Переход на стартовую страницу книги Гликмана А.Г. "Спектральная сейсморазведка - истоки и следствия"
О нас Услуги Оборудование Книги по теме Примеры Связь Карта Форум Видео En
 приобрести книгу 

8.3. Как была решена проблема прогнозирования устойчивости кровли

     Реализованная нами идея прогнозирования устойчивости кровли возникла следующим образом.
     В 1977 году начал формироваться подход, позволяющий определять поверхности ослабленного механического контакта (ОМК) с помощью спектрально-акустических измерений непосредственно из подземной выработки. Если быть точным, то мы тогда еще не понимали свойств выявляемых границ в породах кровли, и считали, что они соответствуют границам между различными литотипами. И действительно, первые несколько измерений, сделанные в различных геологических условиях, показали хорошую сходимость именно с геологической информацией.
     Поиски различных геологических условий привели нас в один из очистных забоев шахты "3-бис" объединения "Торезантрацит" (Донбасс). Так сложилось, что однажды мы проводили измерения в новом забое, где еще не произошло первичное обрушение пород кровли. В кровле залегал весьма прочный песчаник, мощность которого, по данным разведочных скважин, достигала 30м. Это очень тяжелые условия работы, так как песчаник такой мощности обрушается большими площадями, и весьма бурно. В условиях индивидуальной крепи, которая тогда применялась в этом забое, первичное обрушение подобных пород может сопровождаться опрокидыванием крепи и даже гибелью работающих там шахтеров.
     Мне очень повезло, что это обрушение, которого ждали уже несколько недель, произошло в тот момент, когда мы проводили там свои измерения. При этом обрушилась только часть кровли забоя. Анализ результатов наших измерений показал, что обрушение произошло там, где более четкими были поверхности ОМК. Дальнейшее наблюдение за этим забоем в течение еще двух недель показало, что процесс обрушения связан с изменением (увеличением) четкости выявляемых нами поверхностей ОМК. Напомню, что изменение четкости поверхностей ОМК воспринимается как величина, пропорциональная добротности соответствующих гармонических составляющих.
     Дальнейшее логическое построение было элементарным.
     Извлекая при добычных или проходческих работах угольный пласт, мы тем самым оставляем кровлю без опоры, вследствие чего слоистые породы кровли начинают провисать под собственным весом. Провисание пород определяется их слоистостью, и обуславливается процессом расслоения. В силу отсутствия упругих свойств у горных пород, никакого упругого прогиба слоев при этом не происходит, а провисание их определяется накоплением микронарушенности. Скорость этого процесса, завершающегося обрушением пород кровли, при прочих равных условиях определяется толщинами (мощностями) отдельных слоев, а также величиной пролета образовавшегося породного моста.
     То есть, прежде чем обрушиться, породы кровли должны расслоиться. Расслоение идет не где угодно, а лишь по поверхностям ослабленного механического контакта (ОМК). Поверхности же ОМК, как уже было показано, сформированы залегающими в породах кровли углистыми, мергелистыми, слюдяными прослоями, а также поверхностями скольжения.
     Как оказалось, прочностные характеристики пород здесь играют далеко не самую важную роль. Так, породы кровли, представленные прочными песчаниками, мелко переслоенными сверхтонкими углистыми прослоями, будут более склонны к обрушению, чем однородный монолитный аргиллит малой прочности, но достаточной мощности. Таким образом, оценить устойчивость кровли было бы вполне реально, если иметь возможность определять местонахождение залегающих в кровле поверхностей ОМК.
     В самом деле, прежде чем обрушиться, породы кровли должны сначала отслоиться от вышележащих пород. Следовательно, имея возможность наблюдать процесс отслоения нижнего породного слоя, можно делать предположение о вероятности обрушения пород кровли. Кроме того, зная глубину залегания основных поверхностей ОМК, можно заранее ожидать, какая мощность породного слоя готова к обрушению, а это очень важная технологическая информация, так как позволяет выбирать метод поддержания выработки.
     Дальнейшие, уже достаточно массовые исследования в этом направлении показали, что поверхности ОМК чаще всего формируются углистыми прослоями, и именно они определяют устойчивость кровли.
     Поворотным моментом в судьбе методики "Резонанс" (так называлась аппаратура и методика определения устойчивости кровли с помощью спектрально-акустических измерений) стало подтверждение прогноза обрушение пород кровли в штреке 5а-6-8 шахты "Распадская". Суть его в следующем.
     Проведение профилирования по одному из штреков шахты показало наличие на протяжении целого километра поверхности ОМК на высоте 2÷3м там, где по данным геологов, смены состава пород нет. У геологов возникло предположение, что аппаратура "Резонанс" дает фиктивные, не существующие поверхности.
     И тогда нам было предложено для проверки нашей аппаратуры осуществить профилирование вдоль штрека 5а-6-8. Дело в том, что, по результатам бурения считалось, что в этом штреке породы кровля были представлены прочным однородным мелкозернистым песчаником мощностью 10м. Как показало то же бурение, выше песчаника залегает песчанистый сланец. На основании этого кровля на протяжении всего штрека была признана весьма устойчивой. А следовательно, практически не требующей крепления. Крепь, конечно, стояла, но, что называется, для проформы.
     Это предложение для нас было весьма заманчивым, так как разведочная скважина, по анализу которой был сделан вывод о строении кровли, выходила непосредственно в штрек вблизи точки начала нашего профиля.
     Схема эксперимента и ССП-разрез пород кровли по штреку 5а-6-8 приведены на рис.8-1.
     Как видно из рис.8-1, действительно, вблизи начала профиля, вблизи разведочной скважины присутствует четкая граница на глубине 10 м.

Схема эксперимента и ССП-разрез пород кровли по штреку 5а-6-8 ...вблизи начала профиля, вблизи разведочной скважины присутствует четкая граница на глубине 10 м.
Рис. 8-1

     Однако гораздо более четко на ССП-разрезе проявляются поверхности ОМК, находящиеся на меньших глубинах. Совершенно очевидно, что устойчивость кровли будет определяться не песчаником 10-метровой толщины, а именно этими, неглубоко находящимися границами. При бурении эти границы выявлены не были и, как потом и оказалось, обусловлены они были сверхтонкими углистыми прослоями. В результате, получается, что породы кровли представлены не прочным песчаником, а мелкослоистой структурой, и при малейших сотрясениях или подвижках произойдет обрушение этого хрупкого слоеного пирога 5-метровой и более толщины. Понятно, что нижние 0.5м прочного песчаника эту 5-метровую толщу не удержат.
     Естественно, что кровлю штрека 5а-6-8 там, где она была пронизана поверхностями ОМК, необходимо было закрепить. Что и было сделано в результате нашего сообщения.
     Буквально через месяц после нашего прогноза, при приближении к этому штреку фронта очистных работ на участке, где песчаник был пронизан углистыми прослоями, кровля обрушилась, и избежать травматизма удалось исключительно благодаря вовремя возведенной крепи. Руководство шахты доложило об этом в Минуглепроме, и можно считать, что именно с этого времени (это был 1982 год) началось практически всесоюзное внедрение методики "Резонанс".
     Массовые измерения с помощью метода ССП в различных угольных бассейнах позволили выстроить следующую картину, предшествующую обрушение пород кровли.
     Обрушение пород кровли в выработанное пространство - это конечный этап разрушения пород. Разрушение пород кровли начинается с провисания нижнего слоя. В ходе развития процесса подготовки обрушения пород кровли, следом за нижним слоем провисает следующий слой, для которого нижний в результате его провисания перестал быть опорой. Процесс отслоения и провисания идет снизу вверх со скоростью, определяемой толщинами провисающих породных слоев. Однако если провисающие слои ложатся на нижележащие, уже отслоившиеся, то это способствует ускорению разрушения пород кровли в целом. Все эти процессы в отдельности и вместе наблюдались также и в результате длительных измерений в одном и том же месте штрека, от момента его проходки и до погашения.
     Анализ этой работы показал, что объективный и надежный контроль изменения устойчивости кровли может быть осуществлен при условии многократного применения метода ССП в одном и том же месте. Тогда становится возможным наблюдение процесса разрушения пород во времени и экстраполяция этого процесса в перспективу, что, собственно, и является прогнозированием.
     Аппаратура "Резонанс" изготавливалась донецким кооперативом "Искра" в промышленных объемах и эксплуатировалась во всех угольных регионах СССР. Использование этой аппаратуры показало, что обрушение пород кровли перестало быть внезапным. Это была прекрасная проверка предложенной выше идеи прогнозирования устойчивости кровли. Однако в настоящее время, к сожалению, использование этой аппаратуры если и продолжается, то только на одной шахте - "Распадской".
     Уничтожению, по сути, всей разработки способствовало несколько факторов. Во-первых, за эксплуатацию аппаратуры должны отвечать и платить шахты, тогда как за травмированных и погибших шахтеров платит государство. Так что для шахт эксплуатация методики "Резонанс" оказалась экономически невыгодной. А во-вторых, в стране существует множество НИИ горного дела, одна из главных задач для которых - разработка прогнозирования устойчивости кровли. На сегодняшний (май 2006г) день могу сказать с уверенностью, что уровень их остался тот же, что и до начала нашей разработки (см. раздел 8-2). И то, что наша разработка фактически ликвидирована, дает возможность всем этим институтам столь же успешно заниматься этой проблемой неограниченное время.


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: