Геофизическое обеспечение разработки Верхнекамского месторождения солей

1. Садовский М.А., Денщиков В.А., Кондратьев В.Н. и др. О модели верхних слоев земной коры. // Изв. АН СССР. Физика Земли. 1982, №9. С. 3-9.

2. Садовский М.А., Болховитинова Л.Г., Писаренко В.Ф. О свойстве дискретности горных пород.// Там же, №12. С. 3-18.

3. Кейлис — Борок В.И. Динамика литосферы и прогнозирование сейсмической опасности // Комплексные исследования по физике Земли - М.: 1989. - C. 101112.

4. Мартин Н., Ингленд Дж. Математическая теория энтропии. - М.: Мир, 1988. - С 358.

5. Никопис Г., Пригожий И. Познание сложного. - М.: Мир, 1990. - С. 96-99.

6. Коротаев С.М. О возможности несимметричного статистического анализа геофизических полей // Электромагнитная индукция в океане. - М.: ИЗМИР АН, 1990. - С. 4-13.

7. Heinz W. Engl, M. Hanke, A. Neubauer Regularization of inverse problems. Kluver Academic Publishers. Netherlands, 1996, P. 367.

8. Яглом A.M., Яглом ИМ. Вероятность и информация. - М.: Наука, 1973. - С. 468.

9. Хачай О.А., Коротаев С.М., Харламова Н.Ю. О применении причинного анализа для обработки процессов, связанных с природными катастрофами. // Теория и практика электромагнитных методов геофизических исследований. УрО РАН, г. Екатеринбург. 1992. - С. 137- 166.

10. Коротаев С.М., Хачай О.А., Шабелянский С.В. Применение причинного анализа к процессу вертикальной диффузии магнитного поля в океане // Геомагнетизм и аэрономия. 1992. Т.32. №1, с. 48-52.

11. Хачай О.А., Коротаев С.М., Троянов А.К и др. Результаты применения причинного анализа к явлениям сейсмоакустической и электромагнитной эмиссии // Вулканология и сейсмология. 1991. №5, с. 92-100.

12. Хачай О.А., Шуплецов Ю.П. Об использовании методов математической теории энтропии для анализа временных процессов в напряженно - деформируемой среде. // ФТПРПИ 1998, N1, с. 46-52.

13. Хачай O.A. Использование методов математической теории энтропии для изучения взаимосвязи нелинейных стохастических процессов динамических систем. // Вулканология и сейсмология. 1993. №5, с. 95 -104.

14. Хачай O.A., Хачай М.Ю. Новые подходы к ае-ализу сложнопостроенных нелинейных нестацио-нарных сред.// Уральский геофизический вестник. 2003, №5, с. 85-92.

15. Уткин В.И. Пространственно - временной мониторинг радона - основа среднесрочного прогноза землетрясений.// Уральский геофизический вестник. 2000, №1, с. 101 - 106.

16. Уткин В.И., Хачай O.A. Использование методов математической теории энтропии для обработки данных пространственно-временного мониторинга радона.// Уральский геофизический вестник. 2002, №4, с. 45-52.

— Коротко об авторах ------------------------------------------------------------------

Хачай Ольга Александровна -доктор физико-минералогических наук, главный научный сотрудник, зав. гр.СЭМИ Институт геофизики УрО РАН, Екатеринбург.

------Ф

v-------

------------------------------------------- © C.B. Глебов, 2004

УДК 550.3 С.В. Глебов

ГЕОФИЗИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ РАЗРАБОТКИ ВЕРХНЕКАМСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ СОЛЕЙ

Семинар №2

Геофизические работы проводятся на территории месторождения с двадцатых годов прошлого века. Первоначально перед ними ставились задачи поисков и разведки месторождений калийно-магниевых солей,

нефти, строительного сырья, меди и т.д. При поисках и разведке Верхнекамского месторождения солей (ВКМС) использовался комплекс геофизических методов, включающий: элек-тро-, грави- и магнитометрию [6]. С помощью

электрометрии решались задачи расчленения и изучения обводненности надсоляной толщи. Гравиметрия выполнялась с целью картирования кровли солей и оценки строения водозащитной толщи (ВЗТ) и надсоляных отложений. Основное направление магнитометрии - изучение тектонического строения. При бурении разведочных скважин для расчленения разреза и параметрического обеспечения геофизических работ проводились геофизические исследования в скважинах (ГИС). Слабое развитие и высокая стоимость методов сейсморазведки обусловили их незначительное использование на данном этапе изучения калийного месторождения.

В настоящий момент детально разведано 11 участков, отрабатываются 6 рудников, один затоплен в 1986 году. Именно после аварийного затопления БРУ-3 на первый план перед геофизическими работами вышли задачи обеспечения безопасной отработки калийной залежи, включающие в себя детальное доизучение потенциально опасных участков и мониторинг состояния горного массива. С целью доизуче-ния геологического строения они выполняются во всех разведочных и подготовительных выработках и с поверхности - на участках геологических осложнений, предполагаемых по результатам предшествующих работ. Кроме того, постановка геофизических исследований на этом этапе позволяет выделить природную составляющую физических полей с целью определения техногенного влияния горных работ при последующих мониторинговых наблюдениях.

В связи с этим к геофизическим работам на этапе разработки калийного месторождения предъявляются требования повышения разрешающей способности, обеспечения возможности прослеживать изменения в физическом состоянии горного массива под влиянием очистных и закладочных работ. Значительную роль в решении этих задач сыграли разработки Горного Института Уральского отделения РАН. В гравиметрии - внедрение высокоточных гравиметров, наземно-подземной съемки, разработка методики векторной интерпретации гравираз-ведочных данных [5]. В области электрометрии - опробование методов электромагнитного зондирования (ЗСБЗ), наземно-подземного

просвечивания (НПП), развитие методик шахтной электрометрии [2, 3]. В сейсмоакустике -разработка малоглубинной сейсморазведки высокого разрешения (МСВР), развитие методик

шахтной сейсморазведки [7]. Внедрена в практику геофизических работ система сейсмологического контроля [2, 4].

Современный комплекс геофизических исследований на ВКМС можно условно разделить на наземную и шахтную составляющие. Первая включает в основном МСВР, грави- и электроразведку.

Опыт работ показывает, что наибольшая достоверность выделения малоамплитудных тектонических элементов и точность стратиграфических построений в условиях ВКМС отмечается по данным малоглубинной сейсморазведки высокого разрешения. Максимальная эффективность интерпретации результатов сейсморазведки достигается при комплексиро-вании наземных и подземных наблюдений. В подобном сочетании наземная сейсморазведка выступает как региональный метод, а шахтная используется для детализации выявленных наземной «проблемных» участков. Предпосылками подобного сочетания являются технологичность наземных наблюдений и высокая разрешающая способность шахтных.

В зависимости от поставленных задач наземные сейсморазведочные наблюдения выполняются в инженерном и глубинном вариантах. С 1993 года в целях контроля состояния геологической среды под влиянием очистных и закладочных работ применяется технология комплексного анализа результатов сейсморазведочных работ и геомеханических расчетов [1, 2]. Значения параметров волнового поля используются для построения сейсмогеологиче-ских разрезов, составляющих основу геомеханических расчетных схем. Результаты математического моделирования, выполняемого согласно этим схемам, позволяют определить пространственное положение зон наиболее вероятных техногенных изменений состояния пород водозащитной толщи. В процессе проведения сейсмогеомеханического мониторинга выдаются рекомендации по корректировке параметров очистных и закладочных работ.

Инженерные модификации сейсморазведки МОГТ эффективно применяются при оценке устойчивости солеотвалов и гидротехнических сооружений, а также на участках образования провалов поверхности земли.

Гравиметрия позволяет решать задачи оконтуривания структур соляной залежи, локализации в пространстве плотностных неоднородностей соляного массива и вмещающих толщ [5]. Проблема разделения полей решается

наличием двух уровней наблюдений при работе по методике наземно-подземной съемки. Гравиметрия малотребовательна к поверхностным условиям, использование спутниковой навигационной системы позволяет сократить время на привязку точек наблюдения.

Традиционно применяемая электроразведка методом ВЭЗ информативна для над-соляной части разреза. Здесь по удельному электрическому сопротивлению оценивается степень водонасыщенности пород, которая находится в прямой зависимости от пористости и проницаемости, обусловленных литологическим составом и степенью литификации массива. Наземные методы электрометрии, основанные на квазипостоянном токе, при изучении ВЗТ имеют ограниченные возможности, что связано с экранирующими свойствами соляных пород. Для выявления нарушенных участков в ВЗТ опробовались методики наземноподземного просвечивания (НПП) и зондирования становлением поля (ЗСБЗ) [2, 3]. Эффективно применение электрического зондирования и профилирования при решении таких важных экологических задач, как оконтури-вание ореолов засоления грунтовых вод вокруг солеотвалов и шламохранилищ, выявление путей миграции минерализованных вод.

По крупномасштабным съемкам методами электрометрии и гравиметрии на ВКМС имеется значительное количество архивных материалов [6]. По отдельным участкам проводится их переинтерпретации на современном уровне.

Шахтный геофизический комплекс включает в себя сейсмологический контроль, электроразведку в целях рекогносцировки по всем разведочным и подготовительным выработкам, сейсморазведку и сейсмоакустику для детализации аномальных зон. В настоящий момент начаты мониторинговые работы методами шахтной электроразведки и сейсморазведки в пределах аномальных зон с целью контроля реакции горного массива на очистные и закладочные работы. Проведению шахтного геофизического мониторинга препятствует неустойчивое состояние горных выработок, особенно в аномальных зонах.

1. Барях A.A., Сапфиров И.А. Заключение по результатам сейсмогеомеханических исследований юговосточной части шахтного поля БКПРУ-1 // ГИ УрО-РАН, : Пермь, 1999.

Сейсмологический контроль проводится в непрерывном режиме. Его задачей является обнаружение и контроль зон возможного разрушения горного массива. В результате совместного анализа материалов сейсмологических и маркшейдерских наблюдений выделены и контролируются зоны повышенной геодинамиче-ской активности [2, 4].

Выполняемые на сегодняшний день шахтные электроразведочные наблюдения дают лишь ориентировочную информацию, характеризующую общий уровень аномальности наблюденного поля, без возможности однозначных заключений о природе выделенных аномалий и пространственном изменении свойств пород. В результате научно-исследовательских работ определены пути совершенствования этого метода, опробуются новые методики [3].

Современный уровень развития шахтной сейсморазведки позволяет решать следующие задачи: определение мощности ВЗТ, прослеживание пласта маркирующей глины, выявление зон локальных геологических неоднородностей (тектонических нарушений, трещиноватых зон, зон разубоживания, очагов скопления газов и складчатости), дистанционный прогноз физико-механических свойств горного массива. В силу относительно высокой трудоемкости и стоимости сейсморазведочные работы обычно применяются на участках, где имеются основания для более детального исследования (как правило, после электроразведки). Повышение их информативности достигается комплексиро-ванием различных модификаций. Эффективен комплекс сейсморазведки МОГТ и метода ультразвуковой (акустической) локации. Уступая сейсморазведке МОГТ в глубинности исследований, сейсмоакустика дополняет ее более детальным расчленением геологического разреза в ближней зоне.

Таким образом, на сегодняшний день в системе обеспечения оптимальной и безопасной отработки ВКМС в наземном и шахтном вариантах используются методы гравиметрии, электрометрии, сейсмоакустики, как отдельно, для решения локальных задач, так и в составе комплексов.

---------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

2. Белкин В.В. и др. Сводный отчет за 1998-2002 г.г. по теме: “Мониторинг геологической среды Верхнекамского солеродного бассейна”// Березники: ОАО “Уралкалий”, 2003.

3. Колесников В.П. Отчет по теме: “Опытнометодические работы по использованию методов электрометрии для изучения строения и состояния соляного массива” // Пермь: ГИ УрО РАН, 2000.

4. Маловичко A.A., Дягилев P.A. и др. Результаты сейсмологического мониторинга

5. Новоселицкий В.М. и др. Проблемы, направления и результаты гравиметрических исследований в Соликамской впадине // Проблемы формирования и комплексного освоения месторождений солей (VI солевое совещание): Материалы междунар. конф. Соликамск, 2000.

6. Петрик А.И. и др. Отчет по теме: “Сопряженная инвентаризация природных ресурсов на базе обработки системно-аэрокосмической и подземно-наземной информации в пределах Верхнекамского месторождения калийных солей” // Москва: Агрохимбезопасность, 1998.

7. Сапфиров ИА. Организация сейсморазведочных исследований на ВКМКС // Тезисы докладов Всероссийского совещания “Мониторинг геологической среды на объектах горнодобывающей промышленности”, Березники, 1999.

— Коротко об авторах --------------------------------------------

Глебов Сергей Валерьевич - инженер ОАО «Уралкалий», г. Березники, Пермской обл.

-------------------------------------- © Б. М. Деглин, A.A. Мелконян,

Н.В. Широких, 2004

УДК 622-52:534

Б.М. Деглин, A.A. Мелконян, Н.В. Широких

ОПЫТ ПРИМЕНЕНИЯ ЗВУКОУЛАВЛИВАЮЩЕЙ АППАРАТУРЫ НОВОГО ПОКОЛЕНИЯ - «ЗУА-98»

Семинар № 2

ТУ настоящее время в Украинском Дон-

-Я-М бассе 107 шахтами разрабатываются 230 угольных пластов, склонных к газодинамическим явлениям (ГДЯ) - внезапным выбросам угля породы и газа, внезапным обрушениям (высыпаниям) угля и внезапным выдавливаниям (отжимам) угля с попутным газовыде-лением. На этих пластах ведутся очистные и подготовительные работы (примерно 200 очистных и 250 подготовительных забоев). Технологическая схема ведения работ предусматривает прогнозирование потенциально опасных ситуаций и выполнение профилактических мероприятий по предотвращению опасности.

Прогнозирование потенциально опасных ситуаций в горных выработках основано на предположении о том, что существуют изме-

ряемые величины, прямо связанные с формированием опасности. К экспериментально наблюдаемым величинам, используемым при ведении так называемого “текущего” прогноза выбросоопасности относятся, в частности, параметры акустической эмиссии и параметры спектрального состава акустических сигналов искусственного происхождения, возбужденных в пласте работающим оборудованием или специальным источником.

Способ текущего прогноза выбросоопасности угольных пластов по акустической эмиссии, разработанный ИГД им. A.A. Скочинско-го, существует более 40 лет и до настоящего времени является единственным “текущим” в собственном смысле этого слова прогнозом, поскольку наблюдения за акустической эмис-