CC BY
27
СЕМИНАР 3
ДОКЛАД НА СИМПОЗИУМЕ "НЕДЕЛЯ ГОРНЯКА - I 2000"
МОСКВА. МГГУ. 31 января - 4 февраля 2000 i ода
■ 1 !: i; fó С.А. Константинова, 2000
í Í УДК 53.087.4:531.3:550.3:622.831
;; С.А. Константинова
И ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ СИСТЕМЫ
¡i ё ГЕОДИНАМИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА
п ГЕОЛОГИЧЕСКОЙ СРЕДЫ
В
ерхнекамское месторождение
калийно-магниевых солей (ВКМКС) эксплуатируется уже более 60 лет. Наступил тот предел, при котором техногенные деформации в значительной степени изменили естественный геодинамический
режим верхней части земной коры и осадочного чехла, о чем свидетельствуют многие события и факты.
В 1986 году при сравнительно небольших оседаниях дневной поверхности (максимальное оседание не превышало 1,2 м и было достигнуто более, чем за 1,5 года) и более, чем 130-метровой мощности водозащитной толщи (ВЗТ), при отсутствии в ней пластов глины, произошло затопление Третьего Березниковского рудника.
В 1995 году в г. Соликамске и его окрестностях ощущалось
землетрясение силой 5 баллов по шкале Рихтера. Сразу вслед за этим произошло внезапное обрушение пород отработанных камер на Втором Соликамском руднике на площади 600 X 700 кв. метров и опускание за несколько минут земной поверхности на глубину 3,0-4,5 м. Обрушение пород сопровождалось сильными газодинамическими явлениями.
Эти две ситуации относятся к чрезвычайным, так как, во-первых, не предварялись сколько-нибудь
значительными предупредительными признаками и произошли на Верхней Каме впервые. Во-вторых, в геомеханическом плане эти ситуации
не могут быть объяснены в рамках действующих на месторождении
нормативно-методических документов по безопасному ведению горных работ на рудниках ВКМКС.
Первое проявление сейсмической активности недр региона ВКМКС относится к 1993 г., когда 25.10.93 г. было зафиксировано землетрясение силой 4 балла по шкале Рихтера с гипоцентром на глубине 4 км, с эпицентром, находящемся в 17 км южнее г. Березники между затопленным рудником Третьего
калийного рудоуправления и разрабатываемым Уньвинским
месторождением нефти. Последнее достаточно сильное землетрясение произошло 9.10.97 на шахтном поле Второго Березниковского рудника.
В регионе ВКМКС действуют достаточно высокие техногенные нагрузки. При разработке калийного месторождения извлекаются и перемещаются большие породные массы, вследствие чего в недрах к настоящему времени образовались миллионы кубических метров пустот. В солеотвалах на поверхности, высота которых достигает 100 м, и различных хвостохранилищах
промышленных предприятий
скопились сотни миллионов тонн отходов. В пределах калийного
месторождения из надсолевых водоносных горизонтов ежесуточно откачивается 150-200 тыс.м3 пресных вод для хозяйственно-питьевого водоснабжения. Из подсолевых отложений ежегодно добывается более 1 млн. т нефти. На территории месторождения эксплуатируются три
крупных водохранилища, в том числе Камское.
Аномально высокий уровень техногенной нагрузки в сочетании с особенностями геологической среды привел к существенному изменению геодинамической обстановки в
регионе ВКМКС.
Проблема геодинамической
безопасности региона ВКМКС. приобрела, кроме научного, экономический и социальный характер.
• Верхнекамское месторождение уникально. Если его эксплуатировать, принимая все меры для защиты рудников от затопления, то запасов хватит еще на сотни лет.
• Если землетрясение произойдет
в районе химических предприятий (с производством сероуглерода,
диметиламина, хлора, аммиака, хлорпикрина, нитробензола и др.), последствия для населения городов Березники и Соликамск с 300-тысячным населением могут быть непредсказуемыми.
• На территории Пермской области
разрабатывается более 90 нефтяных месторождений. Нефтедобывающие предприятия характеризуются
наибольшей глубинностью охвата геологической среды техногенными нагрузками (до 2,0-2,5 км). В результате закачки жидкости в пласт пластовое давление значительно
повышается. Не исключено, что техногенные нагрузки, связанные с процессами добычи нефти, могут явится причиной наведенной сейсмичности недр.
• Зона повышенной
гидродинамической напряженности сформировалась вокруг водозаборов г.г. Березники и Соликамск.
• Дополнительную нагрузку на
недра создает Камское
водохранилище.
Все последующие годы
отработку запасов полезного ископаемого на шахтных полях рудников ВКМКС следует вести, соблюдая требования
геодинамической безопасности. Параметры очистных и
закладочных работ и меры охраны подрабатываемых зданий и сооружений на земной поверхности должны регулярно
корректироваться на основе актуальных данных системы геодинамического мониторинга
свойств и состояния подработанного и надработанного породного
массива, включая надсоляную, соляную и подсоляную породные толщи.
Г еодинамический мониторинг организован и осуществляется на территории Первого
Березниковского рудника, который работает более 50 лет. Когда началось строительство г.
Березники, уже было известно, что город будет строиться на месте залегания одного из крупнейших в мире месторождений калийномагниевых солей. По
существующим законам, в том
числе международным, застройка месторождений полезных
ископаемых запрещена. Однако, исходя из экономических
соображений, правительство все-таки приняло решение о строительстве города Березники.
Основная цель системы геодинамического мониторинга геологической среды региона ВКМКС - предотвращение
катастрофических для калийных рудников, г.г. Березники и
Соликамск и других населенных пунктов явлений.
Основная роль системы геодинамического мониторинга заключается в обнаружении
областей концентрации энергии в породном массиве и изучении процессов его деформирования под действием природных и
техногенных сил.
Система геодинамического мониторинга включает:
• наземный и подземный
геофизический мониторинг для картирования местоположения природных тектонически
напряженных зон (ТНЗ) в надсоляной, соляной и подсоляной породной толще и оценки их размеров, а также оценки отличия физико-механических свойств
пород, слагающих ТНЗ, от пород их вмещающих;
• маркшейдерско-геодезический мониторинг для оценки природно-техногенных смещений и деформации земной поверхности и их скоростей;
• геомеханический мониторинг, включающий оценку естественного и естественно-техногенного поля напряжений в породном массиве; визуальные и инструментальные наблюдения за состоянием пород, слагающих несущие элементы системы разработки; оценку прочностных, деформационных и реологических свойств соляных пород в лабораторных и натурных условиях;
• мониторинг напряженного и
энергетического состояния
геологической среды методами математического моделирования на основе физико-геологических
моделей;
• использование геоинформационных технологий и систем для сбора, анализа и обобщения актуальной геологогеофизической и горнотехнической информации.
Основные научно-практи-ческие результаты геодинамического
мониторинга геологической среды в пределах горного отвода Первого Березниковского рудника сводятся к следующим:
• Создана основа современной объединенной
многофункциональной электронной информационной системы "г.
Березники - Первый
Березниковский рудник.
Геодинамическая безопасность".
• На основе геолого-
геофизических методов составлена схема разломно-блоковой и соляной тектоники породной толщи.
• Разработаны метод и
вычислительные средства для
мониторинга энергетического
состояния подработанной породной толщи с целью оценки магнитуды возможного техногенного
землетрясения.
• Установлено, что техногенные
нагрузки создают в геологической среде дополнительные
максимальные касательные
напряжения порядка 1,7 МПа и вносят в нее дополнительную энергию (энергию возмущений) порядка 109 Дж.
• Научно обоснован график очередности закладочных работ на Первом Березниковском руднике.
Работы финансируются
администрацией г. Березники, ОАО "Уралкалий", Северным
территориальным управлением экологии и контроля и поддерживаются Российским
фондом фундаментальных
исследований (проект 98-05-65480).
Константинова Светлана Александровна - профессор, доктор технических наук. Уральский научно-исследовательский и проектный институт галургии, г. Пермь.
