РАЗДЕЛ 2
ГЕОМЕХАНИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ИНТЕНСИВНОСТИ
ВЫСВОБОЖДЕНИЯ ПОТЕНЦИАЛЬНОЙ ЭНЕРГИИ ПРИ ПОДРАБОТКЕ МАССИВА ГОРНЫХ ПОРОД,
ВМЕЩАЮЩИХ СЛОИ ПОРОД ВЫСОКОЙ ПРОЧНОСТИ
2.1 Анализ наведенной сейсмической активности при интенсивной подработке
массива горных пород очистными забоями
При интенсивной подработке породной толщи происходит преобразование
потенциальной энергии деформации породных слоев в другие виды энергии. Прежде
всего, происходит разрушение пород, в результате чего часть потенциальной
энергии деформации массива преобразуется в работу необратимого пластического и
хрупкого деформирования. В зоне опорного давления разрушение происходит чаще
всего от сдвига, в зоне активных сдвижений позади движущейся лавы от сдвига и
растяжения. Определенная доля потенциальной энергии высвобождается в виде
кинетической энергии удара при обрушении и падении зависающих прочных породных
слоев (как правило, песчаников, которые могут содержать взрывоопасный газ
метан). В свою очередь при ударе часть кинетической энергии рассеивается в виде
сейсмических колебаний породного массива, часть превращается в работу
необратимых деформаций, вызванных дроблением упавших породных блоков.
Определенная доля потенциальной энергии преобразуется в поверхностную энергию
трещин и вновь образовавшихся породных обнажений, а также расходуется на
дезориентацию и перемешивание отдельных породных блоков и обломков. В конечном
итоге вся кинетическая энергия удара и часть энергии разрушения рассеивается в
виде тепла. Инструментальная количественная оценка процесса преобразования
потенциальной энергии подрабатываемого массива является весьма сложной и
трудоемкой задачей. Чаще всего геодинамические проявления горного давления
оценивают по параметрам сейсмических колебаний породной толщи, которая
находится в стадии динамических сдвижений. Регистрация параметров сейсмических
колебаний является дорогостоящей процедурой, которая требует времени и
применения высокотехнологичного оборудования и математического обеспечения.
Однако регистрация процессов преобразования потенциальной энергии породного
массива в другие виды энергии является еще более сложной задачей. Именно
поэтому данные об измерении сейсмических колебаний породной толщи в процессе ее
подработки действующими очистными забоями представлены в научной литературе
наиболее полно.
Геодинамическая активность подрабатываемого массива горных пород имеет
множество параметров. Главными из них являются амплитуда, энергия, спектр
колебаний и место проявления. Наиболее сложным является определение места
возникновения сейсмического события. Для определения места проявления
динамического сигнала в массиве горных пород необходимо как минимум три
разнесенных геофона, установленных вокруг участка, где происходит сейсмическое
событие [146]. Принцип определения координат сейсмического события использует
разность времени прихода сигнала к геофонам. Для этого следует решить задачу
идентификации одного и того же сигнала на всех геофонах, одновременно
принимающих такой сигнал. Строго говоря, сигнал придет к разным геофонам в
разное время, однако разница между этими отрезками времени составляет сотые
доли секунды и поэтому используют гипотезу о том, что последующие во времени
сейсмические события происходят, по крайней мере, через несколько секунд друг
после друга. Иначе разделить такие события очень сложно.
Для идентификации сейсмических событий применяют несколько методов. Наиболее
точный из них основан на методе корреляционной обработки сигналов. Анализ
показал, что такой метод применим лишь в относительно однородных средах типа
воздуха или воды. Горный массив представляет собой весьма сложную нарушенную
среду и поэтому сильно искажает спектр сейсмического сигнала. Поэтому разделить
сигналы по спектру с помощью корреляционного метода не представляется
возможным. В связи с этим применяют более грубый метод по регистрации первого
вступления сигнала на датчик или геофон.
Заметим, что геофоны должны быть расположены друг относительно друга
пространственно, охватывая участок, с которого могут прийти сейсмические
сигналы. Для этого геофоны устанавливают в скважины, пробуренные вокруг
исследуемого участка. Следует также сказать о том, что необходимо обеспечить
надежный акустический контакт между геофоном и стенками измерительной скважины.
Для этого геофоны заливают цементным раствором. Сбор информации с геофонов
осуществляется телеметрической системой, а обработка сигналов и вычисление
координат сейсмических событий производится специальным программным
обеспечением. Нет необходимости говорить о том, что такая техника и технология
является весьма дорогостоящей и в настоящее время в нашей стране применить ее
нет экономической возможности.
В связи с этим используем результаты мониторинга сейсмической активности
горного массива, наведенной очистными работами в шахтах зарубежных
угледобывающих стран. В публикации [30] приводятся результаты исследования
наведенной сейсмической активности горного массива при отработке длинных
очистных забоев (рис. 3.1). Угольный пласт имеет мощность 3 м и отрабатывается
на глубине 235 м. Длина лавы составляет 250 м. Скорость подвигания превышает
10 м/сут. Непосредственная кровля представлена аргиллитом, прочность которого
на одноосное сжатие составляет 5-15 МПа. На расстоянии 25 м от угольного пласта
в его кровли залегал мощный пласт песчаника прочностью 50 МПа.
В специальной скважине были установлены трехкомпонентные датчики-геофоны для
приема сейсмических импульсов. Кажд
- Київ+380960830922