Расстояние, на которое распространяются звуки разрушения от места их возникновения, доходит в породах с высокой звукопроводностью до 15-20 м. При этом, с нарастанием частоты звуков разрушения - происходит увеличение, как числа громких звуков, так и их собственной громкости.
Таблица 3 - Звукометрические наблюдения в глубоких скважинах Глееватского карьера
|
№ п/п |
№ скв. |
Оси шахты |
Наименование шахты и залежи |
Оси ЦГОКа |
Горизонт (м) |
Количество наблюдений за год |
|
|
1 |
136 |
81 |
ш.”Большевик” |
290 |
+55 |
24 |
|
|
“Основная” № 4 |
|||||||
|
2 |
143 |
98 |
ш.”Большевик” |
275 |
+25 |
24 |
|
|
“Основная”, № 3 |
|||||||
|
3 |
151 |
138 |
ш.”Октябрьская” |
94 |
+83 |
12 |
|
|
“Основная” № 139 |
|||||||
|
4 |
155 |
143 |
ш.”Октябрьская” |
86 |
+65 |
12 |
|
|
“Основная” № 139 |
|||||||
|
5 |
156 |
59 |
ш.”Большевик” |
311 |
+49 |
24 |
|
|
“Основная № 1”, “Парал. № 4-6” |
|||||||
|
6 |
157 |
52 |
ш.”Октябрьская” |
196 |
+93 |
7 |
|
|
“Основная № 1-2” |
|||||||
|
7 |
158 |
117 |
ш.”Большевик” |
255 |
+67 |
7 |
|
|
“Основная”, № 3 |
В течение 2012 года, по всем скважинам, не было зафиксировано интенсивной звуковой активности, предшествующей массовому обрушению, и как, следствие - выходу новой воронки.
Для выполнения периодического и непрерывного контроля (мониторинга) за состоянием устойчивости горных пород методом звукометрии, целесообразно применение современных акустико-эмиссионных (АЭ) систем. Они основаны на обнаружении, регистрации и анализе упругих колебаний, возникающих при пластической деформации твердых сред, развитии дефектов (трещины, микротрещины, расслоения).
Последнее поколение приборов [8, 9, 10] представлено АЭ системами семейства A-Line 32D (рисунки 4, 5). Разработанное программное обеспечение для акустико-эмиссионных систем различных модифик-ций и систем комплексного мониторинга (КДМ), реализовано в среде Windows.
Программа обеспечивает бесперебойную регистрацию, обработку и долговременное хранение показаний обширного парка датчиков, ведёт подробный протокол работы системы. Многофакторный комплексный анализ данных, поступающих с сенсорных узлов различного типа, позволяет свести к минимуму влияние человеческого фактора на оценку результатов диагностического мониторинга.
Рисунок 4 - Портативная АЭ система сбора и обработки данных
Рисунок 5 - Модульная многоканальная акустико-эмиссионная система с последовательным высокоскоростным цифровым каналом передачи данных, оснащенная комплектом беспроводной связи (радиоканалом): 1 - центральный блок сбора и обработки данных на базе индустриального компьютера; 2 - центральная приемо-передающая станция (ЦППС); 3 - приемо-передающая станция (ППС); 4 - модуль АЭ; 5 - преобразователь АЭ.
АЭ системы данной серии состоят из центрального компьютера и нескольких измерительных линий, образованных включенными последовательно модулями сбора и обработки АЭ информации (модулями АЭ) по числу каналов в системе (рисунок 5). Усиление АЭ сигналов, фильтрация, оцифровка при помощи АЦП, регистрация, последующая цифровая обработка и определение параметров АЭ производится в модуле АЭ, который располагается рядом с преобразователем АЭ непосредственно на объекте контроля.
В работе [11] на основе теоретической обоснованности метода контроля за устойчивым состоянием бортов карьеров и отвалов, практических результатов приме-нения методов в условиях Глееватского карьера, соотношения простоты использова-ния методов контроля и информативности результатов исследований, опыта примене-ния геофизических методов контроля службой сдвижения ПАО «ЦГОК», сложности интерпретации результатов исследований, рассмотрены основные преимущества и недостатки маркшейдерско-геодезических, геофизических методов и приборов, применяемых в настоящее время для систем контроля за состоянием бортов карьеров и отвалов (таблица 4).
Рекомендованные методы контроля состояния пустот Глееватского карьера согласно [11] приведены в таблице 5.
В условиях возможного внезапного обрушения горных пород, необходимо применение экспресс контроля определения напряженно-деформированного состояния и устойчивости горных пород, расположенных над сводом пустоты, а также определение глубины залегания пустоты. С этой целью была разработана методика дистанционного экспресс контроля за состоянием потолочин камер, основанная на биолокационном методе наблюдения. Исследования осуществляются с применением рамок и резонаторов, усиливающих восприятие тех или иных аномалий под землей. При прохождении оператора над аномалиями, проволочный контур в его руке вращается. Величина напряженно-деформированного состояния и устойчивости потолочины выработки определяется углом поворота рамки и знаком вращения. Данная методика успешно прошла апробацию на карьере ПАО “СевГОК” [12] и подтвердила свою работоспособность и эффективность.
Преимуществами биолокации являются: оперативность, дешевизна, простота и доступность наблюдений. Однако на данный момент нет утвержденной методики проведения работ, а также для получения надежных результатов, необходим отбор и обучение операторов.
Выводы
Таким образом, практика наблюдений на Глееватском карьере по контролю за развитием локальных обрушений пород над подземными пустотами с применением методов, указанных в таблице 5, показала свою результативность. Однако, для повышения эффективности маркшейдерс-кого контроля за устойчивым состоянием восточного борта Глееватского карьера целесообразно дополнить существующие и хорошо зарекомендовавшие себя методы наблюдений применением современных приборов и способов. Таковыми являются современные акустико-эмиссионные системы, системы высокоточных GPS приемников, и вспомогательные АМТЗ, РАП. Особое внимание целесообразно уделить развитию биолокационного метода наблюдения в условиях Глееватского карьера.
Таблица 4 - Результаты анализа эффективности методов контроля за состоянием пустот под восточным и западным бортами Глееватского карьера [11]
|
Название метода |
Достоинства |
Недостатки |
|
|
Визуальный внутрискважинный контроль |
Высокая информативность, простота использования |
Отсутствует возможность проведения разведочного бурения в условиях Глееватского карьера |
|
|
ГПЗ (Метод геополяритонного зондирования) |
Высокая информативность, широкое распространение в строительных изысканиях, реко-мендован ДБН А.2.1-1-2008 |
Отсутствие опыта применения для решения рассматриваемых задач. Необходимость проведения дополнительных исследований |
|
|
Электрометрические наблюдения |
Высокая теоретическая обоснованность, рекомендован ДБН А.2.1-1-2008 |
Отрицательный опыт применения Службой сдвижения в условиях Глееватского карьера |
|
|
РЕИЭПЗ (ЕИЭМПЗ), АМТЗ (регистрация естественного импульс-ного электромагнитного поля Земли) |
Достаточная теоретическая обоснованность, опыт применения в условиях Глееватского карьера |
Сложность интерпретации данных наблюдений |
|
|
РАП (метода резонансно-акустического профилирования) |
Достаточная теоретическая обос-нованность, опыт применения в условиях Глееватского карьера |
Сложность интерпретации данных наблюдений |
|
|
Микросейсмика |
Достаточная теоретическая обоснованность, высокая информативность |
Отсутствует возможность применения в опасных зонах, отсутствует опыт приме-нения в условиях Глееватского карьера |
|
|
Тепловая геотомография |
Теоретическая обоснованность, возможность охвата большой площади |
Применение в условиях Глееватского карьера не принесло ожидаемых результатов |
|
|
Гравиметрические наблюдения |
Простота использования, положительный опыт применения службой сдвижения |
Отсутствует возможность определения глубины залегания пустот |
|
|
Радиолокационный спутниковый мониторинг |
Возможность охвата больших площадей при относительно невысокой стоимости |
Применение в условиях Глееватского карьера не принесло ожидаемых результатов. |
|
|
Электронные тахеометры |
Развитое аппаратное обеспечение, отработанная методика работ |
Используется только для наблюдения за устойчивостью по профильным линиям |
|
|
Системы GPS |
Развитое аппаратное обеспечение, отработанная методика работ |
Используется только для наблюдения за устойчивостью по проф. линиям |
|
|
Новые системы SSR и лазерное сканирование |
Высокая степень обеспечения безопасности работ |
Высокая стоимость, нет опыта применения на отечественных карьерах |
Таблица 5 - Методы наблюдения за состоянием пустот в массивах горных пород восточного борта Глееватского карьера
|
Основные (Выполняемые средствами службы сдвижения) |
Вспомогательные (Выполняемые при необходимости по средствам заказа подрядным организациям) |
Рекомендуемые (для контроля за устойчивостью бортов, уступов и групп уступов) |
|
|
1.Систематическое визуальное обследование; 2.Гравиметрические наблюдения за активностью процесса «всплытия» пустот |
1. АМТЗ; 2. РАП |
1. Визуальный осмотр; 2. Электронные тахеометры; 3. Системы высокоточных GPS приемников |
Перечень ссылок
1. Правила охраны сооружений и природных объектов от вредного влияния подземных горных работ в Криворожском железорудном бассейне. - Ленинград: ВНИМИ, 1975. - 68 с.
2. Инструкция по наблюдениям за сдвижением горных пород и земной поверхности при подземной разработке рудных месторождений. - М.: Недра, 1988. - 112 с.
3. Методичні вказівки з визначення оптимальних кутів нахилу бортів, укосів уступів і відвалів залізорудних та флюсових кар'єрів. - Дніпропетровськ: ІППЕ НАНУ, 2012. - 205 с.
4. Комплексные мероприятия для карьера № 1 по безопасной разноске восточного и западного борта с учётом наличия пустот от подземной разработки / ГП «ГПИ «Кривбасспроект» Кривой Рог, 2001. - 61 с.
5. Меры охраны карьера №1 в зоне подработки массива подземными горными работами (шахтами ПАО “КЖРК” и ПАО "ЕВРАЗ Суха Балка") / ГП «ГПИ «Кривбасспроект», 2012. - 138 с.
6. Сазонов В.А. Временные указания по проведению гравиметрических наблюдений” / В.А. Сазонов, Д.И. Сосик - КГРИ, 1983 г. - 21 с.
7. Временная инструкция по применению звукометрического метода контроля состояния массива горных пород на шахтах и карьерах Кривбасса. НИГРИ, г. Кривой Рог, 1977. - 11 с.
8. http://www.interunis-ural.ru/catalog/88/
9. http://interunis.ru/company/
10. http://www.sds.ru/
11. Выявление пустот в восточном борту Глееватского карьера и разработка мероприятий по безопасному ведению горных работ в зонах его подработки подземными горными работами/ ГП «НИГРИ, 2012.
12. Отчет по контролю за состоянием подземного выработанного пространства шахт «Красный партизан» и «4-бис», расположенных под бортами Первомайского карьера ОАО «Северный ГОК» / ГАК «Укррудпром» Кривой Рог, 2002. - 36 с.