1020,2 13 400 -0 0
3 372 -28 64,2 14 487 +87 459,7
4 256 -144 449,3 15 730 +330 -
5 305 -95 368,9 16 362 -38 100,0
6 300 -100 607,7 17 564 +164 511,8
7 301 -99 523,2 18 737 +337 3015,9
8 200 -200 745,5 19 350 -50 171,6
9 296 -104 549,6 20 656 +256 522,1
10 401 1 3,1 21 498 +98 152,4
11 315 -84 443,9 22 690 +290 483,3
Схема геодинамического районирования Кузбасса [1]: 1 - трансрегиональные разломы; 2 - региональные разломы; 3 - отметки блоков; 4 - граница Кузбасса
блоки 2 и 18 (рисунок). Данные блоки не приурочены к освоенным месторождениям, поэтому выполненный анализ показывает, что причиной проявления геодинамических явлений на горнодобывающих предприятиях Кузбасса являются процессы, которые обусловлены действием не гравитационных (массовых) сил. Следовательно, необходимо уделять большее внимание исследованиям другой составляющей напряжения, поэтому исследования по обеспечению геодинамической безопасности в Кузбассе актуальны, имеют научный и практический интерес.
Учет иерархии блочной структуры связан с интеграцией данного термина в геодинамике и геотехнологии освоения недр и заключается в выборе соответствующего блока. Выбор данного блока определяет профилактические мероприятия. Так, известно, что 70% всех шахт Кузбасса ведут горные работы на глубине до 300 м, 27,5% -на глубине до 600 м, а остальные -свыше 600 м.
По известной глубине Н можно оценить протяженность блоковых структур земной коры L [5]
L = 0,85И1Д5 (1)
В табл. 2. приведены оценки протяженности блоковых структур в зависимости от глубины проникновения Н. Следовательно, для шахт Кузбасса детальность уровня исследования блочного массива горных пород может быть отнесена к анализу взаимодействия структур блоков, протяженность которых около 400 м.
Другая задача, например, исследование удароопасности требует анализа взаимодействия блоковых структур размеры, которых не более для рудных месторождений 2-3 км, а для угольных- 1-2 км [1, 2].
Масштабы блоковой структуры земной коры в районе освоения месторождения регламентирует профилактические мероприятия для ее учета (табл. 3). При этом следует отметить, что устойчивость мелкоблочной структуры может быть обеспечена инженерными способами, а для крупного блока ее осуществить невозможно.
ЕЗ' ЕЗ* И*
Иерархия структур блоков приводит к неравномерности развития напряжений (деформаций). Неравномерности развития напряжений (деформаций) связаны с морфологическими особенностями блоковых структур, а также определяют существование напряженных и ослабленных зон.
Закономерности неравномерности напряжений и их связь с морфологическими особенностями блоковых структур подтверждены результатами геодинамического районирования месторождений Норильска, Донбасса, Субра и Кузбасса, выполненного Проблемной научно-
исследовательской лабораторией КузГТУ совместно со ВНИМИ [1, 2].
Обобщая результаты данных исследований проблемы геодинамической безопасности Кузбасса можно сформулировать следующим образом:
- с увеличением детальности блоков их изученность падает;
- детальные исследования закономерностей распределения напряжений не возможны без инструментальных методов;
- прикладные геодинамические исследования должны стать составной частью геотехнологии освоения недр на всех ее этапах;
Таблица 3
Профилактические мероприятия в зависимости от масштаба блоковой структуры земной коры месторождения
Масштаб блоковой структуры земной коры Мелкоблоковая (от нескольких м до первых десятков м) Локальная (сотни м)
Региональная
- для учета влияния неблагоприятных факторов влияния природной и техногенной геодинамики необходим переход к единым количественным характеристикам;
- выбор эффективных инструментальных методов не может быть решен на одном геодинами-ческом полигоне в Кузбассе;
- обеспечение обработки разнородной информации невозможно без развития МГРМПИ.
Детальность уровня исследования полей напряжений определяется конкретными задачами геомеханического обеспечения геотехнологии освоения недр. Следовательно, необходимо выполнить анализ полей напряжений блоковых структур месторождения, а также контролирующих форму и размеры залегания полезного ископаемого.
Контроль напряженного состояния блочного массива горных пород для геомеханического обеспечения открытой, подземной и строительной геотехнологии освоения недр предлагается проводить на основе интегрального метода, который является дальнейшим развитием МГРМПИ. Результаты геодинамического районирования месторождений полезных ископаемых характеризуют движения новейшего периода, а повторных наблюдений на ГДП -современного. Поэтому для строгого учета влияния взаимодействия блоковых структур в геотехнологии освоения недр необходима интеграция данных методов [4]. Теоретической основой строгого учета влияния взаимодейст-
1. Батугина И.М., Петухов И.М. Геодинамиче-ское районирование месторождений при проектировании и эксплуатации рудников. - М.: Недра, 1988.-166 с.
2. Геодинамическое районирование недр. - Л.: ВНИМИ, 1990. - 129 с.
Профилактические мероприятия
Инженерные решения
Технологические решения
Проектные решения вия блоковых структур при интегрировании двух методов является проверка фундаментальной гипотезы о преемственности новейших движений в современный период. Составными частями интегрального метода будут являться:
• выделение и идентификация блоков;
• система регистрации их взаимодействия;
• анализ полей напряжений;
• оценка динамики во времени элементов энергетического состояния блоковых структур.
Реализация интегрального метода базируется на такой схеме построений на ГДП, которая обеспечивает структурное моделирование блоков, выделенных при проведении их идентификации по картографическим материалам, основывается на проверке гипотезы малых скоростей деформаций земной коры, не приводящих к проявлению геодинамических явлений, имеет заданную точность повторных наблюдений, частоту опроса и закрепления построений.
Для обеспечения проверки гипотезы, положенной в основу интегрального метода, необходимы не только количественные величины амплитуд движения блоков, но и величины деформаций земной коры и их скорости, а также изменения во времени потенциала силы тяжести. Таким образом, для решения проблем геодинамической безопасности в Кузбассе в настоящее время имеется теоретическое, методическое и программное обеспечение [1, 2, 3, 4].
---------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
3. Яковлев Д.В. Развитие школы ВНИМИ// Маркшейдерский вестник. - 2003.- №3. - С. 24-31.
4. Соловицкий А.Н. Интегральный метод контроля напряженного состояния блочного массива горных пород. -Кемерово: ГУ КузГТУ, 2003. - 260 с.
5. Глубина проникновения разломов/В.А. Саньков. - Новосибирск: Наука. Сиб. отд., 1989.-136с.
— Коротко об авторах -----------------------------------------
Соловицкий А.Н. — Кузбасский государственный технический университет.
