ПРОГНОЗ ОБРУШЕНИЯ ПОРОД В ШАХТАХ

Гликман А.Г.
НТФ "ГЕОФИЗПРОГНОЗ"
11 сентября 2022, Санкт-Петербург

Геофизический метод спектрально-сейсморазведочного профилирования (ССП) был разработан в Ленинградском Горном институте, на кафедре пластовых месторождений в результате поиска подхода к прогнозированию внезапного обрушения горных пород в шахтах.

Разработанный метод ССП начал применяться в 1993 году после испытания нового типа геофизической аппаратуры. При первых её испытаниях на земной поверхности после обработки полевых данных был обнаружен объект, имеющий вид, подобный показанному на рис.1.

Рис. 1

Здесь представлен разрез, полученный с помощью аппаратуры спектрально-сейсморазведочного профилирования (ССП), построенный в соответствии с законами распространения поля упругих колебаний в горных породах. Вначале этот объект получил название воронкообразного, поскольку имел вид совокупности воронок, как бы вставленных одна в другую и симметричных относительно вертикальной оси, проходящей через центр структуры, отмеченной красным крестиком.

В ходе дальнейших исследований стало понятно, что данный объект характеризуется массой свойств и его обнаружение имеет огромное значение.

1. Проведение радоновой съемки показало, что в атмосфере над этим объектом отмечается повышенное содержание радона, что свидетельствует о непосредственной связи объекта с околоядерным пространством Земли, поскольку радон синтезируется именно там. По-видимому, связь между поверхностью Земли и околоядерным пространством имеет вид вертикальной трещины, которая выходит на дневную поверхность через центр, помеченный крестиком.

2. При вертикальном бурении в точку, отмеченную красным крестиком, можно получать поток воды. В результате при обнаружении такого объекта на ССП-разрезе оказалось возможным прогнозировать получение воды. И, что главное, распознать механизм поступления воды на Землю.

3. Все острия отдельных воронкообразных объектов, приведенных на рис.1, имеют свой физический смысл и указывают на глубину, с которой вода может подняться на поверхность.

Кроме того, как показывает практика, из точки бурения выходит метан, и в ряде случаев достаточно мощным потоком. И при этом еще ряд газов — водород, СО, СО2... Это так называемый набор шахтных газов.

4. Еще в середине 19-го века геологи пришли к выводу, что в Земле должен существовать некий геологический объект, наличие которого вызывает разрушение инженерных сооружений, находящихся над ним. Полторы сотни лет геологи искали этот объект, и вот этим объектом оказались вертикальные трещины, которые были обнаружены в 1993 году с помощью ССП-аппаратуры.

Геофизики предложили назвать зоны, которые окружают эти трещины, зонами тектонических нарушений (ЗТН), что и было сделано. Зоны эти невелики — 5-10м. Но их на Земле очень много. Практически — под каждым деревенским домом встретится хотя бы одна ЗТН. Разного рода разрушения домов — это результаты воздействия ЗТН.

Чтобы проверить, являются ли эти ЗТН инициаторами (центрами) разрушений инженерных сооружений, был осуществлен ряд исследований методом ССП земного пространства вблизи инженерных сооружений, имеющих признаки разрушений, а также под ними, там, где это было возможно (в подвалах). И действительно, это предположение было подтверждено полностью.

Признаки разрушений, происходящих из-за наличия ЗТН, проявляются в виде вертикальных и субвертикальных трещин в стенах домов, косых трещин между углами оконных переплетов, а также отклеиванием керамических плиток от стен домов.

Понятно, что в этом необходимо было разобраться, найти механизмы обнаруженных разрушений. Этому очень способствовали контакты с геодезистами.

Выяснилось, что при установке реперных точек бывает так, что установить реперы с требуемой точностью не представляется возможным. Причиной этого оказалось явление пульсации земной толщи в отдельных точках. Амплитуда этой пульсации может составлять значения, достигающие сантиметров, что превышает погрешности, допустимые при установке реперов.

Как оказалось, пульсирующие точки на Земле возникают именно в ЗТН.

Таким образом, получается, что вертикальные трещины в Земле, имеющие длину порядка радиуса Земли, при движении снизу вверх пульсируют, и эта пульсация позволяет им пронизывать земную толщу, а также все инженерные сооружения, находящиеся на их пути. И в том числе, горные выработки (!).

Здесь следует напомнить, что последние 50 лет были направлены на поиск метода прогнозирования обрушения пород в шахтах.

На этом этапе изучения ЗТН возникло предположение, что если трещины, образующие ЗТН, расположены в теле Земли строго вертикально, то имеется шанс предложить надежный и простой метод прогноза обрушения пород в горных выработках, даже не спускаясь в шахту.

Ведь вертикальная трещина, пронизывающая горный массив, лишает его прочности, и при вскрытии горными машинами он в этом месте разрушится (обрушится).

В самом деле, если маркшейдеры укажут на поверхности Земли трассы, идущие строго над штреками, то, обнаружив на поверхности Земли ЗТН, можно перенести (с их же помощью-маркшейдеров) эти зоны на подземную выработку. И тогда эти зоны как раз и окажутся зонами обрушения пород. И, таким образом, просто необходимо было знать, насколько вертикально идут трещины, образующие ЗТН.

Для проверки этой гипотезы на сайте[1] была размещена статья «Можно ли прогнозировать устойчивость подземных выработок, не спускаясь в шахту», после прочтения которой маркетинговый отдел организации Белон в 2009 г. предложил осуществить измерения для проверки этой идеи на шахте Листвяжная, которая тогда носила название Инская.

Маркшейдера шахты наметили пять трасс для ССП- профилей, где у них, видимо, были какие-то эксцессы. Причем, предварительного ознакомления с имеющимися данными по местонахождению обрушений не осуществлялось для чистоты эксперимента.

После обработки профилей и построения ССП-разрезов оказалось полное совпадение полученных данных на ССП-разрезах с фактическим местонахождением зон обрушения пород.

На рис. 2 приведен для примера разрез по профилю 5.

Рис.2

Однако, руководство шахты отнеслось к 100-процентному совпадению с недоверием.

Для дополнительной проверки возможностей метода был намечен профиль длиной 1км, проходящий над не существующим еще штреком. На ССП-разрезе по этому профилю была обнаружена отчетливая ЗТН в районе 500-го метра профиля. Через 2 года выяснилось, что в указанной точке 6-го профиля погибло 3 проходчика...

По непонятным причинам метод ССП в дальнейшем шахтой не применялся.

А в ноябре 2021года произошла крупнейшая авария на шахте Листвяжная и гибель 51 человека.

В настоящее время метод ССП весьма эффективно используется в Казахстане (Хромтау), Норникеле (Норильск) и на некоторых месторождениях в Кузбассе. Нет сомнения, что со временем этот метод будет применяться на всех месторождениях на Земле, где производятся подземные работы.

Литература

Newgeophys.spb.ru Можно ли прогнозировать устойчивость подземных выработок, не спускаясь в шахту...Гликман. АГ.