Угленосная толща как объект исследования методом ССП и многое другое...
О нас Услуги Оборудование Книги по теме Примеры Связь Карта Форум Видео En

Угленосная толща как объект исследования методом ССП

Андреев В.П., Можаров А.В.
Междуреченск, НПФ "Резонанс"1
Гликман А.Г.
НТФ "ГЕОФИЗПРОГНОЗ"
5 февраля 2012, Санкт-Петербург

Разработка физических принципов спектрально-сейсморазведочного профилирования (ССП) началась еще в 1977 году, в условиях угольных шахт. Угленосный массив является принципиально слоистым, и при ненарушенной слоистости такие условия оказались простейшими для того, чтобы разобраться в законах формирования и распространения поля упругих колебаний в земной толще.

Первое поколение аппаратуры ССП известно под названием «Резонанс». Это была весьма несовершенная, еще аналоговая техника, но даже на таком уровне она дала принципиально новую и очень важную для шахтных геологов информацию. Так, было обнаружено, что обрушению пород кровли предшествует их расслоение. Это очень важный момент, поскольку в горной науке с самого начала ее возникновения шел спор, что первично при разрушении пород кровли - их расслоение или возникновение так называемых, секущих, субвертикальных трещин. Использование аппаратуры «Резонанс» позволило поставить точку в этом споре, и теперь можно сказать с уверенностью, что разрушение пород кровли, предшествующее их обрушению, начинается с расслоения по поверхностям ослабленного механического контакта (ОМК). При этом оказалось, что в большинстве случаев эти поверхности обусловлены не сменой литотипа, а наличием углистых прослоев [1].

Методика «Резонанс» оказалась единственным инструментом, с помощью которого можно выявлять поверхности ОМК, и на основании этой информации осуществлялось прогнозирование обрушения пород кровли и контроль уже установленной анкерной крепи. Исследование пород кровли с помощью аппаратуры Резонанс осуществлялось непосредственно из подземной выработки.

Однако эффективность этой методики ограничивалась условиями, когда слоистость массива была не нарушена. В зонах разрыва слоистости устойчивость кровли резко уменьшается, но при измерениях из подземных горных выработок это выявить оказалось невозможно.

Дальнейшим шагом было исследование угленосной толщи с дневной поверхности. Это стало возможно при возникновении цифровой техники, и началось в 1993 году. Спектрально-сейсморазведочное профилирование с поверхности позволяет выявлять зоны, в которых породные слои угленосной толщи терпят разрыв. Как показали исследования, эти зоны есть не что иное, как зоны тектонических нарушений (ЗТН).

Зоны тектонического нарушения на ССП-разрезе прорисовываются в виде V-образных (воронкообразных) объектов или отдельных образующих этих объектов.

На рис.1 показан ССП-разрез при профилировании на шахтном поле шахты Костромовская (Белово, Кемеровской обл.) в 2004 году. Шаг профилирования 10м.

ССП-разрез при профилировании на шахтном поле шахты Костромовская (Белово, Кемеровской обл.)
Рис. 1

ССП-разрез отчетливо делится на две части. На участке 0-470м видна субгоризонтальная слоистость и отдельная граница на глубине около 60м. На участке 470-980м характер разреза совершенно иной. Здесь множество V-образных объектов и отдельных образующих этих объектов. То есть можно сказать, что профиль на участке 470-980м пересекает совокупность ЗТН.

Как известно из практики разработки месторождений угля, внезапная встреча подземной выработки с ЗТН чревата аварийной ситуацией. Это происходит потому, что горные породы в ЗТН находятся в разрушенном состоянии. В результате, в этих зонах происходят внезапные обрушения кровли. Кроме того, из ЗТН в действующие подземные горные выработки поступает в огромных количествах вода и свободный метан из угля и углевмещающих пород, Нормально работающие вентиляционные системы шахт не справляются с выносом газа. Образуется взрывоопасная концентрация газовоздушной смеси. При наличии соответствующих условий происходит её взрыв. Не проходит года, чтобы на Земле из-за взрыва метана не погибала угольная шахта. Именно поэтому своевременное выявление зон тектонических нарушений является важнейшей задачей, которую ставят перед геофизиками.

Значит, можно сказать, что участок 470-980 м весь является зоной тектонических нарушений со всеми указанными здесь особенностями.

Но вот проблема. Осуществить такое исследование несложно, но проверить эффективность прогноза, сделанного на основании этих прогнозов крайне трудно. Если прогноз оказался точным, и на указанном нами участке действительно имеют место осложнения, то информацию об этом никто не даст. Здесь та же история, что и в строительстве. Для строителей главной задачей является не столько строительство, сколько сохранение в тайне дефектов возведенного сооружения.

В 2003 году в ходе испытаний метода ССП на пригодность прогнозирования горнотехнической ситуации были сделаны исследования на шахтном поле шахты «Листвяжная» (гор. Белово Кемеровской обл.). Первым этапом испытаний было проведение профилирования над и вдоль уже пройденных подготовительных выработок с тем, чтобы сравнить уже известные факты осложнения горнотехнической ситуации с полученными при профилировании результатов. Как показал анализ результатов, все зоны, в которых имели место осложнения при проходке, были подтверждены на ССП-разрезах.

На рис.2 показан ССП-разрез, полученный при движении профиля вдоль линии забоя, остановившегося почти на 2 месяца в связи с мощным вывалообразованием и повышенной податливостью почвы.

ССП-разрез, полученный при движении профиля вдоль линии забоя, остановившегося почти на 2 месяца в связи с мощным вывалообразованием и повышенной податливостью почвы
Рис. 2

У руководства шахты вызвало недоверие совпадение геофизических данных с фактическим положением дел. В связи с этим, в порядке дополнительной проверки было сделано профилирование вдоль подготовительной выработки, проходка которой еще не начиналась. На рис.3 показан ССП-разрез, полученный при профилировании этой выработки.

в порядке дополнительной проверки было сделано профилирование вдоль подготовительной выработки, проходка которой еще не начиналась. На рис.3 показан ССП-разрез, полученный при профилировании этой выработки
Рис. 3

В отчете по этой работе было указано, что участок профиля 440-580м - это зона тектонического нарушения, и при проходке в пределах этого участка неизбежно осложнение горнотехнологических условий. То есть, там следует ожидать вывалообразования, обводнения и выхода метана.

Через год после проведении этой работы была получена информация о том, что при проходке, вблизи 500-го м профиля произошло внезапное обрушение пород кровли. Под завалом тогда погиб человек. Понятно, что официально полученное свидетельство об этом помогло бы сберечь многие и многие жизни шахтеров. Естественно, что такое свидетельство никто не дал.

В дальнейшем, в 2007 году в Новокузнецке был взрыв метана на шахтах Ульяновская и Юбилейная, где погибли 150 человек, а в 2010-м году был взрыв метана на шахте Распадская, где погибли 91 человек. Не вызывает сомнений, что если бы случай на Листвяжной шахте был учтен, то и происшедших после этого аварий не было бы.

В 2010 году было осуществлено профилирование на поле шахты Ольжерасская- Новая. Профиль был пройден там, где добыча угля еще не ведется. На рис.4 показан ССП-разрез с шагом профилирования 1 метр.

на участке 10-22м профиля проведение подземных работ будет сопровождаться значительными осложнениями, характерными для ЗТН
Рис. 4

Не вызывает сомнения, что на участке 10-22м профиля проведение подземных работ будет сопровождаться значительными осложнениями, характерными для ЗТН.

Подтверждение этого прогноза было получено уже после проведения исследований. Как оказалось, в марте 2009 года при бурении с дневной поверхности в эту зону разведочной скважины произошел выброс метана, который воспламенился. Высота горящего факела достигала до 30 метров. Буровая установка сгорела, но люди остались живы.

Наличие уже имеющейся информации, полученной с помощью метода ССП, позволяет с уверенностью говорить о том, что повсеместное обследование шахтных полей с дневной поверхности угленосной толщи с помощью аппаратуры ССП позволило бы осуществлять надежный прогноз встречи забоев подготовительных и очистных выработок с зонами тектонических нарушений, что на сегодняшний день является основной причиной аварий на шахтах.

ЛИТЕРАТУРА

1. Андреев В.П., Гликман А.Г. Геоакустический метод выявления поверхностей ослабленного механического контакта //Уголь, 1985, №9, с.52-54


Предприятие является золотым медалистом за эксплуатацию аппаратурно-програмного комплекса ССП на XVIII Международной выставке «УГОЛЬ РОССИИ и МАЙНИНГ-2011» и II специализированной выставке «ОХРАНА, БЕЗОПАСНОСТЬ ТРУДА И ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ» в г. Новокузнецк.1 Предприятие является золотым медалистом за эксплуатацию аппаратурно-програмного комплекса ССП на XVIII Международной выставке «УГОЛЬ РОССИИ и МАЙНИНГ-2011» и II специализированной выставке «ОХРАНА, БЕЗОПАСНОСТЬ ТРУДА И ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ» в г. Новокузнецк.


Обсудить статью 



При использовании материалов сайта ссылка на www.newgeophys.spb.ru обязательна Публикации о нас

Начало | О нас | Услуги | Оборудование | Книга 1 Книга 2 Книга 3 |  Примеры | Связь | Карта сайта | Форум | Ссылки | О проекте | En

Поддержка и продвижение сайта "Геофизпрогноз"


Rambler's Top100 Rambler's Top100

Реклама на сайте: