Введение к работе
Актуальность работы, -Дальнейшее укрепление и расширение мине-ально-сырьевой базы страны связано не только" с~вовлечением-В_экс-_ луатациго новых месторождений, но и повышением эффективности уже ействующих.
Одним из основных поставщиков фосфатного сырья в СССР является роизводственное объединение "Апатит", ведущее добычу апатито-не-елиновых руд в карьерах и рудниках Хибинского массива.
Специфической особенностью этих рудников является масштабность обычных выработок (многие сотни метров), наличие горизонтальных апряжений(до 10 и более раз превосходящих вертикальные и горные цары. Эти природные феномены при интенсивной добыче и углублении оризонтов приводят к усложнению горно-технической обстановки, су-гственно влияют на эффективность извлечения полезного ископаемого главное,- - на безопасность труда горняков.
Научной базой использования скоростей упругих волн для оценки шряженно-деформированного состояния (НДС) горных пород явились эзультаты теоретических и практических исследований в шахтах и рудяках, при гидротехническом строительстве и инженерно-геологических зысканиях, выполненных МГУ, мГИ, И#3, ШШл, "Гидропроект", Гой іЦ АН СССР и др. организация»^.
Разработанные и применяемые при этом ультразвуковые и сейсмо-
суетические методы используют преимущественно частоты от 1000 Гц
) сотен КГц, т.е. характеризуют свойства массива в окрестности от
ельных шпуров или участки выработок в первые метры - десятки мет-
>в. при этом выяснилась зависимость результатов, полученных в от-
ільньк точках, от конкретных геолого-тектонических условий. На су-
іствугощих площадях рудного поля в Хибинских рудниках это требует
:бо постановки статистически значимого количества наблюдений - до-
ігостоящих и трудоемких - или - априорно полагать- адекватность
юйств изученных локальных участков значительным площадям неиссле-
>ванного массива. л
Специфика использования сейсмики заключалась в соразмерности ин-рументальной методики масштабу исследуемого объекта.
Предпосылки этих исследований основывались на локальных измере-іях НДС, выполненных сотрудниками ГоИ КНЦ АН СССР в горных выработ-,х, и на данных региональных наземных сейсмических исследованиях Хибинском массиве и породах его обрамляющих (ГИ КНЦ АН СССР и ЦК 1СГ1). При сопоставлении их был сделан вывод о практической близос-
ти направления большой оси эллипса модальных значений скоростей упругих волн по ультразвуковым данным направлению максимальной оси анизотропии скоростей сейсмических волн на базах от "первых до многих десятков километров. Это стимулировало развитие нового этапа исследований НДС крупных блоков пород в условиях подземных рудников, начатых при участии автора.
Актуальность' работы определялась требованием практики в необходимости опережающего контроля НДС крупных площадей рудного поля (400x1000 м) еще на стадии подготовки горизонтов к их последующей отработке для характеристики участков массива, где еще нет горных выработок,и корректировки объемов и местоположения последующих горнотехнических методов исследования.
Цель работы - разработка техники и методики многоволновой сейс-мики для оценки напряженного состояния горных пород и прогноз характера его изменения в нетронутый массив.
необычные условия измерений во внутренних точках среды, интенсивные техногенные помехи, базы наблюдений, достигающие I0Q0 м, потребовали решения ряда технико-методических задач, связанных с проведением, обработкой и интерпретацией данных.
Задачи исследований. I. Разработка оптимальных условий возбуждения и приема упругих колебаний различного типа (Р и S волны) в условиях действующих рудников; 2. Исследование кинематических и динамических характеристик многоволновых полей в геолого-тектонических условиях Хибинский рудников; 3. Шделение и типизация по комплексу свойств и параметров зон повышенных напряжений по латерали и вертикали, прогноз их местоположения на невскрытые еще горизонты месторождения.
Исходный материал и личный вклад автора. В работе использованы данные сейсмических исследований, выполненных в Хибинских рудниках лабораторией региональной геофизики Геологического института КНЦ АН СССР. На всех этапах работ - составление научных программ, натурных наблюдений, обработки и интерпретации материалов, научных отчетов - автор принимал непосредственное участие в качестве ответственного исполнителя.
Научная новизна. Разработана методика объемной многоволновой сейсморазведки, включающая пространственное профилирование, просвечивание в вертикальной и горизонтальной плоскостях, поляризационные наблюдения для оценки направления и уровня действующи;: в массиве напряжений. Обоснована технология возбуждения ? и 5 волн с помощью специального камуфлета, исследована структура волновых полей в тектонически напряженном массиве при использовании длин волн,прєЕНша-4
ющих периметр горных выработок (Я>і,). Построены карты и схемы распределения упругих свойств по латерали и вертикали месторождения.
Установлено наличие вертикального градиента скоростей упругих волк и. дан_прогноз напряженно^ состояния_пород на подготавливаемый к отработке новый добычной горизонт.
Практическое значение. Разработанная методика сейсмических наблюдений в подземных рудниках позволяет оперативно оценивать уровень напряженного состояния на базах соответствующих масштабу действухь-дих добычных горизонтов (400x1000 м), осуществлять опережающий дрог-лоз участков и зон, опасных по вредным проявления!.? горного давления, ювышая тем самым эффективность добычных работ и безопасность тру-;а горняков.
Реализация работы в промышленности. Результаты сейсмических іаблюдений на различных рудниках и горизонтах Хибинских и іовозер-:ких месторождений оперативно входили составной частью в рекомендации по проектированию, безопасному ведению горных работ, составлении аспортов отработки отдельных блоков и разведуемых для вскрыши глу-оких горизонтов КоайВинского месторождения.
Апробация работ. Основные результаты работы докладывались и < бсуждались на региональном совещании "Петрофизические исследования арело-Кольского региона" (Петрозаводск, 1979); Всесоюзном сове-інии "напряженно-деформированное состояние и устойчивость скальных тонов и бортов карьера" (ірунзе, 1979); Всесоюзном семинаре "Фк-«еские свойства пород в массиве (Новосибирск, 1980); Всесоюзной шференции "Природа и методология определения тектонических напряже-:й в верхней части земной ксры" (Апатиты, 1980); УЛ Всесоюзной конвенции ЬУЗов СССР (Москва, 1981); НТС по горкой геофизике (Ткибу-;, 1961; Сухуми, 1983; Батуми, 1985); Всесоюзной конференции "On-деление параметров напряженного состояния в массиве горных пород мплексом натурных методов" (Новосибирск, 1982); Всесоюзной конвенции "исследование, прогноз и контроль проявлений горного давле-я" (Ленинград, 1982); Международном симпозиуме "іізмеряеше поля методы в геомеханике" (Цюрих, 1983); Всесоюзном симпозиуме "Текто-ческие осноеы и инженерно-геологические аспекты изучения напряженно состояния пород при разработке и эксплуатации месторождений" іатитьі, 1Э84); Всесоюзном совещании "многоволновая сейсморазведка" эвосибирск, 1985); Всесоюзной конференции по инженерной геологии ^еофизике (Солнечногорск, 1985); II Международном рабочем совеща-і "Сейсмическая анизотропия. Результаты. Проблемы. Возможности" >сква, I9S5), а также на ряде производственных НТС ПО "Апатит" и юзерском ГОКе.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 22 работы.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, содержит 146 страниц машинописного текста, 46 рисунков, 8 таблиц , список использованных источников из 147 наименований и приложения.