Реклама. ООО «ИНГОРТЕХ», ИНН 6659026925
Erid: F7NfYUJCUneVdxJSgsd2
Подземные горные работы неизбежно подразумевают техногенную трансформацию массива горных пород. В результате в зоне рудника формируется сложное поле геомеханических напряжений. В регионах, где добыча идёт уже много лет, изменения захватывают значительные глубины земной коры, повышая в числе прочего уровень сейсмической активизации. Например, в Кузнецком бассейне он за последние несколько десятков лет поднялся с глубины 15‒20 км до глубины 5‒7 км [2].
В таких условиях вся инфраструктура: и подземная, и наземная — подвергается всё большей опасности разрушения. Для опережающей диагностики массива горных пород уже много лет успешно применяется сейсмические методы. Их используют при строительстве и эксплуатации не только рудников и шахт, но и транспортных туннелей. Опыт показывает, что достоверность дистанционного прогноза составляет 70% и выше.
Схема непрерывных сейсмических наблюдений в подготовительной выработке с помощью комплекса «МИКОН-ГЕО» приведена на рис. 1. Она позволяет вести мониторинг как при сопровождении проходческих и очистных работ, так и в автономном варианте наблюдений в выработках любого типа.
На рис. 2 приведен пример графика интегральных значений ДФМ-параметра по траектории движения подготовительной выработки от груди забоя. ДФМ (динамико-флюидная модель) является адекватным отражением напряжённого состояния массива в относительных оценках компонент напряжений.
В результате ДФМ-трансформации поля сигналов отраженных волн осуществляется переход от атрибутов волнового поля (мгновенные амплитуды и частоты) к относительным оценкам модуля градиента напряжения — ДФМ-параметру [1]. Это явление основано на фундаментальном уравнении в теории Мориса Энтони Био [3], функционально связывающем тензор сейсмических напряжений во фронте волны («малые» напряжения) с тензором «больших» напряжений в одной и той же точке пространства.
Максимальные значения ДФМ-параметра соответствуют зоне дезинтеграции массива горных пород, в которой и происходит резкий скачок горизонтальной компоненты напряжения (τ). Минимальные же соответствуют нормальному напряжению: гравитационному или усредненному для данного глубинного интервала (σ). Процессы трения в модели среды с дискретной структурой устанавливают объективный порог устойчивости массива горных пород при сохранении соотношения [4].
Необходимо заметить, что фактические значения компонент напряжений измерить или рассчитать невозможно, поскольку они не относятся к метрологическим категориям и их величина в полной мере зависит от технологии измерений, удаления от выработки, обводнённости и других факторов.
Описанную технологию мониторинга в последние годы активно применяют угольные шахты Кузбасса: «Юбилейная», «Распадская», им. С. Д. Тихова, «Байкаимская», «Листвяжная» и др. Выбранный набор примеров в целом иллюстрирует основные ситуации и возможности сейсмического мониторинга по оптимизации процессов разработки с максимально возможным уровнем безопасности.
Наиболее показательный пример для оценки возможностей сейсмического метода мониторинга процесса подземной разработки получен на шахте «Юбилейная». Здесь шла проходка подготовительного забоя на глубине 650 м от дневной поверхности.
На рис. 3 показаны два изображения матриц значений ДФМ-параметра в горизонтальном сечении массива горных пород по состоянию до гидроразрыва пласта (а) и после него (b). Группа приема сейсмических волн расположена на груди забоя, там же, где и устье разгрузочной скважины.
Анализ приведённого результата гидроразрыва позволяет сделать два принципиальных вывода.
На рис. 4 показан пример проектирования бурения разгрузочных скважин в контуре зоны дезинтеграции углепородного массива, зафиксированного комплексом «МИКОН-ГЕО» на удалении 30 метров от груди забоя подготовительной выработки. Пласт угля опасен по взрываемости угольной пыли, внезапным выбросам угля и газа с глубины 170 м, горным ударам с глубины 200 метров, не склонен к самовозгоранию. Выработка располагается на глубине 350 метров в толще терригенных пород.
С точки зрения статистики развития опасных ГДЯ, очистные забои являются более безопасными, особенно в условиях начальной разработки месторождения. Однако просадка кровли в этих забоях не такая уж редкость. Типичный для Кузбасса пример состояния устойчивости кровли очистного забоя для пласта «Полысаевский II» показан на рис. 5.
Лава находится на глубине 350 метров в терригенных породах субгоризонтальной слоистости (переслаивание аргиллитов и алевролитов). По инструкции [5] при естественной влажности угля 6 и более процентов пласт считается неопасным. Но матрица ДФМ-параметра, полученная за один день до просадки кровли на величину 0,6 метра, достаточно наглядно свидетельствует о состоянии «опасно».
Наибольшее значение обсуждаемая технология имеет в сейсмически опасных районах Южного Кузбасса. Приведём пример прогноза структуры и параметров НДС на шахте «Распадская», территориально расположенной в 9-балльной зоне сейсмичности.
В контуре шахты ведутся сейсмологические наблюдения по методике регистрации микросейсмам (пассивный метод). Такой подход аналогичен методам прогноза землетрясений достоверностью не многим более 50%. В условиях подземной разработки угольных месторождений с помощью комбайна такая технология малоэффективна из-за высоко уровня технических помех. Здесь правильнее использовать комплексный подход, основанный на одновременной регистрации микросейсм и сигналов отраженных волн. Обработка микросейсмического волнового поля должна учитывать критерий Накамуры, определяемый по соотношению спектров волнового поля в контуре горного отвода и за его пределами. Комплекс «МИКОН-ГЕО» включает в себя программно-технические средства как сейсмологического диапазона частот (0,1‒5 гц), так и сейсмического (5‒500 гц).
На рис. 6 представлен пример регистрации сигналов отражённых волн с помощью автономного комплекса «МИКОН-ГЕО». В процессе работы проходческого комбайна к зоне 1 вскрыто непрогнозируемое нарушение через всё сечение выработки, в зоне 2 было зафиксировано повышение концентрации метана.
Приведённые результаты эксплуатации комплекса «МИКОН-ГЕО» в практической деятельности угольных предприятий Кузбасса убедительно свидетельствуют о перспективности развития многофункциональных систем безопасности с применением сейсмических методов.
Текст: В. Б. Писецкий, С. Э. Лапин, И. В. Кыштымов, ООО «Информационные горные технологии» (ООО «ИНГОРТЕХ»).
Библиография
www.ingortech.ru
info@ingortech.ru
+7 (343) 318-01-71
Спасибо!
Теперь редакторы в курсе.