CC BY
52
© И.В. Головко, А.С. Батугин, 2010
УДК 551.2:550.834:622.8
И.В. Головко, А. С. Батугин
ОЦЕНКА ГЕОДИНАМИЧЕСКОГО РИСКА
ПРИ ЗА ТОПЛЕНИИ ШАХТ
(НА ПРИМЕРЕ Ш. АНЖЕРСКАЯ)
Рассмотрен подход к оценке условий возникновения техногенных землетрясений при затоплении шахт. В качестве примера составлена схема районирования поля шахты «Анжерская» в Кузбассе по степени геодинамического риска.
Ключевые слова: затопление шахт, техногенные землетрясения, оценка геодинамического риска.
ТУ связи с массовым закрытием нерентабельных шахт методом затопления, в большинстве горнопромышленных районов негативному воздействию подвергаются все геосистемы природной среды района ликвидируемой шахты. Разрушающему воздействию подвергается атмосфера, ландшафт, водная и социально-экологическая системы [1]. Одним из неожиданных и трудно прогнозируемых последствий при затоплении шахт являются геоди-намические события, в том числе техногенные землетрясения.
Землетрясения при затоплении горных предприятий имеют широкую географию и были отмечены в России (Кузбасс, Восточный Донбасс, и др.), в Чехии (шахты Пршибрама), Индии (рудник «Чемпион Риф»), США, т.е. можно говорить о том, что это явление имеет глобальный характер [2]. Условия возникновения геодинамических явлений при затоплении шахт и их механизм частично изучены [3], однако процесс возникновения сейсмических событий сложный, многофакторный, имеет большую степень неопределенности.
В этих условиях, когда невозможно дать однозначный ответ о воздействии на человека и окружающую среду различных факторов, перспективным методом для оценки геодинамических событий может выступать метод риск-анализа [4, 5]. Количественные подходы к определению геодинамического риска Rгд, как меры геодинамической опасности, в основном основаны на оценке последствий негативных событий через величину потенциального ущерба У:
Rгд = р х У,
где Р - вероятность возникновения неблагоприятного события.
Основным препятствием на пути оценки риска горно-тектонических ударов и техногенных землетрясений является трудность оценки вероятности гео-динамического события. Это связано с низкой представительностью статистических данных, поскольку крупные гео-динамические явления при затоплении шахт происходят редко, но могут иметь при этом серьезные экономические и экологические последствия. Поэтому для районов затопления шахт представляется перспективным составлять карты
потенциального геодинамического риска на основе анализа геодинамического состояния массива.
Предлагаемый подход основан на представлениях о механизме техногенных землетрясений, возникающих при затоплении шахт [3]. Этот механизм кратко заключается в следующем. При поднятии уровня воды в шахте между крыльями тектонических нарушений возникает гидравлический распор, что приводит к снижению их нормального сжатия. В результате трение между крыльями уменьшается и становится возможной их внезапная подвижка под действием касательных напряжений.
Т.е. опасность внезапных смещений возникает, когда сдвигающие силы превысят удерживающие.
Обозначим соотношение сдвигающих сил на сместителе нарушения (Тсдв) к силе трения (ттр = ) коэффициентом К
тсдв / ттр-
Для оценки величины К необходимо знать коэффициент трения по плоскому сместителю k, отношения величин главных напряжений (A,^a) и ориентировку сместителя в пространстве ( П1,2,3 ) [7]:
К = f (k,A,Ho П1,2,з),
где A = 01 / 03;
G — G
= 2 —--------3 — 1- коэффициент Лодэ-
G2 — G1
Надаи; n1,2,3 - направляющие косинусы нормали к сместителю в системе координат 01,2,3.
Как правило, тектоническое строение закрываемой шахты изучено достаточно детально и необходимые данные об ориентировке нарушений и морфологии их сместителей можно получить из анализа горно-графи-ческой документации. Величины A и ¡ла можно оценить по
материалам геодинамического районирования.
Примем, что опасность внезапных смещений крыльев нарушений возникает, когда сдвигающие силы превысят силу трения по сместителю, т.е. при К>1. В этом случае смещению крыльев нарушения будет препятствовать вмещающий массив горных пород, прочность которого ослаблена наличием старых горных выработок. При затоплении шахты значение К для нарушений определенной ориентировки может стать больше некоторой величины п, при которой превышение сдвигающих сил над силами трения для них будет настолько значительным, что прочность массива будет превышена и произойдет смещение по сместителю нарушения.
Таким образом, территорию шахтного поля можем разделить на три вида участков: с К<1; 1<К<п; К>п. Тогда, принимая тектонические нарушения как главный фактор опасности, на территории шахтного можем выделить участки с вероятностью возникновения внезапной подвижки по нарушениям 0; 0-1; 1 соответственно. Возможный ущерб от геодинамического события может быть оценен при этом по методикам оценки сейсмического риска.
Рассмотрим предлагаемый подход на примере поля шахты Анжерская в Кузбассе.
На поле шахты горными работами были вскрыты продольные взбросы, поперечные сдвиги и несогласные взбросы. Сместители нарушений ровные, имели зеркала скольжения. Примем для них коэффициент трения к = tg10. Исходя из оценок прочности нарушенного массива [3] примем п = 2,5. То есть, для тех нарушений, для которых выполняется условие К = тсдв / ттр > 2,5 принимаем
вероятность возникновения внезапной подвижки равной Р = 1. Расчетные величины К и Р приведены в таблице. По карте тектонического строения шахтного
поля с учетом данных таблицы построим карту потенциального геодинамиче-ского риска, рисунок.
Оценочные значения Р для крупных дизъюнкивов шахты «Анжерская» при подъеме воды на 200 м
Нарушение (дизъюнктив) Элементы залегания Ki Р
Азимут падения, о Угол падения, о
поперечные сдвиги 25-32 70-80 >2,5 і
взбросы несогласные 240 70 0,8 0
взбросы согласные 280 45 І-2 0-і
Схема районирования шахтных полей по степени геодинамического риска: 1, 2, 3 - соответственно зоны высокого, среднего и низкого риска возникновения геодинамических явлений при затоплении шахты; 4 - стволы шахт; 5 - тектонические нарушения
Как видно из рисунка, на поле шахты выделяются зоны с различной вероятностью возникновения геодинамического события, что с учетом возможного
ущерба от землетрясения может быть трансформировано в карту потенциального геодинамического риска.
Работа выполнена в рамках реализации ФЦП «Научные и научно-педагоги-ческие кадры инновационной России» на 2009-2013 годы, ГК № П1406
СПИСОК ЛИТЕРА ТУРЫ
1. Головко И.В. Оценка уровня экологического состояния на территориях ликвидируемых шахт на основе анализа экологических рисков//ГИАБ, 2006, №9, с.175-178.
2. Головко И.В. К оценке вероятности редких геодинамических событий при затоплении шахт ИПКОН.
3. Батугин А.С. К механизму землетрясения 25.04.97 и 27.04.97 на севере Кузбасса// Горный информационно-анали-тический бюллетень, 2006. № 2, с. 185-189.
4. Козырев А.А., Панин В.И., Савченко С.Н. Геомеханические исследования и обоснования при ведении горных работ на Кольском полуострове.
5. Батугин А.С., Головко И.В. Оценка геодинамического риска при лик-
видации шахт / Деформирование и разрушение материалов с дефектами и динамические явления в горных породах и выработках. Материалы XXI Международной научной школы им. академика С.А. Христиано-вича. Крым, Алушта, 21-27 сентября 2009 г. - Симферополь: Таврич. нац. ун-т.-2009.- С. 37 - 39.
6. Батугин А.С. Закономерности про-
странственного изменения геодинамической опасности // Г орный информационно-
аналитический бюллетень, 2007, № 12, с. 3643.
7. Батугин А.С., Климанова В.Г. Затопление ликвидируемых шахт как возможная причина техногенных землетрясений в горнопромышленных районах //ГИАБ, 2002, с. 181184. ШШ
— Коротко об авторах ----------------------------
Батугин А. С. - кандидат технических наук, доцент; Головко И.В. -
Московский государственный горный университет Moscow State Mining University
Д И С С Е Р Т А Ц И И
ТЕКУЩАЯ ИНФОРМАЦИЯ О ЗАЩИТАХ ДИССЕРТАЦИЙ ПО ГОРНОМУ ДЕЛУ И СМЕЖНЫМ ВОПРОСАМ
Автор Название работы Специальность Ученая степень
УРАЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ГОРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ВОЛКОВ Исследование и разработка шахтных
Сергей газоотсасывающих вентиляторов повышенной аэродинамической нагру- 05.05.06 к.т.н.
Александрович женности
