Место и роль инженерных сейсморазведочных исследований в системе обеспечения безопасности подземной разработки месторождения водорастворимого полезного ископаемого

Размещено на http://allbest.ru

ГИ УрО РАН,

Место и роль инженерных сейсморазведочных исследований в системе обеспечения безопасности подземной разработки месторождения водорастворимого полезного ископаемого

Ярославцев А.Г., Жикин А.А., Байбакова Т.В., Никифорова А.И

г. Пермь, Россия

Практика освоения крупных месторождений водорастворимых полезных ископаемых показывает, что их интенсивная эксплуатация и разработка оказывает воздействие на породный массив в интервале от продуктивных пластов до земной поверхности [1,2].

В основном это воздействие выражается в перераспределении горного опорного давления по мере продвижения фронта горных работ и может приводить к разрушению пород перекрывающих выработки и влиять на устойчивость массива в целом.

В некоторых случаях сами рудники и необходимые для их разработки людские ресурсы и городская инфраструктура оказываются территориально совмещенными.

Следовательно, появляется отдельная важная проблема геолого-геофизического контроля верхней части разреза, испытывающей максимальную техногенную нагрузку как за счет промышленно-бытовых сооружений и инженерно-технических коммуникаций, так и за счет разработки.

Верхняя часть разреза характеризуется тонкослоистым строением, значительными вертикальными и горизонтальными градиентами скоростей распространения упругих волн. Базовым геофизическом методом ее изучения на этапе освоения месторождений типа ВКМКС [3,4] является инженерная сейсморазведка.

Из всей иерархии задач [5], решаемых геофизическими методами при освоении месторождения, основной объем инженерной сейсморазведки сосредоточен (рис.1.) в двух основных направлениях:

1) обеспечение строительства рудников и наземных объектов предприятия,

2) обеспечение безопасной и экологичной эксплуатации калийных рудников и производств.

Для градопромышленных агломераций, где уровень случайных помех сравним с полезным сигналом, наиболее оптимальным представляется изучение отраженных волн по методике общей глубинной точки (МОГТ). Все преимущества МОГТ достаточно подробно описаны в многочисленных публикациях и монографиях по нефтегазовой и малоглубинной сейсморазведке.

Рис.1. Задачи инженерной сейсморазведки при освоении месторождения

В ГИ УрО РАН за последние 20 лет накоплен, наверное, самый передовой в России опыт подобных исследований. Разработка используемых сейчас инженерных сейсморазведочных технологий включала все традиционные методологические шаги и этапы.

Детальное изучение физико-геологических особенностей строения и состояния приповерхностных отложений в пределах месторождения, позволило сформулировать количественные характеристики проектируемых систем интерференционной регистрации.

Данные характеристики проверены теоретическими расчетами волновых полей и базируются на ряде общих принципов, характерных для сейсморазведки любых глубин. Шаг ПВ не больше глубины минимальной целевой границы, максимальное удаление ПП от ПВ сравнимо или больше глубины нижней целевой границы и т.д.

В общем случае вариации параметров систем наблюдений позволяют регулировать частотный диапазон регистрируемых колебаний, который определяет разрешающую способность метода и, соответственно, детальность и направленность исследований.

Проведение инженерных наблюдений в объеме, соизмеримом с сейсморазведочными исследованиями водозащитной толщи, невозможно по ряду технологических и экономических причин. Оптимальным решением здесь является выбор участков проведения инженерных сейсморазведочных исследований в местах ослабления ВЧР, выявленных методом преломленных волн при малоглубинных сейсморазведочных исследованиях МОГТ.

В этой связи выбор участков проведения инженерной сейсморазведки МОГТ предлагается проводить на основе анализа полей времен первых вступлений, которые отслеживаются в процессе обработки для расчета статических поправок. Временные аномалии, характерные для всей массы линий равных удалений, определяют наиболее ослабленные участки верхней части разреза. геофизический сейсморазведка нефтегазовый

Одним из важных направлений инженерной сейсморазведки, как и в малоглубинной сейсмике, является параметрическое обеспечение геомеханических расчетов, направленных на выявление потенциально опасных зон в ВЗТ.

В связи с изменчивостью и дефицитом данных о свойствах пород приповерхностных отложений, а, следовательно, и о критических значениях деформационных критериев, для ВЧР можно дать лишь качественную характеристику опасности формирования областей техногенных трещин. Поэтому в наиболее опасных местах необходимо проведение инженерной сейсморазведки, которая позволяет более детально оценить влияние горных работ на формирование трещин в самой верхней части разреза (рис.2).

Рис.2. Результаты геомеханических расчетов после детальных сейсморазведочных исследований: а) распределение горизонтальных деформаций растяжения в ВЧР, б) формирование зон трещиноватости в ВЧР

В соответствии с полученными результатами инженерных исследований производится корректировка геомеханической модели, т.е. снижение модуля деформации в пределах выделяемой зоны и принимаются, если требуется, оперативные проектные решения.

Следующее практическое приложение инженерной сейсморазведки в пределах разрабатываемого месторождения - это контроль устойчивости зданий и сооружений, неотъемлемой частью которого является прогноз особенностей геологического строения.

Размеры поисковых объектов и загруженность исследуемых площадей в пределах горнодобывающих предприятий различными сооружениями требует усложнения методик наблюдений. Здесь в первую очередь наиболее целесообразно комплексирование продольных и непродольных систем наблюдений.

Анализ большинства негативных ситуаций, связанных с деформациями сооружений, участвующих в производственном процессе на месторождении, показывает, что преобладающий вклад в их развитие вносят в основном негативные гидрогеологические процессы.

В волновых полях продольных и непродольных профилей отмечаются особенности, которые могут быть обусловлены наличием разуплотненных зон в породах основания. Более точная их локализация проводится за счет совместного анализа площадных закономерностей распределения в массиве физических параметров и структурных отметок границ основных инженерно-геологических элементов (рис.3).

Рис.3. Схема качественной интерпретации площадных сейсморазведочных наблюдений в районе БШСУ

Выделенные особенности строения закладываются в расчетные схемы деформаций на основании которых составляются и реализуются проект усиления конструкции или обустройства дренажных систем.

Во многих случаях определение устойчивости зданий зависит от распределения в разрезе физико-механических характеристик грунтов основания. Непосредственный переход к важнейшим физико-механическим показателям свойств массива в рамках используемых инженерных сейсморазведочных технологий возможен за счет привлечения волн различной поляризации.

Применительно к горнопромышленному производству использование площадных систем наблюдений позволяет решать проблему прогноза карстовых образований на соляных отвалах, разрабатываемых карьерным способом. Кроме этого, комплексный анализ поля отраженных волн продольного и непродольного профилирования в пределах околоствольного пространства позволяет не только локализовать зоны трещиноватости, но и оценить их объем.

Литература

1. Санфиров И.А. Рудничные задачи сейсморазведки МОГТ. - Екатеринбург: УрО РАН, 1996.

2. Санфиров И.А., Ярославцев А.Г., Фатькин К.Б., Прийма Г.Ю., Бабкин А.И., Сейсморазведочные исследования условий разработки калиной залежи / Геофизика.-2011.- №5.-С.53-59.

3. Санфиров И.А., Ярославцев А.Г., Возможности сейсморазведки МОВ при инженерно-геологических изысканиях / Инженерная геология - Июнь 2007. Мо-сква, ОАО ПНИИИС, 2007.С.27-31

4. Санфиров И.А., Ярославцев А.Г., Фатькин К.Б., Бабкин А.И., Прийма Г.Ю., Пригара А.М., Сейсморазведочные исследования водозащитной толщи на верхнекамском месторождении калийных солей / Горный журнал, 2008,№10. Москва, ИД «Руда и металлы», 2008. С.45-48.

5. Глебов С.В. Геофизическое обеспечение разработки Верхнекамского месторождения солей // Горный информационно-аналитический бюллетень: М., 2004. - №9. С. 89-92.

Размещено на Allbest.ru