Применение методики выявления сейсмически опасных участков массива для анализа события 9 января 2018 года на Расвумчоррском руднике

DOI: 10.25702/KSC.2307-5228.2019.11.2.13-18 УДК: 622.83:550.34

ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДИКИ ВЫЯВЛЕНИЯ

СЕЙСМИЧЕСКИ ОПАСНЫХ УЧАСТКОВ МАССИВА ДЛЯ АНАЛИЗА СОБЫТИЯ 9 ЯНВАРЯ 2018 ГОДА НА РАСВУМЧОРРСКОМ РУДНИКЕ

А. А. Козырев, И. Э. Семенова, О. Г. Журавлева, А. В. Пантелеев

ФГБУН Горный институт КНЦ РАН, Апатиты

Аннотация

Представлен пример использования комплексной методики выявления потенциально сейсмически опасных участков массива на удароопасных месторождениях для анализа зоны повышенной сейсмической активности на Расвумчоррском руднике, где произошло мощное сейсмическое событие 9 января 2018 г., в результате которого разрушения произошли на нескольких горизонтах рудника. Установлены возможные причины, условия возникновения и сценарий развития геодинамического явления. Ключевые слова:

техногенное землетрясение, горнотехническая система, техногенная сейсмичность, геодинамическая безопасность.

AN APPROACH TO IDENTIFY SEISMIC HAZARDOUS AREAS FOR ANALYZING A GEODYNAMIC EVENT AT THE RASVUMCHORR MINE ON JANUARY 9, 2018

Anatoliy A. Kozyrev, Inna E. Semenova, Olga G. Zhuravleva, Aleksey V. Panteleev

Mining Institute of FRC KSC RAS, Apatity

Abstract

The paper describes a practice of the applying of an integrated approach to identify potentially seismic hazardous rock mass areas in the rockburst-hazardous deposits for analyzing a seismic active zone in the Rasvumchorr mine, where large seismic event had occurred on January 9, 2018. The event caused severe damages in several mine horizons. The approach has allowed defining possible causes, conditions of occurrence and a formation scenario for the geodynamic event.

Keywords:

mining-induced earthquake, mining-engineering system, mining-induced seismicity, geodynamic safety.

Введение

Значения информативных индикаторов уровня сейсмической активности массива горных пород являются объективным показателем изменчивости его геодинамического состояния. Дополненные результатами моделирования напряженно-деформированного состояния массива (НДС) с учетом геологического строения и развития горных работ, а также данными о местоположении и параметрах геодинамически активных структур, они дают возможность уточнения параметров зон повышенной сейсмической опасности и определения вероятности реализации мощного сейсмического события. В последние годы именно такой подход развивается в Горном институте КНЦ РАН.

Данный комплексный подход применен для анализа мощного сейсмического события (СС), произошедшего 9 января 2018 г. на Расвумчоррском руднике. Магнитуда события — 3,3 (по данным ^Ф ФИЦ ЕГС РАН [1]), гипоцентр находился в лежачем боку центральной части месторождения Апатитовый Цирк на отметке +500 м (по данным Автоматизированной системы контроля состояния массива Расвумчоррского рудника (АСКСМ-Р) Кировского филиала АО «Апатит»). Событие сопровождалось сильным звуковым эффектом, сотрясением массива

и дневной поверхности, существенными разрушениями выработок и ощущалось работниками Расвумчоррского и Кировского рудника. Разрушению подверглись выработки лежачего бока на отметках от +425 до +530 м (рис. 1). Объем массива, в котором произошли разрушения выработок, составил около 135 тыс. м3.

Рис. 1. Примеры разрушений в выработках в результате мощного сейсмического события 09.01.2018 Fig. 1. Structural failures caused by the January 9, 2018 seismic event

Результаты исследований и их обсуждение

Предлагаемый подход основан на двух методах прогноза опасных динамических явлений: по результатам сейсмического мониторинга и по результатам моделирования НДС для конкретных геологических и горнотехнических условий. Подход предполагает три этапа реализации. На первом этапе проводится пространственно-временной вероятностный прогноз сильных сейсмических событий при совместном использовании различных прогностических критериев (фрактального, концентрационного, угла наклона графика повторяемости сейсмических событий, средняя длина разрывов). На основе данных сейсмических наблюдений за длительный период строятся карты вероятностей возникновения сильных сейсмических событий при наличии прогнозного признака (т. е. проводится районирование месторождения по типам проявления сейсмичности в течение определенного периода наблюдений (рис. 2, а)), которые сопоставляются с распределением действующих напряжений в этот же период времени.

На втором этапе проводится анализ данных по сейсмическим событиям за период наблюдений не более одного месяца и построение карт сейсмоактивных зон (также с учетом нескольких прогностических критериев), т. е. выявление прогностического признака. Изменение сейсмоактивных зон (их местоположение, конфигурация, динамика) отражает характер действующих напряжений в массиве в процессе ведения горных работ. О повышенном уровне сейсмической опасности может свидетельствовать как значительное увеличение размеров сейсмоактивной зоны, так и увеличение значений комплексного критерия. На данном этапе также происходит комплексирование с расчетными данными параметров поля напряжений для уточненных расчетов в окрестности каждой локализуемой по сейсмическим параметрам зоны (рис. 2, б).

Третий этап — оценка изменения уровня напряжений и происходящей деформации в очаговой зоне с помощью индикаторов энергетического индекса и кумулятивного кажущегося объема. Применение этих критериев позволяет получить более надежную оценку уровня

Применение методики выявления сейсмически опасных участков массива для анализа события...

сейсмической опасности в выявленных потенциально опасных участках [2, 3]. Для СС 9 января 2018 г. подтверждается опасное состояние массива, характеризующееся понижением энергетического индекса и одновременным ускоряющимся возрастанием кумулятивного кажущегося объема. Это свидетельствует о неоднородности поля напряжений и реализующихся процессах деформации на рассматриваемом участке массива горных пород (более детально результаты третьего этапа анализа представлены на конференции «Триггерные эффекты в геосистемах» в Москве в июне 2019 г.).

Рис. 2. Карта вероятностей возникновения сильных сейсмических событий и распределения напряжений (на 1 января 2018 г., Расвумчоррский рудник, район СС, проекция на отм. + 452 м), совмещенная с фактическим проявлением сейсмических событий в течение января 2018 г. (а);

зона повышенной сейсмоактивности за час до реализации СС (б) Fig. 2. Probability map of occurrence of severe seismic events and stress distribution (January 1, 2018,

Rasvumchorr mine, seismic event area, + 425 meters mark projection), which are combined with the actual manifestation of seismic events during January 2018

В результате комплексного анализа геологических, геодинамических, геомеханических, технологических факторов и данных о сейсмической активности массива сделаны следующие выводы [4]:

• произошедшее 9 января 2018 г. событие классифицировано специалистами Горного института КНЦ РАН как техногенное землетрясение;

• событие является результатом взброса лежачего бока по полого-наклонной окисленной зоне мощностью 0,6-1,0 м (разлом 1 на рис. 3, а), проходящей по подстилающим породам согласно залеганию рудного тела;

• величины действующих касательных напряжений (xmax) в районе реализации мощного сейсмического события близки к критическим, одна из площадок действия Tmax совпадает по направлению с полого-наклонной окисленной зоной (рис. 3, б), что подтверждает высказанную в предыдущем пункте гипотезу;

• массовый взрыв 8 января 2018 г. мог послужить триггером мощного динамического явления в случае достижения самим массивом горных пород предельно неустойчивого состояния; в течение 2017 г. число взрывов в данном районе возросло, что нашло отражение в характере сейсмических проявлений: наблюдается ускоряющееся возрастание как количества сейсмических событий, так и суммарной выделившейся энергии (рис. 4, 5);

• развитие событий после подвижки происходило по следующему сценарию: смещение блока пород, ограниченного разломами 1, 2 и 3 (рис. 3, а), в результате чего произошел выброс породы в конвейерном штреке №2 2; смещение массива относительно торкрет-бетонного крепления и вспучивание подошвы в конвейерном штреке № 1 с образованием трещин отрыва в плоскости перпендикулярной разлому 1.

Полученные результаты и их сопоставление с техногенными землетрясениями 1989 и 2010 гг. позволяют утверждать, что события, реализующиеся в виде взброса по структурным нарушениям подстилающих пород лежачего бока, вызывают наиболее мощный сейсмический отклик массива и могут привести к серьезным разрушениям подземных и наземных объектов.

Рис. 3. Проекция гипоцентра сейсмического события, торцевого взрыва и участков разрушений на разрезе 7

Fig. 3. Projection of the seismic event hypocenter, end explosion and areas of destruction at section 7

Рис. 4. Число сейсмических событий и торцевых взрывов, зарегистрированных в районе техногенного землетрясения за период с 1 января 2017 г. по 14 января 2018 г.

Fig. 4. Number of seismic events and end explosions registered in the area of the technogenic earthquake over

the period of January 1, 2017 to January 14, 2018

Таким образом, на примере техногенного землетрясения, произошедшего на Расвумчоррском руднике, проанализирована совокупность геомеханических, горнотехнических и геолого-геофизических факторов. Это позволило уточнить механизм мощных сейсмических событий, реализующихся в большинстве случаев в породах лежачего бока Хибинских апатит-нефелиновых месторождений.

Применение методики выявления сейсмически опасных участков массива для анализа события.

Рис. 5. Суммарная энергия сейсмических событий и число торцевых взрывов, зарегистрированных в районе техногенного землетрясения за период с 1 января 2017 г. по 14 января 2018 г.

Fig. 5. Total energy of seismic events and number of end explosions registered in the area of the technogenic earthquake over the period of January 1, 2017 to January 14, 2018

Заключение

Показаны возможности методики выявления потенциально сейсмически опасных участков массива на удароопасных месторождениях, которая отличается последовательным уточнением индикаторов опасного состояния для выявления зон повышенной сейсмической опасности и определения вероятности реализации мощного сейсмического события. Предложенный комплексный подход к прогнозу опасных динамических явлений основан на совмещении данных вероятностной оценки зон, потенциально опасных по возникновению мощных сейсмических событий энергетического класса 6-8, с данными численного 3D-моделирования НДС массива горных пород при учете основных геологических, геомеханических и горнотехнических факторов на нескольких масштабных уровнях. Совместное применение различных индикаторов уровня сейсмической опасности и параметров НДС конкретного участка при развитии горных работ позволяет увеличить надежность прогноза зон повышенной сейсмической опасности.

ЛИТЕРАТУРА

1. Кольский филиал Федерального исследовательского центра «Единая геофизическая служба Российской академии наук». URL: http://www.krsc.ru/?q=ru/news (дата обращения: 29.04.2019). 2. Van Aswegen G., Butler A. Applications of quantitative seismology in SA gold mines // Proc. of the 3rd International Symposium in Rockbursts and Seismicity in Mines. Balkerna, Rotterdam, 1993. P. 261-266. 3. Mendecki A. J. Seismic monitoring in mines. London: Chapman and Hall, 1997. 262 p. 4. Гипотеза происхождения сильного сейсмического события на Расвумчоррском руднике / А. А. Козырев [и др.] // Горн. информ.-аналит. бюл.: [науч.-техн. журн.]. 2018. № 12. С. 74-83.

Сведения об авторах

Козырев Анатолий Александрович — доктор технических наук, профессор, зав. отделом геомеханики Горного института КНЦ РАН E-mail: kozar@goi.kolasc.net.ru

Семенова Инна Эриковна — кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник Горного

института КНЦ РАН

E-mail: innas@goi.kolasc.net.ru

Журавлева Ольга Геннадьевна — кандидат технических наук, старший научный сотрудник

Горного института КНЦ РАН

E-mail: Zhuravl evaOG@goi .kolasc.net.ru

Пантелеев Алексей Владимирович — ведущий инженер Горного института КНЦ РАН E-mail: PanteleevAV@goi.kolasc.net.ru

Author Affiliation

Anatoliy A. Kozyrev — Doctor of Sciences (Engineering), Professor, Chief of the Department of Rock Mechanics of the Mining Institute of KSC RAS E-mail: kozar@goi.kolasc.net.ru

Inna E. Semenova — PhD (Engineering), Researcher of the Mining Institute of KSC RAS E-mail: inna@goi.kolasc.net.ru

Olga G. Zhuravleva — PhD (Engineering), Senior Researcher of the Mining Institute of KSC RAS E-mail: ZhuravlevaOG@goi.kolasc.net.ru

Aleksey V. Panteleev — Leading Engineer of the Mining Institute of KSC RAS E-mail: PanteleevAV@goi.kolasc.net.ru

Библиографическое описание статьи

Применение методики выявления сейсмически опасных участков массива для анализа события 9 января 2018 года на Расвумчоррском руднике / А. А. Козырев [и др.] // Вестник Кольского научного центра РАН. — 2019. — № 2 (11). — С. 13-18.

Reference

Kozyrev Anatoliy A., Semenova Inna E., Zhuravleva Olga G., Panteleev Aleksey V. An Approach to Identify Seismic Hazardous Areas for Analyzing a Geodynamic Event at the Rasvumchorr Mine on January 9, 2018. Herald of the Kola Science Centre of RAS, 2019, vol. 2 (11), pp. 13-18. (In Russ.).