CC BY
46
УДК 551.24 + 550.34
К ПРОБЛЕМЕ ПРОГНОЗА ГОРНЫХ УДАРОВ В ПОДЗЕМНЫХ ВЫРАБОТКАХ, ПРОЙДЕННЫХ НА МЕСТОРОЖДЕНИЯХ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ
12 3
В.В.Ружич , Е.А.Левина , В.И.Востриков
1 2
' Институт земной коры СО РАН. 664033, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 128. 3Институт горного дела СО РАН, г. Новосибирск, ул. Красный проспект, 54. При разработке рудных месторождений подземными выработками из-за техногенного нарушения тектонического режима возникают проблемы проявления наведенных сильных горных ударов. Авторами предлагается разработанный в 1991 году в лаборатории сейсмогеологии Института земной коры СО РАН метод средне- и долгосрочного прогноза землетрясений, адаптированный для анализа сейсмических процессов в горных выработках и решения задач прогноза горно-тектонических ударов. Исследования проводились применительно к условиям геоэкологической опасности породного массива Норильского рудного узла. Обосновывается необходимость учитывать режим техногенных воздействий на породный массив при прогнозе горных ударов c энергией 10510' Дж и выше. Ключевые слова: горные удары, Норильское месторождение, экологические безопасность, средне- долгосрочный прогноз. Библиогр. 21 назв. Ил. 4.
ON THE PROBLEM OF ROCK BOUNCES FORECAST IN DEEP UNDERGROUND MINE WORKINGS
V.V.Ruzhich, E.A.Levina, V.I.Vostrikov
Institute of the Earth's Crust of Siberian Department of Russian Academy of Sciences, 664033, 128 Lermontov St., Irkutsk.
Institute of Mining of Siberian Department of Russian Academy of Sciences. 664033, 54 Krasnyi Av., Novosibirsk.
The development of ore deposits by underground mine workings causes ecological problems due to anthropogenic breach of the tectonic regime. These problems are connected with the manifestations of strong induced rock bounces which are dangerous for communications and people's lives. The authors propose the method of middle-term and long-term earthquakes forecast. This method was developed in the laboratory of seismogeology of the Institute of the Earth's crust of Siberian Department of Russian Academy of Sciences. In 2007-2009 it was adapted for the seismic processes analysis in the mine workings and for the solution of tasks to forecast rock-tectonic bounces. Studies have been conducted as applied to the conditions of geoecological danger of the rock massif of Norilsk ore field . The necessity to take account of the regime of anthropogenic effects on the rock bodies under forecasting of rock bounces with the energy of 105-107J and higher is justified. Keywords: ecological problems, underground mine workings, rock bounces forecast, middle-term and long-term forecast, earthquakes. 21 sources. 4 figures.
1Ружич Валерий Васильевич - доктор геолого-минералогических наук, главный научный сотрудник. Тел.: (3952) 42-27-76. [email protected]
Ruzhich Valerii Vasiljevich - a doctor of geological and mineralogical sciences, the chief scienrific worker. Phone: (3952) 42-27-76.
2Левина Елена Алексеевна - младший научный сотрудник. Тел.: 89149037243. Levina Elena Alexeevna - a junior scientific worker. Phone: 89149037243.
3Востриков Владимир Иванович - кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник.
Тел.: (383)217-00-01.
Vostrikov Vladimir Ivanovich - a candidate of technical sciences, a leading scientific worker.
Phone: (383)217-00-01.
Введение
Проходка подземных горных выработок при разработке глубокозалегающих рудных и других месторождений во многих случаях сопровождается нарушением геодинамической устойчивости породных массивов, и это приводит к проявлениям опасных горных ударов, т.е. возникновению проблем экологии. Как известно, целью прогнозирования горных ударов является предсказание их количества, энергии и мест возникновения в ближайшие часы, сутки, недели или месяцы. Эти прогнозы могут играть важную роль в оценке необходимости применения мер по снижению опасности и ущерба в процессе горнопроходческой деятельности и повышению эффективности применяемых предупредительных мер. Ввиду неуклонного нарастания техногенного воздействия человека в горнопромышленных районах на геологические процессы экспоненциально увеличивается риск триггированных геодинамических явлений, в частности, в виде горно-тектонических ударов, т.е. горных ударов, возникающих в высоконапряженной геологической среде. Применяемые в настоящее время методы оценки антропогенной геодинамической опасности и ее прогноза явно отстают от темпов промышленного освоения недр. Это происходит, прежде всего, из-за недостаточной изученности и понимания сути подготовки динамических природных процессов, а также неэффективности принимаемых мер по снижению инженерного риска. Уже сейчас влияние человеческой деятельности приобрело масштабы экологической угрозы планетарного уровня, и для того, чтобы замедлить или остановить этот процесс, необходим поиск путей более результативных способов решения возникшей проблемы.
Спровоцированный горный удар или тектоническое землетрясение является следствием динамического высвобождения части хранящейся в земной коре потенциальной упругой энергии, излучаемой в виде волновых колебаний при быстром смещении блоков горных пород по разрывным нарушениям. Очевидно, что землетрясения
тектонической природы инициируются естественными причинами, тогда как горные удары возникают в процессе провоцирующих техногенных воздействий на высоконапряженный породный массив. Есть немало примеров, когда мощными подземными ядерными взрывами были спровоцированы землетрясения с М=5.0-6.5 [20]. Химическими взрывами, созданием водохранилищ, проходкой глубоких горных выработок инициировались разрушительные горно-тектонические удары с М=2.0-5.0 [21]. Например, при подземных ядерных взрывах в зонах разломов, удаленных от взрывной камеры на сотни метров -первые километры, инициировались смещения с амплитудами до 1-4 м [18, 19].
При горных ударах амплитуды смещений измеряются первыми десятками сантиметров, а интенсивность сейсмических сотрясений достигает 6-7 баллов по шкале МБК-64, что может нанести большой экономический ущерб и привести к гибели людей [2]. Сегодня масштабность техногенных процессов, воздействующих на геологическую среду, настолько возросла, что различия между энергией тектонических и наведенных землетрясений заметно уменьшились. В соответствии с вышесказанным, возрастает необходимость более эффективного решения таких важных вопросов, как улучшение качества прогноза горно-тектонических ударов и совершенствование методов контроля за последствиями проведения техногенных мероприятий.
Современное состояние проблемы прогноза горных ударов и землетрясений
Некоторые методические подходы, связанные с прогнозом, при-
меняемые в тактике борьбы с сейсмическими катастрофами, с разной эффективностью используются в горнодобывающей отрасли при разработке глубокозалегающих месторождений [4, 5].
В физике очагов землетрясений сложились обоснованные представления о том, что основной механизм подготовки очагов землетрясений связан с возникновением неустойчивого состояния в межблоковых границах, которые зачастую представлены зонами сейсмоактивных разломов. В их фрагментах через определенные временные интервалы на фоне медленных движений в режиме крипа происходят быстрые боль-шеамплитудные смещения крыльев разломов со скоростями порядка 1-10 м/с. Возникающие при смещениях колебания крыльев разрывных нарушений разных рангов инициируют распространение волновых колебаний широкого диапазона. Нечто подобное имеет место и при горных ударах.
В современном сейсмическом прогнозе принято оценивать три главных параметра: место, энергию и время проявления ожидаемых сильных землетрясений. Во временном аспекте прогноза тектонических землетрясений используются такие его виды, как долгосрочный (годы-десятилетия), среднесрочный (первые годы - месяцы) и краткосрочный (дни-часы). В зависимости от специализации исследователей, работающих в области сейсмотектонического прогноза, разрабатываются различные методические подходы для выяснения указанных параметров, в которых акценты делаются на физико-механические или геолого-геофизические процессы в очагах землетрясений. Как правило, существующие методы прогноза во многом основываются на анализе каталогов землетрясений и используют приемы распознавания образов, то есть тех признаков, которые проявляются в периоды подготовки очагов. Подобные критерии проявляются, например, в виде формирования сейсмических брешей, сейсмического затишья, форшоковой активизации, скорости пространственно-временной миграции эпицентральных полей и т.д. Указанные признаки могут в дальнейшем использо-
ваться как предвестники готовящегося землетрясения и содержать информацию о местах подготовки будущих очагов, их энергии и времени проявления.
Достаточно известен традиционный статистический подход к прогнозу горных ударов [5], в котором формализованы базовые критерии подготовки очагов. Он не требует участия квалифицированного персонала и ограничивается набором стандартных приемов для количественной оценки суммы критериев, используемых для принятия решения. В этом случае высокая степень формализации облегчает возможности широкого использования метода персоналом низкой квалификации, но сужает эффективность и ухудшает качество прогноза, хотя он при этом считается более обоснованным с позиций статистики. Особенностью предлагаемого в этой работе авторского сейсмопрогностического подхода, применяемого для геодинамических условий Байкальской рифтовой зоны, являются следующие положения [6, 13]. Используется набор хорошо обоснованных с позиций тек-тонофизики и статистики приемов обработки сейсмологической и сейсмогеологической информации, а также оригинальное программное обеспечение и участие опытного эксперта. В обязанности эксперта входит принятие окончательного решения при подготовке официальных сейсмопрогностических сводок в региональные административные органы. Поскольку далеко не все критерии подготовки землетрясений могут быть безупречно ранжированы по значимости и соответственно формализованы, привлечение хорошо подготовленного эксперта позволяет учесть многие нюансы сочетания критериев и сложившейся сейсмической ситуа-
ции в конкретном месте. Участие эксперта, при современном уровне базовых научных представлений, вносит в прогноз элемент большей надежности, чем традиционный чисто статистический перебор признаков в различных сочетаниях. При проведенном с помощью созданной программы изучении условий подготовки большого числа очагов тектонических землетрясений, в том числе и слабых, соизмеримых с горными ударами, было показано, что они имеют сходные механизмы подготовки, т. е. обнаруживается их физическое подобие. Данная особенность позволяет провести обучение на более представительной базе данных и таким образом значительно увеличить статистику наблюдений и соответственно повысить обоснованность результатов сейсмопрогностиче-ских оценок [14]. Эта особенность рассматриваемого подхода особенно важна для случаев, когда используемый каталог сейсмических событий ограничен.
Не противопоставляя рассмотренные подходы, можно отметить, что, в конечном счете качество любого прогноза оценивается по результатам его практической реализации. Средне- и долгосрочный прогноз землетрясений, разработанный для геодинамических условий Прибайкалья специалистами Института земной коры СО РАН, осуществляется практически и официально с 2001 года. Он ориентирован на прогноз не только сильных (М=6.5-7.9), но и более умеренных частых сейсмических событий с М=5.0 - 6.0. На основании накопленного опыта сейсмогеологический подход признается органами региональных МЧС как вполне удовлетворительный для произошедших землетрясений с М=5.5-6.3 за восьмилетний период прогнозирования [15]. Ниже предлагается рассмотреть возможность применения данного подхода для подготовки среднесрочного прогноза горных ударов, рассчитанного на реализацию в течение нескольких дней или недель.
Обратим внимание на то, что в рамках распространенных методов средне- и долгосрочного прогноза тектонических сильных землетрясений с М=7.0-8.5 время их подготовки охватывает периоды в годы - десятки
лет. Для горных ударов время подготовки очагов наиболее сильных из них значительно варьирует, поскольку во многом зависит от уровня напряженного состояния разрабатываемого массива горных пород и режима техногенных воздействий. Области подготовки горных ударов, проявляющихся в виде вспарывания фрагментов разломов, имеют протяженность в десятки -сотни метров, тогда как для тектонических землетрясений они измеряются десятками - сотнями километров. То есть между землетрясениями и горными ударами очевидны значительные масштабные различия, что находит отражение и в различной энергетике, отличающейся на 4-5 порядков. Еще одно очень важное различие между землетрясениями и горными ударами обусловлено проявлением триггер-ных механизмов, инициирующих процессы спонтанного высвобождения эндогенной энергии. Для тектонических землетрясений они являются естественными и постоянно действующими, а для горных ударов в качестве триггеров выступают факторы горнопроходческой деятельности.
Главное сходство между сильными тектоническими землетрясениями и горными (или горнотектоническими) ударами заключается в общности физических механизмов проявления сейсмических актов. Они обусловлены, как уже упоминалось, быстрыми смещениями в разрывных нарушениях разного иерархического уровня, расположенных в высоконапряженной геологической среде. При тектонических деформациях внезапное смещение во фрагментах активных разломов провоцируется достижением уровня предельной концентрации энергии в блоках земной коры и ее последующим спонтанным
высвобождением. При этом на фоне возникшей физико-механической неустойчивости в разломе в качестве триггеров, провоцирующих запуск быстрой подвижки, могут быть воздействия, например, в виде сейсмических сотрясений от близких сильных землетрясений, а также следствия прохождения фронта деформационных возмущений, изменения давления флюидов в трещинах и разломах и многие другие факторы, связанные с тектоническими процессами. Инициация горных ударов чаще всего обусловлена проходкой горных выработок, перемещением больших объемов горных пород, сильными взрывами, обводнением и другими техногенными мероприятиями. Проходка сверхглубоких открытых или подземных выработок значительно снижает несущую способность породного массива, приводит к перераспределениям напряжений и возникновению состояния геодинамической нестабильности. Этот фактор особенно неблагоприятен, если выработки проводятся в пределах или вблизи крупных тектонически активных разломов, способных генерировать опасные сейсмические толчки.
Описание адаптированного программного пакета
При использовании вышеупомянутой методики с целью прогноза горных ударов потребовалось модифицировать программный пакет для применения в новой области. Прежде всего, для этого необходимо наличие каталога сейсмических событий и оцифрованной карты или схемы объекта, в пределах которого фиксируются горные удары, а также ведется масштабная техногенная деятельность. Данный пакет написан на языке программирования Delphi и предназначен для работы под операционной системой Windows 98/2000/XP; он имеет открытую архитектуру, простой и понятный пользовательский интерфейс. Пакет представляет собой набор модулей, объединенных главным меню, каждый из которых реализует какую-либо функцию/набор функций.
Например, модуль «Карты/ Поверхность» позволяет вывести на экран топографическую карту заданного района с нанесенными на нее выбранными объектами, а также эпицентрами горных ударов в заданном диапазоне времени и классов и/или изолиний
выделившейся сейсмической
энергии.
Модуль «Карты/Разрез»
позволяет построить на экране карту вертикального разреза шахтного поля при указанных координатах линии сечения и ширины слоя и тоже нанести на нее топографические объекты и гипоцентры горных ударов.
Модуль «Графики» позволяет произвести обработку данных об эпицентрах горных ударов и представить результаты в виде графиков и двух- и трехмерных гистограмм:
- изменение во времени суммарного количества горных ударов;
- изменение во времени выделившейся сейсмической энергии;
- изменения концентрационного критерия разрушения от времени;
- повторяемость горных ударов.
Модуль «Настройки» позволяет менять многочисленные параметры, необходимые для работы пакета:
- координаты изучаемого района;
- рассматриваемый период времени и диапазон энергетических классов;
- используемый каталог;
- величины временных и пространственных окон, используемых для построения;
- графики и изолинии;
- набор и вид изображаемых топографических объектов;
многочисленные параметры, позволяющие менять элементы оформления; - цвета карт и графиков.
Все карты и графики могут быть выведены на печать, сохранены в виде графических файлов и/или числовых значений полученного ряда.
Заметим попутно, что программный пакет может быть использован для исследования любого района при наличии необходимой информации - каталога горных ударов, который является информационной основой пакета и содержит данные о времени события, координатах его эпицентра и энергии. Необходимо также наличие оцифрованной карты местности, в пределах которой фиксируются горные удары, а также ведется масштабная техногенная деятель-
ность. В случае отсутствия оцифрованной карты ее нетрудно составить самостоятельно известными способами.
Анализ режима горных ударов
Рассмотрим в качестве примера сейсмический режим, обусловленный проявлением горных ударов в норильских рудниках Норильского рудного поля. На рис. 1 показано распределение зарегистрированных сейсмической станцией "Норильск" эпицентров горных , подав-
ляющая часть которых располагается в районах проведения горнодобычных работ.
33500.0
25000Л
IV
1 2 О 3 т
4
5
Рис. 1. Высвобождение сейсмической энергии горных ударов за период 1994-2008 гг., выделившейся в пределах шахтного поля Норильского полиметаллического месторождения: 1 - сейсмическая энергия горных ударов в изолиниях; 2 - местоположение эпицентра главного горного удара с энергией 1.4-105 Дж в пределах Талнахского рудника; 3 - эпицентры горных ударов с энергией 103 Дж и выше; 4 - подземные горные выработки; 5 - зона тектонического активизированного разлома
Рис. 2. График выделения энергии горных ударов в Норильском руднике, суммированных за 10-дневные интервалы: стрелкой отмечен всплеск выделения сейсмической энергии при главном горном ударе
Анализ каталога зарегистрированных сейсмических событий проводился с использованием рассмотренного выше программного обеспечения, разработанного для прогноза землетрясений и адаптированного для анализа каталогов горных ударов. На рис. 2 приведен график высвобождения энергии горных ударов за 13 лет в пределах техногенного поля напряжений Норильского рудника.
Интерпретация графика, приведенного на рис.2, позволяет видеть экспоненциальное нарастание энергии наведенных сейсмических событий. На этом фоне 21 августа 2005 года произошло наиболее сильное одиночное событие с энергией 1.4-105 Дж. (энергетический класс К = 5.14), которое для удобства можно назвать главным горным ударом. Его возникновение показало, что в выработанном подземном пространстве был пройден участок с высоким уровнем напряженного состояния, близким к предельному. Именно здесь в результате интенсивного и длительного проведения горных работ возник наведенный горнотектонический удар с указанной энергией, а также серия сходных последующих мощных событий.
Обращает на себя внимание нарастание после него излучаемой сейсмической энергии до 2007 года, после чего наметился спад и снижение общего фонового сейсмического режима ввиду достигнутой релаксации фрагмента породного массива.
Был проведен анализ процессов подготовки и реализации очага главного горного удара, о чем можно судить по двум следующим рисункам. На рис. 3 приводится гистограмма выделенной энергии за 5-дневные интервалы до удара и после него. Видно, что перед событием имело место понижение сейсмической активности в течение 45 дней в виде затишья. После события проявились умеренная афтершоко-вая активность и следующая за ней фаза резкого спада сейсмической активности, при которой на протяжении 1.5 месяцев в районе очага не фиксировались толчки с энергией более 100 Дж. Это свидетельствует о значительной релаксации горных пород в очаговой области, протя-
160 ООО
150 ООО 140 ООО 130 000 120 000
110 000
100 000
^ 90 000 К 30 000
Б. 70 000
1 Б0 000 С)
50 000
40 000
30 000
20 000 10000001 -01
Рис. 3. График высвобождения сейсмической энергии при горных ударах 2005-2006 гг., возникших в районе очаговой области главного горного удара 21.08.2005 г: на графике можно видеть динамику развития процесса; по оси ординат приведены значения сейсмических событий за 5-суточные интервалы
женность которой, судя по распределению гипоцентров, достигала 110 м (рис.4).
Рассмотренная динамика очага горного удара обнаруживает принципиальное сходство с режимами развития очагов тектонических землетрясений. Это свидетельствует о том, что данное сейсмическое событие имеет единый механизм релаксации напряжений, но оно было инициировано техногенными условиями проходки. После фазы затишья в рассматриваемом участке начинают формироваться очаги последующих инициированных опасных горных ударов за счет перераспределения потенциальной энергии породного массива путем дополнительного притока в область релаксации.
Из приведенного примера становится заметным сходство механизмов подготовки горного удара в августе 2005 года и землетрясений, фиксируемых, в частности, в Байкальской рифтовой зоне. Признаки снижения численности сейсмических событий и
их энергетического уровня являются одним из важных критериев подготовки более сильного сейсмического события как для тектонических, так и для техногенных землетрясений.
На основании анализа рассмотренного сейсмического режима можно предположить, что общий прирост энерговыделения с августа 2005 года в рудниках Норильского рудного узла возник преимущественно вследствие деструктивных процессов на Талнахском руднике.
При традиционном подходе прогноз рассмотренного достаточно сильного сейсмического события был бы невозможным без учета сведений о проведенных техногенных мероприятиях в данном участке шахтного поля. Однако, если бы в очаговой области проводились де-формометрические мероприятия в
-341.0
-578.0
-815Ю АО О о Л С&ОЗ?" Л о гО о -
-1052.0 - *та О > ■ о и с о О О о
26274.0 26311.0 26348.0 26385.0 26422.0
Рис. 4. Вертикальное расположение гипоцентров горных ударов в районе концентрации напряжений в предохранительном целике ВЗС-ВСС рудника Октябрьский, где 21.08.2005 г. возник главный горный удар (разрез сделан по панели № 9): крупным кружком со штрихами показано местоположение его гипоцентра (глубина -815 м), справа размещены еще три гипоцентра других сильных толчков типа афтершоков, возникших позднее; по их расположению можно оценить горизонтальную протяженность очаговой области
сочетании с сейсмометрическими, акусто-эмиссионными или электромагнитными, то фиксируемая сейсмологическая картина подготовки опасного горного удара в этом случае была бы своевременно проанализирована как место подготовки очага масштабного динамического разрушения и его можно было бы спрогнозировать достаточно точно. В таком случае появилась бы возможность изменить режим проходки и предотвратить серию опасных горных ударов с помощью превентивных мероприятий по управляемой разгрузке избыточных напряжений.
Приведенный пример изучения не очень сильного горного удара позволяет сделать следующий важный вывод: главная причина недостаточного успеха в прогнозе горных ударов заключается в том, что традиционный подход к нему основывается лишь на мониторинге сейсмического режима в разрабатываемом массиве горных пород и статистическом анализе каталога. При этом практически не учитываются факторы
нарушения напряженнодеформиро-ванного состояния массива техногенными процессами, т. е. энергия и режим техногенных воздействий на породный массив, объемы и веса перемещенных масс горных пород, размеры и геометрия горных выработок, их пространственное расположение по отношению к областям избыточной концентрации естественных тектонических напряжений. Таким образом, обнаруживается парадоксальная ситуация, заключающаяся в том, что при прогнозе горных ударов, провоцируемых горнопроходческой деятельностью, не учитываются режимы воздействий на массив горных работ в области месторождения. Именно это обстоятельство самым существенным образом снижает точность прогноза горных ударов.
Обсуждение результатов и выводы
При обсуждении возможностей прогноза горных ударов стоит упомянуть об опыте таких исследований на Кировском руднике ПО "Апатит", где наблюдения ведутся на протяжении более 15 лет [5]. Для анализа был использован алгоритм КОЗ (карта ожидаемых землетрясений), предназначенный для прогноза землетрясений. Итогом применения алгоритма были следующие показатели. Среднее время ожидания прогнозируемого события составило 19.8 ±17.1 мес. Вероятность успешного прогноза составила 47%, а вероятность ложной тревоги - 3.3%. Результаты трудно назвать удовлетворительными. На наш взгляд, одна из главных причин этого в том, что при анализе не учитывались эффекты проведения горнодобычных работ. В последние годы в ряде исследований уже рассмотрены некоторые возможности их влияния на перераспределение напряжений и деформаций в породном массиве рудника [7, 9, 10, 17].
Исследования по предотвращению опасных динамических процессов ведутся в горной промышленности достаточно давно. Профилактические мероприятия по своевременной разгрузке разрабатываемого высоконапряженного массива проводятся в течение ряда лет, например, путем гидроразрыва пластов горных пород или проведения слабых взрывов с весами порядка 10-20 кг ВВ. Как показывают полученные нами результаты, например [3], воздействия на горный массив при подобных зарядах ВВ распространяются заметным образом только на метры - первые десятки метров и оказываются малоэффективными. В частности, подобные взрывы, проведенные в ноябре 2007 года в норильских рудниках, не нашли заметного отражения в сейсмическом режиме даже на уровне слабых горных ударов, что свидетельствует об их недостаточной эффективности для реологической разгрузки перенапряженного участка породного массива. Подобные мероприятия целесообразно выполнять в сочетании с использованием не только сейсмологического, но и высокоточного деформометрического контро-
ля за последствиями, что достаточно затруднительно в связи с отсутствием соответствующей доступной аппаратуры. Отметим, что нужная для таких измерений аппаратура разработана и уже используется в горной промышленности. В виде рабочих макетов она была сконструирована и создана для применения на практике в Институте земной коры СО РАН [16]. Позднее были изготовлены более совершенные измерительные комплексы " Сдвиг-3 м" и "Сдвиг-4м" в Институте физики прочности и материаловедения СО РАН [3]. В 2007-2008 гг. создан наиболее совершенный вариант -"Сдвиг-ИГД", который разработан в Институте горного дела СО РАН и уже успешно используется для мониторинга смещений в разрывных нарушениях в сверхглубоком карьере "Удачный" Республики Саха, а также в штольне на полигоне "Талая" в Слюдянском районе Прибайкалья.
Прогноз опасных горных ударов должен основываться не только на каталоге сейсмического режима, но также и на локализованных геолого-геофизических наблюдениях за деформациями породного массива в местах с наблюдаемой прогрессирующей сейсмичностью. Последнее подразумевает проведение горнотехнических наблюдений с учетом режимов техногенного воздействия на породный массив и тщательной регистрацией отклика на такие воздействия. Для этого целесообразно сконцентрировать внимание и усилия на разработке различных способов контроля и оценки опасности от проводимых технологических мероприятий в пределах высоконапряженного состояния породного массива. Особенно важен мониторинг режима смещений в разрывных нарушениях, поскольку именно они определяют в целом
реологические и деструктивные явления. Таким способом, в сочетании с сейсмическими наблюдениями, можно заблаговременно выявить места подготовки очагов будущих масштабных деструктивных процессов и опасных подвижек по разломам, а также оценить масштаб готовящегося динамического события, то есть его энергию. При мониторинге изменяющегося в разрывных нарушениях режима смещений, а следовательно, и деформаций в породном массиве можно получить объективное представление и о примерном времени проявления готовящегося сильного горного удара и принять необходимое решение о проведении превентивных мероприятий.
Очень важно установить приемлемый уровень взаимопонимания между администрациями горнопромышленных предприятий и квалифицированной технической службой прогноза горных ударов, которой необходимо оценивать весь комплекс происходящих процессов в шахтном поле.
Заключение
При прогнозе горных ударов обычно не анализируется режим инициирующих техногенных воздействий совместно с анализом сейсмического режима, и это является главной причиной снижения качества прогноза. Для совершенствования методов прогноза горных ударов важно правильно оценивать эффекты воздействий и таким образом контролировать реакцию породного массива и содержащихся в нем разрывных нарушений различного ранга с использованием необходимого технического оснащения.
В целом же можно отметить еще одно наиболее значимое обстоятельство, препятствующее эффективному решению проблемы обеспечения безопасности в горной промышленности. Оно обусловлено отсутствием на сегодня хорошо разработанной теории и адекватных моделей поведения тех участков земной коры, где в процессе проведения масштабных горных работ при вмешательстве человека в геологические
процессы недостаточно учитываются последствия такого вмешательства.
Разработка новых способов своевременного проведения контролируемых превентивных мероприятий может быть в дальнейшем эффективно реализована для управляемой безопасной разгрузки предельно напряженных сегментов породного массива, особенно находящихся вблизи зон тектонических разломов. При рассмотренном подходе есть основание надеяться не только на успехи в среднесрочном прогнозе горных ударов, но и на благоприятные перспективы для разработки инженерных способов эффективного управления деформациями и сейсмическим процессом в разрабатываемых массивах горных пород, учитывая уже имеющийся опыт - в частности, работы [8, 11, 12]. Именно этот путь к обеспечению безопасности при разработке рудных месторождений является конечной и наиболее важной целью.
Библиографический список
1. Аппаратно-программный комплекс регистрации смещений в зонах разломов «Сдвиг-3М» /А.В.Димаки [и др.] // Геодинамика и напряженное состояние недр Земли. Труды международной конференции. -Новосибирск: Изд-во Института горного дела СО РАН, 2006. - С. 193-199.
2. Батугин А.С. Совершенствование методов оценки геодинамического состояния блочного массива горных пород в целях повышения экологической безопасности освоения недр и земной поверхности: автореф. дис... докт. техн. наук. -М.: Московский государственный гор-
ный университет и ВНИМИ, 2008. - С. 40.
3. Влияние виброимпульсных воздействий на активность смещений в трещинах горного массива /В.В. Ружич [и др.] // Физическая мезомеханика. - 2007. -Т. 10, № 1. - С. 19-24.
4. Герман В.И., Мансуров В.А. Применение непараметрического анализа для решения проблемы прогноза разрушений в массиве горных пород //Труды международной конференции 1-5 ноября 2004 г. -Т.1.Геомеханика // Проблемы и перспективы развития горных наук. - Новосибирск: Институт горного дела СО РАН, 2005. - С. 236237.
5. Завьялов А.Д. Среднесрочный прогноз землетрясений по комплексу признаков: основы, методика, реализация: автореф. дис... докт. физ.-мат. наук. - М.: 2003. -55 с.
6. Левина Е.А., Ружич В.В. Новое программное обеспечение для анализа сейсмического режима и разработки среднесрочного прогноза землетрясений // Современная геодинамика и опасные природные процессы в Центральной Азии - Иркутск: ИЗК СО РАН, 2005. -Вып. 3. - С. 204-207.
7. Мансуров В.А., Сатов М.Ж., Юн А.Б., Юн Р. Б. Геомониторинг - надежный инструмент обеспечения безопасности доработки Жезказганского месторождения // Проблемы и перспективы развития горных наук: труды международной конференции 1-5 ноября 2004 г. - Т.1. Геомеханика. - Новосибирск: Институт горного дела СО РАН, 2005.- С. 423-424.
8. Новый подход к сейсмически безопасной релаксации локальных напряжений в земной коре /С.Г. Псахье [и др.] // Геодинамика и напряженное состояние недр Земли: труды международной конференции. - Новосибирск: Изд-во Института горного дела СО РАН, 2006. - С. 451-459.
9. О возможных причинах увеличения сейсмической активности шахтных полей рудников «Октябрьский» и «Таймырский» Норильского месторождения в 2003 г. - Ч. IV: Влияние площадей
подработки налегающих породных массивов /В.Н. Опарин [и др.] // ФТПРПИ. -2005. -№ 1.
10. Об одном кинематическом критерии прогнозирования предельного состояния массивов горных пород по шахтным сейсмологическим данным /В.Н. Опарин [и др.] //Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. -2006. - № 6. -С. 3-9.
11. О возможности перевода динамики смещений в блочных средах в режим ползучести /А.Э. Филиппов [и др.] // Письма в ЖТФ. - 2006. - Т. 32, вып. 12. -С. 77-86.
12. Патент РФ на изобретение № 2273035. Заявка № 2004108514 /28(008997) от 22.03.2004. Способ управления режимом смещений во фрагментах сейсмоактивных тектонических разломов / Псахье С.Г., Шилько Е.В., Ас-тафуров С.В., Ружич В.В., Сме-калин О.П., Борняков С. А.
13. Ружич В.В., Левина Е.А. Динамика сейсмического процесса в Байкальской рифтовой зоне и Восточном Саяне в 1994-2050 годах // Катастрофические процессы и их влияние на природную среду. - Т. 2. Сейсмичность / под ред. Н. П. Лаверова. - М., 2002. - С. 439-453.
14. Ружич В.В. Сейсмотектоническая деструкция в земной коре Байкальской рифтовой зоны. -Новосибирск: Изд-во СО РАН, 1997. - 144 с.
15. Среднесрочный прогноз изменений «сейсмической погоды» в Прибайкалье /В.В. Ружич и др. // Проблемы прогнозирования чрезвычайных ситуаций. VI научно-практическая конференция 5-7 сентября 2006 г.: сборник материалов. - М.: Центр «Антистихия», 2006. - С. 116-117.
16. Современные движения в зонах разломов Прибайкалья и механизмы их инициирования /В.В. Ружич [и др.] // Геология и геофизика. - 1999. -Т. 40. -№ 3. -С. 360-372.
17. Экспериментальное исследование изменения режима фильтрации в продуктивном пласте при нестационарном воздействии на вмещающий блочный массив горных пород /Л.А. Назаров [и др.] //ПМТФ. - 2006. - Т. 47, № 1. - С.131-138.
18. Lee M.-K. and Wolf L.W. Analysis of fluid pressure propagation in heterogeneous rocks: Implications for hydrologically-induced earthquakes / Geophysical Re-
search Letters. - 1998. -V. 25. -No.13. -P. 2329-2332.
19. McGarr A., Simpson D. Case histories of induced and triggered seismic-ity / Internatinal handbook of engeneering seismology. 2002. -Vol.81a. -P. 647-661.
20. McKeown F.A., Dickey D.D. Fault displacements and motion related to nuclear explosions // Bull. of the seismological society of America. -1969. - Vol. 59. -No. 6. - P. 22532269.
21. Segall. Earthquakes triggered by fluid extraction. - Geology. -1989. - V. 17. -P. 942-946.
Исследования были поддержаны междисциплинарными проектами СО РАН № 61 и № 74.
Рецензент: доктор геолого-минералогических наук К.Ж. Семинский
