Введение к работе
Основным условием безопасного и эффективного ведения горных работ является сбалансированный учет факторов, комплексно влияющих на устойчивость выработок: конкретные геологические условия района, горно-технические параметры системы разработки. Контроль их соответствия и взаимодействия осуществляется прежде всего по данным об изменении напряженно-деформированного состояния (НДС) пород.
Сложные горно-геологические условия подземной добычи полезных ископаемых при значительных площадях выработанного пространства определяют необходимость и актуальность применения геофизических методов для решения этой важной задачи.
Возможность изучения НДС массива в натурных условиях на различных масштабных уровнях, что имеет исключительно важное значение в геомеханике, - главное преимущество геофизических методов. Из всего многообразия геофизических методов наиболее точную информацию о НДС дают сейсмоакустические ( Ю. В. Ризниченко, В. И. Мячкин, А. И. Савич, 3. Г. Ященко, 0. И. Силаева, И. С. Ямщиков, В. Н. Никитин, Ф. М. Ляховиц-кий и др). Однако практическое распространение пока получили лишь шахтные и скважинные варианты сейсмоакустических исследований. Эти методы имеют ограниченное применение на месторождениях водорастворимых руд, где бурение специальных скважин и шпуров затруднено в связи с мерами по охране рудников от затопления.
В подобной ситуации совершенствование системы обеспечения безопасных условий горных работ непосредственно связано с созданием и внедрением новых геофизических технологий, позволяющих получать необходимую информацию независимо от горно-технических условий. Такими возможностями обладает поверхностная невзрывная малоглубинная сейсморазведка высокого разрешения по методике общей глубинной точки (НМСВР МОГТ) (Санфиров И. А. ,1996). Геологическая эффективность НМСВР МОГТ подтверждается многочисленными практическими результатами. В то же время задача извлечения информации о НДС из волновых полей, зарегистрированных та поверхности, требует новых подходов и методов интерпретации.
Целью работы является разработка методов интерпретации данных ма-гсоглубинной сейсморазведки для создания систем контроля техногенных изменений напряженного состояния соляного массива.
Для достижения цели поставлены задачи:
1. Обоснование применения наземной сейсморазведки в условиях Верх-^екамского месторождения калийных солей (ВКМКС) при изучении техногенных полей напряжений.
-
Сравнительный анализ влияний техногенного и природного факторе на формирование сейсмического волнового поля.
-
Определение наиболее информативных параметров сейсмического во/ нового поля, связанных с техногенными изменениями напряженного состоя ния массива.
-
Разработка методик исследований и контроля состояния разрабать ваемого соляного массива по данным наземной сейсморазведки.
Основные защищаемые положения:
-
Диагностические признаки локальных неоднородностей соляного мае сива в высокочастотном сейсмическом волновом поле, установленные г результатам решения прямых задач.
-
Методика картирования зон, ослабленных по механическим свойс твам, в соляной и надсолянои толщах, основанная на комплексной интерг ретации геолого-геофизических данных для подсолевых отложений.
-
Способ разделения эффектов геологического и техногенного факте ров в сейсмическом волновом поле, основанный на многовариантном итерг тивном решении прямой задачи сейсморазведки в комплексе с численні моделированием состояния подработанного массива.
-
Методика контроля состояния подработанного горного массива і данным режимных исследований наземной сейсморазведки МОГТ на сейсмоп омеханических полигонах.
Научная новизна работы :
-
Установлена возможность разделения влияний особенностей геолоп ческого строения и техногенных полей напряжений на формирование сей< мического волнового поля в условиях подработанного массива с помощі сейсмо- и математического моделирования его НДС.
-
Определена форма связи между скоростью распространения сейсмі ческих волн и вертикальными напряжениями в разрабатываемом соляні массиве.
-
Установлены закономерности формирования сейсмических волнові аномалий, связанных с комплексным взаимодействием геологических о& бенностей и параметров горных работ, применительно к разработке кали: ных рудников.
-
Получена принципиально новая информация о строении природных техногенных объектов, позволившая решить задачу локализации в масси: зон концентрации и разгрузки напряжений.
Реализация работы. Методики и система сейсмогеомеханического мониторинга состоян
водозащитной толщи внедрены в практику разработки ВКМКС на шахтных полях ОАО "Уралкалий" и ОАО "Сильвинит". На основе методики контроля состояния массива организованы и действуют 5 полигонов режимных наблюдений на потенциально опасных участках рудников. Результаты исследований по геологической и геомеханической оценкам безопасных условий разработки используются при составлении и корректировке планов горных работ и горно-технических мероприятий по предотвращению аварийных ситуаций.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 17 работ.
Апробация работы. Основные результаты исследований и положения диссертационной работы докладывались с 1989 г. на различного уровня конференциях и семинарах. В их числе - региональные научно-технические совещания "Проблемы комплексного изучения водозащитной толщи на месторождениях калийных солей" (Пермь,1989; Соликамск, 1992), "Новые прогрессивные способы изучения недр Урала-путь ускоренного развития народного хозяйства региона"(Пермь, 1989); Всероссийская научно-техническая конференция "Построение физико-геологической модели и системный подход при истолковании результатов геофизических исследований"(Пермь, 1993); VI Международный семинар "Горная геофизика"(Пермь, 1993), I Международный семинар "Напряжения в литосфере (глобальные, региональные, локальные) " (Москва, 1994), Всероссийская конференция " Управление напряженно-деформированным состоянием массива горных работ при открытой и подземной разработке"(Екатеринбург,1994), Международный симпозиум "Проблемы безопасности при эксплуатации месторождений полезных ископаемых в зонах градопромышленных агломераций" (Москва-Пермь,1995), Международная конференция "Геомеханика в горном деле-96" (Екатеринбург, 1996).
Объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и приложений (документы о внедрении), изложена на 192 с, включая 122 с. текста, 51 иллюстрацию, 5 таблиц и список использованных источников из 144 наименований.
Диссертация отражает результаты исследований автора, проводившихся в период 1988-1996 гг. по госбюджетной и договорной тематике в Горном интитуте Уральского отделения Российской Академии наук (ГИ УрО РАН). Постановка теоретических и экспериментальных исследований по созданию и развитию новых подходов и методов интерпретации данных малоглубинной сейсморазведки МОГТ и их применение для решения ряда прикладных задач осуществлялись при непосредственном участии автора.
' Я глубоко благодарна своему руководителю д.т.н. Санфирову И. А.,
инициировавшему мой интерес к работе, за постоянное внимание к не Сердечно благодарю д.т.н. Баряха А. А. и д.г.-м.н. Кудряшева А. И. помощь при решении отдельных вопросов. Рада выразить признательное д.г.-м.н., профессору. Засл. деят. науки РФ В. М. Новоселицкому д.т.н. А. А. Маловичко за творческое общение и дискуссии. Успешной р боте над диссертацией способствовала доброжелательная обстановка поддержка моих коллег по лаборатории АСА ГИ УрО РАН Приймы Г. Ю., Ба кина А. И., Голуба Д. Г., Кузнецова А. В., а также Шумихиной А. Ю