Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ состояния вопроса и постановка задач исследования для рудников Талнаха
1.1. Опыт оценки сейсмической активности при отработке мощных рудных месторождений, опасных по горным ударам
1.2. Особенности отработки и формирования геодинамической активности на рудниках Талнаха
1.3. Цель, задачи и методы исследований 31
Глава 2. Исследование особенностей сейсмической активности при развитии горных работ на рудниках Талнаха
2.1 Анализ связи сейсмоактивности массива с его напряженным состоянием, технологическими условиями и геолого-тектоническим строением
2.2 Аппаратура для регионального прогноза удароопасности 43
2.3 Совершенствование методов оценки и выделение типов динамических явлений сейсмическим методом
2.4 Общий ход сейсмического процесса на рудниках в 1994-2003 гг. 49
2.5 Некоторые особенности развития процесса сейсмоэнерговыделения шахтных полей в 2002-2003 гг . 59
2.6 Пульсирующая сейсмичность 58
2.7 Выводы по главе 70
Глава 3. Разработка методики региональной оценки и прогноза сейсмической активности массива горных пород
3.1. Выбор методов определения координат очагов сейсмических событий и оценки их энергии
3.2 Тарировочные взрывы и особенности скоростей распространения волн в массиве
3.3. Определение опасной зоны крупных сейсмических событий 84
3.4 Общий подход к региональной оценке сейсмической активности горного массива при отработке удароопасных руд Талнаха
3.5. Разделение активных зон по степени удароопасности -долгосрочный прогноз
3.6 Выбор основных характеристик сейсмического процесса для краткосрочного прогноза
3.7. Опыт применения краткосрочного прогноза по комплексному параметру F
3.8. Организация работ по региональному прогнозу удароопасности Заключение 142 Литература
- Особенности отработки и формирования геодинамической активности на рудниках Талнаха
- Аппаратура для регионального прогноза удароопасности
- Некоторые особенности развития процесса сейсмоэнерговыделения шахтных полей в 2002-2003 гг
- Общий подход к региональной оценке сейсмической активности горного массива при отработке удароопасных руд Талнаха
Введение к работе
Актуальность работы. Существующие нормативные документы по безопасному ведению горных работ на месторождениях, склонных к горным ударам, требуют создания системы непрерывного контроля за состоянием массива горных пород
В настоящее время одним из наиболее информативных методов диагностики и инструментального контроля за процессами изменения напряженного состояния в региональном плане является сейсмический метод Метод основан на регистрации упругих колебаний массива горных пород, возбуждаемых при динамических событиях, - перемещениях блоков, образовании и развитии трещин в горном массиве Метод позволяет одновременно сканировать большие участки горного массива, фиксировать параметры потока динамических явлений, их пространственное распределение, величину сейсмической энергии упругих импульсов, частотный спектр и другие параметры, характеризующие сейсмический режим шахтных полей, что позволяет определить динамические предвестники опасных геодинамических явлений Особенностью метода является возможность оценки напряженности недоступных участков горного массива под влиянием ведения горных работ, но в то же время этот метод фиксирует не само горное давление, а лишь его динамические, наиболее опасные проявления
Данная особенность метода, большие различия подходов к определению характеристик горных ударов и разнообразие горно-геологических условий различных шахт и рудников затрудняют интерпретацию данных сейсмического мониторинга и прогноз развития сейсмической активности В результате на сегодняшний день не существует унифицированной методики обработки и интерпретации данных сейсмических наблюдений с целью прогноза ударо-опасности На каждом горнорудном предприятии существуют свои особенности проявления сейсмической активности, свой сейсмический режим
Наиболее подробные исследования сейсмичности массива горных пород развиваются во ВНИМИ, ИФЗ, МГГУ, ГОИ КНЦ РАН, ИГД СО РАН и др Важную роль в понимании природы и характеристик сейсмической активности на рудниках сыграли работы Г А Соболева, Ю В Ризниченко, В А Смирнова, Д В Яковлева, А Н Шабарова, А А Филинкова, В С Ломакина, В С Куксенко, А А Козырева, Н Н Мельникова, В Н Опарина, И М Петухова, С В Циреля, С Н Мулева и др В этих работах сформулированы важнейшие положения и теории формирования геодинамических явлений, имеющих признаки сейсмических событий, составляющих основу шахтной сейсмологии
Анализ результатов этих исследований, а также опыт работы рудников ГМК «Норильский никель» позволил определить направление научного поиска по оценке параметров сейсмособытий, проявляющихся в тектонически-напряженном горном массиве при интенсивной отработке рудников «Октябрьский» и «Таймырский», сформулировать задачи исследований
Диссертационные исследования выполнены в соответствии с планом научно-исследовательских работ ВНИМИ, предусматривающим оказание научно-технической помощи ЗФ ОАО ГМК «Норильский никель» (1993-2007 гг), а также с планами ЗФ ОАО ГМК «Норильский никель» и по собственной инициативе автора
Целью работы является разработка методики региональной оценки сейсмической активности горного массива при отработке удароопасных руд Талнаха
Идея работы заключается в использовании пространственно-временных параметров сейсмического процесса и закона повторяемости сейсмических событий, регистрируемых микросейсмическим методом в низкочастотном диапазоне упругих колебаний, для региональной оценки сейсмической активности и анализа формирования сейсмоактивных участков горного массива в зоне влияния горных работ
Задачи исследований:
выявить условия и особенности формирования сейсмоактивных участков горного массива в зоне влияния горных работ,
определить параметры проявлений сейсмической активности и установить связи между параметрами сейсмической активности и жесткостью блоковых структур при подработке их очистными работами,
разработать методику региональной оценки и прогноза сейсмической активности горного массива при отработке удароопасных рудников «Октябрьский» и «Таймырский»
Методы исследований. Работа выполнялась методами пространственно-временного и энергетического анализа параметров сейсмических событий, регистрируемых сетью сейсмических датчиков в режиме непрерывного мониторинга в условиях глубоких рудников Талнаха, статистической и аналитической обработки полученных результатов
Научные положения, выносимые на защиту:
1 Сейсмическая активность горного массива зависит от размеров и конфи
гурации отработанных участков и подработки блоковых структур горного мас
сива, причем с ростом степени отработки шахтных полей миграция зон сейс
мической активности затухает и устанавливается пульсирующий режим сейс-
моэнерговыделения из напряженных участков шахтных полей
2 Наибольшая сейсмическая активность глубоких рудников Талнаха
концентрируется в наиболее жестких участках горного массива — раздели
тельных и охранных целиках, которые принимают на себя основную на
грузку вышележащей толщи и работают в режиме, близком к упругому
деформированию
3 Оценка сейсмической активности на глубоких рудниках обеспечивается использованием пространственно-временного анализа параметров
сейсмических событий, регистрируемых сетью сейсмических датчиков в режиме непрерывного мониторинга, причем наклон графика повторяемости должен использоваться для выделения зон сейсмической активности и долгосрочного прогноза, а комплексный параметр, учитывающий частоту и энергию сейсмических событий в течение месяца, - для оценки текущей сейсмической опасности и ее краткосрочного прогноза
Научная и практическая новизна работы заключается в следующем:
- установлены параметры системы сейсмологического мониторинга,
обеспечивающие непрерывный контроль состояния глубоких рудников
Талнаха для регионального прогноза сейсмоактивности горного массива
рудников могут быть использованы динамические явления с энергией
сейсмособытий порядка 102Дж и выше, при этом частотный диапазон ре
гистрируемых колебаний упругих волн для данных величин энергий изме
няется от единиц герц до 120 Гц,
выявлены особенности записей упругих волн, вызванных динамическими формами проявлений горного давления, амплитуда которых в три раза превышает амплитуду технологических помех для условий рудников Талнаха,
определено рациональное месторасположение пунктов наблюдений, входящих в сейсмическую сеть, рудников «Октябрьский» и «Таймырский» исходя из радиуса реальной чувствительности канала регистрации с оценкой уровня технологических помех и минимальной сейсмической энергии явлений, подлежащих контролю на рудниках,
разработана методика расчета размеров опасной зоны крупных динамических событий, учитывающая ошибку определения гипоцентра,
разработана методика регионального прогноза удароопасности шахтных полей рудников Талнаха, основанная на непрерывном контроле сейсмической активности, заключающаяся в выявлении зон, потенциально опасных по динамическим формам проявления горного давления
установлено, что интервал длительностью около 30 суток оптимален для оценки удароопасности по параметрам сейсмической активности,
выявлен пульсирующий режим сейсмоэнерговыделения из напряженных участков шахтных полей, заключающийся в периодической (2-3 месяца) миграции от центра к центру зон максимальной сейсмоактивности,
на основании изучения автокорреляций временных рядов сейсмической активности разработан комплексный параметр F пространственно-временного сейсмического процесса, учитывающий частоту и энергию сейсмических событий, а также их изменения в течение месяца и позволяющий давать наиболее обоснованный прогноз удароопасности на недельный период,
изучены изменения наклона графика повторяемости в зонах сейсмической активности рудников «Октябрьский» и «Таймырский» и получены критические значения наклона для каждой сейсмоактивной зоны,
разработана технология построения карт регионального прогноза, которые характеризуют повышенную удароопасность сейсмически активных зон шахтного поля и их миграцию в процессе развития горных работ
Обоснованность и достоверность научных положений подтверждаются значительным объемом шахтных наблюдений параметров сейсмических событий на двух рудниках по 18-ти сейсмопавильонам, расположенным на площади порядка 9 км", разнесенных по глубине от 450 до 1300 м, обработкой и анализом более 80 измерений
Практическое значение работы заключается в безопасности и эффективности горных работ за счет непрерывного контроля сейсмической активности в зонах ведения очистных работ Разработанная методика используется при отработке залежей рудников «Октябрьский» и «Таймырский» для выявления опасных участков и оценки эффективности проводимых региональных профилактических мероприятий по приведению горного массива в неудароопасное состояние На руднике «Скалистый» применение методики находится на стадии внедрения
Реализация работы. Результаты исследований вошли составной частью в нормативные документы «Методика контроля удароопасности массива горных пород микросейсмическим методом», Норильск, 1999 г , «Указания по безопасному ведению горных работ на Талнахском и Октябрьском месторождениях, склонных и опасных по горным ударам», Норильск, 2001 г, «Методика выделения удароопасных участков массива горных пород микросейсмическим методом», Норильск, 2006 г, и используются техническими службами рудников ЗФ ОАО ГМК «Норильский никель»
Апробация работы Основные положения диссертации докладывались на ряде всероссийских и международных научно-технических конференций, как то «Оценка современных достижений в области безопасности удароопасных месторождений, методы прогноза и предупреждения горных ударов», Таштагол 1999 г, «Техногенная сейсмичность при горных работах», Апатиты, 2000-2003 гг , «Геодинамика и напряженное состояние недр Земли», Новосибирск, октябрь 2001 г ,«Фундаментальные проблемы техногенной геосреды», Новосибирск, октябрь 2006 г, «Геомеханика и геофизика», Иркутск, октябрь 2006 г, а также на заседаниях секции Ученого совета по геомеханике ВНИМИ (С -Петербург, 1999-2007 гг)
Личный вклад автора заключается в постановке задач и разработке методики исследований, организации и проведении экспериментальных работ на рудниках «Октябрьский» и «Таймырский», анализе результатов исследований с установлением закономерностей формирования сейсмически активных зон и получении основных научных результатов
Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 работ
Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, трех глав, заключения, списка литературы из 102 наименований и изложена на 145 страницах машинописного текста, содержит 18 рисунков и 5 таблиц
Автор считает своим долгом выразить благодарность научному руководителю, д-ру техн наук С В Цирелю, а также д-рам техн наук Д В Яковлеву и А Н Шабарову, канд техн наук А А Филинкову и В А Звездкину, инж С Н Мулеву и др сотрудникам ВНИМИ за ценные советы и помощь при подготовке диссертационной работы Автор признателен своим коллегам по ОАО ГМК «Норильский никель» канд техн наук Б П Бадтиеву, инж Е А Бабкину, В П Марысюку, В Ф Петрушиной, И А Власовой, Л В Какошиной, а также инженерно-техническим работникам и специалистам служб прогноза и предотвращения горных ударов за содействие в проведении экспериментальных исследований и внедрении полученных результатов и рекомендаций Автор благодарит за полезные обсуждения и консультации член-корр РАН В Н Опарина, д-ра техн наук А П Тапсиева и канд техн наук В С Ломакина
Особенности отработки и формирования геодинамической активности на рудниках Талнаха
Зарубежный и отечественный опыт сейсмических наблюдений показывает, что сейсмические события на угольных, рудных и нерудных месторождениях возникают только при определенном сочетании горно-геологических и горнотехнических факторов. Сейсмические события являются одной из форм динамического проявления горного давления на угольных, рудных и нерудных месторождениях. Опасность их заключается во внезапности возникновения и большой разрушительной силе.
Как показывает опыт многих рудников [9, 29, 35, 67, 98, 99 и др.] основными горно-геологическими факторами, влияющими на параметры сейсмической активности месторождений являются:
Интенсификация горных работ на рудниках России приводит к быстрому росту глубины разработки, что, как правило, сопряжено с ухудшением геомеханической и геодинамической обстановки. По мере углубления горных работ на рудниках растет не только сила сейсмических событий, но и объемы разрушения горных выработок. Для каждого месторождения, даже иногда отдельного рудника, имеются особенности проявления сейсмической активности.
Значительные по силе проявления сейсмические события и связанные с ними горные удары происходят на месторождениях СУБРа, Горной Шории, апатитовых рудниках Хибин, месторождении «Антей» Стрелецкого рудного поля, Кизеловском угольном месторождении, Воркутском угольном месторождении. Большинство сейсмических событий по интенсивности проявления и выделившейся энергии сопоставимы с мелкофокусными землетрясениями. В работах исследователей, занимающихся проблемой борьбы с горными ударами, появился термин техногенная сейсмичность. Природа этих явлений в настоящее время изучена недостаточно, до конца не выяснены факторы и условия их возникновения, мало изучен механизм проявлений.
Решение проблемы предотвращения горных ударов потребовало комплексных научно-исследовательских работ под руководством ВНИМИ и Гос-гортехнадзора России. В настоящее время более 45 рудных месторождений России отнесены к склонным и опасным по горным ударам [26]. Характерно, что динамические формы проявления горного давления начинают проявляться на глубинах от 300 м. Практически на всех этих месторождениях выявлено преобладающее действие горизонтальных тектонических напряжений.
Основной особенностью сейсмичности рудников Талнаха является то, что сильное сейсмическое событие и предшествующие ему интенсивное сейсмокустическое излучение происходит преимущественно в кровле и почве рудного тела. Такие формы проявления горного давления в прочных скальных породах на сравнительно больших глубинах, являются диагностическим признаком действия в массиве высоких тектонических напряжений.
Изучению проблемы изучения сейсмичности на рудных и нерудных месторождениях, в т.ч. в условиях рудников Талнаха, посвящены работы многих исследователей. Особый вклад в ее решение внесли отечественные исследователи: Г.А. Соболев, Ю.В. Ризниченко, В.А. Смирнов, И.М. Петухов, Д.В. Яковлев, А.Н. Шабаров, А.А. Филинков, B.C. Ломакин, B.C. Кук-сенко, А.А. Козырев, Н.Н. Мельников, В.Н. Опарин, А.П. Тапсиев, СВ. Ци-рель, К.А. Воинов и другие. Несмотря на то, что в настоящее время в решении проблемы прогноза сейсмических событий достигнуты значительные успехи, однако большое разнообразие горно-геологических и горнотехнических условий отработки месторождений, различия в геологической истории тектонически активных разломов, определяющих геодинамику блочных структур, и целый ряд других факторов приводят к тому, что сейсмические явления возникают не только под влиянием горнотехнических, но и региональных воздействий.
При ведении горных работ на больших глубинах в прочных скальных породах имеют место особенности проявления сейсмичности и разрушения горных выработок, которые сводятся к следующему: - зависимость ориентировки разрушающихся выработок от направления максимальных напряжений; - неравномерное распространение и разная интенсивность разрушения одиночных выработок в пределах шахтного поля; - существенное возрастание интенсивности и объемов разрушения выработок вблизи геологических нарушений, крупных трещин, районах резкой смены свойств слагающих пород; - микроудары и горные удары при ведении очистных работ происходят в выработках, в которых при проведении отмечалось интенсивное заколооб-разование, шелушение и стреляние пород; - при определенном объеме выемки может быть нарушен геодинамический режим шахтных полей за счет зависания и взаимного проскальзывания (перемещения) блоков, что иногда приводит к возникновению сильных сейсмических событий и техногенных землетрясений.
Сейсмичность в шахтах и рудниках изучалась исследователями зарубежных стран давно. Прежде всего, следует упомянуть исследования на рудниках в Южной Африке, где глубина разработки превышает 4000 м и стали проявляться сейсмические события в форме катастрофических горных ударов в таких прочных породах, как кварцы [91, 97, 98, 99]. В Канаде с сильными сейсмическими событиями столкнулись на медно-никелевых рудниках Кирленд и в ряде других районов. Есть сведения о многочисленных явлениях на месторождениях золота Колар в Индии. Наиболее сильные и разрушительные из всех известных в мировой практике сейсмические события происходили на месторождениях калийной соли, особенно на рудниках бывшей ГДР [96]. По силе и разрушительным последствиям эти сейсмособытия можно сравнить с землетрясениями. Например, интенсивность колебаний в эпицентре (рудник «Умбозеро», Кольский полуостров) достигала 8 баллов по 12-бальной шкале, в 12 км от рудника - 5-6 баллов. При этом мгновенно происходит разрушение подземных горных выработок на больших площадях: на руднике ЮУБРа разрушились выработки на площади 45 га, а на руднике «Умбозеро» - до 65 га. Земная поверхность при этом осела на несколько метров.
Остановимся кратко на особенностях проявления сейсмических событий на месторождениях, разрабатывающих мощные рудные тела. Североуральские бокситовые месторождения являются одними из самых ударо-опасных месторождений в России. Пластообразная залежь прослеживается на глубину более 2000 м. Мощность залежи не выдержанная и колеблется от 0 до 60 м при средней - около 5-10 м. Верхний контакт рудных тел, как правило, прямолинейный, нижний - извилистый, в связи с этим изменяется и мощность рудного тела. Прочность бокситов изменяется в широких пределах: от 6 до 30 МПа (красного маркого) до 220 МПа (яшмовидного).
На месторождениях в основном применяется камерно-столбовая система разработки с открытым очистным пространством; в меньших объемах система слоевого обрушения в различных модификациях. Эксплуатационные работы ведутся на глубинах 500 - 1000 м, подготовительные и горнокапитальные - на глубинах 850 - 1100 м. Критической глубиной по условию удароопасности является глубина 250 м [6].
Аппаратура для регионального прогноза удароопасности
В случае горных ударов горно-тектонического типа, когда происходит смещение (проскальзывание) горных пород по плоскостям разрыва -геологическим нарушениям, полярность первого вступления упругой волны зависит от того, в какой стороне от разрыва находится сейсмометр и в каком направлении происходит разрыв. При достаточном количестве пунктов регистрации вопрос о выделении динамического явления по записи сейсмограмм решается положительно.
При слабых породах (твердеющая закладка) и слабых динамических явлениях (толчках) может регистрироваться не первая, а последующая фаза волны. Это все может отрицательно влиять на точность определения координат динамических явлений.
Все взрывные работы на рудниках обычно проводятся в определенное время. При наличии информации о всех взрывах не составляет особого труда выделить среди зарегистрированных явлений те, которые следует отнести к динамическим явлениям.
Вопрос о выделении динамических явлений связан с вопросом об определении их механизма, т.к. в обоих случаях используются знаки первых вступлений сейсмических волн. Под механизмом динамического явления, иногда классифицированным как горно-тектонический удар, понимают под вижки, как правило, по геологическому нарушению, а, именно, пространственное расположение плоскостей разрыва и направление подвижки по ним. При сравнительно небольших подвижках в горных выработках это ощущается как толчок, иногда без разрушения горных выработок; при больших подвижках это проявляется как горно-тектонический удар с выделением большого количества сейсмической энергии и разрушением горных выработок на больших площадях.
Возникновение динамических явлений зависит от многих факторов, среди которых в первую очередь являются геолого-тектонические условия, горнотехническая обстановка и технология добычи полезного ископаемого. По силе и характеру динамические проявления горного давления подразделяются на горно-тектонические удары, собственно горные удары, микроудары, толчки, стреляния.
Знание механизма очага горного удара позволит выяснить причинную связь возникновения динамического явления с упомянутыми условиями, а при прогнозировании удароопасности учитывать особенности и формы проявления. Поэтому сейсмологические исследования на рудниках Октябрьского месторождения были направлены на выявление возможности определения механизма очага динамического явления на основе использования существующих в сейсмологии методов с учетом специфических условий возникновения динамического проявления горного давления.
В настоящее время в сейсмологии используется методика определения механизма очага землетрясения, основанная на оценке характера колебаний в первых вступлениях сейсмических волн в точках наблюдений, расположенных на площади, охватывающей эпицентр очага.
Анализ сейсмических материалов по регистрации динамических явлений для рудников Талнаха показывает, что в одних случаях на записях первых вступлений упругих колебаний от одного события регистрируется как волна сжатия, так и волна разряжения, в других - только волна разряжения. К первой группе относятся динамические явления, от которых на записях уп ругих волн регистрируется только волна разряжения. Такие явления происходят, как правило, в зонах ведения горных работ. Разрежение происходит в случае хрупкого разрушения руды на обнажении выработок или целиков между выработками, расположенными в зоне опорного давления от очистных работ. В этом случае первоначальное движение вмещающих пород направлено в очаг динамического явления.
Ко второй группе относятся динамические явления в форме толчков, связанные с подвижкой блоков по тектоническим нарушениям. Толчки появились после увеличения отработанных площадей шахт 1 и 2 рудника «Октябрьский». В горных выработках эти явления часто не сопровождаются разрушениями, т.к. происходят в выработанном пространстве во вмещающих породах. В тех случаях, когда гипоцентры с/событий находятся непосредственно в зонах влияния или ведения горных работ, а величины подвижек по контактам пород имеют значительные величины, происходит разрушение горных выработок в зоне влияния тектонического нарушения. В этих случаях на записях отмечаются как волны сжатия, так и волны разряжения.
Следовательно, по сейсмическим записям динамических явлений есть реальная возможность определять характер подвижек блоков, происшедших в очаге. Точность определения координат динамических явлений зависит от расположения сейсмических пунктов наблюдений в пределах исследуемой площади. Исследованиями установлено, что в каждом квадрате должно быть не менее 2-3 пунктов регистрации. Отсюда следует, что для определения механизма в очаге динамического явления необходимо иметь больше пунктов наблюдений, чем для определения координат.
Динамические явления названных двух групп должны различаться по характеру регистрируемых колебаний поперечных волн. Эти волны на записях от горных ударов первой группы, как правило, малой интенсивности, а на записях второй группы динамических событий выделяется более чётко.
Таким образом, в пределах сейсмической сети наблюдений горные удары отличаются на сейсмограммах от технологических взрывов по ряду особенностей. Горные удары определяются знаками полярности первых вступлений продольных волн, на амплитудных и частотных характеристиках записей.
Промышленные взрывы и местные землетрясения определяются по соответствующей разнице вступлений продольных и поперечных волн. Используя записи первых вступлений продольных волн возможно определять механизм очага динамического явления.
Некоторые особенности развития процесса сейсмоэнерговыделения шахтных полей в 2002-2003 гг
Как указывалось выше, одной из важных проблем является трудность точного определения координат гипоцентров сейсмических событий, связанная с целым рядом факторов - недостаточно частой дискретизацией сигналов, малым динамическим диапазоном, особенностями сейсмической сети, трудностью построения скоростного разреза рудника (меняющегося во времени из-за ведения горных работ и изменений НДС массива), а также применения устойчивого, но неточного алгоритма SPAM-Для уточнения скоростей распространения волн в сложной среде, а также оценки погрешностей определения координат была проведена серия тарирочных взрывов.
Ее методика состояла в проведении камуфлетных взрывов (масса зарядов 15-50 кг) в заданных точках южной части РМ-1. При проведении тариро-вочных взрывов вычисление координат сейсмических событий производилось в два этапа. На первом этапе с помощью алгоритма SPAM с равными скоростями устанавливается приблизительные координаты сейсмических событий, при этом в качестве общей скорости используется средняя скорость по всем тарировочным взрывам и всем сейсмопавильонам.
Тарировочные взрывы производились в первые 10 минут отрезка циклограммы, отведенного для производства взрывных работ, при этом остальные взрывные работы на всех рудниках производятся после тарировочного взрыва. Мастер, производивший тарировочный взрыв сообщал об окончании его проведения диспетчеру, и диспетчер дает разрешение на проведение прочих взрывных работ. Если по каким-то причинам в течении 15 минут запланированный тарировочный взрыв не был проведен, то его проведение отменялось и переносилось на другой день.
Для получения отметки момента взрыва использовалась аппаратура ТАППС (рис. 3.1), запускаемая при разрыве магистрального провода, намотанного на заряд ВВ. ТАППС
В момент взрыва боевика происходит разрыв петли, напряжение изме няется скачком до нулевого значения. Это ступенчатое изменение значения служит отметкой момента взрыва. На сейсмограмме отметка момента взрыва отражается в виде ступеньки (-,). Технические параметры аппаратуры позво ляют считывать время с точностью 0,02с. Зная координаты взрыва и каждого пункта наблюдений, по известной формуле Rn = л/( я - о)2 +(Уп -УоУ +(г„ -г0)2 j вычислялось расстояние «взрыв - пункт наблюдения». По сейсмограммам определялись времена пробега «tp» продольной волны для каждого пункта. Затем по известному расстоянию и времени пробега рассчитывались скорости продольной волны в каждом направлении
Результаты тарировочных взрывов, рассчитанные работниками сейс-мостанции при участии и под руководством автора, приведены в таблицах 3.1 и 3.2. Данные расчетов представлены в двух формах, ибо взрывание осу ществлялось с помощью ДШ, и задержка между взрыванием ЭД, определяемая длиной ДШ и его скоростью детонации, и взрыванием заряда находилась в диапазоне от 3 до 4 мс.
Как видно из таблиц, средняя скорость распространения волн составляла примерно 5650-5700 м/с, а скорости от РМ-1 до различных сейсмопа-вильонов колебались в диапазоне от 5200 до 5900 м/с. Столь высокие скорости распространения волн подтверждают ранее сделанный вывод о том, что, несмотря на нагрузки, близкие к предельным, наиболее нагруженные части массива обладают большой жесткости и деформируются в режиме, близком к упругому. В целом расхождения скоростей от опыта к опыту оказались невелики, в среднем коэффициент вариации составляет 2.4 %, а при исключении одного неудачного взрыва (слишком малая масса заряда ВВ) - 1,5 %. Впрочем, на коэффициент вариации сильное влияние оказывает большая вариация скоростей до ближайших павильонов 3 и 4, где трудно правильно определить скорости из-за малых расстояний и низкой частоты дискретизации. При исключении этих павильонов коэффициенты вариации соответственно составляют - 2,1 % и 1,1 %. Причины вариаций скоростей заключаются не только в низкой частоте дискретизации и влиянии субъективного подхода операторов, но и в различиях процессов формирования сигналов. На это обстоятельство указывает явная зависимость скоростей от массы заряда. Чем больше масса заряда, тем выше фиксируемая скорость сигнала (коэффициент корреляции -0,55). Причины этой зависимости заключаются естественно не в реальном различии скоростей, а в трудности точного определения вступления у слабых плохо сформированных сигналов.
По-видимому, это же явление лежит в основе ранее фиксируемых различий распространения скоростей в разных направлениях по одному и тому же пути. Если сигнал распространяется из ненапряженной области, то его вступительная часть более слабая и размытая и фиксируемая скорость оказывается ниже, чем в противоположном случае. Особенно это важно для исследования сигналов, порождаемых ведением проходческих работ. Первая врубовая серия (или даже один заряд) имеет малую массу и порождает слабую волну, первую фазу которой легко опустить. Если допустить, что подобное явление имеет место и для сейсмических событий, то оно может вносить дополнительную погрешность в определение гипоцентров.
Тем не менее, тарировочные взрывы показали, что точность определения горизонтальных координат гипоцентров в РМ-1 является весьма высокой, погрешность составляла всего 10-15 метров и менее против расчетных 25-30 метров, несмотря на неточную оценку средней скорости. Причины такой высокой точности заключаются в большом опыте работе операторов и интерпретаторов ЛАСКГД, хорошо отработавших приемы нахождения вступления записей сейсмических сигналов. Однако определение координаты Z производится с большой погрешностью, максимальные ошибки достигали 100 метров, что связано в первую очередь с концентрацией сейсмопавильо-нов в рудном теле и в непосредственной близости от него.
Другой результат опытов, о котором уже шла речь в предыдущем параграфе, заключается в обнаружении больших случайных и систематических погрешностей определения энергии, при равной массе зарядов рассчитанная по длительности записей энергия колебалась в 1,5 и более раз. Следует еще раз подчеркнуть условность определения энергии в Джоулях. Например, общая энергия детонации 30 кг ВВ составляет примерно 108 Дж, если предположить, что при камуфлетном взрыве в сейсмическую волну переходит порядка 1 % энергии, а фиксируемые энергии составляли 1000 Дж, то ошибка составляет величину порядка 104, т.е. эти «Джоули» более уместно было бы называть килоДжоулями или, еще лучше, десятками килоДжоулей.
Общий подход к региональной оценке сейсмической активности горного массива при отработке удароопасных руд Талнаха
Эти и другие примеры позволяют произвести условную классификацию уровней сейсмической активности. Как нам представляется, классификационная шкала должна быть построена на логарифмической шкалы (геометрической прогрессии). В настоящее время в связи с переходом на новый уровень регистрации и более точным определением энергии событий системой РЕГИОН представляется полезным выделить следующие уровни сейсмической активности. - по уровню опасности сейсмической активности зон: высокий уровень сейсмической активности - зоны, в которых F 200; средний уровень сейсмической активности - зоны, в которых 80 F 200; низкий уровень сейсмической активности - зоны, в которых 20 F 80; - по энергии единичного события: высокий уровень - зоны образованные сейсмическими событиями с энергией свыше 10000 Дж; средний уровень - зоны образованные сейсмическими событиями с энергией свыше 4500 Дж; низкий уровень - зоны образованные сейсмическими событиями с энергией свыше 1000 Дж;
Как легко видеть на рисунках 3.4-3.9, наличие частых сейсмических событий относительно мало коррелирует с наличием крупных событий. Причина отсутствия подобной корреляции вполне очевидна - в ходе мелких событий массив сбрасывает упругую энергию. Кроме того, свою лепту вносят взрывные работы, бурение разгрузочных скважин и другие противоударные мероприятия. При этом в некоторых случаях, сильные события происходят именно при возрастании количества более слабых, в среднем корреляция между частотой крупных и значения F (N, Е и т.д.) положительная, но настолько слабая (R = 0.15 - 0.2), что никак не может использоваться для прогноза крупных сейсмических событий.
Тем не менее, несмотря на отсутствие значимой корреляции по точному времени события, большая часть крупных событий происходит вблизи зон высокой сейсмической активности и в периоды ее возрастания. Поэтому рекомендуется осуществлять учет горно-технологических факторов при оценке параметров сейсмических событий путем сопоставления положений зон с высокими уровнями сейсмической активности с положениями фронта очистных работ. Прогноз потенциальной удароопасности опирается на установленные относительно высокие значения коэффициентов корреляции (R = 0,55-0,6) текущих значений F с наблюдающимися в следующую неделю после дня составления прогноза.
При составлении планировании противоударных мероприятий необходимо учитывать не только текущие значения F, но также характер смещения зон высокой сейсмической активности по отношению к действующим горным выработкам.
1. Высокие значения F указывают на интенсивное протекание геодинамических процессов, а их нарастание свыше критических уровней - на активизацию геодинамической процессов. Однако само себе нарастание геодинамической активности не дает прямых оснований для прогнозирования роста удароопасности, необходимо учитывать также близость гипоцентров сейсмических событий к действующим горным выработкам и направление движения очагов геодинамических процессов.
2. Высокие значения F на участках, где не ведутся горные работы, не предоставляет непосредственной опасности. Более того, если рост F в блоках, соседних с местами ведения горных работ, сопровождается их снижением в районе ведения горных работ, то в среднесрочном плане не следует ожидать роста удароопасности в местах ведения горных работ.
3. Если, наоборот, значения F нарастают в районе ведения горных работ и снижаются в соседних блоках, то среднесрочный прогноз неблагопри 110 ятный, что необходимо учитывать при планировании и ведении горных работ.
Исходя из этих положений и опыта наблюдений за характером изменений сейсмической активности рекомендуется осуществлять корректировку планов бурения разгрузочных планов и проведения других противоударных мероприятий.
1. В зонах ведения горных работ с очень высоким уровнем сейсмической активности необходимо осуществлять бурение разгрузочных скважин и проведение других противоударных мероприятий в течение первой недели после получения схемы прогноза удароопасности участков шахтного поля, зафиксировавшей данный уровень сейсмической активности. При составлении конкретных планов ведения противоударных мероприятий необходимо учитывать динамику изменений значения F и направление смещения зон с очень высоким уровнем сейсмической активности.
2. В зонах ведения горных работ с высоким уровнем сейсмической активности осуществлять бурение разгрузочных скважин планов и проведение других противоударных мероприятий в течение первого месяца после получения схемы прогноза удароопасности участков шахтного поля, зафиксировавшей данный уровень сейсмической активности.
3. В зонах ведения горных работ со средним уровнем сейсмической активности осуществлять бурение разгрузочных скважин и проведение других противоударных мероприятий в течение первого квартала после получения схемы прогноза удароопасности участков шахтного поля, зафиксировавшей данный уровень сейсмической активности.
Более четкая связь вырисовывается между значениями е и крупными событиями (нижние рисунки 3.4-3.9). Визуально она хорошо наблюдается, хотя на самом деле не является столь сильной - масштаб по оси времени настолько мелкий, что трудно различить случаи, когда крупные события предвещают и вызывают рост е. Более детальный анализ показывает, что будущие места крупных событий в основном не совпадают с максимумами е, а находятся поблизости от них. Хорошими иллюстрациями этого правила являются ситуации перед самыми крупными сейсмическими событиями 21.08.05 (рис. 3.10) и 9.02.05 (рис. 3.11). На этих рисунках слева показаны изолинии распределения F, а справа изолинии распределения е. Для построения изолиний использовались данные о значениях F и е в блоках 120x120 метров, построенные со сдвигом на 30 метров, отдельно по обоим осям. При построении изолиний е использовались лишь те блоки, где количество событий за последние 30 дней составляло не менее 5.
На иллюстрациях 3.10-3.11 места крупных событий близки к максимумам F, однако, это правило соблюдается далеко не во всех случаях. Крупные события могут происходить в местах относительно малых значений F, однако в большинстве случаев они все же происходят при увеличении сейсмичности в районе события (на расстояниях до 50-100 метров от него). Таким образом признаками возможности появления крупного события служат одновременное возрастание F и е, причем важным признаком является возрастание е.
Данные утверждения не следует понимать, что в этих случаях крупное событие обязательно произойдет. Большей частью «тревоги» являются ложными. Смысл корреляции состоит в том, что мала ошибка первого рода, т.е. снижается шанс пропустить удароопасную ситуацию, хотя количество таких ситуаций существенно завышается. Однако применение данного показателя требует специального анализа, который будет осуществляться по мере накопления данных.
