Физические процессы в очагах горных ударов и региональный прогноз их по геофизическим полям Смирнов, Виталий Александрович

Введение к работе

V"!

В диссертации, представленной в виде научного доклада, приводит-я основное содержание опубликованных в I96I-I990 гг. работ автора о результатам выполненных им научных исследований в период работы о ВНИШ.

Актуальность проблены. Развитие народного хозяйства страны тре-ует расширения отрабатываемых площадей месторождений полезных неопасных, а это приводит к значительному увеличении глубины ведения орннх работ. Опыт ведения горных работ на значительной глубине в тольной промышленности показал, что с ростом глубины значительно взрастает горное давление, а его концентрация на отдельных локаль-нх участках приводит к возникновении различных динамических форы го проявления: толчков, стреляний, кякроударов и собственно горных дароз. Это, в сгоэ очередь, вызвало необходимость развития научных іселедованпй как в области создания теории, так и разрсботкя мето-іов их прогноза и предупреждения. В результате работ ВНИШ, чіліол-!єішп за послодіше 30 лет, была достигнуты значительные успехи в іезенан проблеиы горных ударов, а коллективу автот>с;.< '. И. М. Петухов, Ї.Г.Авершт, А.Н.Оиельчекко, Я.А.Бич, Б.Ш.Вянокур и др.) была прн-їуадена Государственная премия СССР.

В последние годы горные удары начали проявляться также и на іудкнх месторождениях страны. В связи с этим,. Государственный но-гатет -по науке и технике СССР в своих постановлениях (Р 2Q0 от і.05.77 г., Р 86 от 2.04.81 г., № 555 от 30.IQ.86 г.) назвал проблему горних ударов на рудных месторождениях в числе важнейших на-юднохозяйственннх проблем и наметил план работ по создания и тедренив эффективной и безопасной технологии ведения горных работ, їнстем автоматизированного прогноза удароопасностн при разработке рдароопасных рудных и нерудных месторождений и строительстве под-іещшх сооружений на 1986-1990 гг.

Проблема горных ударов на угольных пахтах решалась в рамках йщесоюзной научно-технической программы "Создать и внедрить методе и средства прогноза и предотвращения внезапных выбросов угля, юроды, газа, горных ударов, взрывов газа и пыли в угольных шах-fax", утвержденной постановлением ГКНГ » 552 от 29.10.86 г. на 1986-1990 гг.

Разработанный автором на основе изучения физических процессов в очагах горних ударов метод регионального прогноза в Г99І-І995 гг. [предполагается распространить на все основные удароопасные рудные іесторожденни страны, отрабатывающие удароопасные залежи в сложных

горно-геологических условиях на больших глубинах, согласно отрасле вой научно-технической програзше ШІГ-4: "Разработать и внедрить способы и средства прогнозирования и предотвращения горных ударов" утвержденной 1&шстерствоц металлургии СССР 24.08.90 г.

Большое разнообразие горно-геологических условий залегания угля пород и руд и их физнко-ыеханическкх свойств, высокая сейсмичность отдельных регионов, блочное строение, ногоризонтальный рельеф поверхности Земли и целый ряд других факторов приводит к тому, что горные удары возникают не только под действиеи локальных, но и региональных полей напряжений.

В связи с этш, исследование причин, иеханизма проявления и энергии горных ударов требует изучения процессов деформации, сдвижения и разрушения больших объемов горного массива, возникавших при проведении горных работ.

В целом, несмотря на значительные успехи, достигнутые в реиенни проблемы горных ударов, задача исследования физических процессов в очагах горных ударов и разработка на этой основа методов и средств их прогноза с использованием геофизических полей была и остается до сих пор актуальной.

В работе осуществлено решение научной проблемы.- региональный прогноз горных ударов на пахтах н рудниках для обеспечзния безопасности технологического процесса ко добычз полезных ископаоішх (углей, бокситов, железных и алатнто-иефзлиновых р/д) на больших глубинах.

Цель работы - создание регионального негода и технических средств прогноза горных ударов для угольные, рудных и нерудных месторождений стршш.

Задачи исследований:

1. Изучение физических процессов в очагах горных ударов в широкой диапазоне энергетических классов динамических явлений и их спектров.

2. Обобщение теоретических и экспериментальных шахтных и лабораторных исследования и установление основных закономерностей, определяющих механизм формирования горных ударов.

3. Обоснование критериев регионального прогноза горных ударов, позволяющего р-^елять наиболее удароопасные участки шахт и месторождений с у«тон возкоаного энергетического класса их проявления и направления разрыва в очаге.

4. Разработка новых геофизических методов я технических ередсті регионального прогноза горных ударов применительно к широкому

лассу горно-технических и горно-геологичэскюс условий их проявле-мя на пахтах и рудниках.

5. Разработка и внздрзняе норматиЕко-катодптеских документов, ^еглгментіїруїсціїх рэгаонаяыщЯ прогноз горішх ударов на шахтах и іудипкях, разрабативазкрд уголыага пласта и рудкиз.залози, склоннее : горіг^і ударам.в елоянкс горно-техіпічзскіх а гсрно-геологитаскюс словнях разработки кесторсздонпн на больших глубинах.

Идея работы заплавается в построении энергетлчэскоЯ подели процесса подготовки и развитая горкого удара иа основе геоу.еханячзскнх гредставлекяЯ, сопоставления разработанной подели с реальним про-гессои поведения массива горг-ллс пород в зонах посиленной кеіщентра-!і:и напряжений (ovare удара), установления на основе ретроспектиз-:ого аиаяіїза критериев удароопасностя п оценпа на их основе теку-;еЛ степзнл удароопаспсстн насеяна в рзалыюм^-вре\«еіп как д.,- "зс-'оретдеігпя в пглом, тал п о?дєльї:;:х его участков (лахткк полой).

овна метод сценпн степзігп удароокасностн отдзлькіге утаетнов уголь-:лс пластов - кс:ятясяс<г.й :.стод ВЕЇІІЇ и построить модель реального роцесса разрушения пород в отагз техногенного дйпсилчзского язле-пя лэбого т.ша: стреляшія, иякроудара, собственно горного удара, олшеа, удара гсрно-тскгоісгсзского типа, техногенного землетрясения других.

Налгегзтэ нолсленля, paocRsra на заглггу:

I" Установлена заясноиэрюста протзкаіая фпзячзского прсцесса в чагз горного удара, которая заяяичаетсл в тем, іто "приток" знїр-

rzz в область хрупкого разрусзккя (очаг) происходи? кз области JJ_C значительно превосходящей ее иаксиаалыше линзйшо размеры -Ь_тпг т.е. L₀- = (10+15)ь^дз-. Эта закономерность выполняется для эн-зрг< ткчзских классов К 5=1, где К =log Е, а Е - сейсмическая энергг.л,

Закономерность связана с "заісачхоГГ энзргки из области подгото: ей горного удара (L₀), в которой накашшвазтся зелесы поїєкцйззь-ной эпергн- в процессе деформирования горных: пород в зоне упругіз дєфориацдГ; (до предела упругости). Закономерность выявлена при кзу^зіг.;;: геофикадсккх полоГ: с сахтних к лабораторних условиях з диаг.г-зоне частот от ы„лъ~ 0|5 Гц до CO_maj. = 100 кГц к зкоргетг-чзсккх классов К = 1*12.

2, Еш:.г.лзнз еляянкз раог.тггя гср-ія: работ ііа вознлпюгоико "rsAHoreinori" сєГісщііі-їостіі п возбугдояие последней ударов гсряз-тек'гоютесзого типа.

вокруг горкли вігрібогок. И-сліізіз ка э?к поля напрялсиахП допол-:2гїсгї;иї дкнамп^зсциг и^730К от ведения rspics раЗот (налр^ор иассоЕік пп: технологически сзрізов) ар::вэдкт к еозкйпкогєнез "всесєі:" сеїісі-^чзсіюі" рад::ацпп к росту дкиашічсской активности иасскза пород вокруг горнах в«рабогок.

Рост со&сшкзсеоЕ аптегпости в зонах посменного горного давло< їля (ЗПГД) иэ.~ет продолжаться от 1-2 су? до 1-3 нес, как установлено нсследсБйяня^і автора па рядо утояьшк к рудшэс изстороадоія: страны, разра5атнзалдкх уголыкз пласты и рудныз залеги, скяошко г горжа* удараа.

4. Виявлено влкянке процесса дзфоряфОЕашія, сдвізоішя к разру ссїпія горіпк пород в очагах горних ударов на возникновение геофизических ползи (прямая задача пахтной геофзЕЕп): сейсшчзскпх,

ейемоакустических, электромагнитных и деформационных (наклоноыер-их). Это влияние зависит от физико-механических свойств горнік ород, их структуры, состава и действующих полей напряжении (ста-ических и динамических), проявляется з диапазоне частот от' 5* 10" о 5"10 Гц и энергетических классов от К = -7 до К = 12 и сопро-о**дается их активизацией (ростом интенсивности ссйс:.:ош:тнвности олее, чем на порядок) при еєдонии гор;<**х работ. Это позволило азработать метод регионального прогноза горите ударов (решение ЗратноЯ задачи сахткоЯ геофизики), в котором используется уста-эвяенная вкве закономерность: активизация геоіизн-есшк полей з accuse пород вокруг горгшх выработок з процессе развития горных або?, реализуемая в геофизическом мониторинге с понст'ьп разрабо-гкні*х при участии автора аБТС'.'аткзігровашікх систем непрерывного знтроля и прогноза удароспасксста.

"лучная -новизна -работч застается :: р'^работке и развит::* р'з-.енптеяьно :: осиор.;п"М уд-ероопасн-гч %.олыа^<., рудне.:: л кс-рудиш зс7оро:-,г,Т'п.т-: стре:--; ;:-т:эго научного :гтг -те;*:::: -- тезе'ональгего рогкоза гор:>::*>: ударов ка оснт::э ','.зучсі-::*л ё'-знческтх процессов з гагох горняк уцзрез по гес*::з:*тес:::::.' nr;::'., пезеелкгтего пелутпеь leprae следугцге нау-гніе результат:*:

5. Деннце о ::эх<э:*::з''0 проявления гор- 'if. удерез в кре-зон tij-гн таста углл и целиках (лавиносбраянцЗ характер протекания процесса еупного разрушения в очагэ горного удерд и его ст'зпческне парезе е--.: - слектрглы'Кл состав сейсмической радиации :» ее роль в процессе :-тг,'.:*рэвзния zozhup.vm". угля и боковій гт'род; характер расслоения говли, причин-' возникновения длк'*чогге2*'ТЭдн**:с хстеотж:⁴' при разруте-ІИ цаллков углл, а тя*с:.-:е с веде мм я о5 с::зргетичеснік спектрах нзлу-зтая очагов разругення з краевой част': ;: целиках).

6. Представление о механизмо возникнете:;:';* хруп-г-п горнее-: уда/.сг '.тонального типа "н:-ргетичесх:*х плассоз К->3, г'.т^іаттгіг. :^:.ар;л."---te го'р'-лтх выработок на значительней претят: є пин, с'услсвлснн*.'х :1стг;те;< дополнительных (от развития ''-опта гор:п*к р-іботі пелен лргтеннп. Су~сстеєніп.тл вклад з сернете танке з?:т: ул.арсв, как nous ал автор, вносят тектонические поля згегфтгхн'.'й, связаннее с ійстЕкем ряда горно-геологических факторов: релье-Ja местности; ичнчля тектонической нарулекности касенза; анизотропии ф::зико-?,:е-інических свойств горных пород; сейсмической активности района

із вития горнітх работ (магнктуда месткпх нелкстокусных землотрясе-!н по Рихтеру 1:53-4); переменной модности пластов полезннх нскопае-к, а таете горно-технических условий отработки несторетдекил, етгонннх к горным ударам (наличие целиков различного назначения,

значительная глубина ведения горных работ Н5=1000 м, болызая площадь отработки месторождения, дахтного поля: S 5^s 6" 10 , м ). В связ с этим "источник" - местное (техногенное) землетрясение, как прави ло, "провоцирует" непосредственно возникновение таких ударов. Уело вия для возникновения ударов создамся за счет действия полей напряжений от развития горных работ на большой площади и на значительную глубину ("глобальные" опорные зоны, влияющие на глубину И^ которая в 2-2,5 раза больше глубина Н развития горных работ). Блоковая структура месторождений способствует возникновении такій крупных региональных ударов, которые по предложению автора и его коллег (Г.Ы.Гелашвили, И..М.Петухов, А.А.йшкнков) получили назвати горно-тектонических.

3. Изменение реологических свойств массива горных пород в усло
виях действия длительных переменных нагрузок небольшой силы (при
ливные напряжения) за счет "памяти" горшх пород и усталостного
механизма их поведения, что способствует инициированиэ региональны
горных ударов вне влияния зон повышенного опорного давления от раз
вития фронта горных работ (например, в охранных угольных целиках
на шахтах Кизеловс'кого бассейна). Сейсмическая энергия при регио
нальных ударах данного типа, как правило, соответствует классу

К = 4г5. Для предотвращения региональных горных ударов данного класса рекомендуется проведение массовых взрывов в охранных целика выработок, периодичность повторения которых >:е?бхо.ц"й:о выбирать на основе сейсмологических наблюдений по методике, раграбатанной авто ром.

4. Различие характера развития и протекания физических процессо в очагах горных ударов, внезапных выбросов угля, породи и газа, имеющих свои спектральные, кинематические и динамические особенное ти и,соответственно, параметры сейсшакустических полей: при горны ударах их спектр более высокочастотный (преобладавшие частоты в 1,5-2 раза выше), а длительность сейсмоакуетических импульсов в 15-20 раз меньше, чем при выбросах, происходящих с участием газового фактора, играющего существенную роль в развитии очаговой, области выброса и затягивании продолжительности его развития.

5. Методы и средства регионального прогноза горных ударов, позволяющие контролировать удароопасность месторождения в целом и оценивать степень удароопасности его отдельных участков в условиях шахт и рудников, опасных по- газу и пыли, на основе измерения параметров геофизических полей в широком диапазоне их частот и энергетических классов. Способы контроля степени удароопасности угольных пластов, оценки напряженного состояния, безопасной глубины

г.:с;-ігіі угодытт пластов н рог:гапазытго пропіоза з"~ізіи сггмья ав-орскпгт свидетельств глгл.

Достоге-рмссть результатов. Достоверность получзкких результатов прздглгстся:

6оль::і.:'і об ье: готі птхттггих, лабораторл/л, анаяігглч~ск;х'и числовій сслгдовагаЯ, гшіоліїзшлії автором з І950-1990 гг. ка 27-::и уголь-:гх, с:їаиц-г»!К, руді г. к и нзрудлш: і'2Сторо:їден:гях страны, вт!.тпчаг;~їж сгштоние сйіг-з 5С0 лт.тологкч-зсжсх ргзностеЛ углей, слаипсв, руд, ород;

коліічеетеенпОіІ оценкоЛ напряженности и информативности радрйбо-аішае геофіїзичзскзх ілетодоз исследования к прогноза горных ударов У"зтс;< вариация фжзических свойств пород, ін кзгіеїтзнил при нагру-їігли, от":бі:c-itn гаї'ерений, уровкзїі псїїзх н друггаи факиюрстяі. Дяя оеглсіг.-я надежное?:! п ;шф,ор';'й';лЕь:остя разработатхк: истод:-? і) уе-

ППИТХ Я!?С0КОГ0 фЭНа ЛОХТІІ-К ПС'їЄХ ПрЗДЛ0~2!ГІ СПО'ДИіТЛЬЇЛіЗ (І-ЗТОДІЇ—

ссхке и технические прлгдіті (пс;:зр?кчл "тапшгапг.'х" гес^глясеечйс олеЗ, фпльтрадпя, поляризация ч друг::з), пзз:о:ііі;/;:;:' догзс'і:і і т.:х условиях г-зизрзкил до геничзствтетглх оцечок пог.йЯ (снтнтть табку измерения до значоиііЯ пенсе 25-30 3);

сопосгазії-гвльїйГ'Л псследовйняяїґл reoj-гзнчзскігі;; її гземохг.дачзс-гз,о методами;

статистический анализом ф-актяческих данных о количестве и іш-енспЕностн проявленая горянх ударов ка утахытх а рудних кзсторок-йіиях, еуявлєнннх послз внедрения на геяс іфофзлакї-ичзскшс кер редотврацоїшя горных ударов под контролем геофжнічзских методов рогкоза.

Научное значзкко работн заключается в разработке нового научш-'0 направления в uexanxze горнів: пород пр'кекятельно к задачам фл-ичзского процесса горного производства - регионального прогноза орпых ударов на основе изучения фгзивдских процессов в гас очагах и изиеренка геофязнчзскнх полей в сярокрм частотном (от 0,05 до »10 Гц)¹ я энергетической (от Е = 10 до I0^IZ Ді) диапазонах. Это юэволяет учесть фактор времени при прогнозе горшіх ударов, иеха-изм их протекания (направление разрыва в очаге), возможную силу ж проявления (энергетический класс), а также обеспечить выявление іаиболее удароопасншс аахткых полей п их участков и теи саыш воевреиенно принять необходимые профилактические меры по предотв-іацеюю крупных горных ударов регионального типа (К3=-8). Разрабо-ашшй автороц метод регионального прогноза горных ударов позволяет іценять эффективность параметров региональных мер предотвращения орных ударов и теи сайка обеспечить их оптимальный выбор. Предла-

гаемый иетод позволяет изучать динамические явления: а) техногенної происхождения, возникающие не только в процессе ведения горных рабе на месторождениях руд, угля и пород, ко и при отработке газовых и нефтяных месторождений - техногенные землетрясения; б) происходят при закачке жидкости в скважины, заполнении водохранилищ и другие процессы техногенного происхождения, вызывающие техногенную сейсшп ность энергетических классов К?І в диапазоне частот от 0,05 Гц и выше. Метод представляет научный интерес и при проведении работ пс геодинамическому районированию трасс нефте- и газопроводов, велеэнь дорог и других важнейших народнохозяйственных объектов, связанных с изучением влияния границ активизации блоковых структур.

Практическая ценность работы заключается в следующей:

1. Разработаны методы и средства регионального прогноза горных ударов, который стал неотъемлемой частьо технодогкчзского процесса по добыче боксятов, угля, яелезкых и апатито-нефелнновых руд на шал тах и рудниках, разрабатывающих удароопасные месторождения полезши ископаемых в сложных горно-геологичоских условиях при ВЫСОКИХ Т6МПІ кх добычи.

2. На основе методов регионального геофизического прогноза уда-роопасности месторождений можно разрабатывать рекомендации, необходимые для определения наиболее оптка&яькых капраадензй проходки магистральных горных выработок в условиях удароопаеннх иестороэдении, для Еыбора оггда,',ажьиого варианта разв'лтия горше* работ с учетом їорогргфіческкх к тектоютейсгикх особенностей удароопаешк месторождений, осуществлять сдарежгжрй прогноз удароопкекоси при проходке шахтных стволов, подгоїюбвтєльньх и очистки выработок, строю-ельсі ве новых горизоотов в удароопасних условиях.

Использование и внедрение результатов работы. Практические рекомендации вошли в инструктивно-методические докуионты, утвержденные Минуглепроиом СССР, Госгортехнадзором СССР и рядои министерств горно-добывающей промышленности (какает СССР, Кинудобрений СССР и другими) , они используются службами прогноза и предотвращения горных ударов, созданными по инициативе ВНИШ во всех основных удароопас-кых угольных и рудных месторождениях страны /60-75/.

Методы регионального прогноза удароопасности шахт и месторождений, разработанные автором, внедрены на шахтах Кизеловского угольного бассейна (1959 г.), Ткнбуяи-Шаорсного каменноугольного месторождения (1969 г.), Североуральского бокситового месторождения (1978 г.),' Таштагольского железорудного месторождения (1979 г.). На основе разработок автора региональный прогноз удароопасности внедрен на шахтах ПО "Апатит" (1982 г.). В 'настоящее время законче-

строительство сейсыостанцни "Нэрильск" на Октябрьском местсрожде-н иедно-ннкелвЕых руд и начато внедрение регионального метода огноза удароопаскости под научно-методическим руководством БНИШ

разработкам автора.

Практические разработки автора внедрены во всех основных ударо-асных угольных и рудных месторождениях страны, а также были ис-льзованн при проведении геолого-разведочньк работ на Дрбруджанс-ы угольном месторождении НРБ.

Отдельные научные положения (сейсмическая классификация горных аров, катоды прогноза горных ударов по регистрации сейсмоакустн-ской активности при бурении шпуров или скважин, метод региональ-го прогноза удароопасности и другие] нашли применение при нссле-вании и прогнозе горных ударов на шахтах и рудниках Польши, %-Словакии, Германии, Болгарии, где автором выполнялись работы на нтрактных условиях (оказание научно-методической помощи при едрекзи методов прогноза горних ударов и оценке эффективности неприятии по их предотвращению).

Работы автора, направленные на повышение безопасности ведения рных работ на угольных и рудных месторождениях, склонных к горным арам, кыеот также большое социальное значение.

Апробация работы. Работа докладывалась и получила одобрение на есоюзных совещаниях по проблеме горных ударов (Ленинград, 1961, 62, 1968, 1991 гг.), на Всесоюзном семинаре по горным ударам . Кйзел, 1963 г.), на научно-технической конференции по проблеме рных ударов на шахтах Кизеловского бассіейна (г. Кизел, 1968 г.),

Всесовзнои семинаре по проблемам горных ударов и внезапных 5росов, посвященном геофизическим методам исследований (Ленин-ад, 1966 г.), ТДР (Фрайберг, 1968 г.), на Всесоюзных координа-эшшх совещаниях по проблеме горных ударов на рудных ыесторожде-юс (Ленинград, І97бг., Фрунзе, 1977 г., Свердловск, 1978 г., лтагол, 1979 г.), на Всесоюзном симпозиуме по оценке напряжений скальных массивах (г. Апатиты, 1977 г.), на УІ Всесоюзной конфе-щии по.механике горных пород (Фрунзе, 1978 г.), на Всесоюзном яшаре по теории горных ударов (Ленинград, 1979 г.), на секциях їного совета БНИШ (Ленинград, I960-I990 гг.), на УП Всесоюзной яференцни по механике горных пород (г. Днепропетровск, 1981 г.),

Всесоюзных семинарах сейсмологов (Ленинград, 1979, 1980 гг.),

Всесоюзном совещании по детальному сейсмическому районированию таферополь, 1977 г.), на Всесоюзной сессии Института физики. «и, посвященной.30-летяв Организации КСЭ (г. Гарм, 1980 г.), на їсоюзном семинаре по измерение напряжений (Новосибирск, 1975,

1979, 1934 гг.), па Всссоазиои сешшаре по геоэкектркке (г. Ifeuupa бо, 1977 г.), на Всесоюзной научно-теосннчзскои конференции по і;ето дан и средствам контроля и прогноз їфоиания проявления горного давления на подзеш-шх руднкяах цветной нетаялуриш (пос. Гай, Оренбургской области, 1979 г.), на Всесоюзных научно-їехшїчзекпс семинарах по горкой гсофазкке (г. Ткибулк, 1931, Сухукн, 1983, Bavym;, 1935 гг.), на Всесоюзної! гсхнячгскоіг совецашж, организованно;; Ьіїнуглепроиоі: СССР (ИГД і^.А.А.Скочї:нсеого, г. Лхберци, 1930), па технических совещаниях в Испитого геологин, Цатроекте и. Главной геофкзичгскоц управлении НРБ (г. София, 1980, 1931 гг.), на ыбяду-кароднои скяпоэиука Торкък удара в уголька сахтах" (г. Осярава, ЧССР, 1932 г.), на ь-аідуиародніж совеценаях па разработке геодезической аппаратура для горной геофкзк;:п, ПНР (Варшава, 1977 г.), ЧССР (Прага, 1978 г.), ка международной технической конференции пс прогнозирований и борьбе с горкшш удараід: в какенноугояькых иахте ПН? (г. Катоваце, 1984 г.), на научио-технйческта совещаниях в производственник объединениях "Грузуголь'', "Ккаелуголь", "Сибруда" "Шкузбассугодь", СУ5Р, "Текелн" и других, на расширенном сєііииаре отдела йиккп Зеили ВИЗ ЛГУ (апрель 1937 г.), на сеїзиарс отдела горного давления и горных ударов института "Ушліроі-едь" (июль 1937 г.), на техкачееккх совещаниях ПО "Севураябокскруда" (кзль 1987 г.), горно-рудиоіі управлении НГЖ (ш&яь 1907 г., нарт 1991 г. на экспертной Совете Пинцета СССР (февраль 1991 г., Ієшшград).

Публикации. По сапросаа; ироглоаа к предотвращения горних ударої на шахтах и рудниках автором опубликовано 115 рабої. Основное со-дераанке диссертации кзяояенэ в 58 работах, кз когорік 6 - цоногрг фки и брогпоры,'46 - научные статьи, б - кйобрзтеш:я. При участии автора разработка основныз нормативные» и иетодичзскиє документи (или их разделы), связанние с пркденениеи и совершенствование!! методов и технических средств прогноза горных ударов по геофпзичаскі полны, а также способы и средства контроля и оценки эффективности профилактических мер по предотвраценкр горных ударов в сложных го] но-геологических условиях отработки удароопасных пластов и рудних залежей на больших глубинах при высоких темпах подвиганая горных работ.

:або? по' нсіїпгзкенсуу :аучзіпз прзсроды :і цзханнзма горньк ударов в Различных частотном и дізіЕіга^гскоа Диапазонах, с позицій энергетической их концепции и у^ота динг:пгсесзте особенностей сеР.сылчзских годи, галучоеюгс очагкя горних удароз, практически не проводилось. :-?о объясняется отсутствием нзобходгояяс технических средств, позпо-

лящих проводить работы на шахтах.и рудниках и, .особенно в условия: их повышенной газоносности, т.е. опасности по взрыву газа и пши (свезрскатегорийкиз пахты).

Црзрода и механизм очагов горных ударов, исследованные геофэи-ческкаи методами, в работах ряда авторов рассмотрены с использованием разных критериев. Так, В. И. Нячкин, В. С. Кунсеняо, В. И. Панин и другие использовали в основном кинематические параметры сейсмических волн для прогноза горных ударов; С. Д. Виноградов, И, Бубен, С. Вершховская и другие принимали за основу уровень акустической активности, учитывающий число сейскоакустичэскнх импульсов, возникающих в процессе разрушения. Объясняется это, по назему мнению, тем, что калибровка сейсмичзскга: каналов, учет анизотропии среды, разделение сейсмических волн на базах 1+5 км, выделение сейсмических: сигналов на фоне помех (шасросейсм), особенно в условиях действующих шахт, являлись весьма слоеными задачами, однако решались они, в основном, на аппаратурном уровне, путем введения соответствующих фильтраций (А.Х.Ерухимов, ІЇ.А.Кувьиин, Н.Н.Кагаіі и др.), так как йЕтоматгаированныз системы контроля удароопаскости, р<аботающиє в непрерывном кругяосуго-ччшм режкае, отсутствовали.

В настоящее время представилась ьлетюжкость кеучгль $хзичззк::е процессы в очагах горны?: ударог н ссгдать методы кх регионального прогноза по геофизическим поляк.

3?о потребоачло:

разраїїоїііі-; тессотичзсклх осноа со?данкя «стодоз регионального прогноза;

С03ДШШЯ КЗМерКГеДЬНО-ЬЫЧЯСЛИТерЛйКЕ ЕПИ12І.. сов;

разработки прогрзыиаого обеспечзнкя іл-тода рэгйош-льного прогноза удароопаскости шахт и месторождений.

Эти задачи решались на угольных, рудных и нерудних кесгорождэ-ниях страны, разрабатывающих удароопаскые пласты и заложи, в райка научно-технических програма, утвержденных постановленіїями ПШГ СССР: Р 200 от 05.05.77 г., Р Вб от 02.04.81 г., Р 552 от 29.10.85 г., Р 555 от 30.10.85 г. на 1977-1990 гг. На угольных месторождениях страны эти работы проводились по теме: "Создать и внедрить методы и средства прогноза н предотвращения внезапных выбросов угля, породы и газа, горных ударов, взрывов газа н пыли на угольных шахтах", а на рудных и нерудных месторождениях по теме: "Создать и внедрить эффективную и безопасную технологии ведения горшх работ, систем автоматизированного прогноза удароопасности при раг*х»5огке удароопасных рудных и нерудных мзеторогдений и строительсЭ подземных сооружений".

Автор являлся одним нз руководителей этих работ и принимал не-зсредственное участие в создании и методическом обеспечен ^следований по региональному прогнозу удароопасносіи на шахтах и эсторондениях Урала, Сибири, Грузии (производственные объединения іизелутоль", "Грузуголь", НПО "Сибруда", 110 "Севураябокситруда"), также при разработке технических проектов для месторождений ) "Апатит" и НГКН.

Предполагается далънейаее развитие и внедрение методов и средств згионального прогноза удароопасности на шахтах Урала, Сибири, Куз-icca, Грузии в рамках отраслевых научно-технических программ по ;ме: "Разработать и внедрять способы и средства прогнозирования и эедотврацеяия горных ударов" на 1991-1995 гг. (программа ЫПГ-4 от 1.08.90 г.). В угольной промышленности программы регионального эогноза удароопасности будут внедряться на основе иетодов :і тех-

іческих средств, разработанных ранее под непосредственным руко- , эдствои автора.

Указанные работы выполнялись при участии ряда ученых из веду-к институтов страны: BffiBM п его филиалов (И.U.Петухов, Я.А.Бэт, И.Винокур, А.Ы.Линьков, А.Н.Ставрогин, А.А.йиинков, В.Ц.Кузнецов," М.Проскуряков, А.Н.ІДабаров, В.С.Лоиакпн, Г.ІІ.Гелашвнли, Л.ЫДаза-івич, Ф.В.Сксолятин, .Т.И.Лазаревич и другие); ШЗ АН СССР (Ы.А.Са-ївский, Ю.В.Ризниченко, С.Д.Виноградов, В.И.Ыячкин; Г.А.Соболев, Н.Шамнна, О.И.Силаева, В.Н.Фрейд, В.Шйшатнин и другие); ЛИИ АН :СР (В.С.Куксенко, В.С.Савельев); ИГД СО АН СССР (Е.Й.Шеиякин, В.Курленя, В.В.Жадин, Ы.Б.Устюгов, А.А.Ереыенко'М другие); ИПРОМЕДЬ (В.Б.Дьяковский, В.И. Дорошенко); КузІМ (Б.Г.Тарасов, В.Егоров, И.М.Ватугина, А.С.Ватутин); ИПКОН АН СССР (С.В.Кузнецов, В.Севастьянов); КНЦ АН СССР (И.А.Кузьмин, А.Х.Ерухиыов, А.А.Козы-в, В.Н.Тряпицын); ВостШГРЛ (А.В.Нозылев, ВІА.Квочкнн, Б.В.Шрепп); яЫГП Киргизской АН (И.Т.Айтматов, К.Д.Вдовкн), а также крупных ециалистов производственников (Е.И.Ііпсулин, В.А.Колесов, М.Ф.Пз-хов, В.К.Климко, В.С.Левин, С.П.Одарченко, О.Г.Йахнелн, З.А.Гор-!эиани, Ш.В.Леладзе) и профессионалов шахтных служб прогноза 5.А.Логунов, К.А.Воинов, А.А.Добрынин, А.В.Подгорбунский, В.А.Ва-шова, А.Г.Мерзляков, Ю.А.Перепилицын, А.И.Бочаргепвили и др.).

Автор выражает свой признательность учвньы и специалистам за иоць в проведешга научных исследовании по данной проблеме.

Автор в процессе работы неоднократно пользовался консультациями советами профессоров И.Ц.Петухова, А.М.Линькова, за что вырааает

исирзпкгэ благодарность.

На начальной стадо сь-полкення данной работы аь:ср использовал идеи яо прогнозу зецлсгрясекя;"', разЕ'-жсз его у-гігелги tJta^zr.ntsu Т.к.Ггі^уріїеьь:!, а таїсіе-получал соезтії и попарь о? аноде,::; а С.Г.Аверллка, руководителя работ по прогноз}* гор;"ых удароп CJ ВіІ-ШІЇ. Автор искренне и:: Ерш катален.

ЭНЗИЕШЧЕСКАЯ иЭДЕНЬ FA3R>1IrI-i3 II ГЕХКИЇЧЕлКЕ ККЇГЕРИИ ES ИЗУЧЕгШ

К и н є и а т и ч е с к к е и д к панические условия раэр'/аенв j в очаге горного удара. Согласно теории uszmsizx гор;йо: ударов is вілІросоЕ (її. U. Петухов, А.1І.Іїіі2»Еоа) зти дккс-і-чгскпе явления происходя? з иасси;ье горних пород, есл;і васолшгвтгя тра условия:

3. В иассказ горі-ьгс пород в результате лрогекекія геоджаііг.-ас ких процессов накоплен догїатз-гдіЯ запас упругой эизргка з опреда леккоП области (очаговой гая").

4. В некоторой часгн своего обге-іі (очагосай аонз) а рзгуЕЬїел натрухекия (роста капр-к2і"::й) :iarr-,-asa доск-:іій'г.р.*^,дльша: з"'Г;-;з-най, псэаоуу оказался яреЕзойдс^пг'.- предав упругости в некоторой локаяіаоЕЗісіай области uaccuna гор'г^к пород (очага). Эго неизбез* пр*гёд8т к Ендагеша *.йієгіічоской энергии a r-"ira га счзт panes --акоахеккш: запасов Естскдааяьиой энзргкй е вида сейгми-дсхой ра-ди&дки. Ерзчга с ростсд нагрузок бол-га ьс-лико средзга некзбезкэ будут объединяться в более spyrnss. ЗйЗі s езсэ очзредь, буде? ее рсьоЕдатіся кз'^зкеил&и сязгтрахигыс -10-.2412.123-:6.1 co3traESsr;oti сеГ»' иичзекої рздигдга: в начальной лгрнод прорастания триллн спзктр і обогаден бысоккпи частотами, по кзрз группйроЕакия тродан он буд? съедаться в область низких частот. В sosuciouci» от условий форт рованая горных ударов (рис. I) их. спектральные характеристики с; цественш различается. Если б формировании очага удара эна'читедь: нуп роль играют боковые порода (кривые I, 3), то их вклад приводі к топу, что значительно растет объеи пород, участвувциЯ в выделе-нии упругой энергии. Это, в своз очередь, вызывает саеденне энер гетического спектра в область низких частот. Если удар возникает в краевой части пласта и основную роль в формирования очага игра сам пласт, то при этой уголь разрупается, создаются за счзт атоп условия подпора со стороны пласта, развитие области очага прекра щ"$2тся, и он локализуется в значительно иеньши объеме, чей при

'ySSje в целике (кривая 2). Энергетический спектр сейсмической ра

диации при этом оказывается смещенным в более высокочастотную область, чем при ударе в целике (кривая I на рис. I).

Развитие от
дельной трещины в
возможность объ
единения ее с со- rf
годней (наиболее
5лизкой к ней)
зависят от ряда
условий: величины

цействувщих наг- .,

рузон в очаговой
эбласти, прочное- ю^!

W 1 13 со воа шзЫ,г»

ги разрушаемого

/атериала в очаге Рис. I. Энергетические спектры горных .

иара, фязнко-ые- ударов:

салических свойств I - собственно горный удар в це-

город в очаговой лине; 2 - горный удар в очистном

эбласти (модуля. забое; 3 - минроудар в целике

упругости лолезно-

?0 ископаецого и шецащнх пород, коэффициента Пуассона, величины $окового распора пород, естественной трещиноватостк массива и других). Разрушение наступает тогда, когда действующие в очаговой об-гасти нагрузки превзойдут предел прочности пород, а запас упругой їнергнн в ней окажется достаточный, чтобы в очаг удара энергия юступала с избытков (приток энергии в очаг дояхен превышать воз-южность пород в очаге ее поглодать).

избыток энергии, поступающей из очаговой области в яокалкзован-іуїз область разрушения - очаг удара, приведет к тому, что в ней іаруиится существовавшее до этого динамическое равновесие (баланс інергни),- что и вызовет возникновение горного'удара (Й.М.Петухов, 1.11. Линьков).

Анализ этих геомеханических процессов и условий их проявления, «полненный автором на основе пшрояях шахтных и лабораторных геофя-іических и геоиеханических исследований на ряде удароопасных угольна, рудных а нерудннх месторождений страны, показал, что Ееханазм

форнирования очагов горных ударов существенно зависит от ряда горно-геологических и горно-технических факторов. Главными из них являются:

действующие в массиве пород около горных выработок ес*вЯвен-ные поля напряжений (тектонически активные зоны);

технология ведения горных работ, особенно динамические нагрузки, связанные с производством массовых и технологических взрывов;

дополнительные поля напряжений, возникающие в процессе веденні горных работ, особенно в сложных горно-геологических условиях их отработки (на больших глубинах в сейсмически активных районах.), и вызывающие формирование зон повышенного горного давления- (ЗПГД). Взаимодействие ЗПГД с наведенной сейсмической радиацией приводит к формированию ударов горно-тектонического типа, ранее неизвестных [З, 5, б, 13, 25, 28, 61, 70].

Поведение любого участка шахтного поля с ростом нагрузок может быть качественно описано точно так же, как и поведение образца под нагрузкой Ш.Ы.Петухов, А.И.Линьков). Анализ зависимости напряжения 0 - деформации ь (рис. 2) показывает, что материал в процессе деформирования проходит стадии упругого нагружения (участок І-0А), от предела упругости до предела прочности (участок П-АВ), от предела прочности до предела остаточной прочности (участок Ш-Ш) и участок остаточной прочности (участок ІУ-DC). Практически такой яз характер деформирования будет испытывать, например, целик угля под нагрузкой б щ&хтшх условиях (И.Ы.Петухов, Я.А.Бич). Такое поведение пород п«д нагрузкой можно рассматривать как геомеханическую моделе очага горнего удара (П.М.Петухов). Зависимость может изменяться в процессе, нагружения тогьно при изменении скорости нагружбкик: Ш.М. Штухов). Однако изменение скорости при нагружении в то же время является определяющим фактором процесса формирования очага удара (открытие F 337. Авторы: И.М.Петухов, В.П.Кузнецов, А.М.Линьков, А.Н.Зорин и другие). Кроме того, в шестидесятых годах был сформулирован основной геомеханический критерий возможного возникновения горного удара - необходимость превышения скорости процесса нагружения, например, пласта угля, над скоростью выхода его из-под нагрузки (И. Ы. Петухов). Этот критерий может быть записан в виде:

ї'кр "" ^нагр/^ре-л '

где N_Kp - критическое значение геомеханического критерия ударо-опасности;_ v_Harp - скорость процесса нагружения; v„_eM - скорость процесса релаксации напряжений.

Стандартные испытания образца горной породы на жестком испытательном оборудовании (А.Н. Ставрогин):

Действующие напряжения: 0_П - предел прочности на одноосное ежа- -тие; Оу - на пределе упругости; 0₀ -остаточные и вызваннные ими деформации; Обу-упругие;&yF- на пределе прочности;F& - за пределом прочности; GP -"остаточные; M_Q- модуль спада образца (деформируемого элемента) ;М_П- модуль спада породы- (нагружающего устройства)

Ряс. 2.

Проверка этого крк-герия была выполнена івтором в сейсмоакус-гических полях на ря-;е удароопасных уголь-здк месторождений страны: Кизеловскоы и ^шецком бассейнах, іа. Воркутннском, Тки-5ули-Шаорском и Шу-эабском месторожде-«ях [2, 8, 16, 18, 35, 51]. В результате 5ыло установлено, что зо всех случаях, ког-*^а N_Kp>1 (по И.Ы.Пе-гухову) отмечается юявление сейсмоакус-ричесних полей при ^стнжении угольными шасташі глубин наг-зукения, равных ^ [начальная глубина юзникновения горних гдаров на местерожде-ми).

ЭТО ПОЗВОЛИЛО 15С-

юяьзовать сейсмо-ікустические ПОЛЯ в інапазоне частот

if= (100 * 2000) Гц для контроля перехода угольного пласта из сос-'ояния упругого равновесия в состояние допредельного деформирова-ия, т.е. фактически установить, согласно рис. 2, что угольный ласт находится именно на участке деформирования П (АВ). Это весь-:а существенно, так как обычно в натурных условиях зона деформиро- ания П отвечает второй категории удароопасности. Следовательно, воевременное выделение таких участков угольных пластов в натурных словиях позволяет шахтным службам прогноза принимать необходимые рофилактические меры по предотвращению горных ударов. В дальнейшем тя предложения автора легли в основу комплексного метода прогноза тепени удароопасности участков угольных пластов и защищены авторс-ны свидетельством [I, 3, 8, 9, 18, 37, 43, 44, 51, 53].

Наиболее общие представления о механизме горного удара (энергетическая модель разрушения) даны на схеые I, разработаныой автором на основе широких комплексных геомеланнчееких и геофизических исследование, выполненных на ряде удароопасных угольных, рудных и нерудных месторождений Урала, Сибири, Грузии, Средней Азии и Казахстана [2, б, 9, 15, 19, 35, 45, 50, 72, 75]. Процессы подготовки развития и завершения формирования очага горного удара можно условно разделить на четыре стадии Сси. схему I).

На цервой стадии (си. участок ОА на рис. 2) накапливается упругая энергия в некоторой зоне массива горных пород, которую автор называет очаговой. Эта зона упругого деформирования пород может быть выделена по геофизический поляк различного происхождения:

" - по скорости деформирования массива горных пород б _кр (деформационные поля, измеренные дефэрыографаыи н наклономерами);

по соотношению скоростей продольных Dp и поперечных V₅ сейс-.ынчесхнх волн (сейсмические поля низко-, средне- и высокочастотные, в диапазоне частот Aj = 0,5 * Ь'ІСг Тц);

по градиенту электропроводности Аг_к (электромагнитные поля KK3H0-, средне- и высокочастотные в диапазоне частот Lj =

= 20 + 1-Ю⁶ Гц).

Ди изучения отих физических процессов в очагах горных ударов авторок совместно с В. II. Проскуряковым, А. П. Скакуном, А..С.Бляхманом и В.Г.Пущакскнм раорабоТан комплекс геофкзижэскоЕ аппаратуры, описание которого детагько дано в работке автора [1-4,, 12, 14, 15, 22, 27, 28, 29, 35, 39, 42, 44, 47, 5і]. Ряд разработок методов и средств для решения указанного класса задач защецек авторскими сви-детельствгзш [54, 55, 56, 57].

На второй стадии деформирования массива горных пород (си. участо АВ ка рис. 2) происходит разрупение в очаге горного удара, которое сопровождается выделением кинетической энергии. Оно может быть выявлено также путем измерения сейсмических полей широкого динамического и частотного диапазонов (от I + 100 эрг до I0^IZ jjjs и Д f =» = 0,5 + 5-1Сг Гц). В качестве признаков, по которым может быть распознана эта стадия деформирования пород в массиве, по предложению автора, могут быть:

- энергетический критерий устойчивости Kg, определяемый по отно
шению сейсмической энергии, поступившей из очаговой зоны в область
очага, к сейсмической энергии, выделившейся на границе области.

В табл. І в качестве примера приведены величины Kg, рассчитанные по денным- о массовых и технологических взрывах для условий Ташта-гольского рудника. Во всех случаях, когда удароопасная ситуация

&

ТАБЛИЦА I РЕГИОНАЛЬНЫЙ ПРОГНОЗ ТАШТАГОЛЬСКОГО РУДНИКА В 1990 г.

Да-та

Ка-те-го-

Т опас

К^ВЗР

— максимальный энергетический класс динамической пригрузки (взрыва); К?³Р - макси-

trOTK ^ш

мальный энергетический класс динагатаской пригрузки (взрыва); к^тк - максимальный энер
гетический класс динаиячезких явлений, происшедших в период действия удароопасной си
туации; а, в - параметры закона повторяемости (logN» А - ВК); N - число динамических
явлений; А₂, А₄ - сейсмическая активность 2 к 4 энергетических классов; Т_опас - продол
жительность действия удароопасной ситуации, сут; ТВ - технологический взрыв; MB - мас
совый взрыв; Kg - энергетический критерий удароопасности: при К2=1 - опасно; при К^1 -
не опасно; К^зр - К^^тк Индексация сейсмозон по глубине: 1-5 сейсмозоны соот-

К_Е = Ю -

ветственно На горизонтах -0 + -70; -70 + -140; -140 + -210; -210 * -280: -280 + -350 м

имела место (П категория удароопасности) значение коэффициента Kj.3=I, а в случаях, когда К<1 удароопасная ситуация отсутствовала.

Переход в зону П сопровождается, как отмечено выше, появлением значительных сейскоакустических полей, т.е. ростом процесса трещи-«юбразования.. Естественно, что рост акустической эмиссии (АЭ) 5удет сопровождаться и ростом электромагнитного излучения (ЭМИ), что обусловлено трением по бортам трещин, а в случае насыщенности :реды газом это может вызвать и газовый разряд. Последнее, по-види-«оыу, характерно для угольных пластов, опасных по внезапным выбро-:ам. При этом, как показали сейсмоакустическне исследования автора, m удароопасньк и выбросоопасных пластах существует различие в па-эаметрах сейсмоакустических импульсов, возникающих при толчках, стреляниях и мнкроудараэс, происходящих в условиях угольных пластов, :клошшх к горным ударам, и пластов, склонных к внезапным вбросам [1-3, 8, 9, 14, 16, 18, 34, 35, 43, 44, 51, 53, 55, 63, 71, 72]. >ти различия отражаются в первую очередь в спектральных свойствах :єйсіюакустическік импульсов, связанных с особенностями разрушения з очаге горного удара и длительностью их колебаний, которая характеризует энергетические особенности процесса разрушения [І5І. іапринер, из работ ВНИШ (В.С.Іоиакин, В.А.Смирнов) известно, что j зависимости от длительности колебаний % выделившаяся сейсмическая інергия Е, измеренная в Діоулях, для энергетических событий класса C=s6 (где К =logE) будет равна [69]: К = 2,24 + 2*76tgT. Если продолжить эту зависимость в сторону сейсыоакустических импульсов, о, очевидно, что при K-^I длительность 1 =е 0,3 с.

Исследованиями автора установлено, что сейсыоакустические им-[ульсы, возникающие при горных ударах на угольных шахтах с энерге-'ическнм классом К<4, но К>2 (удары средней силы) в более прочных тлях и при более высоких напряжениях (например, на шахтах Кизе-ювского угольного бассейна), возбуждают более высокие максимальные гастоты в спектрах [2], но с меньшей длительностью, чем при тех же 'орно-технических условиях в менее прочных углях (Шурабское буро- . тольное месторождение). Так, в первом случае при прочности на дноосное сжатие угля 0_СЖ = 25+30 Mlla максимальная круговая частота (j)_max = (3 + 6)-10³ Гц, а длительность 1 = (М0~* + 1-Ю²) с; огда как во втором случае при б_сж = (4 + 5) МЛа, Ъ)_пая =

(0,5 + 1)'Ю 1 при % = (0,06 + 0,6) с. Это положение весьма ущественно, так как приближенные оценки, которые обычно делают по ценке величины энергии сейсмической и сейсмоакустической радиации а основе зависимости К = f (Ъ ), как это выполнено в работе [69], е дают право количественно судить о сейсмической и сейсьюакустичес-

ком режиме угольных ішастов и рудных залежей. Они позволяют пожучить лишь качественные характеристики этого режима. В связи с этим, автором бнл сделан упор на изучение спектральных особенностей сейсмического режима угольных пластов и рудных залежей [3, 5, 15, 16, 45, 50, 51, 52]. Изучение механизма процессов в очаге горного удара возможно лишь на основе методов спектрально-временного анализа (СВАН). Анализ методом СВАН (рис. 3) позволяет определить:

Ч --,—

-jAv*-

_;*L

№ЬШ

/V

Гт*

r^h^-r-

UL_

_Ф*—:Ы

, 1чо*

t,0 ер 1.0 ІДО Сі), Гц

1,0

18.06.1973 г.

23.07. IE73 г.

_ГГ\

1,0 to 5,0 п.0 0),Г«

Рис. 3. примеры выполнения анализа СВАН:

а - спектры горных ударов по данным сейсмостанцик

"Североуральск"; б - то же, по данным сейсиостанции "Ткибули"

- значения полной сейсмической энергии E_Q в очаге горного удара
и их энергетический класс К₀ по формуле:

+ <=

— оо

где S (си) - спектральная плотность, определяемая по сейсмограмме и в первом приближении равная:

где А_п - средняя амплитуда периода Т-; » - число колебаний данного периода;

динамические параметры очага (Е.В.Ризниченко, К.К.Запольский, И.Л.Нерсесов, Т.Г.Раутиан, В.И.Халтурин, Дк.Н.Брун) [б9];

магнитуду сейсмического явления:

M = log 5₀ (со)+С,

где S₀ (ш) - спектральная плотность, определяемая пз столбообразной части спектра (рис. 4), С - константа, зависящая от глубины очага и строения среды;

Рис. 4. П-образный импульс-(а) и его амплитудный спектр (б)

- сейсмический момент i^j

м₀ = .

s₀(P,s)

4йір r v К

R_9(f(P,S)

где Ч)р . - скорость распространения Р и 5 - волн в массиве горных пород, содержащих очаг; j-_Q - частота (см. рис. 4), с которой спектр Р или S-волн попадает в область высоких частот; J⁵ - плотность горных пород, нг/ц³ в очаге; г - гипоцентральное расстоя-

ниє, м; Е_Вф - функция направленности Р или S-волн, величина которой зависит от утла между направлением распространения разрыва и направлением на станцию; К_р - коэффициент размерности.

Использование величин сейсмического момента Mq, сейсмической энергии Е₀ и модуля сдвига пород в очаге ^-₀ позволяет оценить кажущееся напряжение 6_К по формуле японского сейсмолога Аки:

^йк=Го Е_о/Я₀. Кажущиеся напряжения 6_К связаны с величиной средних напряжений и величиной сейсмической эффективности П :

где л - величина сейсмической эффективности, показывающая, какую часть Составляют напряжения, снимаемые в очаге за счет проявления сейсмических процессов в очаге удара; 6₀ - напряжения до возникновения динамического явления в очаговой зоне; 6. - напряжения в области очага удара.

Величина г} может быть рассчитана, если известны значения 6₀ и 6₁ . для этого американские сейсмологи ввели понятие о скачке напряжения или о величине реализуемых: (снимаемых) при динамичзских явлениях напряжений ДО . Скачок напряженки представляет собой разность напряжений между начальными 0_о и конечными 0₁ напряжениями. В соответствии с работами Бруна и Кношва, величину сброшенных напряжении определяют по формуле:

Д6 = cm₀/s^3/2,

где С - констазгеа, зависящая от sana разрыва в очагэ (кругового или прямоугольного) и глубины погружения источника (поверхностного или погруженного);

- радиус области очага:

г₀=2,34-и_р5/2*{₀(РЛ

- скорость разрыва в очаге:

где <С =2%/со - длительность разрыва, определяемая по положению первого минимума в спектре поперечных волн (см. рис. 4);

механизм действия сил в очаге горного удара по соотношению спектров Р и S-волн по формулам, предложенным Б.В.Костровый и Л.В.Никитиным;

нормальный разрыв {&_% = 0);

касательный случай (а^ = 0),

Изучение спектральных особенностей и диаграмм направленности Р и S- воля позволило автору совместно с И.Ы.Петуховым, В.С.Ломакиным, В.А.Логуновым и И.М.Бавугяной разработать способ прогноза горные ударов, защищенный авторским свидетельством [59] (рис. 5, 6, 7).

Рис. 5. Діагракмн направленности Р и 5-волн с лепестками, симмет
ричными во всех квадрантах (а), в случае источника прямо
угольной формы, распроетранящегося в обе стороны (б) и
в одну сторону (в) .

усл.«4 СЕЙСМОГРАММА ІЧЦЧСА

A,je*.*fc , амплитудный спектр

Щ^^/Щ^

0,06

4я | |»и iiyTiX?^liniWl^lllHlll|lllliilil).HHii^tiwliiii)il".irt|.M.HiTw.

) '2С0 ЧЬО 'бСО^вОО ГоОО 12oFl'«00 1600 1900 '20QQ 0 '20 '« 'во 'ВО 100 '|20 4*0 160 tBO '200 '220 '2чО

1-Ю^-'с " . г,

Рис. 6. СЬектр горного удара с К 3,08, шахта > 14-14-бис ПО "Севуралбокситруда" 22.07.85 г., Т « 2 ч 29 мин, . 2 - компонента

a cos 20f₈ - ul (a,M / (a_P.CD)[v_s/»_PfslnZe

K_P-u)/Vp,K_s = Ci)/V_s

tgZffrfecoyu;.^^ _fi(_?,₀)₌yMr_Ssn(_Cosc()(f₇7a,Q))

ЙЛ.оЯиМі^м«К ЬМА/^8₉п(ш«)и1(а,со u₇>_p>"J u(a_P,t) Tit

Рис. 7. Лучение механизма горных ударов по их спектрам:

А - нормальный разрыв (а^ = 0); В - касательный разрыв (Эу - О)

_Зная величину сейсмической энергии, вндежззойся в очаге горного удара, а также изучив методом СЫН критические кзмзнекия спектров Р и S волн (смещение спектра сеисмозодш из области высоких частот j s SO + 100 1 в область низких f = 0,5 4 5.1) и определив изменения параметров сейсмического режкна (logN А - ВК): А, В, Нн^; А =^₂; А₄ =1Т₄ во вргыенн, нзтрудко устанрвкть местоположение области П (см. участок АВ иа рис. 2) в натурных условиях, т.е. гой части шахтного поля, в которой выделялась кинетическая энергия (местоположение очаговой зоны). В ней наиболее вероятно проявление горного удара с энергией Н^.» характерного для этой части массива горных пород.

Вместе с тем, если нагрузки на этом участке шахтного поля растут, то возможен переход его и в запредельное состояние (см. участок ВД на рис. 2). Это наиболее опасное напряаенно-деформированное состояние очаговой зоны: в ней могут возникнуть очень сильные горные удары ^"""Цла^)* С точки зрения уцароопасности такое состояние очаговой зоны массива горных пород соответствует первой категории уцароопасности и требует применения всех видов мер по предотвращению как локальных, так и региональных горных ударов. Нгобходшость и достаточность профилактических мер определяется эффективности) их проведения. Как показали исследования автора [l-3, 8, 16, 21,

З, 26, 27, ЗО, 34, 37, 43, 44, 48-51, 60, 63 64, 66-68, 70, 73, 4], геофизические поля могут быть использованы не только для онтроля и прогноза удароопасности, но и для оценки эффективности рофилактических мер по предотвращению горных ударов. Ис'пользова-ие геофизических полей в этом случае отличается тем, что сравни-ают степень удароопасности контролируемого участка до и после при-енения того или иного вида мер по предотвращеюг ~ірньк ударов. В лучае, когда категория удароопасности снижается ov I или П до Ш, араметры выполненного мероприятия считался эффективными и рекъ-ендуются к дальнейшему применению на данном месторождении.

Результаты исследований автора на ряде угольных и рудных место-ождений страны позволили разработать и рекомендовать к примененга еофязичєские критерии удароопасности, основанные на изучении геофи-ических полей.

- кинематический критерий устойчивости пород в очаге горного

^Чара: r_n_,(sM_n(s)

л_п._1іП (ВД = т_н_,(рЬт_пір) '

це Т^ (P),T_r/(S) - соответственно характеристичные периоды в пектрах Р и S - волн; rv , tv-1 - индексы сейсмических событий;

- динамический.критерий устойчивости пород в очаге горного уда-

e_n-,_tH^P.^S> - „_, (S) _{+ 6tv}(S) ' це 6^, (Р ), 6^ (S) - максимальная сейсмическая энергия Р и S-олн; п , у\/-1 - индексы сейсмических событий, по которым их рас-

42TUSSB?.

Бозгсшювение горного удара возможно лишь при условии, если

Ли-Ппі^^кр, ^en-l_f» (*,S).»e

кр-

энстанты Л_кр и &_кр зависят от конкретных горно-геологических ус-эвнй залегания удароопаскых пластов и рудных залежей и от физмо-вхаинческих свойств того или иного месторовдення.

Согласно представлениям, развиваемым автором, для анализа усло-ай устойчивости очаговых зон необходимо, кроме спектрального а иногда и кепстрального) анализа методом СВАН, привлекать сейсыи-їскг.е события, происходящие в пределах их радиуса корреляции (ко-грянткые события). Физически это означает, что сейсмические собы-яя прянадлеяат одному и тому яе блоку, который имеет свои харак-8рные геометрические параметры и может двигаться на границе с дру-

гии (соседний) блоком. Практически это означает, что преаде чем приступить к проведению измерений геофизических полей того или иного энергетического класса, 'необходимо выбрать метод прогноза зависимости от класса решаемой задачи, базы измерений и частотно спектра используемых колебаний в том или ином методе прогноза Срис. 8), а также энергетической шкалы' классификации динамичесв явлений (табл. 2).

Лабораторные

испытания

образцов

10'

і-.Гц

28 '

Рис. 8. Классификация методов прогноза в зависимости от базы измерений (Е) и спектра излучаемых частот (j )

Зона хрупкого разрушения L.U

Вид явления

Шелушение

Заколообра-эованне

Стреляние

Шкроудар

Удар средней силы (толчок)

Сильный

горный

удар

Удар горно-тектонячес-ккй (землетрясение)

Энергетический класс

"⁷ * W"¹'⁶ -1.5*1^1.5

1.6^1^*2,6

'нитуда М по Ч. Рихтеру)

-1,5^11-=-3,5

-3,5=si(<-2,0

-2,0=Ц-=^1,0 1,0-еЫ-^2,0 1,5*И«с2,5

2,0=sM -=3,5 2,5=ёЫ*=4,0

Повторяемость f (частота в месяц)

fss 20C0L=2,0

300*J*2000L^5,0

LS35.0 L=s50,0

L«350,0

80«j-<3Q0L«I0,O I«f<80L<20,0

0,5fif

0,5*f<0,2

Ііакросейсмические последствия в горных выработках

Разрушение породы по контурувыработки на отдельные пластины и их постоянное осыпание

Разрушение пород по контуру выработки, отделение от обнажения плит, звуковой эффект

Отрыв от массива на контуре выработки пластин с резким звуковым эффектом

Хрупкое разрушение горной породы с выбросом ее в выработку

Хрупкое разрушение горной породы в глубине массива, пыль, звук, сотрясение массива

Хрупкое разрушение горной породы с выбросом ее в выработку, нарушение крепи и технологического процесса, смещение машин и механизмов, сильное сотрясение массива

Нарушение (деформирование) одновременно одного или нескольких шахтных полей на протяжении сотен и более метров. Завал одновременно очистных и подготовительных выработок по всему шахтному поло (полям). Сильный звуковой эффект, пыль, сотрясение массива и земной поверхности

(О

АШІАРАТУРЮ-ПРОГРАШЮЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ

Аппаратурное обеспечение метода регионального прогноза удароопас-н о с т и основано на использовании разработанного НПО "Сибцвет-метавтоматика" измерительно-вычислительного комплекса "Регион". В комплексе использованы отдельные узлы и.блоки, ранее приобретенные в США у фирмы "Шпренгнезер". Они переведены на элементную базу, применяемую в СССР. В процессе эксплуатации американского оборудования на сейсмической станции "Североуральск", построенной по техническому проекту, разработанному под руководством и при непосредст венном участии автора, было установлено, что американское оборудование (сейсыотелеметрическая система фирмы "Шпренгнезер") не обеспе чивает полностью автоматизированный сбор, передачу и обработку информации, полученной от сейсмодатчиков, установленных в шахте, в соответствии с методикой ВНИМИ (В.А.Смирнов, В.С.Яоыакин и др.). В связи с этим, по предложению и техническому задани», разработанному ВНИМИ совместно с ПО "СУБР" СВ.А.Смирнов, В.С.Ломакин, В.А.Колесов, В.А.Логунов, К.А.Воинов и др.), НПО "Сибцветметавтоыатика" создало измерительно-вычислительный комплекс ИВК "Регион" (схема 2), который прошел опытно-промышленные испытания на шахтах ПО "Севуралбок-ситруда" и в настоящее время внедряется на шахтах НПО "Сибруда".

ИВК "Регион" обеспечивает многоуровневую систему сбора, передачи и обработки сейсмической'информации в диапазоне частот 0,25+85 Гц с динамическим диапазоном Д = 50 дБ (схема 3). Нижний уровень ИВК представляет собой сеть сейсмических наблюдений, рассредоточенную по шахтным полям рудника с учетом эффективного радиуса чувствительности сейсмотелеметрического канала [69]. Второй подуровень занимает телеметрическая аппаратура передачи и приема сигналов (ТАГШС). Эта аппаратура предназначена для непрерывного сбора сейсмической информации с сейсмоприемников типа Ш-2, Сй-З, ОСП-2, СМ-ЗВК, СВ-30, СА-І,. СА-2, разработанных ОКБ ШЗ АН СССР, НПО "Рудгеофизи-ка" и Ленинградским морским технический университетом (Кораблестроительный институт). Автор считает, что наиболее перспективными для использования в ИВК "Регион" являются датчики СА-І и СА-2, разработанные ЛИГУ совместно с ВНИШ. Они могут быть использованы в скважинах диаметром 100 мм. Скважинный вариант сейсыодатчкков позволяет широко их применять не только на рудниках, но и на шахтах опасных по газу и пыли, т.е. и на угольных месторождениях. При этом

СЕИСМОРАИВНИРОвАНИЕ

и U1AX Т

Оценк» ИНТЕНСИВНОСТИ ДИНАМИЧЕСКОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ 'ВЛоков

[ЕИСМОПРОГНОЗ МАКСИМАЛЬНО-

авзшжкот 7е*«огеішсго зек-

ПОТРЯСЕНИЯ Я ГОРШЕКТОНИЧЕОШ ЇДОАСЇЧЕТОМ ЧИКТОИВЕИЕИИ

_в!

^s_*f„.

_Hill

_=ми

О 3-—I

ж о ш

s ^а 5

= з: x

Є _ m

** m ~-Xng

^-

-о

—І 32 ІЗ К

ПРОГРАММЫ .ГИПОЦЕНТР ' И .ЭНЕРГИЯ'

Про грамма . с ей см о -

АКТИВНОСТЬ'

Программы

. сейсио и ударо-

опдсносги"

" n ^т

о о- о о" а

& -п m а гз -і

* ге сэ а

m =

П Р 0ГРАММА_ .ДОЛГО СРОЧНЫЙ ПРОГНОЗ'

ПР ограмма

.СРЕДНЕСРОЧНЫЙ ПРОГ ПОЗ'

п рагноз"

n

ческое взаимодействие, При этом, как установлено исследованиями автора, на основе сейсмологических наблюдений в пределах месторождений на частотах (0,5 + 10) Гц когут быть выделены границы блоко вых структур,, характерные для конкретного месторождения, путем спектрального анализа распределения сейсмических событий во времени. Это позволяет определить продолжительность сейсмического цикла для динамических явлений различных энергетических классов. Зная местоположение очагов сейсмических событий различных энергетически классов и их миграции во времени в сейсмическом цикле, отсчитываем' на каждом месторождении от сильных сейсмических событий (например, К = 5 на Талгтагольском руднике, К = 4 на СУБРе, К = 4 на шахтах Ки зеловского бассейна, К 7 на Ткибули-Шаорском месторождении и т.п.), нетрудно найти скорость процессов разрушения для сейсмических событий различных энергетических классов, а затем, учитывая, что Т в f (К) и т) =f (К), установить зависимость между размерами блоков (очаговой зоны) L и соответствующего энергетического класса К, т.е. определить функцию 1 = f(К). Такие зависимости приваде] на рис. 9, а, б, в, г для различных удароопасных угольных и рудных месторождений страны. Они показывает, что, например, в подготовке наиболее сильных горных ударов с К^б на шахтах Кязелозского бассеі на участвуют блоки размером І ^ 300 м, на шахтах Грузик для наиболее сильных горных ударов с К3=-12 участвуют блоки с L^ 5ОО0 м, на шахтах СУБРа для сильных горных ударов с К **Ю 1 ^6000 м; для шахт Таштагольского месторождения при подготовке горных ударов с К5»8 участвуют блоки размером L з» 2000 м.

Обобщенные данные по указанным месторождениям приведены в табл. 3. В целом для решения вопросов геодинамического районирования месторождений и установления максимально возможной силы динамических явлений ВНИШ и КузПИ при непосредственном участии автора разработаны соответствующие инструктивно-методические документы. Они регламентируют проведение геофизических измерений на месторождении с использованием специально оборудованных геодинамических полигонов, позволяющих осуществлять: сейсыорайонирование месторождения и шахт с помощью лазерных дефорыографов, длиннопериодных сейсмографов ж сейсмотедеметричееккх систем с радиоканалами "Луч" в УКВ-диапазоне и выводом информации на компьютеры головных ЭВМ типа IBM PC /AT с процессором 386 и сопроцессором 384 и венчесгероь На 400 ИВ. Использование указанного комплекса измерений (подсистема "Геодинамика") позволит также оценить динамическое взаимодействие . блоков на их границах по сейсмическим данным (картировать тектонически активные зоны на месторождении). Решение этого вопроса очень важно при раскройке шахтных полей и при подходе к очаговым зонам

Рис. 9. Региональный прогноз степени удароопасности участков по данным ыикроеейсмологических наблюдений: . а - пласты Кизеловского каменноугольного месторождения; б - рудные залежи Таштагольского железорудного месторождения; в - Ткибули-Шаорское каменноугольное месторождение; г - рудные залежи to Североуральского месторождения бокситов

со со

"УСЛОВНЫЕ обозначения: Е-СЕЙСМИЧЕСКАЯ

энергия в Джоулях

в ПРОЦЕНТА X №ЦМ?

_а в

lunar

"0,48

4,5

1 : 3

0,48 ^: 0,48 '2,5 J2-6>5

а "в

1970-1988 гг.

ілгпах

1,6

0,22"

6,5

1,0

0,22

4,5

0,7

Q22"

2,5

Ктах

0,7

6,29"

2,5""

Закон повторяемости {оаЯ_т=а+ЬК_т

СП/-СОБСТВЕННО-ГОРНЫЕ УДАРЫ, П/Т-ГОРНЫЕ ?ДАРЫ ШТОТЕКПЖИЧЕСКПГО ТИПА, ТЗЕ-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЯ. oL=N/N_omr ПРОЦЕНТНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИНАМИЧЕСКИХ

явлений в общем числе расследованных горныгдаов.

грн'лХ работ, так как последние, кап показал опыт отработки Ткибу-<-Еаорского ;.:зсторояздения Грузки, могут вызвать местные мслкофокус-:з землетрясения техногенного происхоздения. Воздействие такік г:*-летряссігл;і на горные выработки т.ю~ет инициировать удары горно-;:і7он:-гсоского типа, эахваткветцяе в отдельных случаях не одно, а ^сколько яахтннх полей и аызнващке нарушение технологического *кла ведения горных работ одновременно на нескольких участках. ;грб, прмчтаяе'мия таккіїн ударами, полет составлять несколько мил-ненов рублей и приводить к остановке горных работ до создания зебходимого комплекса профилактических Сб, б, 13, 19, 25, 26, 32, ?, 50] специальных пор по борьбе с этими грозными явлениями [70, 3-75].

Во-вторых, при региональном прогнозе удароопасности существеннуа J"h яграет сейсшрайонировакяе шахт и отдельных их участков. Реие-:'.& этого вопроса ио~зт быть достигнуто на основе аппаратно-програм-вого кс-зілскса, создаваемого на пахтах и рудниках на базе ШК ^мРе-::?"." ; мшт'-ЭВ)! СЧ-І420 (1425) и .компьютеров типа ІВУ PC/AT на 2&5 роцоссоре.

Сгру-гтра роггоназъкого ссГїсіязпрогноза удароопасности геахт и от-^s">bw; участков кахтних полай (си. схему 5) характеризуется теа, то прогноз устоЯтавостн сойсаоопасноп зоны выполняется с учзтои актера cpsusHi* на основа прщененкя компьютеров IBM PC /AT я спе-^агько разработанных програми, поэзолящих участь:

- с:сор"':?ъ миграции ceSciioonacHux зон в пределах шахтных полой;
< напрялотлое состояние массива горных пород в сеЯсноопасноЯ

сн-з:

горяо-геологичэскио и горко-техничоские условия отработки :зсторогденяя{

варнлцкэ сойсмичзского рззшга сэйсыоопаеннх зон во времени;

коротко- (до I кос) н додгоживуцие (свыше одного года) сейсыо-іпасійіз зоны в предала* шахтного поля, отражавшие влитие техноло-кя Бодания горних работ на его септический режим, а также опросить влияние ЗПГД;

на основе изучения закона повторяемости для шахти п отдельных !9 участков степень (категорию) удароопасности сеЯсмоопасных зон.

Решение указанных вопросов позволяет заранее (например, в первой свартаае) определить сейшоопаенке зоны в границах шахтного' поля рис. 10), в которых возиоано возникновение сильных горных ударов, г.е. осуществить прогноз горных ударов по песту.

Исследование процессов, происходяїцкх в сейсмоопасных зонах, на >снове изучения параметров сейсмического реэсиыа шахтного поля и 'его

Рнс. 10: Пример регионального

прогноза удароопасности для условий Таштагольского рудника (первый квартал 1990 г.)

арлации во вреыени позволяет учесть фактор вреыени, т.е. определить оправление развития событий в сейсмоактивной зоне: на стабилизацию затухание) или на дестабилизацию (усиление сейсиоопасности). Такой рогноз с учетом фактора времени иояет быть реализован согласно окомендациян автора 59]:

- долгосрочный, выполняемый на основе сопоставительного анализа
анных натурных (сейсмологических) наблюдений и расчетов по способу
раїпчнис іштегральних уравнений и методом конечных элементов [61,
О, 75]. Он позволяет уточнить величину бокового распора Л , харак-
ер сцепления на разломах (полное, частичное, с проскальзыванием и
.п.), а такте, коэффициент Цуассона и динамический модуль Юнга Е

о геофизическим данный. Б свои очередь, ииея достаточно надежные ранипшв условия и соотношение упругих характеристик самых слабых caiEX прочных пород, слагаетпк изучаемое месторождение, полно рздрассчлтать поле дополнительных Яапряяений при любой схеме отра-тки и ЇЄМ самим построить прогнозную карту отработки месторонде-::л з услогплх каг^мкез удароопасиоЯ ситуации пр:і кйранноп техно-огяи. Такой подход был использован автором сопместнр с коллегами рк отработке Тшгбулн-йЫрского местороздешія Грузия [4-6]» чю сзволлло розр.тйо?гл'ь эффективные меры по предотвращению горно-тек-онячоских ударов [ІЗ, 25, 26, 32, 43, 49], а также подготовить и.-.трунтпвныэ документы, регламентирующие отработку кестероздений, кяонныс к горио-^ектоническим ударам, я в других горно-геологичес-і-х и горно-техничссніас условиях [73-75];

среднесрочный (до 1-3 мес) прогноз удароопасности, осуществ-глітй їа основе разработанных автором критериев устойчивости зйскозлтизняс зон [50, 52, 59] на базе метода СВАН. Следует отме-нть; что з качестве кряїерия удароопасности здесь используется еофизичссхгай аналог скорости процесса нагруления и выхода пласта за.тсяи) в очаговой зоне гэ-яод нагрузки - энергетический критерий стэйчявоста. С псксщью эгого критерия значительно раньше, по срав-ешга с другкмл параметрами (спектральный состав, градиент сейсіш-еской экаргки, огнопение амплитуд и длительность Р и S- волн и pyrne) маяно выявить переход потенциально сейсмоопасной зоны в цароопасноа состояние [50];

оперативный прогноз удароопасности очаговой зоны и переход ее з Еэтонцнаяько сейсыоопасного состояния Q удароопасное может быть Езттзован ка основе совместного анализа высокочастотных сейсмо-ку^мчзскк? (A3) и электроаагюк'ных (ЗШ) полей. Корреляция между гтйл! г.олсот иояет быть легко установлена при использовании ряда ппараеурннс и методических разработок автора [55-58]. Физическая ущнэсть подхода к оперативному прогнозу удароопасности состоит в

том, что трещины, образующиеся на стадии Л (си. участок АВ на Рііс. 2), даат возможность создавать трение на своих бортах на стадии Ш (область 3D на рис. 2) ц за счет возникающей электризации ви-зывать и усиливать электромагнитное излучение (3151). При этом, что весьма существенно, в результате группирования трещин в магистральный разрыв происходит залетное смещение спектра сейсмически колебаний в область низких частот. Указанные фактора и позволяет строить оперативные экспресс-методы прогноза степени удароопаспос-ти отдельных локальных участков массива горных пород, располохенн^--в зонах опорного давления [9, И, 14, 16, 21, 22, 23, 24, 29, 31, 36, 41, 42, 44, 4б]. Указанные исследования явились осново", для разработки нориативно-ызтодическгс: документов, рзгла-.:енїкруг:;ііх применение экспресс-методов на пахтах и рудниках [60, 63, 65, 71, 72].

В диссертации в виде научного доклада обобцсш научнее и іпліЗгВ] низ разработки ав~ора по реиешга важной для горло-добшаг/^жс отраслей промышленности проблеми, киег-зей большое ііг.родчохс.;:.г₁Ясїг»5і"і05 значение.

Разработанный- автором региональный метод прогноза удароопасносп позволяет контролировать удароопасное состояние как і.гестсро:здеи::л в целом, так и отдельные его участков (пахтних полей), значительно повышает безопасность ведения горных работ в славши горно-геологических и горно-технических условиях отработки.цестороздениЯ кг больших глубинах-и при высоких тешах подвиганая горных работ, что имеет огромное социальное значение и дает значительней зкокоі'КчЗсїл эффект.

В диссертации рассмотрены результаты аналитических, пахтнік, лабораторних и промышленных испытаний, проведенных авторов за 30 нет (1960-1990 гг.) на 27-ыи угольных, сланцевих, рудных и нерудных месторождениях страны. В процессе работы испытано свете 500 л-.ттоло-гических разностей углей, сланца, руд и пород. Сфорлулнрогшю и обосновано новое научное направление в механике горных пород применительно к задачам горного производства - изучение физических процессов в очагах горных ударов и региональный прогноз их по гесфлок-ческиы ПОЛЯМ.

Основные научные результаты

Установлены основные закономерности в поведении геофясЕСзских полей в зонах опорного давления и нетронутой пассиве, чт& позводиле

іочикїь прздстяплэккя об условиях образования очагов горгая ударов фор"гаровшк:іі очагок-Ж зон.

!h ocif.ore Г':с^-'їх?.!гч'йстг?п: предсгпртенмП о поседении массива гор-і~х пород :u: і.-їлліі'міх стадиях его де^оргфовияя разЕ'.іта знзргети-ос-гагт модель процесса разрулешш и с^х>р..*ул'-1роЕШш ге0'*"зичзские pivjep:"-!, позволяете оценить стадии де'ор"ироза!*ия массива горных срзд в очагс/Юл зоно а натурних условиях по гео*.:ишчаск'/:м полги.

Поназглз, г,-;о готод с:іет':трально-вре:;рнкого анализа (СВАН) посе-;н;тя гсогз;пг;еп;г: полей в сейсмоактивній зонах, а также динанігсес-e:g и кге^'.атапзскяе критерия устойчивости, определявши на основе етода СВАН, позголяк? оц-зшвать устойчивость сейсноактивннх зон и пределягь каправлскчо рэззития сейспггзскнх процессов в них, веду-к или ч сїсбшгтаацаїї зон, или к их дестабилизации.

Установлено, что поведение геофизических полей позволяет спрздс-ять вход я ЕГ.1од учасгка пассива горшее пород в процесс его дефор-ирсвания,' на различіпяз его стадии (упругого, до- предела прочности за его проделом). 2-ю отвечает различной степеня сеЙС"Сопасі:зс?:і ого тілн ігного у^пстгга массива горных пород, а на участках'пассива орпіз пород, где проходя? горнів выработки, создается удароопасігая їггуаірл.

Еппзлегю глппсз двух: впдоз сейснояктапіости массива горішх по-од: чорсткопериодноЗ (до І месяца) и долгозязуцей (coizie одного ода), что связано с технологией ведения гортп работ и образованней он повіиояиого горного давления.

Сфорцулігрова:ш возможности осуществлешія грех видов регионально-о прогноза удэроопасноста: долгосрочного, среднесрочного п опера-

Основные практические результати

Разработанные методы регионального прогноза удароопасности поз-оляют:

заблаговреиешю (с учетои фактора времени) выявить наиболее дароопасныэ участки угольных пластов и рудные залезей и выполнить а этих участках профилактические иеры по их предотвращении;

значительно снизить опасность возникновения ударов*горно-тенто-ического типз, выявленных на ряде угольных и рудных кесторояденнЯ траны и связанных с активизацией геотектонических процессов при едегош горных работ, особенно на месторождениях, расположенных в ейсшактивных зонах;

оценивать эффективность профилактических мер по предотвращению орных ударов и определять оптимальные параметры их применения на есторондениях, где, созданы специальные сейсмические станции СНвзел, евероуралься, Ткибули, Таштагол);

контролировать удароопасное состояние массива горних пород без нарушения технологического цикла по добыче бокситов, угля, железных и апатито-нефелиновых руд.

Практическая реализация научных разработок автора осуществлена через отраслевые нормативно-методические документы. Они являются обязательными при разработке угольных пластов, рудных и нерудных залежей, склонных к горным ударам. Внедрение разработанных автором рекомендаций позволило повысить безопасность ведения горных работ на шахтах и рудниках, разрабатывающих удароопасные пласты и залежи, склонные к горным ударам, в особо сложных горно-геологических и горно-технических условиях на больших глубинах в сейсмически активных районах. Получен значительный технический и экономический эф$ек за счет автоматизации процессов контроля удароопасности н сокращени объемов локального прогноза, связанного с дорогостоящим бурением контрольных скважин, особенно на рудных месторождениях. На угольных fee шахтах сам процесс контрольного бурения шпуров или скважин может привести к инициированию и развязыванию горных ударов и внезапных выбросов угля, породы и газа.

Перспективы дальнейшего развития методов регионального прогноза удароопасности на шахтах и рудниках, разрабатывающих" пласты (заяеаск склонные к горным ударам

Установленные автором закономерности поведеная геофизических полей на различных стадиях деформирования массива горных пород являются общими законами для любых месторождений, разрабатывающих удароопасные пласты (залежи). Это позволяет широко-использовать даннцй метод контроля удароопасности в качестве базового.

В настоящее время НІП МПТ-4 мкнмета СССР предусмотрено внедрение метода на месторождениях Норильска, Казахстана, Горной»Шорой.

Предусматривается также внедрение этого метода на угольных предприятиях Кузбасса и Воркуты. Создание автоматизированных систем контроля удароопасности предполагается продолжить на предприятиях рудной и нерудной промышленности (Горная Шорня„ Ловозерсний ГОК), а также использовать полученные автором закономерности для геодина-мического районирования земных недр.