отработка месторождения Жезказган. диплом. 1 геологическая часть
 Скачать 1.74 Mb.
|
|
Lв, где Lв – ширина вывала; -обрушение– падение пород кровли в нескольких камерах после разрушения или извлечения МКЦ мощностью до 0,25Lо, где Lо – ширина обрушенной части панели. Особое внимание при обследовании кровли необходимо уделять сближенным перекрывающимся залежам с мощностью породных междукамерных потолочин («мостов») менее 10 м. Это связано с тем, что отслоения с потолочин приводят к их внезапному провалу в выработанное пространство нижней залежи с одновременным разрушением МКЦ. Поддержание налегающей толщи осуществляется совокупностью параллельно работающих целиков. Разрушение некоторых из них приводит к перегрузке оставшихся МКЦ. Поэтому важной характеристикой геомеханической ситуации в отдельной выемочной единице является количество и степень разрушения поддерживающих целиков. На основании практического опыта составлена и используется на практике следующая классификация состояния выработанных пространств по степени разрушения элементов системы разработки: Таблица 4.1 классификация состояния выработанных пространств по степени разрушения элементов системы разработки
Выявление ослабленных и неустойчивых участков служит основанием для повышения периодичности их обследования. Участки, на которых ведется повторная разработка, обследуются по особому графику. Это связано с резкой активизацией геомеханических процессов при изменении способа управления горным давлением и присутствием людей в открытом выработанном пространстве. 4.1.5 Сейсмический контроль геомеханических процессов в налегающей толще В сентябре 1996 г. на Жезказганском месторождении введена в эксплуатацию сейсмическая система контроля массива производства ПП «Прибор» (г. Алматы). Она обеспечивает региональный контроль состояния всего поля месторождения в целом в частотном диапазоне до 64 Гц. По техническим возможностям данная система может регистрировать процессы образования трещин в налегающей толще протяженностью десятки и сотни метров. Процессы разрушения МКЦ проходят на более низком масштабном уровне (первые метры), поэтому они не могут быть зарегистрированы в сейсмическом диапазоне частот. Сейсмической системой выявляются и контролируются участки месторождения, на которых происходят процессы разрушения массива подработанной налегающей толщи пород в ходе и после разрушения МКЦ. Сейсмические (низкочастотные) системы используются в сейсмологии для регистрации землетрясений и в качестве национальных средств контроля испытаний ядерного оружия других государств. Данными системами фиксируются сейсмические события (СС) и определяются координаты их эпицентров. Сейсмическими событиями являются землетрясения, промышленные взрывы, крупномасштабные разрушения массива горных пород. Чтобы определить координаты источника СС необходимо систему сейсмодатчиков объединить в сейсмическую группу с единой службой времени. Современная служба времени организована группировкой искусственных спутников Земли, непрерывно передающих радиосигналы точного времени на всю поверхность Земли. При разработке месторождений координаты источников СС (промышленных взрывов и разрушений массива) находятся, как правило, в пределах горного отвода. Поэтому сейсмодатчики системы контроля массива горных пород организуют в группу, располагая их обычно по периметру месторождения. На Жезказганском месторождении подработанная толща пород имеет размеры в плане около десятка километров, а по глубине – от первых десятков до первых сотен метров. Для контроля массива такой конфигурации сейсмодатчики системы контроля целесообразно располагать на земной поверхности (рисунок 4.1). В этом случае гораздо легче организовать непрерывную передачу данных с сейсмодатчиков в единый центр обработки по радиоканалу. Координаты расположения сейсмодатчиков определяются геодезическими методами с максимальной точностью.  Рис. 4.1 Расположение сейсмодатчиков системы контроля на площади Жезказганского месторождения Информация, непрерывно регистрируемая каждым сейсмодатчиком (сейсмограмма), состоит из шума и полезных сигналов СС. Первая задача центра обработки состоит в том, чтобы на фоне шума выделить полезный сигнал СС и определить точное время его регистрации сейсмодатчиком. Задача выделения сигнала СС на фоне шума решается компьютером следующим образом. Амплитуда сигнала (интенсивность колебаний) одновременно усредняется в двух временных окнах сканирования (непрерывного считывания амплитуды колебаний): LTA (длинное окно) и STA (короткое окно). Полезный сигнал СС выделяется из шума во временном интервале STA по условию превышения в 2-3 раза средней амплитуды в окне STA над уровнем средней амплитуды в более длинном временном интервале LTA (рисунок 4.2).  Рис. 4.2. Принцип выделения полезного сигнала сейсмического события на фоне шума временными окнами разной продолжительности Уровни незаметных для человека колебаний (шумности) массива в точках расположения датчиков могут резко различаться. Работающее технологическое оборудование (компрессоры, насосные, электродвигатели, трансформаторы и т.п.), автомобильный и железнодорожный транспорт, даже колебания крон и корней деревьев от ветра – все создает сейсмический шум разной интенсивности. Поэтому настройки окон LTA и STA (размеры окон, уровень превышения) для каждого сейсмодатчика можно подбирать в зависимости от уровня сейсмического шума в данной точке местности. Расстояния между датчиками составляют первые километры. По средней скорости продольной упругой волны в массиве и по максимальной дистанции от возможных источников СС (в пределах горного отвода) до наиболее удаленных сейсмодатчиков системе контроля задается максимальный временной интервал maxt, в течение которого сигналы, зарегистрированные разными датчиками, считаются сигналами от одного СС. Чтобы зарегистрировать сейсмическое событие, необходимо выделение полезного сигнала, как минимум, тремя сейсмодатчиками в одном временном окне maxt. Чем больше датчиков будет использовано в расчете, тем выше точность определения координат. Факт регистрации полезных сигналов несколькими сейсмодатчиками в пределах временного окна maxt компьютер системы контроля идентифицирует, как произошедшее сейсмическое событие, и информирует об этом оператора. Оператор системы контроля, получив сообщение компьютера о происшедшем СС, должен распознать: какое именно событие произошло? Взрыв? Разрушение массива? Землетрясение? Данная задача решается оператором путем анализа вида сейсмограммы. У опытного оператора это не вызывает проблем. На рисунке 4.3 показана сейсмограмма разрушения массива, зарегистрированная тремя датчиками. Отличительными особенностями данного типа СС является низкая частота колебаний. Взрывы зарядов ВВ при отбойке горной массы инициируют более высокочастотные волны(рис. 4.4). Р  азрушения массива и взрывы – это СС, происходящие на расстоянии первых километров от сейсмодатчиков. Землетрясения, удаленные на сотни и тысячи километров легко распознаются по малой частоте колебаний (от долей герца до первых герц) и большой длительности процесса (до 1,5 часов). На рисунке 4.5 показан фрагмент сейсмограммы землетрясения 26.09.03 г. на острове Хонсю в Японии, зарегистрированного в Жезказгане всеми сейсмодатчиками системы контроля.  Рис. 4.5 Сейсмограмма землетрясения в Японии Выделив сейсмические события, вызванные разрушением массива в пределах горного отвода, оператор запускает компьютерную программу определения координат источника сигнала. В горной практике сейсмологический принцип определения координат источников СС неприменим. Это связано с тем, что расстояния от датчиков до источников СС составляют первые километры. На малых базах распространения (в пределах шахтных полей) из-за малой разности времен прихода ts-pпродольные р- и поперечные s-волны при регистрации сливаются в один цуг колебаний. Поэтому их нельзя разделить. Регистрация СС производится по времени прихода продольной р-волны. В системе сейсмического контроля используется другой, более сложный итерационный (пошагового приближения) принцип определения координат источника СС. Он заключается в переборе очень многих вариантов расположения источника по всей площади месторождения. Чтобы запустить компьютерную программу расчета координат, оператор должен по сейсмограмме определить время прихода продольной волны на каждый датчик. Общий вид окна компьютерной программы с сейсмограммами СС, переданными со всех датчиков в центр обработки по радиоканалу, показан на рисунке 4.6 Источник СС находится ближе всего к тому датчику, на котором зарегистрирован самый ранний приход р-волны. На рисунке видно, что первым зарегистрировал СС датчик № 11. Вторым – датчик № 2. И так далее. В последнюю очередь р-волна пришла на датчик № 7, который оказался наиболее удаленным от источника СС. Компьютерная программа, используя координаты расположения датчиков и времена регистрации СС на них, определяет 3 координаты (X, Y – координаты в плане, используемые в маркшейдерской документации; Z – глубина) точки, где произошло разрушения массива. Кроме координат, по амплитуде и продолжительности колебаний вычисляется также сейсмическая энергия Е (в джоулях), выделившаяся из массива при данном событии (разрушении массива). В сейсмологии принято выражать сейсмическую энергию в виде 10К Дж (десять в степени К джоулей). Показатель степени К называют энергетическим классом сейсмического события.  Рис. 4.6 Сейсмограмма сейсмического события, зарегистрированного двенадцатью датчиками системы контроля Сейсмическая энергия – очень важный показатель. Экспериментальными исследованиями сейсмологов (Касахара К., Садовский М.А. и др.) было доказано существование корреляционных соотношений между: -объемом разрушения массива V, -размером образующейся трещины (разлома) L, -временем подготовки разрушения T, -выделившейся сейсмической энергией E в следующем виде:  ; (4.1) ; (4.2) ; (4.3)где a, b, c, d, e – эмпирические (опытные) коэффициенты. Данные зависимости получены путем анализа землетрясений. Однако, как показал акад. Садовский М.А., они справедливы (с точностью до эмпирических коэффициентов) и для других масштабов разрушения массива. В частности - для описания режима сейсмичности массива, инициированной горными работами на рудниках. Первая зависимость отражает линейную связь выделившейся сейсмической энергии Е с объемом разрушения массива V. Чем больше объем разрушившегося массива, тем больше энергии в виде упругих волн выделяется при его разрушении. Следствием данной взаимосвязи является существование предельной плотности упругой энергии, при достижении которой массив становится неустойчивым. Это означает, что дальнейшая подкачка энергии в массив приводит к быстрой динамической перестройке его структуры (образованию новых трещин, разломов) с выделением сейсмической энергии. Акад. Садовский М. А. ввел понятие энергетической прочности массива - предельной плотности энергии, накопленной в массиве. По его оценкам в очагах землетрясений с линейными размерами 103-104 м энергетическая прочность массива составляет 102 Дж/м3. Второе уравнение вытекает из первого. Если предположить, что разрушение массива объемом V происходит за счет прорастания в нем сквозной трещины длиной L, тогда можно считать VL3. Это означает, что коэффициент b во втором уравнении должен иметь значение, близкое к 1/3. Именно такой коэффициент b получил Касахара К. В России для описания землетрясений пользуются, в основном, формулой Ризниченко Ю.В.:  (4.4)Третье уравнение означает следующее. Разрушение массива большого объема с выделением большого количества энергии готовится длительное время, в течение которого в данном объеме накапливаются до предельной плотности дефекты (повреждения) среды более низкого масштабного уровня. По идее Садовского М.А. линейная связь времени подготовки разрушения Т и линейного размера массива L приводит к значению коэффициента d , примерно равному 1/3. Таким образом, каждое сейсмическое событие характеризуется: -временем, когда оно произошло; -координатами X, Y, Z, где оно произошло; -сейсмической энергией Е. Данные параметры СС сводятся в каталог, вид которого показан на рисунке 4.7 По каталогу составляют карту сейсмической активности массива (рисунок 4.8). Анализируя подобные карты, построенные для разных интервалов времени, можно получить представления о том, в каких направлениях развиваются процессы разрушения налегающей толщи.  Рисунок 4.7 Вид каталога сейсмических событий на Жезказганском месторождении  Рисунок 4.8. Карта сейсмической активности массива Жезказганского месторождения в энергетических классах 26 в период с 26.08.02 г. по 26.09.03 г. На Жезказганском месторождении в качестве базовых для оценки состояния налегающей толщи приняты СС с энергией 104 Дж (энергетический класс К = 4). По приведенной выше формуле Ризниченко Ю.В. такая сейсмическая энергия излучается при образовании трещин длиной L 50 м. Сейсмические события с меньшей энергией не всегда (не со всех районов горного отвода) надежно регистрируются. Это связано с малой плотностью сети сейсмодатчиков на площади месторождения. Регистрация отдельного СС означает, что в массиве налегающей толщи произошло образование трещины. Если на площади в пределах выемочного участка зарегистрировано несколько СС, то можно говорить о формировании в массиве зоны сейсмической активности. Она свидетельствует о подготовке зоны обрушения налегающей толщи. На основании практического опыта составлена и используется на практике следующая классификация состояния выработанных пространств по сейсмической активности массива налегающей толщи: Таблица 4.2 Классификация состояния выработанных пространств по сейсмической активности массива налегающей толщи
4.1.6. Оценка устойчивости налегающей толщи по результатам наблюдений за сдвижением земной поверхности Долгое время считалось, что на Жезказганском месторождении наблюдения за сдвижением земной поверхности не могут быть средством для прогноза обрушений. Однако работами последних лет показано, что это не так. Сдвижение горных пород после разрушения или извлечения целиков проявляется на земной поверхности в виде оседаний задолго до обрушения налегающей толщи. Основным источником информации о процессе сдвижения горных пород являются инструментальные наблюдения за оседаниями реперов на земной поверхности. Развитие процесса сдвижения характеризуется двумя параметрами: -расширением площади мульды сдвижения; -увеличением оседаний земной поверхности. По совокупности реперов можно установить контур мульды сдвижения земной поверхности и ее развитие по площади во времени. |