CC BY
30
А.А. Семин
студент ФГБОУ ВПО «Сибирский государственный индустриальный университет»
А.Г. Серг
студент ФГБОУ ВПО «Сибирский государственный индустриальный университет»
I. ПРОМЫШЛЕННАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ И ГЕОМЕХАНИКА INDUSTRIAL SAFETY AND GEOMECHANICS
УДК 622.235; 622.831
РЕГИСТРАЦИЯ СЕЙСМИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ ПОВЕРХНОСТИ ОТ ВОЗДЕЙСТВИЯ ПОДЗЕМНЫХ МАССОВЫХ ВЗРЫВОВ НА ТАШТАГОЛЬСКОМ
МЕСТОРОЖДЕНИИ
Представлены результаты регистрации сейсмических колебаний поверхности от воздействия подземного массового взрыва при отработке рудных запасов Восточного участка Таштагольского месторождения. Определены значения максимальных скоростей колебаний земной поверхности в ближней и дальней зонах.
Ключевые слова: МАССОВЫЙ ВЗРЫВ, ВЗРЫВЧАТОЕ ВЕЩЕСТВО, СЕЙСМИЧЕСКИЕ КОЛЕБАНИЯ, АМПЛИТУДА, СЕЙСМОГРАММА, ДОПУСТИМЫЕ СКОРОСТИ КОЛЕБАНИЙ.
Г\ Г©
- VL
/ iv-
j : , 1»
Зля определения величины сейсмических колебаний поверхности от воздействия подземного массо-1ва на Таштагольском месторождении проведена регистрация с использованием сейсмоприёмни-ков СМ-3КВ, аналогово-цифрового преобразователя (АЦП) модели Е-14-440 с записью сигналов на жёсткий диск ПК. Обработка и регистрация сейсмических сигналов в цифровом коде с АЦП модели Е-14-440 осуществляется программой «L-GRAF». Для обработки кодовых значений цифрового сигнала, записанного программой «L-GRAF» в значения скорости смещения грунта и пересчета номера отсчета во временной интервал, разработана программа «Seismikanaliz» на языке Pascal в среде Delphi. Программа позволяет определить сигнал из всего файла данных и выделить его для обработки и размещения в Excel для представления в графическом виде. Методика регистрации и обработки разработана в институте динамики геосфер РАН [1,2] и широко применяется при оценке уровня сейсмического воздействия массовых взрывов на шахте Таштагольского филиала ОАО «Евразруда» [3] и при разработ-
ке угольных разрезов Кузбасса [4 - 6].
Массовый взрыв по блоку № 3 (2 слой), расположенному на Восточном участке в этаже (-140)^(-70) м, произведен 6 июля 2014 г. (рис. 1).
Суммарная масса взрывчатых веществ (ВВ) на взрыв составила 49,2 т. Балансовые запасы по блоку равны 168 тыс. т. Были применены пучки сближенных скважин диаметром 105 мм и общей длиной 1,5 тыс. м. Удельный расход ВВ на отбойку составил 0,591 кг/т. Скважинные заряды в пучках инициировались неэлектрической системой ИСКРА-Ш с замедлением от 0 до 450 мс. Инициирующий импульс в волноводы ИСКРА-Ш поступал по детонирующим шнурам, которые инициировались от электродетонаторов с поверхности. Масса ВВ в ступени замедления составляла от 191 до 13607 кг.
Регистрация сейсмических колебаний земной поверхности проведена 06.07.2014 года в двух пунктах - у железнодорожного вокзала и горного колледжа города Таштагол. Расстояние от центра массового взрыва до пункта регистрации у железнодорожного вокзала составляет 400 м по горизонтали и 500 м по высоте, абсолютное расстояние по прямой -
М.А. Климкин
студент ФГБОУ ВПО «Сибирский государственный индустриальный университет»
24
х - центр взрыва
Рисунок 1 - План горизонта -140 м месторождения
640 м. Расстояние от центра массового взрыва до пункта регистрации горного колледжа составляет 4200 м по горизонтали, 500 м по высоте и абсолютное - 4230 м. Сейсмограммы скорости сейсмических колебаний земной поверхности в пункте регистрации у железнодорожного вокзала в вертикальном и двух горизонтальных направлениях приведены на рисунке 2.
Первая сейсмограмма зарегистрирована вертикальным датчиком и скорость вертикальных колебаний земной поверхности составила 0,12 см/с. Вторая сейсмограмма зарегистрирована горизонтальным датчиком, ориентированным на север-юг по направлению на массовый взрыв, третья сейсмограмма зарегистрирована горизонтальным датчиком, ориентированным на запад-восток. Длительность вертикальных сейсмических колебаний составила 2,5 с, из которых основной высокочастотный импульс с максимальной амплитудой имеет длительность 1 с, а длительность низкочастотного импульса с амплитудой 0,04 см/с составила 1,5 с.
Сейсмограмма скорости горизонтальных колебаний земной поверхности по направлению на массовый взрыв аналогична сейсмограмме скорости вертикальных колебаний и по амплитуде и по длительности. Сейсмограмма скорости горизонтальных колебаний земной поверхности в перпендикулярном направлении линии на массовый взрыв имеет существенные отличия: общая длительность сейсмических колебаний в этом направлении составила 4,5 с, в котором наблюдается низкочастотный импульс с высокой амплитудой. За высокочастотным импульсом с максимальной амплитудой 0,12 см/с и длительностью 1 с следует низкочастотный импульс с высокой амплитудой 0,12 см/с и
длительностью 1,5 с. Далее амплитуда колебаний снижается до 0,02 см/с в течение 2 с. При сравнении сейсмограмм скорости вертикальных и горизонтальных колебаний земной поверхности можно сделать вывод, что по критерию пропорциональности количества выделившейся сейсмической энергии - площади сигнала, максимальные сейсмические колебания в ближней зоне массового взрыва являются горизонтальные в направлении по линии запад-восток. Это объясняется направлением отбойки
1/С -о
Вертикальные датчики
Горизонтальные датчики
0.11 0.072 0.036 0
-"0.036
"0.072 -0.11
Рисунок 2 - Сейсмограмма скорости сейсмических колебаний земной поверхности в пункте регистрации у железнодорожного вокзала после массового взрыва
и перемещением отбитой горной массы, в основном, в данном направлении. Следует отметить, что выбранный диапазон измерений меньше фактических величин скорости колебаний, поэтому произошло срезание максимальных импульсов, и на сейсмограммах наблюдается «полочка» на амплитуде 0,12 см/с. Аппроксимируя максимальные значения импульсов по треугольному контуру всего сейсмического сигнала, реальная величина скорости сейсмических колебаний оценивается величиной 0,2-0,3 см/с.
Сейсмограммы ускорений сейсмических колебаний земной поверхности в пункте регистрации у железнодорожного вокзала приведены на рисунке 3. Для вертикальных колебаний
научно-технический журнал № 4-2015 ^^^ ^^
вестник 25
см/с2 40 32 24 16 8
, 0 - "8 -16 -24 - 32 -40
Вертикальные датчки
Вертикальные датчки
Горизонтальные датчики
3 4
t
lililí
itu 1 ti '<
Ш l r ■
i
IIIIII
Рисунок 3 - Сейсмограмма ускорений сейсмических колебаний земной поверхности в пункте регистрации у железнодорожного вокзала после массового взрыва блока
ускорения составляют 36 см/с2 на первой секунде в высокочастотной части сигнала. Для горизонтальных колебаний величина ускорений в два раза ниже и составляют 16 см/с2.
Амплитудно-частотные характеристики сейсмических колебаний земной поверхности приведены на рисунке 4. По полученным сейсмограммам выявлены пиковые значения вертикальных колебаний с частотой 1, 2, 3, 6 и 10 Гц. Для горизонтальных колебаний характерны максимальные значения колебаний с частотой 1, 5 и 6 Гц и отсутствие колебаний с частотой 10 Гц.
Сейсмограммы скорости сейсмических колебаний земной поверхности в пункте регистрации у горного колледжа в вертикальном и двух горизонтальных направлениях приведены на рисунке 5.
Первая сейсмограмма зарегистрирована вертикальным датчиком, вторая сейсмограмма - горизонтальным, ориентированным на запад-восток по направлению на массовый взрыв, третья - горизонтальным, ориентированным по линии север-юг. Скорость вертикальных колебаний земной поверхности составила 0,12 см/с.
Длительность вертикальных сейсмических колебаний составила 1,5 с, из которых основной высокочастотный импульс с макси-
/Va
Н4
Горизонтальные датчики
FV
частота, Гц
Рисунок 4 - Амплитудно-частотные характеристики сейсмических колебаний земной поверхности в пункте регистрации у железнодорожного вокзала после массового взрыва
см/с Вертикальные датчики
0.15 -0.12 -0.09 -0.06 -0.03 -VZi 0 -
--0.03 -
-0.06 --0.09 --0.12 --0.15 L
0.15 -0.12 -0.09 0.06 0.03 fvx 0
-0.03 -
-0.06 --0.09 --0.12 --0.15 L
Горизонтальные датчики
0.15 -
0.12
0.09
0.06
0.03
fry, 0 -
--0.03 -
-0.06 --0.09 --0.12 --0.15 L
Рисунок 5 - Сейсмограмма скорости сейсмических колебаний земной поверхности в пункте регистрации у горного колледжа после массового взрыва
мальной амплитудой имеет длительность 0,5 с, а длительность низкочастотного импульса с амплитудой 0,03 см/с составила одну секунду.
Максимальная скорость горизонтальных колебаний земной поверхности по направлению на массовый взрыв составила 0,08 см/с, длительность - 3,5 с. Максимальная скорость
26
0.01
svy, 0.005
0.1
1С
0.005
0.1
10
0.01
7
svx, 0.005
0.1
горизонтальных колебаний земной поверхности по направлению север-юг составила 0,05 см/с, длительность - 3,5 с. Сейсмограммы ускорений сейсмических колебаний земной поверхности в пункте регистрации у техникума приведены на рисунке 6. Для колебаний максимальные ускорения составляют 3,2 см/с2. Для горизонтальных колебаний по направлению на массовый взрыв, на запад-восток величина ускорений в два раза выше и составляют 7,2 см/с2. Это направление совпадает с направлением отбойки горного массива. Для горизонтальных колебаний по направлению на север-юг величина максимальных ускорений составляет 4,8 см/с2.
Амплитудно-частотные характеристики сейсмических колебаний земной поверхности в пункте регистрации у техникума приведены на рисунке 7. По полученным сейсмограммам выявлены пиковые значения вертикальных колебаний с частотой 1, 2,5, 5, 6 и незначительный пик для колебаний с частотой 10 Гц.
Для горизонтальных колебаний по направлению на массовый взрыв характерны максимальные значения колебаний! с частотой 2,5, 6, 9 и 10 Гц. Для горизонтальных колебаний п о направлению север-юг характерны максимальные значения колебаний в широком диапазоне спектра с частотой 1, 2,5, 3,5, 5, 6,
7, 9 и 10 Гц. Максимальные величины вертикальных и горизонтальных скоростей сейсмических колебаний приведены в таблице 1.
В Таштаголе жилые здания по конструктивным характеристикам относятся к бескаркасным зданиям с несущими стенами. Жилые здания по состоянию относятся ко II категории (в несущих конструкциях трещины до 0,5 мм; в стенах из кирпича и крупных блоков до 3 мм; вертикальность массива фундамента нарушена, повреждения в размере до 40 %). По СНиП 2.01.07-85 [7] здания относятся к II классу ответственности. Грунты (суглинки и глины мягкопластичные) в основаниях зданий и сооружений Таштагола согласно классификации ГОСТ 25100-95 соответствуют II группе. Допустимые скорости колебаний грунта для бескаркасных с несущими стенами зданий социального назначения (больницы, школы, техникум, дома культуры) с II классом ответственности по данным РТМ 36.22.91 [8] составляют 1 см/с, для жилых зданий - 2 см/с.
В измерениях по трем направлениям максимальные величины скорости сейсмических колебаний земной поверхности составляют допустимые значения. Максимальная величина скорости сейсмических колебаний земн ой поверхности составила 0,012 см/с, что в 8,3 раз меньше предельно допустимой.
8
6.4 4.8 3.2 1.6 'i 0
--1.6
"3.2 "4.8 " 6.4 "8
Вертикальные датчки
Вертикальные датчки
J
8 6.4 4.8 3.2 1.6
azi 0 — -1.6 - 3.2 "4.8 "6.4 -8
Горизонтальные датчики
11111
II
т
Г 1 1
1
1 1 1 1 1
-Ilrall.il
i i i i i
Горизонтальные датчики
I
частота, Гц
Рисунок 6 - Сейсмограмма ускорений сейсмических колебаний земной поверхности в пункте регистрации у горного колледжа
Рисунок 7 - Амплитудно-частотные характеристики сейсмических колебаний земной поверхности в пункте регистрации у горного колледжа
27
svyi 0.001
0.1
10
i 0.001
0.1
10
0.1
10
Таблица 1 - Величина максимальной скорости сейсмических колебаний
Дата регистрации, (масса ВВ, кг) Пункт регистрации (расстояние, м) Максимальная скорость сейсмо-колебаний, см/с Направление колебаний
06.07.2014 г. (49200 кг) Железнодорожный вокзал (пункт 1), (640м) 0,12 вертикальные
0,12 горизонтальные в направлении массового взрыва (север-юг)
0,12 горизонтальные перпендикулярные направлению массового взрыва (запад-восток)
Горный колледж (пункт 2) (4230 м) 0,12 вертикальные
0,08 горизонтальные в направлении массового взрыва (запад-восток)
0,05 горизонтальные перпендикулярные направлению массового взрыва (север-юг)
Выводы.
По результатам регистрации сейсмических колебаний поверхности от воздействия подземного массового взрыва с общей массой ВВ до 50 т определено их безопасное производство. Установлена величина максимальной скорости
колебания земной поверхности в ближней зоне на расстоянии 640 м, равная 0,12 см/с, которая в 8,3 раза меньше допустимого значения и определена максимальная интенсивность горизонтальных колебаний в направлении отбойки.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Еременко, А. А. Опыт проведения мощного массового взрыва в условиях высокого горного давления на Шерегешевском месторождении / А. А. Еременко, П. А. Филиппов, А. П. Гайдин, И. В. Машуков и др. // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2002. - № 1. - С. 92-94.
2. Еременко, А. А. Сейсмическое действие технологических взрывов на удароопасных месторождениях / А. А. Еременко [и др.] // Вестник Российской академии естественных наук; Западно-Сибирское отделение. - 2005. - Выпуск 7. - С. 148-158.
3. Машуков, И. В. Регистрация сейсмических колебаний от подземных массовых взрывов / И. В. Машуков // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2014. - № 4. - С. 216-221.
4. Доманов, В. П. Мониторинг сейсмического воздействия на охраняемые объекты при производстве массовых взрывов, проводимых на разрезах Кузбасса / В. П. Доманов, И. В. Машуков // Вестник научного центра по безопасности в угольной промышленности. - 2013. - №1-1. - С. 60-64.
5. Машуков, И. В. Расчет безопасных расстояний по сейсмическому воздействию массовых взрывов на здания и сооружения с учётом схемы взрывания скважинных зарядов / И. В. Машуков, В. П. Доманов, А. Г.Серг, Д. А. Егоров // Вестник научного центра по безопасности в угольной промышленности. - 2013. - №1-2. - С. 16-21.
6. Машуков, И. В. Обеспечение безопасности сейсмического воздействия массовых взрывов на здания и сооружения прилегающих территорий / И. В. Машуков, В. П. Доманов, А. Г. Серг, Д. А. Егоров // Наукоемкие технологии разработки и использования минеральных ресурсов : сб. науч. статей Междунар. науч.-практ. конф. - Новокузнецк: СибГИУ, 2014. - С. 104-109.
7. СНиП 2.01.07-85. Нагрузки и воздействия. ГОСТ 25100-82 [Текст] Утв. Постановлением Госстроя СССР от 29.08.1985 N 135;ред. от 29.05.2003. - М.: Госстрой России, ГУП ЦПП, 2003
8. Определение критических параметров колебаний охраняемых объектов при взрывном дроблении фундаментов и обрушении зданий при реконструкции. РТМ 36.22.91 / Сост. Л. М. Глозман, Н.А. Маковская, В.О. Изофов и др. - М.: Недра, 1982.
REGISTRATION OF SURFACE SEISMIC VIBRATION CAUSED BY UNDERGROUND MASS EXPLOSIONS AT TASHTAGOL ORE DEPOSIT
Mashukov I.V., Domanov V.P., Siomin A.A., Serg A.G., Klimkin M.A.
Registration results of the surface seismic vibrations caused by underground mass explosion while mining ore reserves at Eastern section of Tashtagol ore deposit are presented. Meanings of maximum vibration velocities of the earth surface at close and distant zones are determined.
Key words: MASS EXPLOSION, EXPLOSIVE, SEISMIC VIBRATIONS, AMPLITUDE, SEISMOGRAM, ACCEPTABLE VIBRATION VELOCITIES
Машуков Игорь Владимирович e-mail: mashukov_nvk@mail.ru
Доманов Виктор Петрович e-mail: vostnii-bvr@yandex.ru
Семин Александр Алексеевич e-mail: semin-a-ip@ya.ru
Серг Алексей Геннадьевич e-mail: serg2292@rambler.ru
Климкин Михаил Андреевич e-mail: ironhamm1996@mail.ru
GaSos
Стационарный газоанализатор контроля параметров атмосферы в зоне отработанного пространства
Блок индикации и передачи данных
Индикация
Цветной графический экран позволяет отображать данные в режиме
«онлайн» для всех измеренных параметров одновременно. Возможен вывод любой статистики в виде графиков или диаграмм.
Управление
Антивандальные конпки
IR f
Передача данных
Передача измеренных и расчетных данных в систему сбора информации шахты по цифровому интерфейсу RS-485 и по аналоговому выходу 0,4-2В
Выносной блок для измерения концентрации газов и контроля параметров атмосферы
Измерение до 6 газов одновременно, а также температуры, относительной влажности и абсолютного давления одним блоком диффузионным методом без пробоотборного насоса.
Данная методика измерения позволяет снизить энергопотребление и повысить надежность газоанализатора
Зона отработанного пространства
29
