Эффективность комплексирования методов ЕИЭМПЗ и РАП для условий подработанного горного массива Кривбасса подземными горными выработками
Наведені результати досліджень методами ПІЕМПЗ та РАП розламної тектоніки масиву гірських порід, що розробляються підземним засобом в Кривбасі, доведена їх ефективність в попереджені аварійних ситуацій на гірничих об’єктах. Shows the results of research of tectonics by methods EIEMPZ and RAP of the...
Saved in:
| Published in: | Наукові праці УкрНДМІ НАН України |
|---|---|
| Date: | 2011 |
| Main Authors: | , , , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Український науково-дослідницький і проектно-конструкторський інститут гірничої геології, геомеханіки і маркшейдерської справи НАН України
2011
|
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/99724 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Эффективность комплексирования методов ЕИЭМПЗ и РАП для условий подработанного горного массива Кривбасса подземными горными выработками / Ю.Л. Ахкозов, Е.Ю. Грицай, В.А. Семенюк, И.В. Зуйков, Н.В. Цыбульская // Наукові праці УкрНДМІ НАН України. — 2011. — № 9, ч. 2. — С. 9-17. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859587315756695552 |
|---|---|
| author | Ахкозов, Ю.Л. Грицай, Е.Ю. Семенюк, В.А. Зуйков, И.В. Цыбульская, Н.В. |
| author_facet | Ахкозов, Ю.Л. Грицай, Е.Ю. Семенюк, В.А. Зуйков, И.В. Цыбульская, Н.В. |
| citation_txt | Эффективность комплексирования методов ЕИЭМПЗ и РАП для условий подработанного горного массива Кривбасса подземными горными выработками / Ю.Л. Ахкозов, Е.Ю. Грицай, В.А. Семенюк, И.В. Зуйков, Н.В. Цыбульская // Наукові праці УкрНДМІ НАН України. — 2011. — № 9, ч. 2. — С. 9-17. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Наукові праці УкрНДМІ НАН України |
| description | Наведені результати досліджень методами ПІЕМПЗ та РАП розламної тектоніки масиву гірських порід, що розробляються підземним засобом в Кривбасі, доведена їх ефективність в попереджені аварійних ситуацій на гірничих об’єктах.
Shows the results of research of tectonics by methods EIEMPZ and RAP of the rock mass, which is extracting by underground way in Krivbass, showing their effectiveness in preventing accidents at mining sites.
|
| first_indexed | 2025-11-27T11:23:09Z |
| format | Article |
| fulltext |
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 9 (частина II), 2011
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 9 (part II), 2011
9
УДК 550.837.21:624.19
ЭФФЕКТИВНОСТЬ КОМПЛЕКСИРОВАНИЯ МЕТОДОВ
ЕИЭМПЗ И РАП ДЛЯ УСЛОВИЙ ПОДРАБОТАННОГО
ГОРНОГО МАССИВА КРИВБАССА ПОДЗЕМНЫМИ
ГОРНЫМИ ВЫРАБОТКАМИ
Ахкозов Ю. Л., Грицай Е. Ю., Семенюк В. А., Зуйков И. В.,
Цыбульская Н. В.
(ГП «НИГРИ», г. Кривой Рог, Украина)
Наведені результати досліджень методами ПІЕМПЗ та
РАП розламної тектоніки масиву гірських порід, що розробля-
ються підземним засобом в Кривбасі, доведена їх ефективність в
попереджені аварійних ситуацій на гірничих об’єктах.
Shows the results of research of tectonics by methods EIEMPZ
and RAP of the rock mass, which is extracting by underground way in
Krivbass, showing their effectiveness in preventing accidents at min-
ing sites.
Геомеханическое состояние массива горных пород опреде-
ляется как природными, так и техногенными факторами. При-
родные факторы определяются особенностями геологического
строения горного массива, их изменениями в неотектонический
этап. Техногенные факторы определяют изменение инженерно-
геологических и гидрогеологических особенностей горного мас-
сива в настоящее время. Оценка состояния, степени нарушен-
ности горного массива, интенсивно подработанного масштабной
добычей железных руд, вероятности проявления техногенных
геомеханических явлений и нарушений относится к актуальней-
шей проблеме Кривбасса. В этих условиях, наряду с традицион-
ными методами исследований, важное значение приобретает
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 9 (частина II), 2011
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 9 (part II), 2011
10
внедрение новых методологических подходов и аппаратурного
обеспечения исследований.
С целью повышения достоверности оценки геомеханическо-
го состояния горного массива начиная с 2007 г. ДП «НИГРИ» для
исследований использует метод естественного импульсного элек-
тромагнитного поля Земли (ЕИЭМПЗ). Это эффективный и мо-
бильный метод выявления и прогнозирования положения (по
опыту работ в интервале глубин от поверхности до 300-400 м)
напряженных участков горного массива, зон трещиноватости, об-
водненных тектонических нарушений, трассирования «живущих»
разломов кристаллического фундамента и ослабленных зон оса-
дочного чехла, как факторов, влияющих на безопасную эксплуа-
тацию промышленных объектов.
Методологической основой применения метода ЕИЭМПЗ
для оценки деформированного состояния горного массива слу-
жит существование связи между процессом механического (плас-
тично-хрупкого) разрушения горных пород и возникнове-нием
при этом импульсов электромагнитного излучения [1-4]. При
этом кварцсодержащие горные породы Кривбасса являются бла-
гоприятным фактором возникновения электромагнитного излу-
чения при их деформации;
Опыт работ в Кривбассе на основе данного метода показал,
что он позволяет регистрировать особенности естественного им-
пульсного электромагнитного поля на каком-либо участке, по ко-
торому с большой долей вероятности можно определять меха-
низм генерации этого поля - пьезоэффект, трещинообразование,
то есть фиксировать участки напряженного состояния горного
массива, положение “живущего” разлома, а также его ориенти-
ровку и обводненность. В целом во всех случаях импульсное
электромагнитное излучение связано с микросдвиговыми дефор-
мациями, в частности с “живущими” разломными, трещинными
зонами.
В 2010 г. по заданию (договору) с ОАО «Арселор Миттал
Кривой Рог» были выполнены комплексные исследования шахт-
ного поля ШУ им. Кирова. Главной целью работы была оценка
степени нарушенного состояния горного массива и выявление
пустот под участком городской автодороги и на основании этих
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 9 (частина II), 2011
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 9 (part II), 2011
11
исходных данных определить возможности дальнейшей её экс-
плуатации. Площадная интерпретация результатов съемки мето-
дом ЕИЭМПЗ, выполненной на указанном участке, дала следую-
щие результаты (рис. 1).
-1000.00 -800.00 -600.00 -400.00 -200.00 0.00
-400.00
-200.00
0.00
0.00
100.00
200.00
300.00
400.00
500.00
600.00
700.001
2
34
5
6
78
9
10
11
12
-1000.00 -800.00 -600.00 -400.00 -200.00 0.00
-400.00
-200.00
0.00
ш.Дренажная
Рис. 1. Интерпретация результатов исследований методом
ЕИЭМПЗ (частота 0-1 кГц, в изолиниях интенсив-
ности сигнала). ПА – «Придамбовая» аномалия
В области 0-1 кГц, связанной с деформациями в первые сот-
ни метров, по амплитуде (и по суммарной энергии импульсов)
выделяются две крупные группы аномалий, расположенные в
придорожной части. Они тяготеют к краевым частям массива,
находящиеся на границах с выработанным пространством. Еще
одна группа аномалий выделена с южной стороны дамбы, пере-
гораживающей балку Ковальскую. Первая группа аномалий
(придорожная) попадает в область глубинного разуплотнения
горного массива, выделенного также по данным гравиметрии.
«Придамбовая» группа аномалий связана с крупным разломом,
вытянутым в северо-западном направлении, объединяющим её с
западной придорожной группой аномалий. Несколько аномаль-
ных участков выделяется также в районе шахты «Дренажная».
дорога дорога
С
ПА
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 9 (частина II), 2011
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 9 (part II), 2011
12
Перечисленные аномальные участки является, с точки зрения де-
формации массива, наиболее активным в настоящее время.
Таким образом, интерпретация результатов съемки методом
ЕИЭМПЗ в области частот 0-1 кГц, отражающих процессы раз-
рушения кристаллического массива на глубинах в первые сотни
метров, выявляет тенденцию локализации аномалий в определен-
ных участках исследованной территории. Эти участки нарушен-
ности массива связаны с современным уровнем подработки нале-
гающей толщи шахтами «Родина» и «Артем-1», а также с раз-
рывными нарушениями.
Две заверочные скважины, пробуренные в пределах придо-
рожных аномалий, подтвердили приведенную интерпретацию
данных ЕИЭМПЗ. Бурением было установлено, что выделенные
по данным метода естественного импульсного электромагнитно-
го поля Земля аномалии, представляют собой нарушенный гор-
ный массив, характеризующийся высокой степенью трещинова-
тости, тенденцией увеличения с глубиной степени трещиновато-
сти и изменения её от мелкой к крупной, напряженное в настоя-
щее время состоянии горного массива и деформацию его в режи-
ме крипа.
Поскольку глубина подработки горного массива на указан-
ном объекте достигла 700-900 м, исследования методом ЕИЭМПЗ
были дополнены методом резонансного акустического профили-
рования (РАП). По совокупности таких параметров, как произво-
дительность, информативность, разрешающая способность и се-
бестоимость, метод РАП не имеет аналогов среди традиционных
методов поисковой и разведочной геофизики. РАП позволяет вы-
сокоэффективно решать инженерно-геологические, гидрогеоло-
гические, геомеханические проблемы горнодобывающей про-
мышленности [5-8].
Метод РАП обеспечивает изучение геологического разреза
до глубины 2000 м в модификации аппаратуры «РАП-Плюс» с
разрешением не менее 2,5 % от глубины исследования. Про-
граммное обеспечение позволяет оперативно осуществлять кон-
троль качества полевой информации, экспресс-обработку данных,
визуализацию результатов исследований на мониторе компьюте-
ра в виде цветотеневых разрезов, отражающих характер неодно-
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 9 (частина II), 2011
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 9 (part II), 2011
13
родности изучаемой геологической среды, графический вывод
результатов наблюдений. Метод использует для получения ин-
формации собственное акустическое поле Земли, а именно – поле
акустического резонанса, возникающее в толщах горных пород
под влиянием различных внешних факторов. Внешними факто-
рами являются источники сейсмической активности земной коры,
механические колебания, возникающие в результате напряжений
горного массива. Под влиянием вышеперечисленных внешних
факторов в слоистой толще образуются поперечные упругие ко-
лебания, возникающие только в твердых телах, в которых воз-
можны упругие деформации сдвига. Существование поперечных
поверхностных волн является следствием взаимодействия про-
дольных и (или) поперечных упругих волн при отражении этих
волн от плоской границы между различными средами. Такими
границами являются в первую очередь поверхности ослабленного
механического контакта в массиве горных пород. Чем слабее
контакт – тем большая возможностью взаимного перемещения
контактирующих слоев, и, следовательно, больше амплитуда
возникающих собственных колебаний. В результате поверхност-
ные волны локализуют энергию возмущений, созданных на по-
верхности, в сравнительно узком слое. Именно это свойство по-
верхностных волн приводит к резонансным явлениям.
Возможно искусственное усиление амплитуды собственных
колебаний, возникающих в толще горных пород, путем возбуж-
дения широкого спектра акустических колебаний в датчике аку-
стических колебаний, при этом мощность источника возбужде-
ния не имеет особого значения. При совпадении частот есте-
ственных акустических колебаний толщи горных пород с часто-
тами колебаний, наведенных в акустический датчик, в датчике на
этих частотах возникают резонансные колебания, проявляющие-
ся в увеличении амплитуд колебаний на этих частотах. Записав и
проанализировав суммарный акустический сигнал, можно вы-
числить его спектральные характеристики и выделить резонанс-
ные частоты
Таким образом, метод РАП дает информацию о геомехани-
ческих свойствах исследуемого объекта, обусловленных его
структурой (слоистостью, трещиноватостью), участками повы-
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 9 (частина II), 2011
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 9 (part II), 2011
14
шенной расслоенности пород, зонами тектонических нарушений,
в целом зонами ослабленного механического контакта. Они мо-
гут быть выделены на геомеханических РАП-разрезах по повы-
шенной насыщенности интенсивности цветовой гаммы.
Бывает полезным проводить отдельную интерпретацию ре-
зультатов вычисления полной и локальной компонент спектра
акустических сигналов, так как локальная составляющая более
детально выделяет характеристики расслоения геомеханического
разреза. Визуализация массивов данных по геомеханическим сре-
зам выполняется в программе «Golden Software Surfer».
В результате выполнения работ по вычислению 3-D масси-
вов появляется возможность получить объемную картину рас-
пределения геомеханической прочности и выполнить секущие
срезы в любых направлениях в наиболее интересных местах гео-
логического разреза. По настоящему простой и доступной эта
технология (применительно к методу РАП) стала с появлением
программы «Voxler» компании Golden Software.
Основные принципы интерпретации результатов исследова-
ний методом РАП следующие:
- зоны пониженной и повышенной механической прочности
пород в методе РАП соответствуют повышенным и пониженным
значениям спектров акустических сигналов;
- повышенные значения спектров акустических сигналов
отображаются более интенсивной цветовой гаммой;
- чем ниже механическая прочность выделяемых поверхно-
стей ослабленного механического контакта, тем более интенсив-
ным цветом они отображаются на цветотеневых геомеханических
РАП-разрезах.
Положение и пространственное распределение основных,
наиболее интенсивных зон понижения механических свойств по-
род исследованного участка приведено на 3D массивах, постро-
енных по результатам РАП-измерений (рис. 2). Сравнение карт
аномальных зон, выделенных по данным ЕИЭМПЗ (рис. 1) и РАП
(рис. 2), показывает практически полную идентичность про-
странственного их распределения.
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 9 (частина II), 2011
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 9 (part II), 2011
15
Рис. 2. Объемное распределение участков геомеханически
ослабленной прочности пород исследованного
участка. ПА – «Придамбовая» аномалия
Это крупные и интенсивные три аномалии воль автодороги,
две из которых связанны с подработкой горного массива шахтой
«Родина» и в 500 м южнее автодороги аномалии шахты «Дре-
нажной» и «Придамбовая» аномалия. Последняя связана с подра-
боткой массива горными работами шахты «Артем-1» на глубинах
700-800 м. Метод РАП выявил глубину распространения этих
аномалий (рис. 2). Как видно из рис. 2 до глубины 700 м сохраня-
ется только «Придамбовая» аномалия. Причем для последней ин-
тенсивность акустического сигнала с глубиной увеличивается.
дорога
Подработанный
массив
ПА
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 9 (частина II), 2011
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 9 (part II), 2011
16
Следует подчеркнуть, что на вертикальных геомеханических раз-
резах здесь выделяются вертикальные зоны повышения амплитуд
спектров акустических сигналов, отвечающих ослабленным гео-
механическим контактам в массиве, которые фиксируют серию
разломов, ограничивающих западный борт балки Ковальской.
Непосредственно на отрезке профиля, пересекающего «Придам-
бовую» аномалию, четко выделяются три узкие вертикальные зо-
ны, отвечающие разломам (глубоким трещинам), оконтуриваю-
щим формирующуюся зону деформации над выработанным про-
странством. На горизонтальной (на дневную поверхность) и вер-
тикальной проекциях локальной компоненты спектра акустиче-
ского сигнала также отражаются участки максимальных дефор-
мационных процессов, локализованных до глубины 300 м, кроме
«Придамбовой» аномалии. Последняя аномалия распространена
до глубины 700 м, занимая при этом вертикальное положение и
имея практически цилиндрическую форму. Поскольку метод
РАП фиксирует живущие ослабленные геомеханические контак-
ты, был сделан вывод, что «Придамбовая» аномалия представля-
ет собой развивающуюся (по состоянию на октябрь 2010 г.) зону
обрушения над выработанным пространством. Были выданы со-
ответствующие рекомендации по безопасной эксплуатации
участка. В феврале 2011 г. деформационные процессы в указан-
ной зоне вышли на дневную поверхность.
СПИСОК ССЫЛОК
1. Бахов Н.И. Явления электризации горных пород при механи-
ческом нагружении: Сб. науч. тр. / Институт геофизики НАН
Украины. – Киев, 2006. – С. 60–68.
2. Довбнич М.М., Белых И.С., Кузина Г.И., Стовас Г.М. Некото-
рые аспекты применения метода наблюдения естественного
импульсивного электромагнитного поля земли (ЕИЭМПЗ)
для решения геологических, иженерно-геологических и гид-
рогеологических задач: Сб. науч. тр. / ГО УкрГГРИ – г. Дне-
пропетровск, 2006.
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 9 (частина II), 2011
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 9 (part II), 2011
17
3. Соболев Г.А., Семерчан А.А., Салов Б.Г. и др. Предвестни-
ки разрушения большого образца горной породы // Физика
Земли. – 1982. – № 8. – С. 112 – 119.
4. Frid V., Rabinovitch A. and Bahat D. Fracture induced electro-
magnetic radiation // Journal of Physics D: Applied Physics
J. Phys. D: Appl. Phys 36 (2003) 1620 – 1628.
5. Бауков Ю.Н., Данилов В.Н. Физические основы резонансного
метода контроля расслоения горных выработок // Известия
ВУЗов. Горный журнал. – 1988. – № 1. – С. 31 – 38.
6. Гликман А.Г. Упругие волны в слоистых средах: Сб. науч. тр.
/ ВНИИГ. – Л.: ВНИИГ, 1986. – С. 93 – 106.
7. Спектральные методы определения строения горного массива
/ Под ред. В.Д. Страхова // М.: Изд. Дом « Грааль», 2001. –
276 с.
8. Zuykov I. Resonance Acoustical Profling System And Method of
using same // UNITED STATES PATENT № 6,199,0.16B, 2001.
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-99724 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1996-885X |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-11-27T11:23:09Z |
| publishDate | 2011 |
| publisher | Український науково-дослідницький і проектно-конструкторський інститут гірничої геології, геомеханіки і маркшейдерської справи НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Ахкозов, Ю.Л. Грицай, Е.Ю. Семенюк, В.А. Зуйков, И.В. Цыбульская, Н.В. 2016-05-02T14:45:38Z 2016-05-02T14:45:38Z 2011 Эффективность комплексирования методов ЕИЭМПЗ и РАП для условий подработанного горного массива Кривбасса подземными горными выработками / Ю.Л. Ахкозов, Е.Ю. Грицай, В.А. Семенюк, И.В. Зуйков, Н.В. Цыбульская // Наукові праці УкрНДМІ НАН України. — 2011. — № 9, ч. 2. — С. 9-17. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. 1996-885X https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/99724 550.837.21:624.19 Наведені результати досліджень методами ПІЕМПЗ та РАП розламної тектоніки масиву гірських порід, що розробляються підземним засобом в Кривбасі, доведена їх ефективність в попереджені аварійних ситуацій на гірничих об’єктах. Shows the results of research of tectonics by methods EIEMPZ and RAP of the rock mass, which is extracting by underground way in Krivbass, showing their effectiveness in preventing accidents at mining sites. ru Український науково-дослідницький і проектно-конструкторський інститут гірничої геології, геомеханіки і маркшейдерської справи НАН України Наукові праці УкрНДМІ НАН України Эффективность комплексирования методов ЕИЭМПЗ и РАП для условий подработанного горного массива Кривбасса подземными горными выработками Article published earlier |
| spellingShingle | Эффективность комплексирования методов ЕИЭМПЗ и РАП для условий подработанного горного массива Кривбасса подземными горными выработками Ахкозов, Ю.Л. Грицай, Е.Ю. Семенюк, В.А. Зуйков, И.В. Цыбульская, Н.В. |
| title | Эффективность комплексирования методов ЕИЭМПЗ и РАП для условий подработанного горного массива Кривбасса подземными горными выработками |
| title_full | Эффективность комплексирования методов ЕИЭМПЗ и РАП для условий подработанного горного массива Кривбасса подземными горными выработками |
| title_fullStr | Эффективность комплексирования методов ЕИЭМПЗ и РАП для условий подработанного горного массива Кривбасса подземными горными выработками |
| title_full_unstemmed | Эффективность комплексирования методов ЕИЭМПЗ и РАП для условий подработанного горного массива Кривбасса подземными горными выработками |
| title_short | Эффективность комплексирования методов ЕИЭМПЗ и РАП для условий подработанного горного массива Кривбасса подземными горными выработками |
| title_sort | эффективность комплексирования методов еиэмпз и рап для условий подработанного горного массива кривбасса подземными горными выработками |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/99724 |
| work_keys_str_mv | AT ahkozovûl éffektivnostʹkompleksirovaniâmetodoveiémpzirapdlâusloviipodrabotannogogornogomassivakrivbassapodzemnymigornymivyrabotkami AT gricaieû éffektivnostʹkompleksirovaniâmetodoveiémpzirapdlâusloviipodrabotannogogornogomassivakrivbassapodzemnymigornymivyrabotkami AT semenûkva éffektivnostʹkompleksirovaniâmetodoveiémpzirapdlâusloviipodrabotannogogornogomassivakrivbassapodzemnymigornymivyrabotkami AT zuikoviv éffektivnostʹkompleksirovaniâmetodoveiémpzirapdlâusloviipodrabotannogogornogomassivakrivbassapodzemnymigornymivyrabotkami AT cybulʹskaânv éffektivnostʹkompleksirovaniâmetodoveiémpzirapdlâusloviipodrabotannogogornogomassivakrivbassapodzemnymigornymivyrabotkami |