Введение к работе
Актуальность проблемы. Необходимость прогнозирования а предупреждения таких опасных природно-техногеннвд явлений как тохногеїпме зрклстряссгаїя, горные удары, оползни откосов требует, наряду с ирименеіпчем аффективных и рациональных способов ведения горных работ, скорейшего создания методов иснитортггя устойчивости геоструктур с полы заблаговременного распознавания рпг>личнчх етятщя и фаз снияения устойчивости структурных элементов блочного иассива пород под вляяттири различных природних и техногенных воздействий.
В настоящее время в геомехашше применяется широкий арсенал методов и средств диагностики и контроля состояния массива горных пород (МЛІ), в том числе метод, основанный на регистрации и анализе параметров сейсмоакустической эмиссии (САЭ). Одним'из: недостатков этого метода является то, что при разработка практических методик и технических средств сейсиоакустического геоконтроля используется традиционная модель среда, базирующаяся-на механике коїгтиниумп и линейной упругости. При этом совершенно не принимались во внимание такие основные особенности к свойстря горных пород в массиве как их дискретное, блочно- иерархическое строение, нелинейность, временная изменчивость, существенно влипгаще на характер эмиссиотгой активности, и затрудняющие интерпретацию данных.
Поэтому изучение закономерностей процессов САЭ в. реальном блочном МГП при изменении еГо структуры и напряаошю-деформированного состояния, направленных на разработку физически обосноватшх принципов и нетодоп сэйсковкустипеской диагностики и контроля, является актуальным научным направлением, причем на первый план выдвигается задача информационно-технического
4 обеспечения диагностики структурной устойчивости, которая мокет
быть решена путем разработки иетодов и средств получения,
обработки и интерпретации сейсмоакустической эмиссионной
информации, учитывающих совокупность перечисленных выше
особенностей реального МГП и обеспечивающих заблаговременное
распознавание различных фаз и стадий снижения структурной
устойчивости элементов консолидароватюй блочной системи МГП в
процессе ведения горных работ.
В настоящей работе представлені; результаты исследований, вьшолненных автором в соответствии с планами НИР Института физики и механики горных пород АН Республики Кыргызстан по темам: "Разработка оперативных методов, создание и освоение в производстве технических средств геофизического мониторинга и локализации опасных и структурно-неустойчивых участков массивов горных пород", "Автоматизированная сейсмоакустическая система приборов контроля и анализа динамических явлений с целью локального прогноза удароопасности массива горных пород". (ГР N 01.89.0002264).
Целью работы является разработка физически обоснованных принципов, практичеоких методик, программных и технических средств информационного обеспечения диагностики структурной устойчивости иассива горных пород на основе использования комплекса информативных параметров САЭ.
Осіювная идея работы заключается в обосновании и
использовании для синтеза контрольно-диагностических процедур, идентификации неустойчивости геоструктур сейсмоакустической информации на основе статистического анализа параметров эмиссионного отклика контролируемого участка блочного МГП на малые естественные и искусственные возмущения условий его
равновесного состояния.
Методы ^исследований. В работе использовался комплекс методов, включающий: натурные измерения параметров САЭ в процессе контролируемого нлгружения горных пород; обработку и анализ экспериментальных дэнных методами математической статистики; аналитические исследования методами теории вероятностей и распознавания образов с применением ЭВМ; методы оптимального синтеза электронно-акустической аппаратуры.
Научные положения, выносимые на защиту;
деформирование горных пород в массиве с блочным строекиеи носит преимущественно толчкообразный характер, обусловленный относительными смешениями (подвижностью) блоков друг относительно друга, инициирующими возникновение высокоэнергетических импульсов САЭ сдвигового типа;
диагностика устойчивости геоструктур осуществляется путей
контроля и анализа комплекса информативных параметров,
характеризующих сейсмозкустическую эмиссионную реакцию
контролируемого участка массива горных пород на малое возмущение условий его динамического равновесия;
комплексирование параметров импульсов и режима САЭ в единую систему информативных признаков неустойчивости контролируемой геоструктуры, определение граничных значений информативных параметров для выделенных классов устойчивости и выбор оптимальных решающих правил классификации осуществляется на основе концепции распознавания образов.
Научная новизна получаемых результатов заключается;
в научной актуализации проблематики информвциснно-технического обеспечения мониторинга структурной устойчивости элементов блочно-иерархической систем ияссива горкшс пород и
использовании в качестве критерия структурной устойчивости характера сейсыоакустической эмиссионной реакции геосистемы на малые изиенения условий ее динамического равновесия;
в установлении полиыодального характера распределения импульсов САЭ, излучаемых при формировании неустойчивых состояний по их энергии; длительности, максимальной амплитуде, обусловленных спецификой дискретности и характером деформирования горних пород в массиве с блочным строением;
в установлении закономерности изиенения статистических характеристик параметров импульсов и ренина естественной и вызванной САЗ, отражающих переход контролируемых участков МГП из устойчивого состояния в неустойчивое и выявлении ^ комплекса информативных параметров САЭ, имеющих диагностическую значимость для оценки структурной устойчивости участков блочного горного массива;
в разработке статистического описания трех различных классов структурной устойчивости в виде вектора средних значений модифицированных информативных признаков САЭ и их взаимной ковариационной патрицы, отличающегося тем, что произведено ранжирование признаков по информативности и учтены особенности корреляционных связей между информативными признаками;
в разработке экспериментально-аналитического метода и алгоритмов распознавания различных классов структурной устойчивости, использующих в качестве решающих правил линейную и квадратичную даскриминанткые функции, и определении условий эффективного применения различных композиций информативных признаков.
Личный вклад автора состоит; в проведении экспериментальных исследований САЭ в условиях действующего рудника с использованием сппвратуры, разработанной и изготовлеішой при участии автора; в
7
разработке сейсмоакуетического иетода распознавания различных
классов структурной устойчивости горных пород; в разработке
способов комплексного геофизического мониторинга проявлении
неустойчивости на геотехнических объактях;.,- в .рзсробопсе
технических требований на аппаратуру рргнстрягсл* ОАЭ ' и
организации ее мелкосерийного выпуска. ;'..« .imv 4-4.-14.,;....
Дестоперггасть нятчшх полозсниА.и выводов подтверждается:.
пгйястягателыгш of-ъемом исследований срйсмовя?6-ст!И№*т»>г"рй
д-г-*орияпионных процессов, полученных в ходе, шюголвтяего - -крупно-
масштабного чкоперимеша по негпуааайа ру.т*»ч п«гляйов;ш8"ягрудазкз
"Карнасурт" Ловозерского ГОКа; ..і ...... .^~г-.- -і.* "С"'
сходимостью результатов сейсмоакустичесгаи .табяютгтй'і'і tt данными о состоянии массива, получегашми^рдсчетгошйрпутем и прямыми независимыми методами ко1гтроля...гарно:Б0здавяегшяз.««гдгл:::А
toaKTH4ecKaH__ujejHOCTj^BaOoTHX ^.--,-^ ;СййІ<н»і'е'х,гЗ) впккг^ві
разработаны методики кекпдексвого'- овйсмочкустйчоскогв
кониторшп'з опасных проявлений структурной .й^уйтоЯчіїВоота
участков массива горных порол в производствёгашх условиях яз
подземных геотехнических объектах; -.:.--—--.: ;. ' -, !.'.
обоснованы технические требования и'-- оерцеотагшн' ' йяїгїйЗ аппаратуры, предназначенной для регастрашт;'Комплекса;информативных параметров САЗ в пахтннх условиях для -, ретаняя ' яодач распознавать неусто^г>тосттгучясТ"к6в,шсс;гаа"ТорнШ! пород?-;.
разработаны рекомендации и методики использования яялппмж САЭ и сочетании с другими методами.теоконтроля-для .. осуществления rcowT-fpeunro геофизического мониторинга критических-", состояний массива в уе.т.пшіх дейстпутеих руізїй"оз и "іяхт. і - -
Реятазтеия работы^ При участии автора разработаны, изготовл'чгн п выпущены в виде опытных партия ' ряд модификация
портативных регистраторов сейсмоакустической и электромагнитной эмиссии, в том числе, во взрывобезопасном исполнении для применения на шахтах опасных по газу и ішли. Приборы типа АЭР, АЭР-2Ш, ЛЭР-КОМБИ используются при мониторинге состояния МГП, контроле устойчивости, оценке опасности динамических проявлений горного давления на горнодобывающих предприятиях России, Казахстана, Украины, Грузии, а также научно-исследовательскими организациями при изучении процессов деформирования и разрушения горных пород. Общий объем выпуска приборов за период с 1988 но 1992 г.г. составил 500 тыс. рублей, при этом ькономичьский эффект у производителя приборов составил 82 тыс. руб.
Апробация работы. Основные результаты исследований докладывались и обсуждались на Всесоюзных семинарах по горной геофизике (Сухуми,1983; Боржоми,1987; Телави.1987) I Всесоюзной школе-семинаре по системам контроля горного давления (Боржоми, 1987) і II Всесоюзной школе-семинаре по акусто-зыиссионнын преобразователям (Те лави, 1989), IY Всесоюзной конференции по механике горных пород (Фрунзе,1989), YII Международном конгрессе по Маркшейдерскоиу делу (Ленинград,1988), II Всесоюзном семинаре-"Проблемы разработки полезных ископаемых в условиях высокогорья (Бишкек, 1991).
Приборы для регистрации САЭ демонстрировались в І987-І99І гг. на ВДНХ СССР, Международных выставках и ярмарках в Г.Бухаресте (Румыния), Салоники (Греция), Ленинграде (СССР), Пекине и Урумчи (Китай) и отмечены дипломами и медалями.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 25 печатных работ, получено 7 авторских свидетельств на изобретение.
Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, t г«яп и заключения, изложенных на 250 стр. машинописного
текста, содержит 42 рисунка, ТТ тяблип, список литературы из 143 наименований,, приложения.
Автор считает 'споим долгом вчра^итъ глубокую благодарность коллегия ид ИФЗ, I'M КНЦ Российской пкялс'мии hhyk. Ш и МП! АН
К!-!рГ"РСТЛНЗ , СПОООбсТРПЧаГВДНМ ІфОВРДГНИК» 3!'СПЄрИЯ!«ЯТТЯЯЬННХ
і"'!:г,м:(,)<піг.'їі и - т-гитптапишим участие и опытно конструкторских раС'уг;и.