автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.11, диссертация на тему:Региональный прогноз удароопасности апатитовых рудников на основе автоматизированного контроля сейсмоактивности массива

Министерство топлива и энергетики РФ

Научно-исследовательский институт горной геомеханики и маркшейдерского дела

ВНИМИ

На правах рукописи

ДРЕМОВ Сергей Николаевич

РЕГИОНАЛЬНЫЙ ПРОГНОЗ УДАРООПАСНОСТИ АПАТИТОВЫХ РУДНИКОВ НА ОСНОВЕ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО КОНТРОЛЯ СЕЙСМОАКТИВНОСТИ МАССИВА

Специальность: 05.15.11 - Физические процессы горного производства

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

С.-Петербург 1992

Работа выполнена в Институте информатики и математического моделирования технологических процессов ордена Ленина Кольского научного центра РАН

Научные руководители: доктор технических наук, старший научный сотрудник Демидов Юрий Васильевич

кандидат технических наук, старший научный сотрудник Ерухимов Аркадий Хлавнович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Нестеров Михаил Павлович

кандидат технических наук, старший научный сотрудник Смирнов Виталий Александрович

Ведущзе предприятие - производственное объединение

"Апатит" им. С. М. Кирова

Защита состоится "31?" а_ 1992 г. в /¿? час.

¿22. мин. на заседании специализированного Совета Д 135.06.01 при Научно-исследовательском институте горной геомеханики и маркшейдерского дела (ВНИМИ) по адресу: 109026, С.-Петербург, В-26, Средний пр., 82, вал заседаний Совета.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке • института с 9 до. 15 час 30 мин.

Автореферат разослан "ЗР" /иЛ^Л 1992 г.

Исх. N 3 - 50£

Ученый секретарь специализированного Совета доктор технических наук

В.Ы. Шик

Т.'ЕК&Я;

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

МЦИН |

""'Актуальность проблемы. Дальнейшее развитие хибинских апати-•овых рудников предусматривает вовлечение в эксплуатацию запасов юе более глубоких горизонтов. При этом горные работы сопровождаются резким увеличением проявлений горного давления. Гак, при >азработке нижних горизонтов Кировского рудника отмечены аазрушения выработок значительных размеров, интенсивное заколо-)брааование, стреляние пород, зарегистрировано 18 горных ударов, йобходимость прогнозирования и предупреждения таких явлений требует, наряду с применением наиболее эффективных способов ведения горных работ, создания методов непрерывной диагностики ¡остояння »массива с целью оценки геомеханической ситуации, скла-1ывавдейся в пределах всего кахтного поля и на отдельных высоко-1апряженных участках в процессе производства горных работ, под действием изменяющегося статического (гравитационного, тектони-деского) и динамического (сейсмовзрывного) поля напряжений. Все 5ольшее применение для этих целей находят методы, основанные на эегистращш сейсмической активности с использованием автоматизированных систем.

Большинство, применяемых в настоявее врега, способов прог-юза горных ударов направлено на определение степени ударо-зпасности локальных участков массива, прилегающих к горным »ыработкам и не позволяют выделить удароопасные области в преде-нах значительных пловдей. Внедрение ле в практику региональных методов, в том числе и сейсшгческого, сдердивается их- недостаточный! аппаратурным и методическим обеспечением. В этой связи >азработка метода регионального прогноза удароопасности высоко-1апряяенных участков на основе непрерывного контроля сейсмич-юсти массива, является актуальной задачей.

Рель работы. Разработка метода прогноза удароопасности гчастков шахтного поля на глубоких горизонтах апатитовых рудни-сов на основе установления закономерностей проявления сейсми-юской активности тектонически напрятанного массива в процессе гроизводства горных работ.

Идея работы заключается в использования связи гростракствекно-времекных и энергетических характеристик :ейсмичности, регистрируемой в процессе непрерывного автомати-(ированкого контроля, с напряженно-деформированным состоянием вгсива для оценки его удароопасности.

Методика исследований включает в себя непрерывные в пространстве и времени натурные наблюдения сейсмической активности массива горных пород с помощью автоматизированной системы (АСКСМ), обработку результатов наблюдений методами математической статистики, теоретические обобщения, натурные испытания методики прогноза удароопасносги на Кировском руднике ПО "Апатит".

Научные положения, выносимые на защиту:

1. Распределение очагов сейсмических событий в районе наблюдений носит неравномерный характер. События концентрируются в постоянных и временных (короткоиивущих) зонах. Постоянные зоны повышенной сейсмоагстивности приурочены к тектоническим нарушениям, временные связаны с развитием горных работ и динамическим воздействием массовых взрывов. Наложение зон повышенных опорных нагрузок на участки массива горных пород, где проявляется влияние тектонических нарушений, приводит к резкому росту сейсмической активности массива и формированию зон повышенной сейсмической опасности.

2. Диагностика напряженного состояния породного массива на основе данных о его сейсмической активности осуществляется с выделением двух режимоз: длительного, определяемого эволюцией •массива пород в процессе производства горных работ в периоды между массовыми взрывами и кратковременного режима наведенной массовыми взрывами сейсмоактивности.

3. Анализ перехода сейсмического процесса от стационарной к нестационарной стадии позволяет выявить и сформулировать основные прогностические признаки выделения сейсмоопасных зон и оценить степень их опасности.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- установлены закономерности влияния геолого-тектонического строения массива, его напряженно-деформированного состояния и технологии производства • горных работ на характер поведения сейсмической активности;

- разработаны прогностические признаки для оценки степени сейсмоопасности участков массива плотность пространственно-временного распределения сейсмических событий, максимальная ожидаемая энергия единичного события и коэффициент вариации распределения энергии;

- показано, что средний временной интервал между хронологически соседними событиями, коэффициент вариации временных интервалов, средняя мощность событий, а также критические значения

сейсмического фона характеризуют переход массива в неопасное состояние после массовых взрывов;

- в условиях апатитовых рудников экспериментально выявлен периодический характер изменения сейсмоакгивности на этапе релаксации напряжений после массовых взрывов;

- разработана методика оценки степени сейсмоопасности высо-танапряженных участгав породного массива

Личный вклад автора:

- разработка элементов программно-методического обеспечения АСКСМ (выбор и обоснование сети наблюдений, исследование скоростных параметров среды, локация и идентификация источников сейсмических сигналов);

- разработка методики наблюдений за сейсмической активностью и проведение исследований в условиях действующего рудника;

- установление зависимостей и обоснование закономерностей распределения сейсмичности на участке шахтного поля;

- участие в разработке "Временной методики прогноза удароопасности по результатам непрерывного контроля' сейсмичности массива на Кировском руднике ГО "Апатит".

Достоверность научных положений и выводов подтверждается:

- представительным объемом исследований сейсютеской активности массива горных пород (использовано более 6000 сейсмических явлений);

- сходт,¡осгыо результатов с данными о состоянии массива, полученными на основе визуальных наблюдений, независимыми локальными методами и проявлениями горного давления;

- положительными результатами промышленной проверки "Временной методики..." на Кировском руднике ГО "Апатит".

фактическая ценность работы состоит в том, что разработанный метод повышает надежность и оперативность контроля за состоянием массива горных пород, снижает трудоемкость локальных методов прогноза удароопасности за счет непрерывного контроля высоконапряженных участков массива, обеспечивает повыпение безопасности и технологичности горных работ.

Реализация работы. Результаты исследований использованы при разработке введенных в промышленную эксплуатацию на Кировском руднике го "Апатит" автоматизированной системы непрерывного контроля сейсмичности массива для прогноза удароопасности АСКСЫ [1987 г.) и "Временной методики... " (1989 г.).

Апробация работа Основные положения работы докладывались на Всесоюзных семинарах по горной геофизике (Сухуми, 1983; Батуми, 1S85; Бортоми, 1987), Всесоюзной школе "Деформирование и разрушение материалов с дефектами и динамические явления в горных породах и выработках" (Симферополь, 1987), IX Всесоюзной конференции по механике горных пород (Фрунзе, 1989).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 печатных работ.

Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав и заключения, изложенных на 193 страницах' машинописного текста, содержит 47 рисунков, 12 таблиц, список литературы из 150 наименований, 4 приложения.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Проблема горных ударов в настоящее время еще далека от своего решения, особенно в части разработки надежных и оперативных методов прогноза и контроля удароопасности, а также в части разработки эффективных мер борьбы с горными ударами. Основная причина динамических проявлений горного давления - это изменение •напряженно-деформированного состояния участков породного массива под влиянием различных факторов-.' Для хибинских апатитовых рудников факторами, оказывающими наибольшее влияние на возникновение горных ударов, являются: наличие тектонических напряжений, гористый рельеф, блочное строение массива, неоднородность физико-механических свойств пород, динамическое воздействие массовых взрывов..

Теоретические и экспериментальные исследования природы и условий проявления горных ударов, выполненные советскими учеными С. Г. Авершным, IIМ. Пегуховым, И. А. Турчаниновым, Г. А. Марковым, А. А. Козыревым, В. А. Смирновым, А. Ы. Линьковым, Я А. Бичом, и другими, позволили разработать методы и средства их прогнозирования.

Необходимость предупреждения горных ударов предполагает, предде всего, изыскание рациональных способов ведения горных работ и возможность их оперативной корректировки, что требует создания методов непрерывного контроля за состоянием породного массива

В качестве одного из наиболее информативных методов диагностики и экспериментального контроля за процессом разрушения участков массива горных пород с целью, прогноэа удароопасности

может быть принят сейсмический метод, основанный на регистрации и анализе упругих колебаний, возбуждаемых при образовании трещин, предшествующих горному удару.

Большой вклад в развитие и внедрение сейсмического метода оценки состояния породного массива и прогноза удароопасности внесли Ю. В. Ризниченко, Е И. Мячкин, И. М. Петухов, В. А. Смирнов, Е И. Кейлкс-Борок, В. С. Ямщиков, 3. С. Куксенко, К К Сбоев, А. X. Ерухимов и другие.

Ввиду случайного характера динамических проявлений горного давления, значительной площади-наблюдений, высокого уровня помех и.необходимости получения информации в реальном времени, сейсмические исследования требуют использовать для прогноза удароопасности автоматизированную систему непрерывной регистрации и обработки данных. В связи с тем, что условия разработки месторождений, на которых применяется автоматизированный контроль сейсмичности, отличается большим разнообразием, поэтому на сегодняшний день не существует унифицированной методики прогноза удароопасности.

С учетом этого в диссертационной работе были поставлены и решены следующие задачи:

- исследованы пространственно-временные и статистические характеристики сейсмических сигналов как входного информационного потока автоматизированной системы;

- определены информативные параметры сейсмических сигналов для разработки способа выделения, полезной информации;

- выявлена взаимосвязь сейсмической активности контролируемого породного массива с его геолого-тектоническим строением, напряженно-деформированным состоянием и технологией производства горных работ;

- определены прогностические признаки, сопутствующие процессу подготовки динамических проявлений горного давления;

- разработала и внедрена методика прогноза удароопасности по результатам непрерывного контроля сейсмичности массива горных пород на Кировском руднике ГО "Апатит".

Сейсмические наблюдения требуют поэтапного решения вопросов, включающих обоснование сети наблюдений, определение скоростных параметров среды, разработку способов идентификации источников сейсмических сигналов, получение исходных данных о сейсмичности как информационном потоке, разработку ' методики прогноза удароопасности по результатам непрерывного контроля сейсмичности массива

Установлено, что конфигурация зоны уверенной регистрации, т. е. зоны, в пределах которой точность нахождения координат источника сейсмосигнала с энергией не менее 100 Дж не хуже +25м, определяется совместным выполнением следующих условий:

- расстояние от источника до наиболее удаленного пункта регистрации не должно превышать радиус реальной чувствительности сейсмоприемников;

- сейсмические события регистрируются одновременно не менее, чем тремя сейсмопунктами, при соотношении амплитуд сиг-кал-фон не менее трех;

- угол между каждой парой сейсмопунктов и очагом события не менее 42 \

Исследования скоростей распространения . продольных и поперечных волн показали сложное их распределение в контролируемом объеме массива горных пород, отражающее особенности его геологического строения, тектоники и напряженно-деформированного состояния.

Основным фактором, влияющим на изменение скоростей упругих волн вкресг простирания, является поперечное чередование геологических разностей горных пород. Изменение значений скоростей по простиранию определяется действием наибольших сжимающих напряже-• ний вкрест простирания и различным механическим состоянием руд и вменяющих, пород. ' Зоны разрывных тектонических нарушений, если они выполнены внедренными интрузивными породами, отличаются как интервалы скоростного разреза с пониженными значениями скоростей распространения упругих волн. При этом обычно понижаются также интенсивность-и частота колебаний. Зоны опорного давления вдоль подготовительных вьработок являются волноводами, увеличивающими скорость продольной волны в 1,5-2 раза по сравнению со скоростями в прилегающем массиве, что значительно усложняет скоростной разрез контролируемого участка. Установлено, что затухание сигнала в данных условиях определяется в основном диссипативными свойствами среды, а не геометрическим расхождением энергии. На основании проведенных исследований составлены скоростные разрезы для каждого пункта регистрации.

Разработанная при участии автора в КНЦ РАН автоматизированная система непрерывного контроля сейсмичности массива горных пород для прогноза удароопасности (АСКСМ) ■ представляет собой комплекс средств технического, программного, информационного и методического обеспечения, организованных на базе миниЭВМ СМ-4, микроэвм "Электроника-60", аппаратуры сопряжения б стандарте

КАМАК и электронных сейсмометрических каналов. Ш своему функциональному назначению АСЕСМ является информационной системой реального времени, осуществляющей накопление, отбраковку, идентификацию и статистическую обработку информационного потока сейсмических событий. Система функционирует на уровне следующих подсистем: сбора исходной информации, обработки информации на аналоговом уровне, первичной обработки и накопления информации в цифровом виде, определения параметров сейсмических событий.

Основные технические характеристики АСКСМ

Частотный диапазон.................................... 2-^100 Гц

Минимальная энергия сейсмособытий....................... 100 Дх

Количество информационных каналов............................ 32

Площадь контролируемого участка................... 1,0 х 1.0 км

Динамический диапазон..................................... 50 дБ

Точность определения координат источников сейсмособытий.. ±. 25 м

АСКСМ прошла опытные испытания и с 1987 г. эксплуатируется на Кировском руднике ПО "Апатит".

Объектом исследований, проводимых с помощью АСКСМ, является сейсмичность породного массива в зоне производства горных работ. Входной информационный поток системы составляют сейсмические сигналы, возникакщие под влиянием горного давления, в результате технологических взрывов и работы подземного оборудования. В качестве полезной информации используются только сигналы естественного происхождения, остальные воспринимаются как фон, на котором регистрируется полезная информация.

Изучение сейсмических сигналов от наиболее мощных источников шумов, а именно: взрывов ВВ, рельсового транспорта, вибропитателей, дробильного оборудования, буровых станков, вентиляторов, показало возможность их выделения (кроме взрывов) в результате аналоговой обработки. Сигналы от взрывов являются наиболее интенсивными источниками и могут отождествляться с сигналами естественного происхождения, поэтому их отбраковка осуществляется при последующем анализе. Установлено, что параметрами идентификации сейсмограмм взрывных источников являются: интенсивность и знаки первых вступлений продольной волны, декремент затухания, время замедления ступеней и наличие воздушной волны. Эксплуатация системы показала возможность программного выделения 80 X сигналов взрывов от общего числа, зарегистрированных системой. Более высокая надежность идентифи-

кации достигается за счет визуального просмотра сейсмограмм.

Исследованы тагане признаки сигналов естественного происхождения, которые регистрировались в нерабочие смены рудника.

Выявлено две группы сигналов:

- типа разрыва сплошности пород;

- типа подвижки пород.

Установлено, что отличительным признаком сигналов обоих типов являются различные знаки первых вступлений продольной волны по пунктам регистрации. Кроме того, сигналы первого типа имеют специфическую форму с малой амплитудой первого вступления, плавным нарастанием и затуханием амплитуды. Для сигналов, вызванных подвижками в массиве, характерна низкая частота колебаний (- В Гц), иногда с более высокочастотным вступлением (до 40 Гц) и относительно большая длительность затухания (1,5-2 с).

На основе выявленных характерных признаков сигналов различного происхождения разработана система выделения полезной информации АСКСМ, включаюшдя в себя процедуры, выполняемые на аналоговом уровне и программно и позволяющие после визуального просмотра входной информации идентифицировать 96 % зарегистрированных событий.

Исследования сейсмической активности естественного проис-•хоздения проводились в различные периоды технологического цикла рудника. Наиболее благоприятным для наблюдений является период монтажа взрывной сети перед массовыми взрывами, так как в это время отсутствует техногенный сейсмический фон при минимальном уровне электрических помех.

Период проветривания после массовых взрывов, с точки зрения условий регистращш, характеризуется возрастанием сейсмического фона и уровня электрических помех в 1,5-2 раза, что повышает' энергетический порог чувствительности системы. Кроме того, в этот период регистрируется значительное количество микросейсм, вызванных подвижками взорванной массы пород. Вместе с тем, регистрация в это время важна с точки зрения общей оценки сейсмоактивности в контролируемом районе, поскольку наибольшие изменения напряженного состояния массива, а вместе с ним и распределения сейсмоактивности приурочены к массовым взрывам. Общее количество событий после взрывов возрастает в сутки до 100-150, иногда до 200. Причем между массовыми взрывами регистрируется в среднем 4-7 событий в сутки, вызванных динамическими проявлениями горного давления. Сейсмоактивность до этого уровня после массовых взрывов снижается в течение 1-4 суток и

имеет несколько характерных максимумов на фоне общего затухания, что связано с толчкообразным перераспределением зоны опорного давления и временной прочностью горных пород. Массовые взрывы на отбойке секций, расположенных под обрушенными покрывающими породами или за пределами зоны контроля, вызывает повышение сейсмоактивности в течение нескольких часов, при этом количество событий не превышает 20-30 в сутки с энергией не более 10 кДж.

Регистрация во время выпуска руды осложняется наличием сейсмического фона от работающего оборудования. Наиболее высокий уровень фона отмечается в смену бурения. Энергетический порог чувствительности АСКСМ в этот период поднимается до 150-200 Дж. Возможна также потеря точности определения координат регистрируемых событий из-за экранирования отдельных пунктов шумами работающего вблизи оборудования.

Работа системы во взрывную смену характеризуется необходимостью программной обработки большого информационного потока, поскольку отбраковка сигналов, вызванных взрывами от естественных, осуществляется на поздних стадиях обработки. В этот период возрастает вероятность потери полезной информации в случае совпадения естественных событий со взрывами.

В процессе длительной эксплуатации АСКСМ на Кировском руднике ПО "Апатит" выявлена сейсмическая активность высоконапряженных участков месторождения, возбуждаемая динамическими проявлениями горного давления и отражающая напряженно-деформированное состояние массива. Установлено, что естественная сейсмичность породного массива проявляется в виде потока событий с длительностью коррелирующей с энергией события, подчиняющихся логарифмически нормальному распределению во времени и регистрирующихся на фоне техногенного сейсмического пума, который представляет собой результат наложения колебаний от различных источников. Вклад каждого источника зависит от его мощности, характера генерируемых возмупений- и положения относительно точки регистрации.

Наряду с общими закономерностями проявления сейсмоактивности, присущими различным месторождениям, склонным к горным ударам, на апатитовых рудниках наблюдается ряд специфических явлений, обусловленных технологией производства горных работ и особенностями геолого-тектонического отроения породного массива:

- основными причинами техногенной сейсмичности являются процессы перераспределения напряжений в зонах отбойки и выпуска руды, деформирования пород в зонах влияния тектонических наруше-

ний, формирования очагов разрушения, а также динамическое воздействие массовых взрывов;

- в районе наблюдений действуют постоянные и возникают временные зоны повышенной сейсмоактивности, наблюдается миграция вон;

- постоянные зоны повышенной сейсмоактивности, которые выделяются в течение всего периода наблюдений, приурочены к тектоническим нарушениям и фронту очистных работ (см. рисунок);

- массовые взрывы на отбойке руды являются основным фактором, влияющим на изменение сейсмоактивности постоянных зон и формируют временные зоны, которые характеризуются горнотехническими условиями проведения взрыва и напряженным состоянием массива горных пород;

- зоны повышенной сейсмоактивности, приуроченные к отбитой секции, сохраняются длительное время, процессы перераспределения напряжений в них продолжаются до двух месяцев;

- массовые взрывы активизируют сейсмическую активность в зонах тектонических нарушений, особенно в местах их пересечения, в течение одного-четырех дней;

- в процессе затухания сейсмоактивности после массового взрыва в контролируемом районе наблюдается поочередная активиза-

• ция зон, связанных с отбитой секцией и зоны пересечения тектонических нарушений в западной части района, причем первой активизируется зона нарушений;

- в периоды между массовыми взрывами отмечено снижение общего уровня . сейсмоактивности и деконцентрация распределения сейсмических событий в исследуемом массиве.

На основе анализа закономерностей проявления сейсмической активности разработана "Временная методика прогноза ударо-опасности по результатам непрерывного контроля сейсмичности массива на Кировском руднике ПО "Апатит".

Штодика базируется • на двух стадийной модели разрушения горных пород, согласно которой первой стадии зарождения дефектов соответствует условие временной стационарности процесса разрушения. Появление и развитие очага разрушения нарушает стационарность режима. Существенным фактором является случайный характер процесса разрушения. На первой стадии происходит некоррелированное, случайное во времени и пространстве, образование дефектов, на второй стадии - образование и развитие очага разрушения. В определенной степени это детерминированный процесс, но в целом он остается стохастическим, поэтому -и прогноз горных ударов

Карта распределения плотности сейсмической энергии:

- изолинии плотности сейсмической энергии, Дж/м ; ■-» ■ ■ - тектоническое нарушение; и ¡ч - зона пшреутатейнизации; _ - границы очистной выемки.

принципиально является вероятностным.

В соответствии с этим в задачу данной методики входит анализ прогностических параметров сейсмичности и обнаружение предвестников опасности. Это осуществляется в процессе непрерывного обобщающего анализа сейсмоактивности с выбранным пространственно-временным окном.

Получаемые данные позволяет осуществить диагностику состояния высоконадряженных участков массива с выделением двух режимов. Во-первых, длительного фонового режима сейсмичности между массовыми взрывами, во-вторых, кратковременного режима, вызванной массовым взрывом сейсмоактивности.

Методика регионального прогноза удароопасности основана на выявлении зон повышенной сейсыоактивности и определении степени их сейсмоопасности.

Выделение таких зон осуществляется на основе статистической модели сейсшактивности массива. Вне удароопасных зон сейсмоактивность представляет собой поток случайных событий пуассо-новского типа со стационарным, близким к логарифмически нормальному, распределением энергии. Зоны повышенной сейсмоактив-ности представляют собой очаговые образования со статистическими характеристиками, существенно отличными от фоновых значений, т.е. участки в которых в данный период происходит наибольшее разрушение породного массива. Исходя из этого, методика включает в себя три последовательных этапа: определение статистических характеристик фоновой сейсмоактивности в районе регистрации, локализацию зон повышенной активности и определение количественных показателей сейсыоактивности в каждой зоне, позволяющих оценить степень их сейсмоопасности.

К таким показателям относятся максимальное значение плотности пространственно-временного распределения сейсмэсобытий 5тах и параметры логарифмически нормального распределения вероятности ожидаемой энергии единичного события, описываемого выражением:'

(СпЕ-ц)2 2бе '

где Е - ожидаемая энергия события; ¿а - среднее нормального распределения энергии; 6 - среднеквадратичное отклонение.

' 1фогностическими признаками являются:

- максимальное вначение плотности пространственно-временного распределения приведенных событий Бтах;

- максимальная ожидаемая сейсмическая энергия события &та*. определяемая из условия:

Р(Е>ЕП1ОЯ) = 0.1;

- коэффициент вариации распределения энергии К .

В соответствии с прогнозной оценкой вероятности появления в зонах повышенной сейсмоактивности сейсмических событий с большой энергией, им шжет быть присвоена одна из трех степеней сейсш-опасности. Сейсмоопасность в зоне считается повышенной (III степень), если выполняется одно кз условий:

" Smax > SKp ;

- Emax > Е кр >

- К >

Если одновременно выполняется более одного условия, сейсмоопасность в зоне считается большой (II степень), а в случаях, ухудшения показателей во времени при относительном постоянстве положения зон - чрезвычайной (I степень).

Для оценки сейсмоопасности массива после массовых взрывов в качестве параметров, характеризующих стационарность процесса разрушения, используются: средний временной интервал мелщу хронологически соседними событиями дТ , i коэффициент вариации Еременных интервалов Vüt . и средняя сейсмическая мощность Р (методика вариации временных интервалов ФГЯ РАН).

Предвестником опасности 'является ситуация, при которой наблюдается одновременное увеличение Vür и Р и уменьшение д Т . Кроме того, о повышенной сейсмоактивности свидетельствуют следующие условия:

Р > Pmax И ДТ <üTmin, (!)

где Pmax и üTmin- критические характеристики сейсмического фона.

В задачу методики входит поиск в контролируемой зоне предполагаемых предвестников. Это осуществляется в процессе анализа информация с выбранным пространственным и энергетическим окном.

Непосредственно после массового взрыва устанавливается I степень сейсмоопасности. Ко времени допуска людей в горные выработки, степень сейсмоопасности контролируемого района может быть снизяеяа до II, если:

- в течение шести часов, предшествующих окончанию анализируемого периода, не менее, чем в двух положениях выборки сейсмо-событий отсутствует предвестники горных ударов и пропуски цели;

- в течение трех часов выполняется условия (1).

При отрицательном решении вопроса о . снижении степени сейсмоопасносги с ] до II, продолжается обработка информации вплоть до принятия положительного решения. Через 1-1,5 суток после принятия положительного решения, в контролируемом районе мокэт Сыть установлена степень сейсмоопасности, которая была до проведения массового взрыва, если продолжается выполнение приведенных условий.

В зависимости от степени сейсмоопасности, разработан порядок взаимодействия со службами рудника (см. таблицу).

Сравнивая между собой изложенные методики, следует отметить, что первая из них в большей мере основана на статистической модели сейсмоактивности, в то время как вторая - на физических процессах разрушения гетерогенных тел. Первая методика менее чувствительна к потере информации об отдельных событиях, так как базируется на большом статистически значимом объеме информации. Вторая методика позволяет осуществлять более тонкий анализ прогностических параметров сейсмичности при малых временных интервалах между событиями и кратковременном режиме наведенной массовым взрывом сейсмичности.

Анализ работы методики показал, что степень сейсмоопасности в пределах района производства горных работ, была выявлена только в зонах, где наблюдалось интенсивное разрушение выработок и

установлена степень удароопасности.

/

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации решена актуальная научная и практическая задача - разработан региональный способ прогноза удароопасности апатитовых рудников на основе автоматизированного непрерывного контроля сейсмической активности горных пород, обеспечиваодий повышение надежности и оперативности оценки состояния высоконапряженных участков массива и тем самым - безопасности и технологичности горных работ.

Основные результаты и выводы проведенных исследований заключается в следующем:

1. фи участии автора разработана и внедрена на Кировском руднике Ю "Апатит" автоматизированная система непрерывного контроля сейсмичности массива горных пород для прогноза удароопасности (АСКСЦ).

ТЬрадок взаимодействия между подразделениями рудника при выявлении сейсмоопасных аон

Подразделения рудника

Степень сейсмооиосности

И

I

Сейсмо-стайции

Горны! участок

Главный и/ме-нер

1. Непрерывно - регистрация сейсмических событий

2. В течение часа - передача данных о мощных сейсмических событиях

3. Ежесуточно - анализ сейсмо&ктявности

4. Немедленно-сообщение в СППГУ об изменении степени еейсмоопас-ности

5. Еяеиесячда-обобщалиций анализ и

пеШгуа Ка^>т се^смоак<гивност1<

Использует данные о сейсмоахтиь-ности для регионального прогноза удароопасности

Использует данные регионального прогноза удароопасности при планировании и производстве горных работ

Еженедельно - представляет дйлиъе о зонах повышенной сейсыоактивноети в СППГУ

Ежедневно - осуществляет анализ и передачу параметров сейсыоопас-ных зон в СППГУ

1. Определяет категорий удароопасности

2. Обосновывает необходимость противоударных мероприятий

1, Проводит визуальный осмотр выработок в зонах поваленной сеЯсмсактивно-сти

2. Определяет необходимость локального прогноза удароопасности

Участвует в визуальной осмотре выработок, оценке состояния породного массива ими противоударных мероприятий

При необходимости принимает участие в проведе-

Учитывает данные регионального прогноза удароопасности при утверждении плана горных работ

Утьерждает паспорт ка проведение противоударных мероприятий

Немедленно - сообщает о чрезвычайной сейсыооп&сности диспетчеру рудника, который оповещает:

- начальника участка;

- начальника СППГУ;

- главного инженера рудника

1. Определяет категорию удароопасности

2. Разрабатывает предложения ПО приведению массива в неуд аро опасное состояние

1. Останавливает горные работы

2. Организует вывод лцдей с участка

3. Принимает участие а разработке и проведении противоударных мероприятий

1. Утверждает паспорт на проведение противоударных мероприятий

2. Принимает решение о возобновлении горных работ

У

2. Разработан способ идентификации сейсмических сигналов, позволяющий определить тип источника по интенсивности и знакам первых вступлений продольных волн, декременту затухания, времени замедления ступеней и наличия воздушной волны.

3. Установлено, что распределение очагов сейсмических событий носит неравномерный характер и концентрируется в постоянных и временных (короткоживущих) зонах. Постоянные зоны повышенной сейсмоактивности приурочены к тектоническим нарушениям, временные зоны связаны с фронтом очистных работ и динамическим воздействием массовых взрывов.

4. Выявлен периодический характер затухания сейсмоактивности после массовых взрывов, обусловленный толчкообразным перемещением зоны опорного давления. Снижение сейсмичности до уровня фона продолжается в течение 1-4 суток, в зависимости от условий проведения взрывов, и тесно связано с геолого-тектоническим строением района.

5. Разработан способ оценки состояния массива,. отличающийся выделением двух режимов: длительного фонового режима, определяемого эволюцией породного массива в процессе ведения горных работ между массовыми взрывами, и кратковременного режима наведенной после массового взрыва сейсмичности. Установлен порядок взаимодействия с подразделеяиями рудника в случае установления опасной ситуации.

6. Предложены прогностические параметры и установлены их. критические значения для выделения сейсмоактивных зон и' определения степени их сейсшопасности (плотность пространственно-временного распределения сейсмичности, максимальная ожидаемая энергия единичного события и коэффициент вариации распределения энергии).

7. Ш.'сазако, что информативными параметрами, характеризующими переход массива в неопасное состояние после массовых взрывов, являются: коэффициент вариации временных интервалов между хронологически соседними событиями, средний временной интервал между событиями и средняя мощность событий, а также критические значения сейсмического фона.

8. Разработана и внедрена "Временная методика прогноза удароопасности массива по результатам непрерывного контроля сейсмичности на Кировском руднике ГО "Апатит".

По теме диссертации опубликованы с.хедукщие работы:

1. Ерухимов А. X., Каган М. Я , Лремов С. Н. Шкросейсмические исследования динамических проявлений горного давления на Хибин-

ском апатитовом месторождении //Горная геофизика: Тез. докл. науч. семинара, г. Сухуми, 25-28 окт. 1983. - Тбилиси. 1983. - С. 146.

2. Дремов С. Н. Некоторые характеристики естественной сейсмичности высоконапряженного скального массива / Тр. 3-й обл. науч. -техн. ганф. мод. ученых и спец. по вопр. горной, науки, Апатиты, 12-16 фезр. 1984. Ч. I / Горн, ян-г Иол. фил. АН СССР. -Апатиты, 1987. -С. 184-193. Деп. в ВИНИТИ S3. 06.87, ■ N 4543-В87.

3. Некоторые вопросы исследования геодинамики Хибинских апатитовых месторождений на основе непрерывной автоматизированной регистрация сейсмичности /Кil Тряпкцья, А.Х Ерухимов, 11Я Каган, С. Е Дремов //Горная геофизика- Тез. докл. науч. -техн. семинара, г.Батуми, 11-15 окт. 1985. - Батуми, 1985. - С. 157.

4. Каган M. М., Коликоз М. В., ipeijos С. Н. Аппаратурное выделение полезных сигналов в автоматизированных шахтных сейсмометрических системах //Горная геофизика: Тез. докл. науч.-техн. семинара, г. Батуми, 11-15 окт. 1985. - Ear у га, 1985. - С. 281.

5. Каган Ы. II, Дреюв С. Н. , Ко ликов M В. Методы распознавания и идентификации полезных сигналов в автоматизированной системе контроля сейсмичности массива // Горная геофизика: Тез. докд, науч. сешнара, г. Боржоми, 21-26 сент. 1337. - Тбилиси, "иецнкереба", 1S87. - С. 117.

6. Диагностика состояния массива горных пород ка основе непрерывной автоматизированной регистрации динамических явлений /А. X Ерухимов. IL Ы.Каган, Н'В. Ноликов, С. Е Дреыов//Деформирование и разрушение материалов с дефектами и динамические явления в горных породах и выработках: Тез. докл. Всесоюз. науч. сколы, г. Симферополь, 15-20 сент. 1987. - Симферополь', 1987. - С. 41.

7. Сейсмологические исследования реакции на массовые .взрывы высоконапряменных участков шахтного поля Кировского рудника /С. R Дремов, А. XЕрухимов, EU Каган и др. //Геомеханическое обеспечение разработки месторождений Кольского полуострова. -Апатиты, 1988. - С. 31-36.

8. Дремов С. Н. Формирование зон повышенной сейсмоактивности в пределах пахтного поля Кировского рудника ПО "Апатит" // Динамические процессы разрушения горных пород. - Апатиты, 1989.

- С. 63-71.

фг^/-