Современная геодинамика массива горных пород Таштагольского месторождения в Кузбассе Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

УДК 622.83

А.В. Леонтьев, Н.А. Мирошниченко ИГД СО РАН, Новосибирск

СОВРЕМЕННАЯ ГЕОДИНАМИКА МАССИВА ГОРНЫХ ПОРОД ТАШТАГОЛЬСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ В КУЗБАССЕ

Представлен анализ числа и мест проявления динамических событий на Таштагольском железорудном месторождении и показана хронология миграции зон повышенной динамической опасности на планах рудника и по глубине разработки.

A.V. Leontiev, N.A. Miroshnichenko

Institute of Mining, Siberian Branch, Russian Academy of Sciences 54 Krasny prospect, Novosibirsk, 630091, Russian Federation

CURRENT ROCK MASS GEODYNAMICS IN TERMS OF THE TASHTAGOL IRON-ORE DEPOSIT, KUZBASS

The paper analyzes the number and manifestation areas of dynamic events at the Tashtagol iron-ore deposit, and shows migration history of higher dynamic hazard areas on ground plans and profiles of the mine.

В последние годы интенсивно развиваются представления о блочной структуре породного массива и его склонности к упорядоченному и самоорганизованному поведению под воздействием внешних факторов. Сложную иерархию процессов самоорганизации, обусловленных флуктуациями энергетических потоков в массиве можно проследить лишь на натурных объектах. Обратимся к одному из них - Таштагольскому руднику. Железорудное месторождение отрабатывается в условиях повышенной опасности проявления динамических событий. Здесь уже на глубине 300 м наблюдались стреляния горных пород, а в настоящее время при работах на глубине 500 м и более имеют место горные удары, в том числе большой

7 о

разрушительной силы (10 -10 Дж).

Общую картину геомеханической обстановки на руднике характеризует взаимосвязь между числом и энергетикой динамических событий и объемом добытой руды (рис. 1, 2). Можно отметить устойчивую корреляционную зависимость данных параметров с теснотой связи в 0.93 - 0.96.

Год

-Суммарный объем добытой руды, тыс. т -Суммарное число сейсмособытий

Рис. 1. Корреляционная связь между суммарным объемом добытой руды и количеством динамических событий на Таштагольском руднике

45000

40000

35000

о

£ 30000 3 25000

5

О. 20000 2

5 15000 ю

О 10000 5000 0

9.00Е+09

8.00Е+09

7.00Е+09

6.00Е+09 Л

5.00Е+09 сТ

4.00Е+09 £ о

3.00Е+09 О 2.00Е+09

-Суммарный объем добытой руды, тыс. т -Суммарное кол-во выделившейся энергии, Дж

Год

1.00Е+09

0.00Е+00

Рис. 2. Корреляционная связь между суммарным объемом добытой руды и количеством выделившейся энергии при динамических проявлениях горного

давления

В период с 1999 по 2008 гг. на месторождении зафиксировано более 11 тыс. динамических проявлений горного давления, в числе которых 149 сейсмособытий повышенной интенсивности (рис. 3). Можно отметить, что после крупного горного удара с Е = 2.3*109 Дж в 1999 году число динамических событий росло год от года, затем приняло тенденцию к уменьшению. При этом энергетика событий резко понизилась. Можно предположить, что породный массив месторождения существенно

2000 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 400 -200 -0

1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 Год

2.

2.

4 2.

& 1. X : 1. (С

5.1.

(С

2 7. 2

^ 5 м 5.

5Е+09

3Е+09

0Е+09

8Е+09

5Е+09

3Е+09

0Е+09

5Е+08

0Е+08

5Е+08

2.

0.0Е+00

О-

1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008

Год

856

1800

638

1361

1132

023

825

509

489

перестроился.

а

б

Рис. 3. Количество ежегодных динамических событий (а) и соответствующая им выделившаяся сейсмическая энергия (б), зарегистрированные на Таштагольском руднике в период 1999-2008 гг.

Обратимся к хронологии динамических событий, произошедших на Таштагольском руднике в последнее десятилетие. К этой информации обращались многие исследователи, однако системного анализа причин и следствий событий пока не выполнено. В рамках настоящего анализа построен событийный фильм о динамической обстановке на руднике за последнее десятилетие. Каждый кадр фильма отражает места проявления динамических событий в плане месторождения и по горизонтам рудника. В качестве примера на рис. 4-6 приведены три фрагмента данного фильма.

а

б

в

Горизонт, м

0

-70

-140

-210

-280

-350

-420

-490

-560

-630

8.0Е-И38 7.0Е+С8 6.0Е-НИ8 § 5.0Е-Н38 1 4.0Е-И38 £ 3.0Е4С8 2.0Е-Н38 -• 1.0Е-Н38 -• О.ОЕ+ОО

о

—,—1- - ,1 , н , , V Г 1, - 1 -•

ТіШ(І)№СПГОШ(Зіиі®(Л(Г)

СГ)СГ)СПШСГ)СПШСГ)СПШСГ)Ш

Дата

Рис. 4. Динамическая обстановка на Таштагольском руднике в 1999 году:

а - места проявления динамических событий на плане рудника, б -количество событий по добычным горизонтам, в - дата и энергия массовых и технологических взрывов, произведенных при добычных работах

0

30

50

80

а

Y, м

13000 -

12800

12600

12400 -

12200 -

12000 -

11800 -

11600

11400

11200

11000 -

10600 10800 11000 11200 11400 11600 11800 12000 12200 X, м

Горизонт, м

Количество событий

200 300 400 500 600

70

0

-70

-140

-210

-280

-350

-420

-490

-560

-630

Рис. 5. Динамическая обстановка на Таштагольском руднике в 2006 году:

а - места проявления динамических событий на плане рудника, б -количество событий по добычным горизонтам, в - дата и энергия массовых и технологических взрывов, произведенных при добычных работах

Y, м

13000 -

12800 ■

12600 -

12400

12200 -

12000

11800 -

11600 -

11400

11200

11000

Добыто 1862 тыс. т руды

10600 10800 11000 11200 11400 11600 11800 12000 12200 X, м

а

1.8Е+08 -|-----------------------------

1.6Е+08--------------------------------

1.4Е+08 -..............................

Й 1-2Е+08 -.............................

5 1-0Е+08-------------------------------

а. 8.0Е+07------------------------------

£ 6.0Е+07-------------------------------

4.0Е+07 -..............................

2.0Е+07 ..-I-..........................

0 оЕ+00 -I , .1 у >! ■ г1 М1*

оо оо оо аз оо оо оо оо со аз со со сэсэспсэсэспспоспсэсэо ааснсэсэсисиоснсэсэо счсчсчс^счсчсчсчсчс^счс'!

■"-С'ЧС0Ч;ЮСС>1'^00СЛСЭ-"-СЧ

ооаооааоа^^^ сэсэспсэсэспспоспсэсэо

Дата

Рис. 6. Динамическая обстановка на Таштагольском руднике в 2008 году:

а - места проявления динамических событий на плане рудника, б -количество событий по добычным горизонтам, в - дата и энергия массовых и технологических взрывов, произведенных при добычных работах

Анализ собранной информации, позволяет отметить следующее:

- Статистика зарегистрированных событий убедительно подтверждает основные положения теории катастроф - динамические проявления горного давления неизбежны; наиболее крупные из них появляются редко;

- Основная масса динамических событий охватывает действующие горизонты, главным образом - 210 и - 280 м; вид распределения соответствует нормальному закону с величиной математического ожидания -291 и коэффициентом вариации 25 %;

- На плане шахтного поля можно выделить три сформировавшиеся в период 1999-2007 гг. Зоны наиболее интенсивного проявления событий в динамической форме - это центральная часть и фланги в северной и южной стороне месторождения; в 2008 году они прекратили свое существование и на руднике сложилась более равновероятная и менее предсказуемая обстановка мест проявления динамических событий.

Работа выполнена при финансовой поддержке СО РАН (интеграционный проект № 61).

© А.В. Леонтьев, Н.А. Мирошниченко, 2010