Опыт применения геофизических методов определения состояния вмещающих пород кровли и анкерной крепи подготовительных выработок в условиях ООО «Шахта Бутовская»

А.П. Кострыкин, К.В. Шайдулин, А.В. Щенев, С.В. Сороковых

научные сотрудники ОАО «НЦ ВостНИИ»

С.Н. Кузьмин

старший инженер ОАО «НЦ ВостНИИ»

УДК 622.28.044:550.837

ОПЫТ ПРИМЕНЕНИЯ ГЕОФИЗИЧЕСКИХ МЕТОДОВ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОСТОЯНИЯ ВМЕЩАЮЩИХ ПОРОД КРОВЛИ И АНКЕРНОЙ КРЕПИ ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫХ ВЫРАБОТОК В УСЛОВИЯХ ООО «ШАХТА БУТОВСКАЯ»

В статье описывается применение геофизических методов определения состояния вмещающих пород кровли в условиях ООО «Шахта Бутовская». В результате применения данных методов обследования сделаны выводы об усилении крепления кровли горных выработок ООО «Шахта Бутовская». Ключевые слова: ГЕОФИЗИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ОБСЛЕДОВАНИЯ, ЕСТЕСТВЕННОЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ, ДИПОЛЬНОЕ ЭЛЕКТРОПРОФИЛИРОВАНИЕ, ДИПОЛЬНОЕ ЭЛЕКТРОЗОНДИРОВАНИЕ, МАССИВ ГОРНЫХ ПОРОД, АНКЕРНАЯ КРЕПЬ, ЭНДОСКОПИЧЕСКОЕ ОБСЛЕДОВАНИЕ

При проведении конвейерного штрека А-7 ООО «Шахта Бутовская» в июне 2012 г. произошло обрушение пород кровли, в результате чего погиб человек. Обрушение кровли в забое конвейерного штрека А-7 произошло из-за линзового расширения пород ложной кровли с прогнозируемых 0,3-0,5 м до 2,0-2,3 м и до 8 м по директрисе выработки. Конвейерный штрек А-7 был закреплен согласно паспорту крепления сталеполимерными анкерами длиной 2,4 м. Неожиданное и непрогнозируемое изменение мощности ложной кровли не позволило удержать кровлю в безопасном состоянии. Для проведения полного и детального обследования горных выработок были приглашены специалисты ОАО «НЦ ВостНИИ».

Целью обследования конвейерного и вентиляционного штреков А-7, конвейерного и вентиляционного штреков А-5 ООО «Шахта Бутовская» было определение состояния вмещающих пород кровли и оценка состояния применяемой анкерной крепи. Для обследования использовался комплект аппаратуры СЭР-1, «Волна» и ШЭРС-5М, изготовленной опытно-экспериментальным заводом ВНИМИ (г. Санкт-Петербург) во взрывобезопасном исполнении. При проведении обследования горных выработок проводились следующие измерения: измерение есте-

ственного электромагнитного излучения (ЕЭМИ) и дипольных методов электроразведки - дипольно-го электропрофилирования (ДЭП), экваториально-дипольного электрозондирования (ЭДЭЗ).

Метод ЕЭМИ

Импульсное ЕЭМИ генерируется в дефектах структуры пород, расположенных в зоне опорного давления вблизи выработок. В местах прорастания трещин и трения контактов блоков породы происходит накопление электрических зарядов и их релаксация (разряд). Релаксация выражается в виде искровых разрядов, порождающих импульсное ЕЭМИ. Процесс генерации импульсного ЕЭМИ постоянно происходит в краевой части массива, но с разной интенсивностью по месту и времени, как и процесс деформирования и разрушения пород.

К датчику, расположенному в выработке, приходит излучение от совокупности разрядов в источниках-трещинах. Источники расположены на разном расстоянии от датчика и обнажения выработки. В результате наложения полей источников напряженность магнитного поля в моменты прохождения импульсов превышает фоновую. В зависимости от интенсивности процессов деформирования и разрушения пород за фиксированный интервал времени отбора информа-

ции к датчику приходит излучение от разного количества источников и с разной интенсивностью. Основой для оценки расслоения являлась структура параметров естественного электромагнитного излучения (ЕЭМИ) или акустической эмиссии (АЭ), поступающих к контуру выработки из части массива горных пород.

На уровень замеров ЕЭМИ влияют породы, расположенные в пределах ± 3 м по длине выработки от точки (пикета) установки аппаратуры и по радиальным направлениям в сечении выработки. Объем пород ограничен максимумом опорного давления, т.е. 10-30 м. Отличием метода ЕЭМИ от буровых методов прогноза является то, что параметры ЕЭМИ показывают структуру излучения объема пород порядка нескольких десятков кубических метров и являют -ся интегральными характеристиками состояния участка. Генерация излучения пород в пределах контролируемого объема воспринимается в точке приема как непрерывная работа нестационарного излучателя импульсов. Для анализа информации о «пульсации» такого объемного источника задают время набора информации от сигналов такой длительности, чтобы выходные параметры были надежно определены. Это позволяет сравнивать по параметрам ЕЭМИ состояние разных участков.

Изменение показателя структуры излучения на участке по сравнению с соседними участками (или во времени при повторных наблюдениях) показывает, что

здесь происходит изменение интенсивности (энергии) хрупкого разрушения пород в зоне опорного давления. Измерения ЕЭМИ произведены в условиях ООО «Шахта Бутовская» в интервалах пикетов от 0 до 133 по вентиляционному штреку А-5; от 0 до 130 по конвейерному штреку А-5 и от 0 до 134 по конвейерному штреку А-7 (рисунок 1).

Аналогичные графики получены по вентиляционному и конвейерному штрекам А-5.

Методы ДЭП и ЭДЭЗ

Сущность методов 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 (1Ш) диполей, расположенных друг за другом с различными параметрами установок дипольного электропрофилирования ( ДЭП) и диполь-ного электрозондирования (ЭДЭЗ). Шаг перемещения при наблюдениях различными методами составлял от 5 до 10 м.

На рисунке 1 видно, как отличаются участки по уровню амплитуды импульсных сигналов в мкВ (разница составила примерно 10 раз). По этим данным участки с наиболее интенсивным излучением являются участками повышенного расслоения пород кровли, их необходимо перекрепить или произвести усиление канатными анкерами глубокого заложения.

НОМЕРЕ! шихтмшх пикетов

Рисунок 1 - График изменения уровня ЕЭМИ в местах с наиболее сильным расслоением пород

кровли

Эти данные были подтверждены при помощи эндоскопического обследования пород кровли через скважины, пробуренные в местах наиболее интенсивного излучения на глубину 6,5 м. Обследование проводилось видеоэндоскопом Wohler Vis 240. Результаты обследования одной из скважин представлены на фотографиях 1-3.

Эндоскопическое обследование показало следующее:

• на всем протяжении скважин до глубины 5,17... 5,30 м имеются расслоения пород кровли пласта с ярко выраженной трещиноватостью;

• на глубинах 2,38.4,0 м обнаружен приток воды из пород кровли;

• замки закрепления сталеполимерных анкеров длиной 2,4 м находятся в зоне возможного расслоения и, как следствие, существует вероятность обрушения пород кровли.

По результатам обследования конвейерного и вентиляционного штреков А-7 и конвейерного и вентиляционного штреков А-5 ООО «Шахта Бутовская» установлено следующее:

• длина сталеполимерных анкеров АМ20М (2,4 м) не обеспечивает надежного закрепления пород кровли;

• рекомендуется увеличить длину сталеполимерных анкеров АМ20М с 2,4 до 2,9 м;

• рекомендовать применение канатных анкеров длиной 6,5 м для усиления кровли выработки, так как замковая часть анкера превышает зону возможного расслоения.

Применение видеоэндоскопа Wohler Vis 240 позволило подтвердить данные, полученные при геофизических методах исследования, и на основе этих данных более точно определить длины сталеполимерных анкеров, канатных анкеров усиления и места их установки.

С помощью геофизических методов обследования горных выработок и эндоскопического обследования состояния пород кровли могут быть выявлены опасные участки горных выработок и своевременно проведены работы по их усилению и предупреждению обрушений пород кровли.

Кроме того, появляется возможность уйти от сплошного применения усиления пород кровли канатными анкерами, что значительно сокращает металлоемкость, трудоемкость и себестоимость ведения горных работ. Описанные в статье методы направлены на повышение безопасности труда в угольных шахтах на современном этапе. В дальнейшем необходимо разрабатывать новые методы оценки состояния пород кровли горных выработок и приборы для контроля состояния установленной анкерной крепи.

Фотография 1 - Глубина скважины 2,29 м, виден поток воды

EXPERIENCE OF USAGE OF GEO-PHYSICAL Кострыкин Антон Павлович

EVALUATION METHODS OF CONTRY ROCK AND e-mail: vostnii_anton@inbox.ru

ANCOR SUPPORT CONDITION IN PREPARATION Шайдулин Константин Владимирович

GALLERIES OF OOO «BUTOVSKAYA MINE» e-mail: 4992255@mail.ru

A.P. Kostrykin, K.V. Shaidulin, A.V. Shchenev, S.V. Щенев Антон Владимирович

Sorokovykh, S.N. Kuzmin e-mail: ant.schenyov@yandex.ru

In the article they describe usage of geo-physical Сороковых Святослав Владимирович

methods of country rock condition evaluation at e-mail: sorokovihslava@mail.ru

OOO «Butovskaya Mine». As a result of usage of Кузьмин Сергей Николаевич

these inspection methods conclusion was made e-mail: snkuzmin@mail.ru

to strengthen the roof support of mine openings at

OOO «Butovskaya Mine».

Key words: GEOPHYSICAL INSPECTION

METHODS, NATURAL ELECTROMAGNETIC

RADIATION, DIPOLE ELECTRIC PROFILING,

DIPOLE ELECTRIC PROBING, ROCK MASS,

ANCOR SUPPORT, ENDOSCOPIC INSPECTION

15