Исследование электромагнитной эмиссии контактов горных пород в шахтном поле

Исследование электромагнитной эмиссии контактов горных пород в шахтном поле

А.А. Беспалько, Л.В. Яворович, Т.А. Климко1

Томский политехнический университет, Томск, 634050, Россия 1 Таштагольский рудник, Таштагол, Кемеровская область, 652992, Россия

Проведены измерения интенсивностей импульсного потока и электромагнитных сигналов методом профилирования по пикетам в выработках шахты Таштагольская. Показана эмиссионная способность контактов горных пород в массивах шахты. Показаны возможности использования разрабатываемого метода регистрации электромагнитной активности в режиме профилирования для определения скрытых структурных нарушений в горных выработках.

A study of electromagnetic emission of rock contacts in mine massif

A.A. Bespalko, L.V. Yavorovich, and T.A. Klimko

Measurements of intensities of impulse flux and electromagnetic signals were performed by a method of picket profiling in Tashtagolskaya mine workings. An emissive ability of rock contacts in the mine massifs is shown. This allows using developed method of electromagnetic activity registration under profiling conditions to reveal invisible structural damages in mine workings.

Исследования механоэлектрических преобразований в горных породах показали, что это многофакторный процесс, зависящий от физических свойств горных пород, их генетического типа и структурно-текстурных особенностей [1-3]. Для разрабатываемого в Томском политехническом университете метода оценки напряженно-деформированного состояния массивов горных пород в шахтных выработках по параметрам электромагнитной эмиссии и повышения его надежности необходимо знание основных закономерностей механо-электрических преобразований в сложном по структуре массиве, каким является железорудное месторождение Таштагольское в Горной Шории, отнесенное к опасным по горным ударам. Рудные тела месторождения сложены в основном магнетитом и залегают среди скарнов, сиенитов, метосоматитов, известняков и других пород. Шахтное поле месторождения разбито несколькими системами тектонических нарушений на блоки от первых десятков до первых сотен метров. В процессе своего геологического развития тектонические нарушения подновлялись с образованием зон дробления, зеркал скольжения, тектонической глины или залечивались дайками. Помимо крупных тектонических нарушений рудная зона пронизана системой трещин [4, 5]. В последние годы на месторождении отмечается рост числа динамических проявлений. Исследованиями установ-

лено, что основное влияние на частоту и энергию динамических проявлений оказывают горнотехнические и геолого-тектонические факторы [6]. В связи с этим, представляется важным исследование электромагнитной эмиссии в зонах тектонических трещин и даек.

Для выявления участков массивов шахтного поля с наибольшей электромагнитной эмиссионной способностью и выяснения возможности применения разрабатываемого метода контроля структурных нарушений в горных выработках проведены наблюдения изменений интенсивности электромагнитной эмиссии в режиме профилирования в орте 2 горизонта -210 м. Следует отметить, что отметка поверхности + 450. Таким образом, горизонт, на котором проводились наблюдения находится на глубине 660 м. Регистрация параметров импульсного электромагнитного сигнала велась с использованием исследовательского комплекса на базе регистраторов РЕМС. В качестве приемников электромагнитной эмиссии применялись емкостные и индуктивные датчики, которые подключались к дифференциальному входу регистратора. Методика регистрации предусматривала измерения на пикетах при разносе датчиков на 3 метра и при расположении датчиков рядом друг с другом. В интервале частот 1-100 кГц измерялась интенсивность импульсного потока, отображающая количество импульсов электромагнитной эмиссии в задан-

© Беспалько А.А., Яворович Л.В., Климко Т.А., 2004

800

400

Б4-Б6 .

Б2-Б4 / \б5-Б737,'3' Б8-Б10 —#

Б1-БЗ БЗ-Б5 Б6-Б8 Б11-Б9

О

Рис. 1. Изменение среднего значения интенсивности потока электромагнитной эмиссии, зарегистрированное индуктивными датчиками, расположенными рядом при профилировании орта 2, горизонт -210м

Рис. 2. Изменение среднего значения интенсивности потока электромагнитной эмиссии, зарегистрированное индуктивными датчиками, разнесенными на 3 м, при профилировании орта 2, горизонт -210 м

ный интервал времени, и интенсивность электромагнитного сигнала, пропорциональная среднему значению потока напряженности электромагнитного поля в единицу времени. Данные измерений электромагнитной эмиссии с усреднением 1 секунда записывались в память регистратора с последующим считыванием этих данных на персональный компьютер для дальнейшей обработки. Максимальная чувствительность приборов по входу составляла 50 мкВ. Расстояние между пикетами в орте составляло 1.5 м.

Измерения проводилось от участка залегания маг-нетитовой руды, имеющей контакт с дайкой, заполненной диоритами. С другой стороны дайки целик сложен скарнами.

На рис. 1 приведены изменения среднего значения интенсивности потока электромагнитной эмиссии по магнитной составляющей электромагнитного поля в случае расположения датчиков рядом, а на рис. 2 при разносе индуктивных датчиков на 3 м. Направление профилирования — от пикета Б1, который находится в массиве, сложенном рудой, до пикета Б11, расположенного в скарновом целике. Разметка профиля на пикеты была проведена таким образом, что контакт руды с дайкой оказался в районе пикета Б6, а контакт дайки со скарнами — в районе пикета Б8. С учетом этой разметки на рис. 1 и 2 показаны изменения интенсивности потока электромагнитной эмиссии при пересечении места выхода дайки в орт, причем при измерении в самой дайке наблюдается увеличение разброса значений. Более четко просматриваются изменения интенсивности электромагнитной эмиссии при измерении в случае, когда датчики располагались рядом (рис. 1). На рис. 2 большим разбросом значений интенсивности электромагнитной эмиссии выделяется район пикетов Б8-Б10. Сравнение с геологической картой района работ показало, что в этом месте орт пересекает тектоническое нарушение в виде трещины, что и вызвало увеличение интенсивнос-

ти потока электромагнитной эмиссии по магнитной составляющей.

Измерение интенсивности электромагнитной эмиссии по электрической составляющей электромагнитного поля при профилировании орта 2 горизонта -210 м приведено на рис. 3. Из рисунка видно, что при прохождении пикетов, расположенных в руде, значения интенсивности электромагнитной эмиссии низкие и составляют в среднем 30 отн. ед. Это объясняется достаточно высокой проводимостью магнетитовой руды. При подходе к дайке в районе пикета Б6 интенсивность потока электромагнитной эмиссии резко возросла и достигла значения порядка 5 000 отн. ед. При дальнейшем продвижении по профилю высокое значение интенсивности сохранялось до пикетов Б7-Б9, а затем наблюдается резкий спад интенсивности до значений 500 отн. ед. Значительный разброс интенсивности электромагнитной эмиссии по электрической составляющей наблюдается также в районе пикетов Б6-Б8, что свидетельствует о нестабильной электромагнитной эмиссии мас-

Рис. 3. Изменение среднего значения интенсивности потока электромагнитной эмиссии, зарегистрированное емкостными датчиками, разнесенными на 3 м, при профилировании орта 2, горизонт -210 м

сива в месте проводимых измерений, которое определяется пересекающей массив дайкой.

Проведенные измерения интенсивности импульсного потока и электромагнитных сигналов электромагнитной эмиссии по пикетам позволяют сделать вывод о преимущественной электромагнитной эмиссионной способности контактов горных пород в массивах шахты, что позволит использовать разрабатываемый метод регистрации электромагнитной активности в режиме профилирования для определения скрытых структурных нарушений в горных выработках. С другой стороны, повышенная эмиссионная способность протяженных контактов горных пород в выработках, вероятно, обусловлена также и направленным распространением электромагнитного сигнала вдоль контакта, примыкающего к зонам тектонических нарушений. В свою очередь, нарушения являются концентраторами напряжений и провоцируют геодинамические явления. В результате, при проведении исследований изменений параметров электромагнитной эмиссии на контактах горных пород появляется возможность оценивать напряженно-деформированное состояние и динамику массива во времени. Таким образом, целесообразно вести мониторинг изменения напряженно-деформированного состояния массивов на дайках и контактах пород, имеющих выход на разломы, а также зоны смещения и смятия.

Работа выполнена при финансовой поддержке ФЦП

«Интеграция».

Литература

1. ronbd P.M., Maprne Г.П., Mo2rna П.С., M.A. Импульсное электромагнитное излучение минералов и горных пород, подверженных механическому нагружению // Изв. AH СССР. Физика Земли. - 1975. - № 7. - С. 109-111.

2. Бестть^ A.A., ronbd P.M., Явopoвuч Л..B., Дaцкo Д.И. Bлияние слоистости алевролита на параметры электромагнитного сигнала при акустическом возбуждении образцов // ФTПPПИ. - 2002. -№ 2. - С. 27-31.

3. Бестть^ A.A., ronbd P. M., Явopoвuч Л..B., Дaцкo Д.И. Boзбужде-ние электромагнитного излучения в слоистых горных породах при акустическом воздействии // ФТОРПИ. - 2003. - № 2. - С. 8-14.

4. Mameeee И.Ф. Особенности строения и отработки Taштaгoльскoгo

месторождения // Сб. докл. конф. «Оценка современных достижений в области безопасной отработки удароопасных месторождений, методам прогноза и предупреждения горных ударов», Taш-тагол, 2000. - С. 3-11.

5. Kn-uj^^o B.K. Краткая геомеханическая и геодинамическая характеристика Taштaгoльскoгo месторождения // Сб. докл. конф. «Оценка современных достижений в области безопасной отработки удароопасных месторождений, методам прогноза и предупреждения горных ударов», Taштaгoл, 2000. - С. 12-23.

6. Baгaнoвa B.A., Шшеев O.B. Региональные методы контроля напряженного состояния массива горных пород, используемых при отработке Taштaгoльскoгo месторождения // Сб. докл. конф. «Оценка современных достижений в области безопасной отработки удароопасных месторождений, методам прогноза и предупреждения горных ударов», Taштaгoл, 2000. - С. 24-36.