МЕСТО И РОЛЬ ИНЖЕНЕРНЫХ СЕЙСМОРАЗВЕДОЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ В СИСТЕМЕ ОБЕСПЕЧЕНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ ПОДЗЕМНОЙ РАЗРАБОТКИ МЕСТОРОЖДЕНИЯ ВОДОРАСТВОРИМОГО ПОЛЕЗНОГО ИСКОПАЕМОГО
, ,
ГИ УрО РАН, г. Пермь, Россия
Практика освоения крупных месторождений водорастворимых полезных ископаемых показывает, что их интенсивная эксплуатация и разработка оказывает воздействие на породный массив в интервале от продуктивных пластов до земной поверхности [1,2]. В основном это воздействие выражается в перераспределении горного опорного давления по мере продвижения фронта горных работ и может приводить к разрушению пород перекрывающих выработки и влиять на устойчивость массива в целом. В некоторых случаях сами рудники и необходимые для их разработки людские ресурсы и городская инфраструктура оказываются территориально совмещенными. Следовательно, появляется отдельная важная проблема геолого-геофизического контроля верхней части разреза, испытывающей максимальную техногенную нагрузку как за счет промышленно-бытовых сооружений и инженерно-технических коммуникаций, так и за счет разработки.
Верхняя часть разреза характеризуется тонкослоистым строением, значительными вертикальными и горизонтальными градиентами скоростей распространения упругих волн. Базовым геофизическом методом ее изучения на этапе освоения месторождений типа ВКМКС [3,4] является инженерная сейсморазведка. Из всей иерархии задач [5], решаемых геофизическими методами при освоении месторождения, основной объем инженерной сейсморазведки сосредоточен (рис.1.) в двух основных направлениях: 1) обеспечение строительства рудников и наземных объектов предприятия, 2) обеспечение безопасной и экологичной эксплуатации калийных рудников и производств.
Для градопромышленных агломераций, где уровень случайных помех сравним с полезным сигналом, наиболее оптимальным представляется изучение отраженных волн по методике общей глубинной точки (МОГТ). Все преимущества МОГТ достаточно подробно описаны в многочисленных публикациях и монографиях по нефтегазовой и малоглубинной сейсморазведке.
Рис.1. Задачи инженерной сейсморазведки при освоении месторождения
В ГИ УрО РАН за последние 20 лет накоплен, наверное, самый передовой в России опыт подобных исследований. Разработка используемых сейчас инженерных сейсморазведочных технологий включала все традиционные методологические шаги и этапы.
Детальное изучение физико-геологических особенностей строения и состояния приповерхностных отложений в пределах месторождения, позволило сформулировать количественные характеристики проектируемых систем интерференционной регистрации. Данные характеристики проверены теоретическими расчетами волновых полей и базируются на ряде общих принципов, характерных для сейсморазведки любых глубин. Шаг ПВ не больше глубины минимальной целевой границы, максимальное удаление ПП от ПВ сравнимо или больше глубины нижней целевой границы и т. д.
В общем случае вариации параметров систем наблюдений позволяют регулировать частотный диапазон регистрируемых колебаний, который определяет разрешающую способность метода и, соответственно, детальность и направленность исследований.
Проведение инженерных наблюдений в объеме, соизмеримом с сейсморазведочными исследованиями водозащитной толщи, невозможно по ряду технологических и экономических причин. Оптимальным решением здесь является выбор участков проведения инженерных сейсморазведочных исследований в местах ослабления ВЧР, выявленных методом преломленных волн при малоглубинных сейсморазведочных исследованиях МОГТ.
В этой связи выбор участков проведения инженерной сейсморазведки МОГТ предлагается проводить на основе анализа полей времен первых вступлений, которые отслеживаются в процессе обработки для расчета статических поправок. Временные аномалии, характерные для всей массы линий равных удалений, определяют наиболее ослабленные участки верхней части разреза.
Одним из важных направлений инженерной сейсморазведки, как и в малоглубинной сейсмике, является параметрическое обеспечение геомеханических расчетов, направленных на выявление потенциально опасных зон в ВЗТ.
Рис.2. Результаты геомеханических расчетов после детальных сейсморазведочных исследований: а) распределение горизонтальных деформаций растяжения в ВЧР, б) формирование зон трещиноватости в ВЧР
В связи с изменчивостью и дефицитом данных о свойствах пород приповерхностных отложений, а, следовательно, и о критических значениях деформационных критериев, для ВЧР можно дать лишь качественную характеристику опасности формирования областей техногенных трещин. Поэтому в наиболее опасных местах необходимо проведение инженерной сейсморазведки, которая позволяет более детально оценить влияние горных работ на формирование трещин в самой верхней части разреза (рис.2). В соответствии с полученными результатами инженерных исследований производится корректировка геомеханической модели, т. е. снижение модуля деформации в пределах выделяемой зоны и принимаются, если требуется, оперативные проектные решения.
Следующее практическое приложение инженерной сейсморазведки в пределах разрабатываемого месторождения - это контроль устойчивости зданий и сооружений, неотъемлемой частью которого является прогноз особенностей геологического строения.
Размеры поисковых объектов и загруженность исследуемых площадей в пределах горнодобывающих предприятий различными сооружениями требует усложнения методик наблюдений. Здесь в первую очередь наиболее целесообразно комплексирование продольных и непродольных систем наблюдений.
Анализ большинства негативных ситуаций, связанных с деформациями сооружений, участвующих в производственном процессе на месторождении, показывает, что преобладающий вклад в их развитие вносят в основном негативные гидрогеологические процессы.
В волновых полях продольных и непродольных профилей отмечаются особенности, которые могут быть обусловлены наличием разуплотненных зон в породах основания. Более точная их локализация проводится за счет совместного анализа площадных закономерностей распределения в массиве физических параметров и структурных отметок границ основных инженерно-геологических элементов (рис.3).
Выделенные особенности строения закладываются в расчетные схемы деформаций на основании которых составляются и реализуются проект усиления конструкции или обустройства дренажных систем.
Во многих случаях определение устойчивости зданий зависит от распределения в разрезе физико-механических характеристик грунтов основания. Непосредственный переход к важнейшим физико-механическим показателям свойств массива в рамках используемых инженерных сейсморазведочных технологий возможен за счет привлечения волн различной поляризации.
Применительно к горнопромышленному производству использование площадных систем наблюдений позволяет решать проблему прогноза карстовых образований на соляных отвалах, разрабатываемых карьерным способом. Кроме этого, комплексный анализ поля отраженных волн продольного и непродольного профилирования в пределах околоствольного пространства позволяет не только локализовать зоны трещиноватости, но и оценить их объем.
Рис.3. Схема качественной интерпретации площадных сейсморазведочных наблюдений в районе БШСУ
Литература
1. Санфиров задачи сейсморазведки МОГТ. - Екатеринбург: УрО РАН, 1996.
2. , , , , , Сейсморазведочные исследования условий разработки калиной залежи / Геофизика.-2011.- №5.-С.53-59.
3. , , Возможности сейсморазведки МОВ при инженерно-геологических изысканиях / Инженерная геология - Июнь 2007. Мо-сква, , 2007.С.27-31
4. , , , , , , Сейсморазведочные исследования водозащитной толщи на верхнекамском месторождении калийных солей / Горный журнал, 2008,№10. Москва, ИД «Руда и металлы», 2008. С.45-48.
5. Глебов обеспечение разработки Верхнекамского месторождения солей // Горный информационно-аналитический бюллетень: М., 2004. - №9. С. 89-92.
