авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 || 3 |

«ДЕПАРТАМЕНТ УГОЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЭНЕРГЕТИКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ НАУЧНО – ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ГОРНОЙ ГЕОМЕХАНИКИ И ...»

-- [ Страница 2 ] --

2.4. Анализ соотношения геодинамически активных структур с ранее установленными крупными разрывными нарушениями Опыт показывает, что даже в зонах интенсивно развитой тектонической нарушенности недр, современные неотектонические процессы, как правило, формируют новые геодинамически активные и сейсмогенные структуры, секущие более древние разломы. При этом часть исторических разломов и в современную эпоху продолжает проявлять признаки геодинамической и сейсмогенной активности, что требует дифференцированной оценки возможной геодинамической активности известных геологических структур при анализе современной геодинамики недр. Часто активными проявляют себя не столько картируемые разломы, сколько нарушения, продолжающие их створные направления (либо заполняющие их «перемычки»).

Большую значимость этому вопросу придает факт преобладающей раскройки шахтных полей между глубинными разломами и сопутствующими им крупными разрывными нарушениями. Их роль в современных геодинамических процессах до настоящего времени до конца не выяснена и сводится к безусловному признанию повышенных геомеханических и геодинамических рисков. Горные работы вблизи этих разломов всегда ведутся в режиме повышенного контроля безопасности горных работ и состояния вмещающей геологической среды (устойчивости обнажений, газообильности пластов, водопритоков, повышенного горного давления и др.).

Все сопутствующие глубинным разломам разрывные нарушения чаще всего связаны с ними общей кинематической схемой. Несмотря на то, что в морфоструктурном плане эти нарушения выражены достаточно слабо, (что часто характерно для пологих структур) их геодинамический потенциал оценивается как достаточно высокий.

В последнее десятилетие в геологической литературе активно обсуждаются новые представления о тектоническом строении предгорных областей, включающих рудные и угольные месторождения нашей страны. Многие краевые участки платформ рассматриваются как элементы складчато надвиговых (складчато-покровных) систем. Это дополняет картину геодинамики складчатых систем, уточняет представления об их внутреннем строении и возможной реакции на внешние геодинамические воздействия.

Складчато-надвиговые системы формируются в специфической геодинамической обстановке надвигания горизонтальных плит («чешуй») на слабодислоцированные толщи платформ по системам протяженных горизонтальных надвигов (шарьяжами). При своем движении они образуют во фронтальной и тыловой частях надвиговых плит (в «аллохтонах») характерные пучки и веера наклонных разрывных нарушений («рампы» и «дуплексы»), которые формируют специфический «ансамбль взаимоподчиненных структур»

при общем геодинамическом сценарии их развития [6]. Предполагается наличие указанного типа структур для углевмещающего комплекса Южного Донбасса [7]. Многие черты этого механизма характерны для Кузбасса.

Наиболее существенные из признаки складчато-надвиговых зон - наличие под отрабатываемыми месторождениями крупных протяженных пологих тектонических зон и закономерно проявленных в углепородной толще характерных деформаций сопряженной системы надвигов. На горизонтальные движения подсеченных пологими зонами протяженных плит («пластин») указывают такие характерные структурные формы, как «взбрососкладки»

(пликативные формы деформаций пластов с «подворотами»), а также наклонные и с глубиной выполаживающиеся разрывы, часто образующие веерные системы.

Субвертикальные геодинамически активные структуры в местах их пересечения с пологими тектоническими разрывами складчато-надвиговых систем могут активизировать их движения и проявляться в характерных для указанного типа структур формах рисков, включая риски активизации сейсмических и газодинамических процессов.

3. ВЫДЕЛЕНИЕ ГЕОДИНАМИЧЕСКИ АКТИВНЫХ СТРУКТУР НА ОСНОВЕ ОЦЕНКИ НЕОДНОЗНАЧНОСТИ ПРЕДСТАВЛЕНИЙ ОБ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОМ СОСТОЯНИИ ПЛАСТОВ ПО ДАННЫМ ЦИФРОВЫХ НЕРЕГУЛЯРНЫХ МОДЕЛЕЙ ИХ ГИПСОМЕТРИИ (СПЛАЙН-АНАЛИЗ) Метод сплайн-анализа предназначен для выявления геодинамически активных зон низких рангов по результатам геологоразведочных и горных работ.

3.1. Исходные данные В качестве исходных данных для производства анализа используются результаты определения пространственных координат (X, Y, Z) точек пересечений пласта скважинами и (или) мест выполнения замеров в горных выработок. Система таких точечных измерения является цифровой нерегулярной моделью гипсометрии и служит информационной основой для последующего построения графических, аналитических и цифровых регулярных моделей гипсометрии пластов.

Сплайн-анализ выполняется в двух вариантах:

– по линиям замеров;

– по сетям замеров.

При выполнении сплайн-анализа по сетям замеров, помимо упомянутых геодезических координат X, Y, Z, используются данные об элементах залегания пласта в каждой точке сети ( – дирекционный угол направления линии падения пласта и – угол падения пласта в ней).

Элементы залегания могут определяться либо непосредственным (по результатам измерений в горных выработках, кернометрии, а также наклонометрической, ориентированной теле- и фотосъемки стволов скважин), либо косвенным методом – по результатам гипсометрических построений (по системе изогипс пласта). Непосредственный способ определения элементов залегания является предпочтительным.

При использовании косвенного метода, принятое для структурных планов сечение изогипс не должно превышать величины, предусмотренной регламентом, отобажнном в «Методических рекомендациях по выбору сечений изогипс, изолиний мощности и показателей качества при построении планов и разрезов угольных месторождений» (Мингео СССР, ВHИГРИуголь, Ростов-на-Дону, 1989). При ином сечении изогипс предварительно должны быть выполнены работы по их сгущению.

При подготовке исходных данных особое внимание необходимо уделять поиску и исправлению допущенных в ходе камеральной обработки полевых геологических измерений опискам, ошибкам и умолчаниям. Для этого следует сличать значения высотных отметок пласта, указанных на подсчетных планах с их значениями, следующими из указанного положения изогипс, а также с вычисленными (по известным отметкам устьев вертикальных скважин и осевым глубинам пластоподсечений) или измеренными на геологических разрезах отметками. При значимых расхождениях (более 2 м) следует обращаться к первичным геологоразведочным материалам.

3.2. Теоретические предпосылки В соответствии с теоремой Холлидейна кубический сплайн является функцией, которая, проходя через заданные точки под заданными углями наклона, обеспечивает минимально возможную величину интеграла от квадратов вторых производных (кривизны).

Известно, что потенциальная энергия, затрачиваемая на деформирование физического тела, например балки, пропорциональна именно интегралу от квадратов кривизны ее деформированной оси. Следовательно, минимизация интеграла квадратов вторых производных эквивалентна, по сути дела, минимизации потенциальной энергии и напрямую корреспондируется с принципом Гамильтона («все взаимодействия в природе происходят при минимальных затратах потенциальной энергии»), который, в настоящее время рассматривается как один из краеугольных законов природы.

Применение сплайн-функций для геометризации месторождений в полной мере отвечает и принципам российской геометрии недр, основанной на теории геохимического поля проф. П.К.Соболевского имеющей в своей основе общую теорию физического поля. В соответствии с этой теорией к числу основных четырех свойств полей геологических показателей относится плавность. Несомненно, данное свойство правомерно интерпретировать как требование к минимизации кривизны описывающих поле поверхностей, а, следовательно, – как требование к минимизации значений вторых производных интерполяционных функции.

Таким образом, использование сплайн-функций заключает в себе возможность выявления участков пластов, в пределах которых происходит локальное нарушение принципа минимума потенциальной энергии, которое безусловно должно быть присуща зонам развития современных геодинамических процессов.

3.3. Сплайн-анализ по сетям замеров Для его выполнения вся имеющаяся сеть наблюдений квадриангулируется, т. е. разделяется на систему выпуклых четырехугольных ячеек сети, вершинами которых являются точки измерений. В каждой точке измерений должны быть известны пространственные координаты и элементы залегания – рис. 3.1. Квадриангулирование выполняется таким образом, чтобы «покрыть» максимально возможную часть участка оценки. При этом перекрытие четырехугольных ячеек сети является не только допустимым, но и рекомендуемым.

Квадриангулирование преимущественно выполняется с использованием только ближайших друг к другу скважин. Однако для обеспечения примерного постоянства площадей ячеек сети (с целью снижения влияния фактора непостоянства плотности сети замеров на результаты анализа), отдельные замеры могут игнорироваться. Площадь ячеек признается приемлемо постоянной, если максимальная площадь ячейки сети превышает минимальную не более чем в два раза.

Вершины каждой четырехугольной ячейки условно нумеруются цифрами от 1 до 4, начиная с произвольной ее вершины с увеличением их по мере ее обхода по (или против) направлению движения часовой стрелки (рис. 3.2).

Рис. 3.1. Квадриангулирование сети измерений Для каждой ячейки определяются длины проекций диагоналей 1–3 (R1) и 2–4 (R2), а также проекции расстояний от вершин 1 и 2 до точки пересечений диагоналей К – соответственно r1 и r2. По результатам измерений вычисляются отношения указанных расстояний – параметры х и х':

r1 r x ;

x'.

R1 R2 (3.1) Геометрическая форма ячеек сети должна отвечать трем условиям:

– внутренние углы четырехугольника должны находиться в пределах от 25° до 155°;

– отношения х и х' должны находится в диапазоне от 0,3 до 0,7;

– отношение длины наибольшей диагонали к длине наименьшей не должно превышать 2,6.

Рис. 3.2. Оценочный четырехугольный блок и его основные параметры Ячейки, форма которых не отвечает перечисленным условиям, не выделяются.

Для каждой ячейки сети замеров вычисляется значение лямбда-критерия (). Данный критерий представляет собой взятую по абсолютной величине разность высотных отметок пласта в точке пересечения диагоналей четырехугольника, полученных из кубической сплайн-интерполяции вдоль диагоналей. Величина этой разности измеряется в нормальном к пласту направлении.

Для вычисления значения лямбда-критерия необходимо выполнить сплайн-интерполирование высотных отметок вдоль диагонали 1–3 и найти ожидаемую высотную отметку пласта в точке К – Z1-3. Эта отметка отвечает положению пласта, которое он должен был бы занять исходя из принципа минимума потенциальной энергии. Аналогично выполняется интерполирование на точку К по диагонали 2–4, в результате которого будет получено второе возможное значение отметки пласта в точке К – Z2-4. Теоретически, в случае одинакового энергетического состояния фрагмента пласта по обоим рассмотренным направлениям, величина разности | Z1-3 – Z2-4 | (именуемой лямбда-критерием в вертикальном направлении – в) должна быть равна нулю или незначительно отличаться от него за счет влияния технических погрешностей измерения исходных данных (пространственных координат и элементов залегания).

Значительная же величина разности | Z1-3 – Z2-4 | является свидетельством неравноправного энергетического состояния пласта по двум рассматриваемым направлениям.

Таким образом, в физическом плане лямбда-критерий является численным выражением имеющей место неоднозначности представлений об энергетическом состоянии пласта в контуре ячейки сети цифровой нерегулярной модели. Для приведения значения критерия в единую для пласта систему координат (ориентированную по перпендикуляру к напластованию), его значение пересчитывается в нормальное к пласту направление на основе использования данных об угле падения пласта в точке пересечения диагоналей к.

Расчет лямбда-критериев осуществляется по следующей схеме.

На структурном (подсчетном) плане или на плане горных работ в каждой вершине четырехугольной ячейки сети показывается направление линии падения пласта и определяются острые углы Аi (i = 1, 2, 3, 4) между ними и направлениями диагоналей (см. рис. 3.2). За направление диагонали принимается направление от замера с меньшим условным номером к бльшему. Используя значения угла падения пласта и острого угла Аi, для i каждой вершины ячейки сети вычисляется тангенс угла падения пласта в направлении диагонали:

tg i Т( i ). (3.2 ) cos A i Величине Т( i) присваивается знак «минус», если направления диагонали и направление линии падения согласны (замеры 1, 2 и 4 на рис. 3.2) или «плюс»

в противном случае (замер 3 на рис. 3.2).

Определение угла падения пласта в i-ой точке измерений косвенным i способом осуществляется на моноклинальных участках и на крыльях складок по измеренному углу падения на геологическом разрезе и острому углу Вi рл i между направлением разреза и направлением линии падения:

tg iрл (3.3) arctg i cos Bi При работе в замках складок используются специально отстраиваемые (с использованием данных о положении изогипс пласта) диагональные разрезы с определением их направлений в плане и углов падения пласта в их сечении.

Искомые элементы залегания в точках измерений координат находятся из решения известной задачи об установлении залегания плоскости по заданным углам падения в двух перекрещивающихся направлениях.

Для каждого четырехугольника сети скважин рассчитывается абсолютное значение ламбда-критерия разведанности гипсометрии в вертикальном направлении:

{ F1 x T( 1 ) F2 x T( 3 )} R1 ( Z3 Z1 ) F3 ( x ) Z в (3.4), { F x' T( 2 ) F2 x' T( 4 )} R 2 (Z4 Z2 ) F3 (x' ) Z где R1, R2 – горизонтальные длины проекций диагоналей 1–3 и 2– четырехугольных ячеек сети замеров;

х, х' – отношения длин, определенные по формуле 3.1;

Zi – высотная отметка пласта в точке i-го пластоподсечения или замера.

Функции Fj определяются по значениям параметров х или х' по формулам:

(1 x)2 x ;

F1 x (1 x)x 2 ;

(3.5) F2 x (3 2x ) x 2 ;

F3 x Рассчитанное по формуле (3.4) значение лямбда пересчитывается в нормальное к пласту направление:

в (3.6), cos к где к – угол падения пласта в точке пересечения диагоналей ячейки сети.

Значение угла к определяется по значениям тангенсов углов падения пласта в этой же точке по двум диагоналям (1–3 – для диагонали 1–3 и 2–4 – для диагонали 2–4):

Z3 Z (1 4x 3x 2 )T( 1 ) (2x 3x 2 )T( 3 ) 6x (1 x ) tg, R (3.7) Z4 Z (1 4x ' 3x '2 )T( 2 ) (2x ' 3x '2 )T( 4 ) 6x ' (1 x ' ) tg, R по формулам:

tg cos tg cos, (3.8) 13 13 24 ctg к tg 3 sin tg 4 sin 1 13 2 (3.9) ctg ctg sin( ), к к 13 1 где ctg ;

ctg ;

13 tg tg 13 – дирекционные углы направлений диагоналей ячейки сети.

, 1-3 2- Если tg 0, то в качестве принимается дирекционный угол 1-3 1- направления от вершины 1 к вершине 3, в противном случае от 3 к 1;

если 0, то в качестве принимается дирекционный угол направления 2–4, tg 2-4 2- в противном случае 4–2.

По завершению расчета лямбда-критериев по всем выделенным n ячейкам сети выполняется обработка полученных результатов.

Обработка начинается с формирования таблицы (таблица 3.1) в которой приводятся ранжированные (по мере возрастания) величины значения критериев разведанности.

Таблица 3.1. Расчет накопленных частостей Накопленная частость, Номер по порядку (k) Лямбда-критерий, м Р 1 0,4 0, 2 0,5 0, 3 0,6 0, 4 0,7 0, … … … k k k/n … … … 31 9,7 0, 32 (n) 10,3 1, Затем выполняется построение графика (рис. 3.3) зависимости значения накопленный частости от величины критериев, который аппроксимируется кубической параболой.

Рис. 3.3. Экспериментальная зависимость величины накопленный частости от значений лямбда-критериев Назначается несколько возможных значений накопленных частостей Р (начиная с 0,50 с шагом 0,10–0,25) для каждой из которых с помощью графика устанавливается соответствующий ей граничный уровень лямбда-критерия.

Например, на рис. 2.3 частости 0,5 отвечает =3,6 м, частости 0,76 – =5,9 м.

После этого выполняется построение нескольких вариантов картограммы лямбда-критериев. Картограмма представляет собой план, на котором цветом выделяются контуры ячеек сети, значения лямбда-критериев в которых превышают заданный граничный уровень (т. е. являются аномальными). Так приведенный на рис. 2.4,а фрагмент картограммы соответствует граничному уровню =3,6 м (частость 0,50), а на рис. 2.4,б – граничному уровню =5,9 м (частость 0,75).

Рис. 3.4. Картограммы лямбда-критериев.

Перебирая несколько вариантов картограмм (соответствующих различному уровню частостей) отыскивается такой, при котором аномальные ячейки формируют линейно ориентированные зоны, рассматриваемые как потенциально возможные зоны нахождения геодинамически активных структур. Так, проявившаяся на рис. 3.4,б зона размещения аномальных ячеек, может являться следствием влияния геодинимически активной линейной структуры, условно показанной на рисунке линией АВ. Выявленные рассматриваемым способом аномалии подлежат углубленному анализу с помощью других методов.

Расчет критериев разведанности и их интерпретация допустимо выполнять только в случае, если плотность сети выполненных измерений обеспечивает правомерность интерполяции высотных отметок в пространстве между ними. Оценка правомерности интерполяции осуществляется с помощью построения и анализа формы «кривой разведанности».

Исходными данными к построению кривой являются результаты многовариантных расчетов значений лямбда-критериев разведанности по трем группам квадриангулирования сети измерений:

– исходной, в качестве которой принимается на система четырехугольных ячеек, использованная для выполнения анализа (рис. 3.1) по которой определяются среднеарифметические значения лямбда-критериев и площадей ячеек S1;

– квадриангулирование по двукратно разреженной исходной сети (при многовариантном «игнорировании» каждого второго замера в их линиях), имеющей среднеарифметические значения лямбда-критериев и площадей ячеек S2 – рис. 3.5,а;

– квадриангулирование по четырехкратно разреженной исходной сети (при многовариантном «игнорировании» каждого второго замера в линиях и каждой второй линии), имеющей среднеарифметические значения лямбда критериев и площадей ячеек S3 – рис. 3.5,б.

Три полученные точки с «координатами» S2 и S3 наносятся 1, S1 ;

2, 3, на график и соединяются плавной линией – «кривой разведанности» (рис. 3.6).

Построение «кривой разведанности» без разрежений не допускается.

Полученный вид «кривой разведанности» анализируется с помощью таблицы решений (рис. 3.7), на основании которой делаются окончательные выводы о правомерности интерполяции высотных отметок.

Рис. 3.5. Квадриангулирование разреженных сетей измерений Рис. 3.6. Порядок построения «кривой разведанности»

При отнесении «кривой разведанности» к одному из приведенных в таблице решений виду, в случае если последующее среднее значение лямбда критерия меньше предыдущего, проверяется статистическая гипотеза об их равенстве. Статистические гипотезы о равенстве средних значений лямбда критериев проверяются стандартными методами математической статистики.

Рис. 3.7. Таблица решений по оценке правомерности интерполяции высотных отметок Для этого определяются параметры:

nк к n j j, (3.10) кj nк n j к j to, (3.11) кj nк n j где и – среднеквадратические отклонения значений лямбда-критериев от к j средних для к-ой и j-ой точек кривой:

nк и nj – число оценочных блоков, использованных при расчетах средних значений критериев в к-ой и j-ой точках кривой;

к и j – средние значения ламбда-критериев для к-ой и j-ой точек кривой.

Если to меньше, чем величина t, определенная по табл. 3,2, то делается вывод о равенстве рассматриваемых средних значений к и j.

Таблица 3.2. Таблица процентных точек t-распределения при уровне значимости 0, t t n j + nк 2 n j + nк 1 6,134 14 1, 2 2,920 15 1, 3 2,353 16 1, 4 2,132 17 1, 5 2,015 18 1, 6 1,943 19 1, 7 1,895 20 1, 8 1,860 25 1, 9 1,833 30 1, 10 1,812 40 1, 11 1,796 60 1, 12 1,782 120 1, 13 1,771 1, Применение рассмотренного метода допустимо без ограничений когда «кривая разведанности» относится к типам 1, а, б, в.

В случае если «кривая разведанности» относится к типам 2, а, б, в, то применение метода сплайн-анализа допустимо лишь в случае, если площади ячеек сети по исходной сети квадриангуляции не превышают значения Sкр.

Если «кривая разведанности» относится к типам 3, а, б, в, то применение рассмотренного метода сплайн-анализа не допускается.

Средством автоматизации выполнения вышеописанных расчетных схем является программа «DRU», рекомендованная ФГУ «Государственная комиссия по запасам полезных ископаемых» (протоколом НТС от 22.05.2007) для оценки достоверности определения основных подсчетных параметров при категоризации и подсчете запасов угольных месторождений.

3.4. Сплайн-анализ по линиям замеров Данный метод анализа применяется как в качестве дополнительного по отношению к вышеописанному методу сплайн-анализа, так и в случае, когда применение последнего не допустимо (из-за большого расстояния между линиями замеров, не обеспечивающего правомерность интерполирования высотных отметок в пространстве между этими линиями).

Исходными данными для производства анализа являются пространственные координаты (X, Y, Z). Дальнейшее изложение методики ориентировано на применение условной системы координат, в которой используются горизонтальные расстояния между замерами пласта в плоскости разреза (рассчитываемые по координатам Х и Y) и его высотные отметки в них.

Для производства анализа сеть замеров делится на группы перекрывающих друг друга миниразрезов, состоящих строго из четырех замеров. На рис. 3.8 такими миниразрезами являются разрезы по группам скважин 1–2–3–4, 2–3–4–5 и 3–4–5–6.

Построение разрезов выполняется преимущественно с использованием только ближайших друг к другу скважин. Однако для обеспечения примерного постоянства расстояний между замерами (с целью снижения влияния этого фактора на результаты анализа), отдельные замеры могут игнорироваться.

Рис. 3.8. Формирование миниразрезов Предельно допустимое колебание расстояний не лимитируется, но рекомендуется чтобы максимальное расстояние между замерами превышало минимальное не более чем в три раза.

Окончательное решение о влиянии изменчивости расстояния на результаты расчетов принимается по результатам оценки устойчивости результатов нескольких вариантов анализа, выполненных при различных конфигурациях сети наблюдений.

По каждому миниразрезу определяются ожидаемые углы падения пласта в точках измерений по схеме, соответствующей обозначению номеров скважин по четверке замеров 1–2–3–4.

Во-первых, формируется и решается система двух уравнений, обеспечивающая получения значений углов падения в первом (1) и четвертом замере (4) миниразреза.

Z1)F3 ( x 2 ) Z1, Z2 (F ( x 2 ) tg 1 F2 ( x 2 ) tg 4 )L ( Z (3.12) Z1)F3 ( x 3 ) Z1, Z2 (F ( x 3 ) tg 1 F2 ( x 3 ) tg 4 )L ( Z r2 r где x 2 ;

;

x L L r2 – горизонтальное расстояние между замерами 1 и 2;

r3 – горизонтальное расстояние между замерами 1 и 3;

L – горизонтальное расстояние между замерами 1 и 4;

F1, F2 и F3 – функции от х2 и х3 рассчитанные по формулам (3.5);

Zi – высотная отметка i-го замера.

Во-вторых, по установленным тангенсам конечных углов 1 и рассчитываются углы падения в точках 2 и 3:

Z Z tg 1(1 4x 2 3x 2 ) tg 4 (2x 2 3x 2 ) 6x 2 (1 x 2 ) 4, tg 2 2 L (3.13) Z Z 2 tg 1(1 4x3 3x3 ) tg 4 (2x 3 3x3 ) 6x3 (1 x3 ) 4, tg L Производится аналогичная обработка всех миниразрезов. В результате по каждому из имеющихся замеров будет определено от одного до четырех значений углов падения (по числу миниразрезов, использующих рассматриваемый замер).

Из числа определенных для каждого замера вариантов значений углов выбираются два угла, максимально отличающиеся от принятого при построениях в большую и меньшую стороны (например, для замера по скважине А такими углами являются max и min – рис. 3.9). Используя A A значения этих углов, для каждой пары пластоподсечений А и В отстраиваются возможные граничные (верхние и нижние) положения размещения пласта в недрах (кривые АСВ и ADВ на рис. 2,9). Заключенная между ними зона является зоной неопределенности в положении пласта, определяющая оценки его возможного энергетического состояния.

Рис. 3.9. Построение зоны неопределенности в положении пласта Построение кривых АСВ и ADВ производится по двум исходным (А и В) и трем дополнительным точкам (при х = 0,25;

х = 0,50;

х = 0,75, т. е. удаленных от точки А, соответственно, на четверть, половину и три четверти от горизонтального расстояния между точками А и В – LАВ) с использованием предельных значений углов падения А (последовательно равному A max или В ) и В (равному В max или A min ):

min Z( x ) (F x tg A F2 x tg A )LAB ZA )F3 ( x ) ZA, (3.14) ( ZB где Z(х) – расчетная высотная отметка почвы пласта в точке, удаленной от начальной точки пары замеров на нормированное расстояние х;

А, В – углы падения пласта в начальном и конечном замерах (в случае, если направление падения пласта совпадает с направлением от начальной к конечной точке, то тангенсу угла присваивается знак «минус», в противном случае – «плюс»);

ZА, ZВ – отметки почвы пласта в начальном и конечном замере;

LАВ – горизонтальное расстояние между начальным и конечным замерами.

Основным признаком наличия существенно неоднозначных представлений об энергетическом состоянии пласта является установленная форма зоны неопределенности. Ширина зоны неопределенности имеет подчиненное значение, но ее следует учитывать с целью исключения возможности ее проявления в связи влиянием технических погрешностей используемых исходных данных. Ширину зоны, начиная с которой она подлежит интерпретации рекомендуется принимать на уровне 5 м.

В случае, если эта зона имеет чечевичную форму при которой ожидаемое (по данным геологического разреза) положение пласта (кривая АЕВ на рис. 3.9) расположено между его верхнем и нижнем предельными положениями (кривые АСВ и ADB на рис. 3.9), то делается вывод о возможности нахождения между рассматриваемой парой замеров элемента геодинамически активной структуры. После выявления элементов геодинамически активной структуры по нескольким линиям замеров, производится их взаимоувязка с целью ее трассирования.

Средством автоматизации выполнения расчетных схем сплайн-анализа по линиям замеров является программа «OMR», рекомендованная ФГУ «Государственная комиссия по запасам полезных ископаемых» (протоколом НТС от 22.05.2007) для оценки достоверности определения основных подсчетных параметров при категоризации и подсчете запасов угольных месторождений.

4. ИНСТРУМЕНТАЛЬНАЯ ЗАВЕРКА ГЕОДИНАМИЧЕСКИ АКТИВНЫХ СТРУКТУР НА ОСНОВЕ МОНИТОРИНГА ГЕОФИЗИЧЕСКИХ И ДЕФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ Решение задачи осуществляется при помощи разработанных во ВНИМИ геофизических приборов, основанных на регистрации как искусственно создаваемых (излучаемых в массив) электромагнитных полей, так и естественного электромагнитного излучения, типа:

АЭШ – 1 (используется наведенное электромагнитное поле с частой волн 500 кГц);

"Ангел", "Импульс" (регистрируются параметры естественного электромагнитного излучения массива).

Бесспорным преимуществом использования геофизических методов заверки является достоверность и оперативность получения информации о состоянии массива, представительный охват области эксперимента при постановке исследований. К их недостаткам относят косвенный характер зависимости регистрируемых характеристик от показателей напряженного состояния пород в массиве. Как правило, указанный недостаток компенсируется избыточным набором измерений на прогнозируемых участках, многократным проведением измерений в случае неоднозначной интерпретации их результатов с уточнением критериальных значений.

В зависимости от поставленной перед геодинамическим районированием территории цели, заверка положения геодинамически активных разломов или иных неотектонических структур (кольцевых купольных поднятий) может осуществляться выполнением геофизических наблюдений на поверхности районируемой территории, в подземных горных выработках и общей совокупностью данных наблюдений. Участки территории земной поверхности, подверженные влиянию современной тектонической активности характеризуются нестабильным состоянием недр.

В основе использования геофизических методов оценки геодинамической активности недр лежит известный факт проявления резких аномалий в структуре естественных и наведенных физических полей вблизи очагов напряженного состояния массива и геодинамически активных нарушений.

Аномалии эти проявляют себя как в пространственной изменчивости регистрируемых параметров излучения, так и в резких временных вариациях параметров полей вблизи очагов концентрации напряжений и геодинамически активных нарушений на фоне слабо изменяющихся во времени параметров физических полей на удалении от указанных аномальных зон.

Технология выполнения геофизических наблюдений на земной поверхности и подземных выработках для заверки выявленных геодинамически активных структур с примерами изложена в приложении 2. Комплекс проводимых с этой целью геофизических наблюдений обычно является базовым для последующей организации на территории шахтных полей постоянного геодинамического мониторинга.

5. ВЫЯВЛЕНИЕ ГЕОДИНАМИЧЕСКИ АКТИВНЫХ СТРУКТУР С УЧЕТОМ ПОЛОЖЕНИЯ СЕЙСМОАКТИВНЫХ ЗОН И СЕЙСМОКОНТРОЛИРУЮЩИХ СТРУКТУР При выполнении задач геодинамического районирования должны учитываться следующие модельные представления о роли современных сейсмогенных процессов в современной геодинамике недр [9].

Геодинамически активные структуры, в силу своей природы тесно связаны с развитием сейсмогенных разломов и сейсмоконтролирующих структур. Положение последних достаточно детально изучено и представлено в действующем нормативном документе сейсмического районирования ОСР-97.

Этот норматив включает комплект карт сейсмического районирования всей территории России и Северной Евразии.

Заложенная в основу методики ОСР-97 концепция оценки сейсмической опасности недр, основывается на построении модели источников землетрясений (модели очаговых зон - МОЗ) и модели возможного сейсмического эффекта от их проявления (МСЭ) [10].

Модель источников землетрясений строится на основе линеаментно доменно-фокальной (ЛДФ) модели зон возникновения очагов землетрясений (зоны ВОЗ). В ней рассматриваются четыре масштабных уровня территориального охвата районируемой территории: регион (как структурно обособленный элемент земной коры с индивидуальным характером сейсмического режима) и три его основных структурных элемента – линеаменты, домены и потенциальные очаги землетрясений.

Линеаменты отображают трассы сейсмоактивных структур, несут основную часть сейсмического потенциала недр и охватывают площадь локализации очагов наиболее крупных землетрясений (для линеаментов принята магнитуда М6). На территориях угольных бассейнов и стратиформных рудных полей линеаменты формируют сети, в которых основную сейсмическую опасность представляют узлы их взаимного пересечения (дислокационные узлы). Наиболее опасные из них представляют Потенциальные очаги землетрясений. Участки между линеаментами представляют Домены, в которых плотность очагов землетрясений минимальна и возможная магнитуда событий составляет не более 5.5.

Таким образом, заложенная в методику геодинамического районирования концепция имеет весьма близкие аналогии с концепцией сейсмического районирования ОСР-97 в части модельного представления элементов геологической среды. Выделяемые в процессе районирования геодинамически активные структуры, геодинамические блоки и узлы сочленения структур в линеаментно-доменно-фокальной моделе зон ВОЗ соответствуют понятиям линеаментов, доменов и потенциальных очагов землетрясений.

При осуществлении подземной добычи горный массив в границах горного отвода часто оказывается в сфере сейсмического воздействия природных и техногенных сейсмических явлений. С определенных глубин отработки пластов на угольных шахтах начинают происходить специфические сейсмические активизации, в ряде случаев приобретающие весьма интенсивный характер.

Сейсмические явления все чаще возникают вблизи горнодобывающих предприятий с высокой интенсивностью добычи, включая угольные шахты с высокоскоростными лавами и крупными площадями добычи. В развитии современных сейсмических процессов все более заметную роль играют процессы масштабного техногенного воздействия на недра региона крупнейших горнодобывающих агломератов.

Энергетическое воздействие на недра ряда крупных угольных шахт и разрезов Кузбасса вызвало активизацию сейсмических процессов вблизи горнодобывающих предприятий в гг. Осинники и Полысаево. Происходящие в этих районах сейсмические процессы приняли форму «роевых» потоков микроземлетрясений, приуроченных к районам угольных месторождений, разрабатываемых на больших глубинах в условиях высоких природных напряжений. В силу малости глубин гипоцентров (до 2-5 км), эти события характеризуются высокой сотрясаемостью земной поверхности и представляют фактическую угрозу жизнедеятельности населения.

Несмотря на безусловно активное влияние подземных горных работ на проявления сейсмических активизаций, природа их подчинена в первую очередь наличию высокой концентрации естественных природных напряжений, связанных с развитием современных геодинамических процессов.

На это, например, указывает специфическая линейно организованная конфигурация зон роения очагов и большая удаленность внешнего ареола событий, далеко выходящих за границы зоны влияния подземных горных работ.

На участках проявления подобного рода сейсмических активизаций, трассы пересекающих их геодинамически активных структур могут быть выявлены или уточнены по материалам инструментальной регистрации сейсмических процессов. Методический путь их исследования заключается в следующем. На карте эпицентров событий указываются направления вытянутости зон роения очагов в эпицентральной области, а также указываются направления, вдоль которых очаги событий группируются, на внешних (периферийных) участках этих зон. Построенные направления уточняются по совокупности вышеописанных методов анализа.

Перспективность использования этого метода основана на продолжающемся развитии региональных и шахтовых сейсмических сетей.

Региональные сейсмические сети (Кольская, Кузбасская, Красноярская, Полысаевская) и шахтовые (Норильская, Североуральская, Воркутинская, Таштагольская) обеспечивают решение целого комплекса геодинамических задач, включая трассировку активных структур.

Достаточно перспективными в плане решения задач геодинамического районирования являются не только регистрации природных сейсмических событий, но и событий-откликов, провоцируемых проведением крупных промышленных взрывов, повышением скоростных режимов отработки лав превышение критических глубин отработки пластов.

Материалы районирования уточняются по мере накопления сейсмологической информации.

6. ТИПИЗАЦИЯ УСТАНОВЛЕННЫХ ГЕОДИНАМИЧЕСКИ АКТИВНЫХ НАРУШЕНИЙ И ПРЕДСТАВЛЯЕМЫХ ИМИ ФОРМ ГЕОДИНАМИЧЕСКОГО РИСКА Исходя из результатов выполняемого геодинамического районирования, дается оценка кинематическим типам выделенных активных структур, а также формам и мерам представляемых ими геодинамических рисков.

Оценка форм и характера геодинамических рисков дается на основании имеющегося опыта оценки их негативного влияния на месторождениях Кузбасса, Воркуты, СУБРа, Кольского полуострова, Норильска, Камчатки, а также прогнозируемых форм их воздействия на состояние вмещающей геологической среды с учетом нижеследующих факторов:

физико-географической характеристики природной зоны территории районирования (горная система, плоскогорье, низкогорье, мелкосопочник, всхолмленная равнина, пенеплен и т.д.);

положения участка геологической среды по отношению к ближайшим крупным геодинамически активным системам (например в центральной или краевой части геодинамического блока);

тектонического типа месторождения и степени сложности его тектонического строения;

наличие в окрестностях шахтного поля очагов исторических землетрясений, техногенных сейсмических событий, зон роения сейсмических событий или сейсмической активизации;

«балльность» (степень сейсмоуязвимости) территории районирования на картах ОСР-97. Положение районируемой территории по отношению к ближайшим сейсмогенным разломам;

положение участка районирования по отношению глубинным разломам и сопутствующим им разрывным нарушениям. Наличие в основании отрабатываемых свит пластов пологих тектонических зон;

наличие на районируемой территории случаев проявления горных (горно тектонических) ударов, внезапных обрушений кровли, внезапных выбросов или иных газодинамических явлений, наличие источников систематического (периодического) сейсмического воздействия взрывных работ, производимых на близкорасположенных объектах открытой добычи;

наличие смежных объектов угледобычи, суммарная площадь и диапазон глубин развития горных работ (оценивается степень техногенной нагрузки на недра);

использование интенсивных технологий добычи (скоростных лав, длинных очистных забоев, протяженных выемочных столбов);

наличие смежных затопленных угольных шахт, вышележащих затопленных пластов, а также перспектив их возникновения на этапе предполагаемого использования результатов районирования;

степень газоносности пластов и подстилающей углепородной толщи.

Кинематический тип геодинамически активных структур устанавливается на основании проявленности в рисунке рельефа морфоструктурных признаков вертикальных и горизонтальных движений геологических блоков (по показателю «напряженности» рельефа, расчетным отметкам оснований смежных блоков), наличию признаков проницаемости геологической среды и «раскрытости» геодинамически активных структур (по наличию «россыпей»

крупнообломочных пород, курумов, мульд, террасс, расщелин на земной поверхности).

Основными кинематическими типами структур шахтных полей являются взбросовая или взбросо-сдвиговая кинематика. Достаточно редкие случаи проявления раздвиговой кинематики носят подчиненный характер и, в основном, встречаются при развитии локальных «компенсационных»

процессов в общей схеме взбросо-сдвиговых движений.

Каждый из указанных кинематических типов геодинамически активных структур обладает специфическими формами воздействия на вмещающий их горный массив и проводимые в нем подземные горные работы. Взбросовые структуры чаще несут риски повышенного горного давления и горных ударов, взбросо-сдвиговые – внезапных выбросов, раздвиговые – высокой проницаемости геологической среды, самовозгорания пластов, водообильности горных выработок.

По результатам геодинамического районирования площадь может быть разделена на участки с различным характером проявления геодинамической активности, исходя из кинематических типов выявленных геодинамически активных структур.

Относительно равномерное распределение выявленных геодинамически активных структур в пределах шахтного поля является признаком системного построения сети с шагом чередования активных структур порядка 0,5-1,5 км и преимущественной ориентацией их по диагональной динамопаре в СВ-ЮЗ и СЗ-ЮВ направлениях.

Главенствующим фактором современного геодинамического режима как рудных, так и угольных месторождений, как правило, является единый план развития блоковых деформаций на их территории. Во многих случаях этим режимом продиктована общая особенность кинематических схем движения большинства крупных тектонических блоков в складчато-надвиговых системах в форме сдвиговых (надвиговых) смещений блоковых структур (в Воркуте, Кузбассе - в ЮЗ-СВ или ЮВ-СЗ направлениях).

Вдоль указанных направлений, например, ориентированы большинство активных в настоящее время структур и линеаментов в Кузбассе. В основном эти структуры представляют собой субвертикальные либо наклонные взбросо сдвиги 3-6 масштабных рангов, ограничивающие северо-западные и юго восточные фланги геодинамически активных блоков.

Вдоль геодинамически активных структур с раздвиговой (реже – сдвиговой) кинематикой возможно проявление повышенных газовыделений, в том числе связанных с движением восходящих потоков газоносных флюидов в системах газодинамических каналов миграции.

На основании многолетних инструментальных наблюдений, анализа и обобщения опыта отработки угольных месторождений Кузбасса и Воркуты установлено, что геодинамически активные структуры начинают проявлять негативное влияние на состояние недр, лишь начиная с некоторых (иногда – достаточно значительных) глубин, на которых они способствуют развитию нижеследующих явлений:

горных, горнотектонических ударов и динамического заколообразования;

внезапных выбросов и других газодинамических явлений, связанных с повышенной газоносностью пластов;

глубинных толчков, сотрясений массива, глухих ударов, различных форм «толчкообразного» разрушения пород в глубине массива сопровождаемого звуком и сотрясением массива вблизи контуров действующих выработок;

повышению концентрации опорных напряжений впереди забоя лавы и приближению их максимума к груди забоя;

отжимов и осыпаниями угля из груди забоя, часто сопровождаемых резкими щелчками, тресками;

возрастанию дальности действия зон ПГД в нижележащую толщу и времени их негативного влияния на отработку нижележащих пластов;

повышенной проницаемости геологической среды, дренажа вод вышележащих водоносных горизонтов в действующие горные выработки с высокими водопритоками;

увеличенной глубины распространения зон нарушенных, обводненных и окисленных углей пластов, особенно в зонах выходов пластов под наносы;

внезапных (часто – динамических) слоевых обрушений, либо динамических подвижек слоев кровли на участках их зависания (например в залавном пространстве, широких камерах, монтажных нишах и т.д.);

активизации блоковых подвижек подстилающей углепородной толщи в стадии е подработки действующими очистными лавами на рабочих пластах свиты;

внезапных перераспределений горного давления от мест ведения горных работ на удаленные участки пласта (рудного тела) вдоль направления простирания геодинамически активных структур;

зон расслоений и механического ослабления пород кровли, способствующих развитию процессов их самообрушения, вывалообразования;

участков пониженной устойчивости обнажений угольного пласта в груди забоя и в бортах выработки;

увеличению числа малоамплитудных нарушений пластов с амплитудами смещения до 3 м;

«роевых», «потоковых» сейсмических событий слабого энергетического класса в зонах сейсмических активизаций и проявления техногенных сейсмических событий;

локальных флексурных искривлений и подворотов пластов, а также контрастных изменений условий их залегания;

изменений мощностей угольных пластов (рудных тел) и слоев непосредственной кровли;

периодической активизации негативных геомеханических процессов вблизи активных структур после производства взрывных работ на ближайших объектах открытой добычи;

локально проявляемых деформаций крепей горных выработок, в том числе с признаками их горизонтального сжатия;

восходящей инфильтрации потока газоносных флюидов из подстилающей геологической толщи;

повышенной засоренности, окисленности и зольности угольных пластов на верхних горизонтах и выходах пластов под наносы;

повышенной аэрации пластов и связанной с этим опасности их самовозгорания.

7. ВЕДЕНИЕ ГОРНЫХ РАБОТ НА УЧАСТКАХ ГЕОДИНАМИЧЕСКОЙ ОПАСНОСТИ Выделенные при геодинамическом районировании геодинамически активные структуры относятся к опасным геодинамическим зонам, начиная с глубины отнесения угольных пластов к угрожаемым по горным ударам либо с глубин, указанных на основании материалов районирования организацией исполнителем. Границы таких участков должны быть отоображены в проектах ведения горных работ, на обменных и рабочих планах.

Ответственным за изображение на обменных и рабочих планах горных работ границ зон повышенной геодинамической активности, и учет этих зон является главный геолог шахты.

Горные работы в зонах повышенной геодинамической активности должны проводиться по специальному проекту мероприятий, разработанному предприятием, в соответствии с требованиями действующих нормативных документов [7, 10].

С утвержденным проектом мероприятий в опасной зоне главный технолог предприятия должен ознакомить должностных лиц, ответственных за их реализацию и контроль.

При подходе горных выработок к границам опасной зоны главный геолог уведомляет об этом технического руководителя в соответствии с нормативными документами [4, 14].

Если в процессе ведения горных работ установлено, что утвержденные мероприятия не обеспечивают безопасность, все работы должны быть немедленно прекращены до внесения необходимых изменений с последующим переутверждением проекта в установленном порядке.

Оценка геодинамической активности участка производится после проведения локального прогноза с оценкой форм риска, указанных в материалах геодинамического районирования, с последующим выполнением профилактических мероприятий и контролем их эффективности ихвыполнения.

Приложение к Руководству по геодинамическому районированию шахтных полей утвержденному приказом Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору от «_» _ 2012 г. №.

ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГЕОДИНАМИКА – наука о процессах, происходящих в земной коре и силовых полях, проявляющихся в этих процессах и происходящих под действием современных тектонических напряжений, общепланетарных процессов, связанных с энерго- и массообменом, техногенного воздействия на недра объектов добычи полезных ископаемых и крупных инженерных сооружений. Геодинамические процессы проявляются в нестабильном состоянии земных недр, во взаимных подвижках отдельных геологических блоков в земной коре, а также связанных с ними сейсмических явлениях, локальных разрушениях ответственных инженерных объектов: подземных горных выработок, бортов угольных разрезов, тоннелей, трубопроводов, мостов, железнодорожных путей и.т.д. Термин определн в соответствии с последней версией геологического словаря ГЕОДИНАМИЧЕСКОЕ РАЙОНИРОВАНИЕ НЕДР – выделение на местности и отображение на картографической документации комплексов геодинамически активных структур на основе процедур реконструктивного анализа строения недр с привлечением методов морфоструктурного, морфометрического, структурно-геологического, горно-геометрического анализа, сплайн-анализа, а также фиксации и изучения нестабильного состояния недр по признакам изменчивости подземного строения геологической среды;

МОНИТОРИНГ – включает три слагаемых осуществления контрольных функций, определенных задачами мониторинга:

организацию и проведение режимных инструментальных наблюдений по комплексу контролируемых параметров вмещающей геологической среды в границах шахтных полей;

анализ регистрируемых параметров с целью раскрытия основных тенденций и закономерностей их временных и пространственных изменений;

прогнозирование развития контролируемого процесса во времени и с проведением оценки его возможных последствий.

ГЕОДИНАМИЧЕСКИЙ ПОЛИГОН – территориально закрепленный на местности участок проведения мониторинговых наблюдений, организуемый в соответствии с целями и задачами проводимого мониторинга. Конструктивно состоит из сетей мониторинга, линий коммутационной связи, центра сбора и обработки информации. Создание оптимальных конструкций и пространственная увязка сетей мониторинга осуществляются на принципах единства (природы регистрируемых процессов) и дополнительности (регистрируемых характеристик, объектов, форм и методов наблюдений).

ГЕОДИНАМИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ – разнообразные формы проявления относительных движений и деформаций горного массива в реальном масштабе времени, а также связанные с ними физико-химические, газо- и гидродинамические процессы, происходящие в горном массиве.

Геодинамическая активность выражается в относительных смещениях массивов горных пород по границам геологических блоков, проявлениях сейсмических событий различного энергетического класса, повышенной миграции водных растворов и газа, а также изменении физико-химических полей в зонах сместителей разрывов.

ГЕОДИНАМИЧЕСКИ АКТИВНЫЕ СТРУКТУРЫ (ГАС)– обобщенное понятие существующих или зарождающихся геологических деформаций, выраженных в виде складок, флексур, разрывов, вдоль которых происходит смещение одних участков массива горных пород относительно других. В основном геодинамически активные структуры в границах шахтных полей отражают картину внешнего проявления глубинных процессов недр, в изменении структуры горного массива в реальнои времени. Они могут быть проявлены слабыми структурными изменениями и в виде зон ослабленного состояния угольного пласта и пород кровли. ГАС характеризуются повышенным уровнем напряжений, высокой изменчивостью параметров геологической среды в пространстве и их нестабильным состоянием во времени. При увеличении глубины ведения горных работ повышается степень геодинамической активности, и геодинамически активные структуры несут риски негативных для техногенной деятельности проявления процессов:


горного давления, газовых выбросов,. горных ударов, создания иных аварийных ситуаций при осуществлении подземной добычи.

СТЕПЕНЬ ГЕОДИНАМИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ – относительная мера интенсивности движения блоков горного массива и земной поверхности по геодинамически активным зонам, выявляемым в процессе мониторинга.. По результатам наблюдений за смещениями точек сетей мониторинга выделяют периоды слабой, средней и высокой геодинамической активности характеризующиеся абсолютной скоростью смещения точек сетей (относительно опорных пунктов GPS-наблюдений) соответственно до мм/год, 20-50 мм/год и более 50 мм /год.

На удалении от сетей мониторинга степень геодинамической активности оценивается по визуальным признакам деформирования земной поверхности в поле геодинамически активных структур. К наиболее слабым проявлениям геодинамических процессов относятся диссипативные структуры, энергия которых рассеивается в пределах верхних горизонтов земной коры и лишь в виде слабых импульсов проявляется на поверхности. Она улавливается дистанционными методами мониторинга, отображаясь в виде оптических (тонометрических) аномалий, созданных ландшафтной дифференциацией. К признакам средней степени геодинамической активности относится появление раскрывающихся трещин, проявленных на поверхности в виде бороздовых форм земной поверхности за счет проседающего в эти трещины грунта.

К признакам высокой геодинамической активности относится проявление опасных деформаций конструктивных элементов крупных инженерных сооружений, коммуникационных систем, а возможно – их порывы.

ПРОГНОЗ ГЕОДИНАМИЧЕСКИХ ПОСЛЕДСТВИЙ – установление наиболее вероятных форм проявления и степени геодинамической активности на территории полигона, связанных с осуществлением подземной добычи;

ГЕОДИНАМИЧЕСКИЙ РЕЖИМ – сохраняющаяся на определенный период времени степень геодинамической активности недр, проявляемая в однотипном развитии геодинамических процессов ГЕОДИНАМИЧЕСКАЯ ОБСТАНОВКА (ГО) – геодинамический режим на определнных участках земной коры. При отсутствии геодинамических угроз и рисков геодинамическая обстановка характеризуется как спокойная. ГО ассоциируется с определнной сейсмической обстановкой.

МОРФОСТРУКТУРНЫЙ АНАЛИЗ (МСА) – исследования связи геоморфологической структуры какой-либо территории с геолого тектоническим строением и геодинамическими процессами. Частным методом МСА является морфометрический анализ рельефа. Синонимом МСА является структурно-геоморфологический анализ рельефа.

Он разработан специалистами ГЕОМОРФОЛОГАМИ как метод картирования геологических нарушений по косвенным картографическим (топографическим) признакам, в первую очередь - по степени проявленности этих нарушений в рельефе земной поверхности. Основу метода составляют понятия базисной, вершинной и разностной (как показателя суммарного расчленения исходной поверхности пенеплена или педиплена) поверхностей.

Они представляют собой поверхности касания верхних и нижних точек рельефа и разностной величины между ними, адекватно отображающих новейшие тектонические деформации и градиентные зоны геодинамической нестабильности.

Наиболее активно метод морфоструктурного анализа используется для целей геодинамического районирования недр. Базовым положением методики является ранжированность выделяемых структур по масштабным признакам на геодинамически активные структуры различных рангов (c I по VII), из которых в границах шахтных полей обычно выделяют структуры рангов с III по VII.

Производными от метода морфоструктурного анализа являются методы гидрографического анализа, в которых возникли самостоятельные направления.

При выделении границ активных блоков в качестве руководящих признаков МЕТОД ГОНИОБАЗИТ рассматривает схему геометризации гидрографической сети по числу узлов разветвления однопорядковых водотоков. МЕТОД ИЗОЛОНГ основывается на геометризации гидрографической сети по протяженностям однопорядковых водотоков. Дополнительными заверочными признаками положения границ активных блоков являются различные нагрузочные свойства потоков, развитие меандр (овальных изгибов русла, образованных течением реки).

МОРФОМЕТРИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ РЕЛЬЕФА (ММАР) – исследование многочисленных геометрических параметров кривизны земной поверхности, выявленных на местности и со снятых стопографических и других изолинейных карт и их геолого тектоническое, геодинамическое истолкование. Успешность морфометрических исследований определяется тремя взаимосвязанными условиями: а) математической корректностью в выборе, конструировании и вычислении морфометрических параметров, б) чткими представлениями об их геометрической сущности, в) теоретической обоснованностью динамической интерпретации морфометрических построений.

Успешность использования ММАР определяется глубокой теоретической проработкой связи рельефа с динамическим анализом земных недр и успехами в практическом его применении.

ЛИНЕАМЕНТ, ЛИНЕАМЕНТНЫЕ ЗОНЫ И СИСТЕМЫ- первоначально понимались линейно ориентированные и дуговые структурные элементы планетарного значения, связанные с разломами и глубинными разломами (по У.Хоббсу, 1904-11гг).

Затем появилось разделение линеаментов по иерархическому признаку: от транконтинентальных до локальных. С появлением космических снимков под линеаментами стали понимать только азимутально ориентированные их разновидности. В настоящее время это понятие включает не только линейные и полосовые фотоаномалии,.

связанные с амплитудными и безамплитудными разломами, их системами разной геометрии, но и выделяемые геоморфологическими,. морфометрическими или дистанционными методами, адекватно отображающими тектонические дислокации Линейные, дугообразные и иной геометрии элементы рельефа или их комплексы, обнаруживающие себя на космоснимках в виде протяженных линейных зон и штриховых структур, связанные по различным версиям – с глубинными разломами или приповерхностной частью разрывных нарушений (разломов, крупных трещин). Для выявления этих зон с помощью специализированных программных продуктов используется ЛИНЕАМЕНТНЫЙ АНАЛИЗ.

ЛИНЕАМЕНТНЫЙ АНАЛИЗ (ЛА) – анализ связи линеаментов и произодных от них понятий с геолого-тектоническм стоением и геодинамическими процессами. ЛА эффективный комплекс геоморфологических, геологических, дистанционных и других методов картирования и изучения геодинамически активных структур, основанный на свойстве рельефа земной поверхности на быстрое реагирование на геологических нарушений, по которым в земных недрах происходят деформационные и энергообменные процессы. ЛА академик В.Е.Хаин и его последователи выделили из общей геотектоники автономное научное направление – линеаментную тектонику. С его помощью осуществляется поиски самых разнообразных, в том числе и нефтегазовых месторождений, решаются вопросы современной геодинамики недр, предпринимаются попытки прогнозирования сейсмических и иных геодинамических явлений СПЛАЙН АНАЛИЗ – метод выявления и оценки меры соответствия фактической формы угольных пластов их оптимальной (с точки зрения энергозатрат) конфигурации, отвечающей условию минимума затрат энергии на складкообразовательные процессы.

Считается, что оптимальная форма пластов в идеале отвечает функции кубического сплайна нижеследующего видавида:

2 zк zн 3 2 x x2 zн zi 1 xi xi tg 1 xi xi tg L н к где zi – высотная отметка произвольной точки микропрофиля протяженностью L, xi расстояние от его начала до точки i, zн и zк – высотные отметки начальной и конечной точек микропрофиля, н и к – углы наклона пласта в начале и в конце микропрофиля.

Несоответствие фактической формы пластов форме кривой описанной выше сплайн функции указывает на наличие в рассматриваемом интервале аппроксимации пласта сместителя геологического нарушения или влияния вторичных геодинамических процессов, изменивших первоначальную форму складки.

МЕТОД ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ ИНТЕРФЕРОМЕТРИИ - метод построения числовой модели рельефа и оценки величин и характера распределения деформаций земной поверхности на основе материалов повторных серий дистанционного зондирования Земли по расхождению высотных отметок поверхности в различных сериях наблюдений.

ГЕОИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ (ГИС) это многофункциональ ные средства анализа сведенных воедино пространственно организованных в системе трхмерных координат табличных, текстовых и картографических данных, в целом составляющих большой набор информации, привязанной к конкретным объектам или точкам местности. В последние годы ГИС получили исключительно широкое распространение для систематизации, управления и представления в различных формах разнообразной информации. Их использование качественно изменило исследовательских аппарат практически все области знаний, сделав общество информационным. В решении проблем геодинамики ГИС-технологии стали основным технологическим инструментом.

АДАПТАЦИЯ СИСТЕМЫ МОНИТОРИНГА К ЗАДАЧАМ ГЕОДИНАМИКИ В УГОЛЬНОМ ДЕЛЕ – согласование конструктивных особенностей и технических параметров систем геодинамического полигона с пространственным строением горной и геологической среды определяющим специфику свойств горного массива и динамику их изменения. Осуществляется с целью обеспечения высокой информативности и надежности функционирования систем геодинамического мониторинга.

ГОРНАЯ СРЕДА – область инженерно осваиваемого геологического пространства, включая горные выработки и часть вмещающей их геологической среды, необратимо измененной под воздействием подземных горных работ. Контроль за е состоянием находится в сфере повышенной ответственности технических служб и технического надзора предприятия целях безопасности горных работ;

МАСКА РЕЛЬЕФА - используемый в настоящем руководстве вспомогательный способ отображения системного строения рельефа, изображаемого в виде разветвленных полосовых зон возвышенностей и тальвегов. Как правило, при пересечении геодинамически активных структур, рисунок маски рельефа претерпевает те или иные изменения, указывая на наличие и положение границы раздела активных блоков.


МОРФОСТРУКТУРНЫЕ ГРУППЫ – совокупности однотипных морфоструктурных объектов, обладающих признаками формирования их в общей геодинамической обстановке. Как правило, в рисунках их пространственного группирования отражаются признаки соподчиненности, преобладающей пространственной ориентированности, зависимости от строения подстилающей геологической толщи.

КОЛЬЦЕВЫЕ СТРУКТУРЫ, - геологические образования кольцевой, округлой или овальной формы, залегающие в геологической толще или на земной поверхности. Зффективно выявляются по материалам дешифрирования космоснимков, и отобажаются в виде линеаентов кольцевой или радиально концентрической формы. Они способствуют выявлению большого класса образований земной коры: от крупных нуклеаров, очаговых центрозональных тектоно-магматических и койлогенных структур до брахиформ и диатрем. С высокой степенью достоверности связываются с развитием современных геодинамических процессов специфической природы, связанных с локальными энерго-массообменными процессами. В границах шахтных полей купольные образования могут вызываться восходящими потоками газоносных флюидов.

ЦИФРОВАЯ МОДЕЛЬ РЕЛЬЕФА - форма представления поверхности рельефа в виде наборов координированных точек земной поверхности, объединяемых по различным дополнительным признакам (принадлежности к тем или иным объектам местности, нахождения на границах участков с указанными свойствами, наличие определенных качественных признаков состояния среды и т. д.). Благодаря высокой степени формализации наборов данных, записанных в цифровой форме, цифровая модель рельефа обеспечивает возможность разнообразных форм последующей компьютерной обработки с получением новых данных и зависимостей.

КАРКАСНАЯ И СЕТЕВАЯ МОДЕЛИ РЕЛЬЕФА. Две формы оптимизации построения цифровой модели рельефа соответственно по условиям оптимального (минимального) числа координируемых точек земной поверхности и обеспечения удобства цифровой обработки материала в ГИС приложениях. Каркасная цифровая модель формируется наборами координированных точек рельефа по линиям максимальной кривизны и фактически состоит из гребневых и килевых элементов ельефа. Сетевая модель преобразует наборы точек в регулярные решетки цифровых данных, пространственно привязанные к узлам элементарных ячеек (квадратов).

Приложение к Руководству по геодинамическому районированию шахтных полей утвержденному приказом Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору от «_» _ 2012 г. № ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ГЕОФИЗИЧЕСКИХ МЕТОДОВ ПРИ ЗАВЕРКЕ ГЕОДИНАМИЧЕСКИ АКТИВНЫХ СТРУКТУР НА ТЕРРИТОРИЯХ ШАХТНЫХ ПОЛЕЙ В последнее десятилетие ВНИМИ активно использует для выделения геодинамически активных систем метод, основанный на регистрации естественного импульсного электромагнитного излучения (ИЭМИ) пород из очагов их разрушения в диапазоне частот 20-50 кГц (для указанных целей наиболее эффективно применяются разработанные во ВНИМИ аппаратурный комплекс "Импульс", "Ангел"), и метод наведенных электромагнитных полей (с помощью аппаратуры типа АЭШ – 1).

Геофизические наблюдения аппаратурным комплексом "Импульс" или "Ангел" производятся методом регистрации параметров импульсного электромагнитного излучения в точках наблюдений (в местах установки антенны) по схемам продольного электропрофилирования.

Признаками нестабильного состояния недр и связанной с этим геодинамической опасности производства горных работ в указанных зонах по данным геофизических наблюдений служат:

участки нестабильных (во времени) значений импульсного электромагнитного излучения, выявляемые по сериям режимных или повторных наблюдений;

участки локально проявленной аномально высокой интенсивности излучения;

участки резких контрастных перепадов уровня регистрируемого излучения на смежных точках профиля;

участки нестабильных значений регистрируемых параметров в процессе производства многократных замеров непосредственно в процессе наблюдений (в режиме «реального времени»).

Наблюдения по схеме электромагнитного профилирования представляют собой регистрацию интенсивности и уровня естественного импульсного электромагнитного излучения от массива горных пород в точках измерений, расположенных в горных выработках или на поверхности шахтного поля.

Для выполнения заверочных инструментальных наблюдений на районируемой территории намечают наиболее представительные участки профилей, пересекающих выделенные геодинамически активные структуры в перпендикулярном к ним направлениям и имеющим протяженность порядка 0,1*Lбл, где Lбл – поперечный размер геодинамического блока. При среднем размере геодинамических блоков 1,5-2,5 км, эта протяженность должна составлять не менее 150-250 м.

При наличии возможности построения протяженных геофизических профилей, намечают трассы профильных линий, пересекающих несколько геодинамически активных структур. Направления профильных линий выбираются преимущественно вкрест простирания геодинамически активных структур. Их пространственное положение выбирается с учетом пересечения наиболее ответственных участков активных структур (зон их сочленения, изгиба, пересечения крупных геологических нарушений.

Вынос профильных линий на местность осуществляется с помощью GPS навигаторов. Вдоль профильных линий производится разметка замерных точек через 10 м. В первой замерной точке каждой профильной линии производятся азимутальные наблюдения с замером интенсивности ИЭМИ в полном круговом диапазоне направлений приемной антенны с «пошаговым» е разворотом на 30. В последующем азимутальные наблюдения повторяются через каждые 5- пунктов наблюдений.

В процессе профильных наблюдений приемная антенна ориентируется в том направлении, по которому получен максимальный сигнал регистрации ИЭМИ в первой замерной точке. Если при последующих азимутальных наблюдениях направление приема максимального сигнала изменится, то ориентацию антенны при профильных наблюдениях корректируют в соответствии с вновь полученным направлением максимального излучения.

Регистрация интенсивности и уровня ИЭМИ в подземных выработках осуществляется при ориентации приемной антенны вдоль борта выработки (в случае регистрации напряженности электрического поля) либо перпендикулярно бортам выработок (при регистрации напряженности магнитного поля).

Примеры заверки активных структур с помощью геофизических наблюдений на поверхности представлен на рис. 1 для условий шахты № Кузбасса. Как видно из графиков, на период первого цикла наблюдений повышенный уровень напряжений отмечается в районе первой геодинамически активной зоны (граница зон I и II). При повторных наблюдениях область повышенных напряжений перемещается вслед за забоем путевого ствола, проводимого с отставанием от конвейерного. Эллипсоид напряжений с приближением к геодинамически активным нарушениям становится более равнокомпонентным, с круговой (вблизи первого нарушения) и крестообразной (вблизи второго нарушения) формой азимутальных кривых.

Пример заверки геодинамически активных структур в подземных выработках приведен на рис.2 для условий шахты «Первомайская» в Кузбассе.

На верхних графиках представлены материалы профильных наблюдений вдоль профильных линий 8 и 9. Области повышенных и пониженных излучений тонированы, соответственно, в красный и голубой цвет. На нижней схеме представлена вся площадь районируемой территории с геометризацией уровней ИЭМИ излечений при заверочных наблюдениях. Границы переходя между областями максимальных и минимальных показаний уровней ИЭМИ интерпретируются как позиции геодинамически активных структур.

Вертикальный разрез по конвеерному стволу Вертикальные отметки, м 7 90 м (а ) 74 5 м 7 55 м (а ) 6 40 м ( а) 670 м ( а) 76 0 м 6 55 м ( а) 68 5 м 715 м 7 70 0 м 1 1 1 1 1 1,, 1, 0,, 3 2 1, 0, 6 0, 8 2 8 8 8 2 8,, 0, 8 2 8 2 1 8 2 8 2 8 2 8 2 0, 6 0, 4, 0, 4 0, 0, 0, 5 0, 2, 0,,, 0, 2 0, 7 0 3 7 0 3 7 0 7 0 7 0 7 0 3 7 0 3 7 0 7 0 7 0 3 7 0 6 4 6 4 6 6 6 6 6 4 6 6 6 4 6 5 5 1 2 3а 4а 5а 7 1 9 11 1 1, 5 1 1 1 0, 8,, 3, 0, 0, 3 1, 5 1,, 8 2 8 0,, 8 2 8 8 2 8 0, 1,, 2 8 2 1 8 8 2 8 2 8 0, 2 1 8 0, 4 0,,,, 1, 0, 1 0, 5, 5 0, 0, 2 0,,, 7 0 7 0 3 7 0 7 0 3 7 0 3 7 0 7 0 7 0 3 7 0 7 0 3 7 0 7 0 6 6 4 6 6 6 6 4 6 4 6 6 4 6 6 4 6 5 5 5 5 Результаты наблюдений в конвейерном стволе 0 6 4.10. - -100 -200 0 200 400 600 800 1000 1200 0 50 100 150 200 250 300 350 400 Расстояние от шлюза ствола, м 505 555 610 660 710 760 860 910 960 6 5.08. 0 50 100 150 200 250 300 350 400 455 505 555 610 660 710 760 810 860 910 960 6 20.09. 20.09. 0 100 150 200 250 300 350 400 455 505 555 610 660 710 760 810 860 910 960 Резуль таты наблюдений в путевом стволе 4.10. 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 555 610 660 710 760 810 860 910 960 5..08. 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 555 610 660 710 760 810 860 910 960 6 20.09. 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 555 610 660 710 760 810 860 910 960 Рис.1. Результаты геофизической заверки геодинамически активных структур на поле шахте №7 в Кузбасса. Наблюдения выполнены в конвейерном и путевом наклонных стволах в период их проходки. Пояснения в тексте.

Шкала импульсов Рис. 2. Результаты геофизической заверки геодинамически активных структур на поверхности поля шахты «Первомайская» в Кузбассе с помощью аппаратуры "Импульс". На верхних графиках показаны изменения уровней ИЭМИ вдоль профильных линий 9 и 10. На нижней схеме в изолиниях показаны уровни излучения по районируемой территории (красными и розовыми тональными областями - зоны максимальной интенсивности излучения ИЭМИ, голубыми и синими – минимальной). Границы переходы между ними интерпретируются как позиционное положение геодинамически активных структур.

а) 14 1,00 0,95 1,00 0,80 0,83 0,83 0,75 1,00 0,83 1, 13 0,80 0,56 1,00 0,90 0,83 0,83 0,48 1,00 0,83 1, 12 0,53 0,88 1,00 0,56 0,88 48,00 0,56 1,00 0,83 1, Глубина зондирования, м 11 0,67 0,36 1,00 0,87 0,77 0,32 0,85 1,00 0,07 1, 10 0,67 0,43 1,00 0,67 1,25 0,65 1,10 1,00 0,90 0, 9 0,20 1,00 1,00 0,90 0,50 0,48 1,12 1,00 0,56 0, Ширина защитной 8 0,27 0,63 0,67 0,67 0,92 0,56 0,78 0,90 0,29 0, зоны n 7 0,18 1,00 0,41 0,61 0,43 0,60 0,57 0,48 0,71 0, 6 0,44 1,00 2,00 0,33 0,57 0,48 1,00 0,83 0,69 0, 5 0,25 1,00 0,77 0,33 0,80 0,27 0,67 0,48 0,48 0, 4 1,64 1,00 1,00 0,83 1,60 0,36 0,42 0,75 0,63 1, 3 4,38 0,47 1,00 0,18 1,00 0,50 0,31 0,58 1,00 1, 2 3,33 1,00 2,67 1,00 1,00 0,20 0,25 1,20 1,00 1, Расстояние от 1 3,50 1,71 2,00 1,47 0,80 0,50 0,30 1,20 1,00 1, конв. штрека 1-1-5-6 L, м 40 80 120 160 190 230 260 300 340 Схема зондирования Панельный путевой штрек Кон. штрек 1-1-5-6 Уклон № *1 *2 *3 *4 *5 *6 *7 *8 *9 * Разлом "Подрусловый" Пункты зондирования б) 14 0,83 0,58 0,83 1,00 1,00 1,00 1,00 0,83 1,00 0, 13 0,80 0,63 0,48 1,00 1,00 1,00 1,00 0,83 1,00 0, 12 0,80 0,95 0,95 1,00 1,00 1,00 1,00 0,83 1,00 0, Глубина зондирования, м 11 0,80 0,75 0,83 1,00 0,83 1,00 1,00 0,36 1,00 0, 10 0,63 0,38 0,83 1,00 1,00 1,00 1,00 0,62 0,48 0, 9 0,80 0,43 0,83 1,00 0,83 1,00 1,06 0,48 0,95 0, 8 1,00 0,63 0,80 0,80 0,80 1,00 0,47 0,56 1,00 0, 7 1,00 0,88 0,82 0,92 0,63 1,00 0,50 0,83 1,00 0, 6 2,50 1,00 2,00 0,83 0,57 1,00 1,00 0,83 1,10 0, 5 0,63 1,00 2,30 0,83 0,34 0,67 0,57 0,83 1,00 0, 4 4,50 1,00 0,55 0,83 0,40 0,83 0,63 1,00 0,85 0, 3 4,38 0,88 1,00 0,33 0,83 1,67 0,50 1,00 0,48 1, 2 5,00 1,00 4,00 2,00 1,00 0,67 1,00 1,48 0,95 1, 1 7,00 1,50 0,83 2,20 0,32 0,42 0,50 1,25 0,68 1, конв. штрека 1-1-5-6 L, м 40 80 120 160 190 230 260 300 340 Схема зондирования Панельный путевой штрек Кон. штрек 1-1-5-6 Уклон № *1 *2 *3 *4 *5 *6 *7 *8 *9 * Разлом "Подрусловый" Пункты зондирования в) 14 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1, 13 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1, 12 1,00 1,10 0,83 0,85 1,00 1,00 1,00 1,00 0,83 0, Глубина зондирования, м 11 0,67 1,60 0,48 0,56 1,00 1,00 1,00 1,00 0,82 0, 10 0,51 0,56 0,67 0,53 1,00 1,00 1,00 1,00 0,56 0, 9 0,24 0,98 0,65 0,90 1,00 1,00 1,00 1,00 0,26 0, Ширина защитной 8 0,27 0,13 1,00 1,33 1,00 0,60 1,00 1,00 0,71 0, зоны n 7 0,24 0,16 0,30 0,40 0,26 0,30 0,58 1,00 0,71 0, 6 1,08 0,92 0,50 1,00 0,81 0,25 1,67 6,00 1,00 1, 5 0,65 1,00 0,91 0,67 0,33 1,00 1,00 1,00 0,71 1, 4 1,60 0,27 1,00 0,67 0,50 1,00 0,63 1,00 0,81 1, 3 1,00 1,00 1,50 0,31 0,30 1,00 1,00 1,00 1,00 1, 2 1,33 2,50 0,50 0,25 0,58 1,00 2,00 1,00 1,43 0, Расстояние от 1 1,50 3,60 1,00 1,00 1,00 0,50 1,40 0,60 1,33 0, конв. штрека 1-1-5-6 L, м 30 70 100 140 170 210 250 280 320 Схема зондирования Панельный путевой штрек Кон. штрек 1-1-5-6 Уклон № *1 *2 *3 *4 *5 *6 *7 *8 *9 * Разлом "Подрусловый" Пункты зондирования г) 14 0,82 1,00 1,00 0,83 1,00 0,85 1,00 0,83 1,00 1, 13 0,56 1,00 1,00 0,83 1,00 0,90 1,00 0,95 1,00 1, 12 0,56 1,00 1,00 0,83 1,00 0,95 1,00 0,90 0,83 1, Глубина зондирования, м 11 0,48 1,00 1,00 0,83 1,00 0,67 1,00 0,90 0,83 0, 10 0,82 1,00 0,77 0,50 1,00 0,83 0,83 0,83 0,83 0, 9 0,34 1,00 1,30 0,47 1,00 0,36 0,83 0,50 0,75 0, 8 0,30 0,08 1,50 0,50 0,72 0,27 0,67 0,80 0,71 0, 7 0,30 0,80 0,42 0,56 0,40 0,65 0,33 0,25 0,33 0, 6 0,86 0,38 1,00 1,00 0,65 0,17 1,11 2,50 0,44 0, 5 0,33 0,25 0,67 1,11 0,33 0,33 1,00 0,71 0,17 0, 4 1,33 0,20 1,00 1,00 0,29 0,33 0,31 1,00 0,26 0, 3 0,63 3,00 1,20 0,50 0,30 1,00 1,00 0,25 0,31 2, 2 1,00 1,67 0,54 1,00 1,77 0,20 0,50 0,71 0,17 2, Расстояние от 1 2,40 1,80 2,25 0,33 1,80 0,75 1,87 0,68 0,67 1, конв. штрека 1-1-5-6 L, м 30 70 100 140 170 210 250 280 320 Схема зондирования Панельный путевой штрек Кон. штрек 1-1-5-6 Уклон № *1 *2 *3 *4 *5 *6 *7 *8 *9 * Разлом "Подрусловый" Пункты зондирования Рис. 3. Пример геофизической заверки геодинамически активной структуры по результатам подземных геофизических наблюдения с помощью аппаратуры «АЭШ».

Наблюдения выполнены " на поле шахты «Осинниковская» в Кузбассе по заверке геодинамически активной структуры «Подрусловый»: а, в - результаты наблюдений в пласт Е5 в конвейерном и вентиляционном штреках лавы 1-1-5-6.

б, г -. результаты наблюдений в кровлю пласта Е5.

Метод оценки геомеханического состояния горного массива при помощи инструментальных геофизических наблюдений аппаратурой АЭШ-1 основан на зависимости электропроводности горных пород от величины горного давления (их напряженности), степени расслоения и трещиноватости.

В основе такой оценки лежит зависимость амплитуды электромагнитного поля от удельной электропроводности горных пород. Напряженность массива при этом оценивается по безразмерной величине параметра напряженности "F".

Так по значению показателя F 1,0 отбивается разгруженная, преимущественно трещиноватая зона в краевых частях пласта, значение показателя F 0,20 соответствует достаточно высокому уровню напряженного состояния массива. Чем меньше значения показателя напряженности F 0,20, и чем больше таких значений фиксируется на ширине защитной зоны или в краевой части пласта, наиболее приближенной к горной выработке, тем более удароопасно состояние массива.

При необходимости производится уточнение, либо наработка новых критериальных значений показателя напряженности.

Измерения аппаратурой АЭШ-1 проводятся в режимах дипольного электромагнитного зондирования (ДЭМЗ) с последовательным разносом излучающего и регистрирующего элементов (рамочных антенн) от створного направления профиля на расстояния di, равное глубине зондирования. Как правило, глубина зондирования в массив пород или угольный пласт составляет до 15 – 18 метров.

Для производства измерений в окружающих горную выработку породах создатся переменное электромагнитное поле частотой 500 кГц последовательно при трех положениях излучающей антенны - соответственно в плоскостях XY, YZ, ZX. Ориентации этих плоскостей соответствуют положениям плоскости рамочной антенны, соответственно вдоль борта выработки, перпендикулярно борту, и в горизонтальном положении. При создании импульсного электромагнитного поля в указанных плоскостях (в моменты фиксированного положения рамочной антенны), регистрируется величина приходящего от не сигнала в точке размещения регистрирующей антенны при таком же е пространственном положении.

Результаты измерений регистрируются в журнал как значения амплитуд регистрируемых сигналов Vxx, Vуу, Vzz при текущем разносе излучающей и принимающей рамочных антенн, характеризующих величину проводимости массива в его глубине (вдоль линии зондирования) на расстоянии, равном половине разноса излучающей и регистрирующей рамочных антенн. На основе регистрируемых показаний производится расчет параметров напряженности массива "F" в различных точках линии зондирования.

Точки (пункты) зондирования в подземных горных выработках располагают на пикетах либо вблизи маркшейдерских точек для удобства дальнейшей их привязки. Расстояние между пунктами зондирования составляет в среднем 20 – 30 метров.

Результаты наблюдений аппаратурой "Импульс", "Ангел" и "АЭШ-1" интерпретируются в виде графиков, гистограмм или в изолиниях напряженности массива с целью их дальнейшего анализа, а затем увязываются с местами наблюдений на горно-графической документации. Выделение напряженных зон в массиве горных пород и нанесение их на горно графическую документацию осуществляется путем анализа проинтерпретированных данных по вариациям уровня ИЭМИ и амплитуды наведенного электромагнитного опля.

Выделение напряженных зон в массиве горных пород на основе изучения его геодинамических особенностей с помощью аппаратурных комплексов "ИМПУЛЬС" и "АЭШ-1" выполнялась в большом объеме и широком временном интервале на шахтах: "Первомайская", "Алардинская", "Оссиниковская", "Юбилейная", "Абашевская", "Усинская", "р-з Ольжерасский", "р-з Сибиргинский", «шахта №7», "Котинская", "Талдинская Западная-1", "Талдинская-Западная-2" находящихся на различных месторождениях Кузбасса.

На рис.3 приведен пример заверки геодинамически активной структуры «Подрусловый» по результатам подземных геофизических наблюдения с помощью аппаратуры «АЭШ» на поле шахты «Осинниковская» в Кузбассе. На графиках а и б представлены результаты наблюдений в пласт Е5, на графиках б, г – в кровлю пласта Е5 из конвейерного и вентиляционного штреков лавы 1 1-5-6. Как видно из графиков, положение геодинамически активной структуры «Подрусловый» фиксируется по наличию областей напряженного угольного пласта (красные зоны на графиках) и чередования областей уплотненного и разуплотненного состояния пород кровли пласта вблизи створного направления структуры.

Для заверки геодинамически активных структур могут использоваться различные схемы деформационных наблюдений с закладкой маркшейдерско геодезических сетей и производством повторных (режимных) маркшейдерско геодезических наблюдений в зонах влияния геодинамически активных структур. Конструкции сетей определяются исходя из необходимости регистрации плановых перемещений и вертикальных движений земной поверхности вдоль активных структур и, как правило, предусматривают закладку профильных линий и сетей микротриангуляции (трилатерации, полигонометрии) в полосовой зоне вдоль выделенных геодинамически активных структур.

Местоположение активных структур по материалам деформационного мониторинга уточняется по признакам аномального поведения рабочих реперов и пунктов сетей (аномально высокой величины или скорости смещений), резкого различия в характере движения смежных реперов, признакам «группового» поведения реперов. После выполнения заверочных работ пункты деформационного мониторинга могут быть использованы, как базовые для создания геодинамического полигона в соответствии с требованиями приложени 4 «Инструкции…» по горным ударам.



Pages:     | 1 || 3 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.