Влияние горных работ на сейсмоактивность массива пород подземных рудников Хибин. Влияние горных работ в2. Влияние горных работ на сейсмоактивность массива горных пород в шахтных полях рудников
 Скачать 4.11 Mb.
|
|
Влияние горных работ на сейсмоактивность массива горных пород в шахтных полях рудников Сейсмоактивность массива горных пород в шахтных полях рудников есть явление динамического разрушения предельно напряжённых участков массива. Сейсмоактивность тесно связана со структурными особенностями породного массива, физико-механическими свойствами составляющих горных пород и конфигурацией шахтных выработок. Сейсмические явления возникают в тех участках массива, в которых скорость изменения напряжённого состояния превышает предельную скорость релаксации напряжений (вследствие пластических деформаций)[1]. Изменение напряженного состояния массива в шахтных полях рудников связано с проводимыми горными работами и обусловлено несколькими факторами. Одним из действующих факторов является пригрузка высоконапряженного массива за счет сейсмического влияния взрывных работ, широкого применяющихся при отработке месторождений. Кроме того, изменение напряженного состояния связано с перераспределением напряжений в результате изменения конфигурации подготовительных и очистных выработок в ходе проводимых горных работ. Еще один действующий фактор – глобальные изменение распределение напряжений в массиве пород по имеющимся разрывным нарушениям в зонах повышенного горного давления , накапливающиеся в процессе длительной эксплуатации рудников. Нами предпринята попытка количественно оценить взаимоотношения вышеперечисленных действующих факторов, определяющих сейсмоактивность породного массива для двух действующих апатитовых рудников Хибинского месторождения: Объединенный Кировский рудник (далее в обозначениях kir) и Расвумчорский рудник (далее в обозначениях ras) Кировского филиала АО «Апатит». Оценка выполнялась на основе анализа каталога сейсмических событий, зарегистрированных в 2019 – 2020 года сейсмостанцией АО Апатит, выполняющей сейсмический мониторинг шахтных полей рудников в микросейсмическом диапазоне[]. Сейсмостанция сохраняет в каталогах идентифицированную информацию о всех сейсмических явлениях , как связанных с сейсмоактивностью массива, так и о технологических взрывах. Общие результаты регистрации по рудникам за анализируемый период в таблице 1. Таблица 1 Результаты регистрации сейсмостанцией АО Апатит в 2019-2020 гг
Следует отметить, что пространственное распределение технологических взрывов косвенно выявляет участки активных горных работ.  Рисунок 1. Пространственное распределение технологических взрывов в районе фронта горных работ вмронтаи их соответствие поквартальным планам горных работ, Кировский рудник, горизонт +250м. Условные обозначения: Взрывы, зарегистрированные  - взрыв; - отбойка Iкв.; - отбойка IIкв.; - отбойка IIIкв.; - отбойка IVкв.  Нами был выполнен анализ распределения зарегистрированных технологических взрывов и сейсмических событий с учетом их энергий, взаимного расположения и хронологии. Процедура анализа состояла в следующем: для каждого из зарегистрированных технологических взрывов с энергией выше определенного порога выбирались сейсмические события в фиксированном временном интервале после момента взрыва, попадающие в зону влияния взрыва. Для оценки зоны влияния взрывов с учетом их энергии в расчетах использовалась эмпирическая формула:  ,где: E – энергия взрыва, Дж, R – радиус зоны влияния, м., к – масштабирующий множитель. Обоснованием для выбора эмпирической формулы послужили соображения размерности, а также некоторая аналогия с известной формулой задающей связь между размерами очага сейсмического события и его энергией [5]:  ,где L – длина разрыва в очаге, м., E –энергия сейсмического события, Дж. Ниже (Таб. 2 и Рис. 1 ) приводятся результаты анализа при следующих параметрах: Масштабирующий множитель к в эмпирической формуле (1) - 1.2; Минимальная энергия технологических взрывов, использующихся в анализе, - 1000 Дж; Длительность временного интервала анализа – 168 часов (7 суток). Из приведенных данных следует, что подавляющее большинство сейсмических событий зафиксировано в зоне влияния, по крайней мере, одного технологического взрыва причем это распределение устойчиво сохраняется со временем. Это справедливо для обоих рудников, хотя на Расвучорском руднике этот показатель несколько ниже. Таблица 2 Общие результата пространственного анализа сейсмоактивности в зоне влияния технологических взрывов (временной интервал - 72 часа)
 Рисунок 2 Помесячное распределение относительного числа сейсмособытий в зоне влияния технологических взрывов в 2019-2020 гг На рисунках 2, 3 представлено пространственное распределение сейсмических событий, зарегистрированных в феврале 2020 года на обоих рудниках. Временной интервал ограничен с целью облегчения визуализации сейсмособытий, время выборки выбрано случайно, так как отражает типичное распределение сейсмособытий разных типов во всем анализируемом 2-х годичном интервале. По каждому руднику выводятся отдельно все сейсмические события и только события, связанные с сейсмоактивностью массива. Можно видеть, что, при выбранных параметрах анализа, на обоих рудниках зарегистрированная сейсмоактивность в подавляющем большинстве случаев находится в зоне горных работ, связанных с технологическими взрывами. При этом технологические взрывы “выявляют” участки шахтных полей, находящихся в напряженно-деформированном состоянии близком к предельному и откликающихся на проводимые работы проявлениями сейсмоактивности. Сейсмоактивность проявляется в виде пространственно компактных кластеров сейсмособытий, легко выявляемых даже визуально.
Р  исунок 3 Пространственное распределение сейсмособытий Кировский рудник, февраль 2020 годаЦвета типов сейсмособытий: Размер условных обозначений сейсмособытий пропорционален логарифму энергии
Р  исунок 4 Пространственное распределение сейсмособытий Расвучорский рудник, февраль 2020 годаЦвета типов сейсмособытий: Размер условных обозначений сейсмособытий пропорционален логарифму энергии Выявление характерных механизмов формирования сейсмических событий в зоне влияния технологических взрывов выполнялось на основе анализа следующих показателей: 1 – число воздействующих взрывов, 2- период воздействия взрывов, т.е временной интервал между временем события и первым взрывом, в зоне влияния которого произошло событие, 3 – время отклика события, т.е временной интервал между т.е временной интервал между временем события и последним взрывом, в зоне влияния которого произошло событие. Таблица 3 Усреднённые параметры воздействия технологических взрывов на сейсмособытия в зоне горных работ
 Рисунок 5 Распределение длительности влияния технологических взрывов на сейсмособытия Из данных, приведенных в таблице 3 и на рисунках 4 и 5, следует, что условия, приводящие к реализации сейсмического явления, создаются в процессе длительного накопления изменений напряженного состояния массива в связи с перераспределением напряжений в результате изменения конфигурации подготовительных и очистных выработок в ходе проводимых горных работ. Сама реализация сейсмического события осуществляется чаще всего как следствие триггерных эффектов действия взрывов на участки массива, находящихся в состоянии близком к предельному за счет предшествующих горных работ (взрывов). Сейсмические события как результат прямого воздействия взрыва на массив составляют незначительное число, относительно общего числа событий в зоне ведения горных работ. График распределения по времени отклика событий в зоне влияния технологических взрывов (рис 5) имеет два характерных участка: начало графика представляет собой быстрозатухающую функцию, в то время как правая часть, практически постоянна. В целом, распределение в левой ч асти графика близко к распределению афтершоков после мощных землетрясений, описываемому известным законом Омори , согласно которому частота афтершоков убывает гиперболически с течением времени [].  Рисунок 6 Распределение по времени отклика событий в зоне влияния технологических взрывов Имеется некоторое различие в проявлении сейсмоактивности на разных рудниках. В частности, на Раcвумчорском руднике относительная доля сейсмичности за пределами зоны влияния горных работ (seism) существенно больше по сравнению с Кировским рудником. На рисунке 6 приведены графики распределения числа событий по энергетическим классам (графики повторяемости) для сейсмособытий, попавших в зону влияния взрывов и вне зоны) сейсмоактивности (на графике job и seism соответственно). Для построения графиков использовались сейсмособытия с энергией большей нижнего порога чувствительности системы регистрации (1000 Дж). Приведенные графики показывают, что сейсмоактивность, индуцированная взрывами, в целом, представлена сейсмособытиями с меньшей энергией по сравнению сейсмоактивностью за границами  Рисунок 7 Нормированные графики повторяемости для сейсмоактивности различных типов Нами были проанализированы сценарии подготовки и реализации 32 сейсмических событий с излученной энергией большей 5*106 Дж (горных ударов) зарегистрированных в 2019-2020 годах в зоне влияния технологических взрывов. Как показал анализ, типичные сценарии подготовки и реализации горных ударов состоят в образовании кластеров событий с меньшей энергией с последующим горным ударом на перемирии образованного кластера, либо в пространстве между близко расположенными кластерами. На рисунках 7, 8 представлены несколько примеров таких реализаций по обоим рудникам.
Р  исунок 8 Кировсий рудник. Пространственное распределение сейсмических событий в полукилометровой зоне в течение 7 суток, предваряющих горный удар в зоне ведения горных работ. Размер значков событий пропорционален энергетическому классу. Цвета значков:
Р  исунок 9 Расвумчорский рудник. Пространственное распределение сейсмических событий в полукилометровой зоне в течение 7 суток, предваряющих горный удар в зоне ведения горных работ. Размер значков событий пропорционален энергетическому классу. Цвета значков: Выводы 1 Сейсмоактивность массива горных пород в шахтных полях рудников Хибинского месторождения в подавляющем большинстве случаев проявляется в зонах горных работ, проводимых с применением технологических взрывов. 2. Сейсмоактивность в зоне влияния технологических взрывов проявляется в виде затухающей по времени последовательности сейсмособытий подобно афтершокам после сильных землетрясений. 3. Технологические взрывы выявляют в шахтном поле участки, находящихся в состоянии близком к предельному, в виде пространственно компактных кластеров сейсмособытий. 4. Сейсмоактивность в зоне влияния технологических взрывов представлена менее энергетичными сейсмособытиями по сравнению с сейсмоактивностью за её пределами. Литература Авершин С. Г., Горные удары, М., 1955. Гульельми А.В. Интерпретация закона Омори // Физика Земли. 2016. № 5. С. 165–166. Касахара К. Механика землетрясений. – М.: Мир, 1985. – 262 с. Dobrovolsky I.R., Zubkov S.I., Myachkin V.I. Estimation of the size of earthquake preparation zones // Pageoph. 1979. N 117. P. 1025 -1044. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
