К вопросу исследований геомеханического состояния горных пород и активности электромагнитного излучения на участках полей шахт «Южная» и «Черниговская» геофизическими методами

УДК 622.28.042:622.268:550.83

П.В. Потапов

К вопросу исследований геомеханического состояния горных пород и активности электромагнитного излучения на участках полей шахт «Южная» и «Черниговская» геофизическими методами

Проведены геофизические исследования геомеханического состояния пласта Владими-ровского II и пород междупластья до путевого и конвейерного стволов пласта Лутугинского с целью выявления нарушенности участков кровли горных выработок с помощью метода электромагнитной эмиссии.

Ключевые слова: КРЕПЛЕНИЕ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК, ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ КРЕПЕЙ С МАССИВОМ ВМЕЩАЮЩИХ ПОРОД, ГЕОФИЗИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ, ГЕОМЕХАНИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ ГОРНЫХ ПОРОД

С целью выявления нарушенности участков кровли горных выработок полей шахт «Южная» и «Черниговская» были проведены геофизические исследования состояния целиков между наклонными вскрывающими выработками с использованием методов подземной электроразведки. Методы основаны на изучении электромагнитных полей, существующих за счет физико-

механических процессов или электрических полей, созданных искусственно [1].

Поле шахты «Южная» находится в пределах Глушинского каменноугольного месторождения, расположенного в северной части Кемеровского района Кемеровской области, в 20 км севернее областного центра - г. Кемерово и включает в себя участки «Южный» и «Поле шахты «Черниговская».

В геологическом строении шахтного поля принимают участие отложения кемеровской свиты верхнебалахонской подсерии балахонской серии нижней перми, верхняя граница которой проводится по пачке песчаников, залегающих в кровле пласта Кемеровского. За нижнюю границу принимается почва пласта Горловского, а при его отсутствии почва проводится условно в 125 м ниже пласта Лутугинского.

В литологическом отношении свита сложена песчаниками, алевролитами, реже аргиллитами, углистыми аргиллитами и пластами углей. Среди перечисленных разностей пород наибольшим распространением пользуются песчаники, на долю которых приходится около 52 %, алевролиты составляют 40, аргиллиты - 3, угли - 5 %.

Четвертичные отложения в районе имеют повсеместное распространение и представлены в большей части суглинками и глинами. Наибольшие мощности распространены на водоразделах и пологих склонах и достигают 40 м. Средняя мощность покровных отложений - от 15 до 20 м.

Поле шахты «Южная» расположено в основном на восточном пологом крыле Глушинской синклинали с волнистой складчатостью, осложненной серией дизъюнктивных нарушений.

Простирание разрывных структур в целом согласуется с простиранием осей складок.

С учетом того, что при ведении горных работ встречено большое количество мелкоамплитудных разрывных нарушений, не установленных при разведке, которые существенно осложняют проходку горных выработок, поле шахты «Южная» можно отнести к III группе сложности согласно Классификации Министерства природных ресурсов и экологии РФ, утвержденной приказом №278 от 11.12.2006.

Вскрытие шахтного поля осуществлено наклонными стволами и вентиляционным шурфом.

Согласно проекту строительства шахты «Южная», выполненному институтом «Кузбассги-прошахт» в 2005 г., принята групповая подготовка пластов путем проведения вентиляционного ствола по верхнему пласту Владимировскому II и двух стволов (путевого и конвейерного) по нижнему пласту Лутугинскому.

Геофизические исследования по выявлению нарушенности участков кровли горных выработок проводились с помощью метода электромагнитной эмиссии (ЭМИ).

Метод электромагнитной эмиссии использовался как поисковый для выявления в угольных целиках аномальных по нарушенности зон [1].

Измерения активности ЭМИ производились в вентиляционном стволе. Электромагнитное профилирование выполнялось индикатором электромагнитной эмиссии «Волна-2».

Расстояние между точками измерений (пикетами) составляло от 5 до 10 м. При получении высоких показателей отмечались условия вблизи точки измерения (большая масса металла, включение и выключение электрооборудования, сопряжения выработок и др.). Результаты измерений приведены на графике (рисунок 1).

Было также выполнено дипольное электропрофилирование (ДЭП) с помощью аппаратуры «СЭР-1», изготовленной во взрывобезопасном исполнении для работы в подземных условиях.

Сущность метода ДЭП заключается в том, что электрическое поле в массиве горных пород создавалось и изучалось в одной и той же выработке с помощью питающего (АВ) и приемного (МЫ) диполей, расположенных друг за другом. Обработка материалов осуществлялась пакетом программ, разработанных ОАО «НЦ ВостНИИ» и «НТЦ Восточный».

ЭМИ в вентиляционном стволе

Пикеты

Рисунок 1 - Результаты измерения ЭМИ в вентиляционном стволе пласта Владимировского II

По материалам геофизических исследований геомеханического состояния пласта Владимировского II и пород междупластья до путевого и конвейерного стволов пласта Лутугинского аномальные зоны повышенной трещиноватости относительно пикетов по вентиляционному стволу приурочены к интервалам 60-64; 102-112 и 132-150.

Наиболее опасные зоны в интервале пикетов 132-150, 60-64, так как вызваны серией мел-коамлитудных разрывных нарушений (рисунок 2).

эд1ли‘игм

Рисунок 2 - Зоны локальной интенсивной трещиноватости по воздухоподающему стволу

Таким образом, из изложенного следует, что при помощи измерений электромагнитного излучения (ЭМИ) и измерений электромагнитного поля электроразведочной аппаратурой можно проводить контроль приконтурного массива и состояния кровли горных выработок. Ликвидацию выявленной нарушенности участков кровли следует проводить путем усиления крепи горных выработок.

В дальнейшем предполагается создание методики по мониторингу за состоянием анкерных крепей и приконтурного массива с применением геофизических технологий.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1 Методика прогнозирования с использованием геофизических методов исследований и выбора мер по снижению эндогенной пожароопасности наклонных вскрывающих выработок, проводимых по угольному пласту. - Кемерово, 2007. - 32 с.

TO THE QUESTION OF GEOMECHANICAL CONDITION OF MINE ROCKS AND ACTIVITY OF ELECTROMAGNETIC RADIATION RESEARCH AT THE FIELDS OF «YUZHNAYA» AND «CHERNIGOVSKAYA» MINES WITH GEOPHYSICAL METHODS

P.V. Potapov, I.N. Shvedikova Geophysical research of geomechanical condition of Vladimirsky II seam and parting rocks were done up to haulage and conveyor shafts of Lutuginsky seam in order to find breakages of mine openings roof sections using electromagnetic emission method.

Key words: MINE OPENING SUPPORT, SUPPORT AND SIDE ROCK INTERACTION, GEOPHYSICAL RESEARCHES, GEOMECHANICAL CONDITION OF MINE ROCKS

Потапов Прокопий Васильевич Тел.(3842)64-26-06 Шведикова Ирина Николаевна Е-mail: in10@list.ru