CC BY
27
14
К. Л. Дудко
УДК 622.235(088.8):519.21
К. Л. Дудко
ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ МИНЕРАЛОГИЧЕСКОЙ НЕОДНОРОДНОСТИ И МЕХАНИЧЕСКИХ НАПРЯЖЕНИЙ НА РЕЗУЛЬТАТЫ ЭЛЕКТРОПРОФИЛИРОВАНИЯ В ГОРНЫХ ВЫРАБОТКАХ
Опыт отработки всех рудных месторождений Горной Шории показывает, что с увеличением глубины горных работ происходит рост интенсивности и частоты проявлений горного давления в динамической форме - горных ударов [1]. Например, динамические проявления горного давления в форме стреляний пород на Таштагольском месторождении отмечены с глубины 300 м, а на глубине 600 м и более имели место проявления горных и тектонических ударов большой разрушительной силы. При этом обнаружено, что горные удары приурочены в основном к контактам различных пород и разрывным нарушениям.
Железорудные месторождения Горной Шории и Хакасии разрабатываются на больших глубинах в условиях действия высоких тектонических напряжений и нарушенности массива горных пород. Руды и породы прочные, хрупко разрушаются под нагрузкой, способны накапливать значительную упругую энергию деформаций; около 90 % пород удароопасны [2]. Рудные тела месторождений имеют крутое (от 60 до 90°) залегание, вмещающий массив представлен также крутопадающими слоями сиенитов, скарнов, диоритов, сланцев, гранодиоритов, порфиритов и известняков. Разрывные нарушения представлены разно-ориентированными трещинами, прямолинейными и либо открытыми, либо сцементированными раздробленным материалом (в основном кварцем и кальцитом с вкраплениями).
Службы прогноза геодинамических явлений на рудниках используют различные геофизические методы, в том числе электрометрические.
Среди них довольно широко используется ме-
тод электропрофилирования выработок вмещающего массива контролируется региональная напряжённость массива, определяются пригру-женные участки (блоки) массива, в пределах которых необходимо проведение работ по локальному прогнозу удароопасности. Наблюдения методом электропрофилирования проводятся в квершлагах, подводящих к рудным телам, и в полевых штреках на всех эксплуатируемых и вновь вскрываемых горизонтах.
Вдоль профилей электрометрических наблюдений размечаются пикеты с шагом АВ=20-25 м. Два соседних пикета используете для установки питающих электродов АВ. Приемные электроды М^ с расстоянием между ними М№1 м устанавливаются на равном расстоянии между питающими электродами, при этом АМ=КВ=(АВ-1)/2 м. Для измерений используют переносные линии и прижимные электроды [3].
При этом профили проложены, в основном, в горизонтальных выработках, то есть пересекают различные контакты пород и плоскости трещин. Таким образом, при интерпретации данных измерений по профилю необходимо наряду с оценкой влияния напряженного состояния учитывать существенное влияние минералогической неоднородности на сопротивление.
Плоская граница двух сред, на которой удельное электрическое сопротивление (УЭС) изменяется скачком от р1 до р2 , в электрическом поле -одна из типичных задач электроразведки [4].
При измерениях вблизи границы породных слоев, плоскости сброса или надвига источник поля, линия наблюдения и поверхность раздела
Таблица 1. Доверительные интервалы определения УЭС пород
Тип горной породы Среднее значение УЭС, Ом-м Доверительный интервал, Ом-м Уравнение регрессии и корреляционное отношение n
Кварцит 34200 2700 p/p0 = 9-10-6о2 -3,4-10-3ст +1,02, n = 0,93
Порфирит 30300 3000 p/p0 = 3-10-5 о2 - 7,4-10-3 о +1,01, n = 0,88
Сиенит 21500 3400 p/p 0 =-3,1-10-3 о +1,06, n = 0,77
Скарн 34700 5300 p/p0 =-6-10-5о2 -1,3-10-3о +1,02, n = 0,79
Рудный скарн 2600 400 p/p0 =-7-10-6о2 -0,5-10-3о +1,02, n = 0,96
Сланец 19500 2900 p/p 0 = 4 -10-5 о2 + 5,7 -10-3 о +1,03, n = 0,84
Горнопромышленная и нефтегазовая геология, геофизика, маркшейдерское дело 15
и геометрия недр
могут занимать различные положения в пространстве. В зависимости от этого токовые линии в той или иной степени будут отражаться границей раздела или втягиваться в ту или иную среду.
Эквивалентность плотности тока в рассматриваемой среде характеризуется коэффициентом отраженияК12 = (р2 - р^/(р2 + р1), где индексы 1 и 2 соответствуют контактирующим средам.
Изучение связи между величиной электросопротивления минералогически неоднородных вмещающих пород с одноосным сжатием позволит сделать заключение о реальных возможностях электропрофилирования в оценке удароопасности массива в натурных условиях.
С этой целью выполнен комплекс лабораторных исследований по определению УЭС образцов горных пород при их механическом нагружении до предразрушающего состояния.
Образцы были отобраны на Таштагольском руднике в выработках, где проложены измерительные профили.
Исследования проведены в соответствии с ГОСТ 25494-82. Сущность метода заключается в определении величины электрического сопротивления образца горной породы постоянному току через 3 с после наведения в нем поля при двух-электродной схеме измерений с охранным кольцом и расчета по этим данным удельного электрического сопротивления для сухих естественно влажных и увлажненных образцов пород.
Статистическая обработка результатов полученных измерений проведена по известным стандартным методикам с учетом правила "трех сигма" (отброс значений, в которых отклонение ре-
зультата от среднего превышает утроенное стандартное отклонение) [5].
Для получения корреляционных зависимостей изменения УЭС пород от механических напряжений а использован метод наименьших квадратов. При этом УЭС представлялось в виде отношения
р р 0 , где р { - текущее значение УЭС при
нагружении, ро - УЭС в начале нагружения.
В табл. 1 приведены результаты обработки экспериментальных данных для всех исследованных типов пород.
Уменьшение относительного электросопротивления от начала нагружения до предразру-шаюшего состояния составляет от 11 (рудный скарн) до 80 % (скарн). Диапазон изменения коэффициента отражения тока К12 от контактов исследованных типов пород составляет от 0,01 до 0,86, причем в зависимости от взаимного расположения контакта пород и источника тока возможно как увеличение, так и уменьшение плотности тока в точке расположения приемных электродов.
Полученные результаты показывают, что разделение влияния минералогической неоднородности и напряженного состояния массива при интерпретации кривых кажущегося электросопротивления, полученных вдоль измерительного профиля в выработке, возможно.
Для этого следует выделять на профиле участки длиной нескольких разносов электродов, где имеются породы одного или очень близкого по УЭС состава, что позволяет считать это пространство однородным и изотропным.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Еременко А. А. Горно-геологические и геомеханические условия разработки железорудных месторождений в Алтае-Саянской складчатой области / А. А. Еременко, В. А. Еременко, А. П. Гайдин. - Новосибирск: Наука, 2009. - 224 с.
2. Еременко А. А. Проведение и крепление горных выработок в удароопасных зонах железорудных месторождений./ А. А. Еременко, А. И. Федоренко, А. И. Копытов. - Новосибирск: Наука, 2008. - 236 с.
3. Указания по безопасному ведению горных работ на месторождениях Горной Шории, склонных и опасных по горным ударам. - Изд-во ВостНИГРИ. - Новокузнецк: 2001. - 55 с.
4. Матвеев Б. К. Электроразведка. - Москва: Недра, 1990. - 368 с.
5. Ткалич В. Л. Обработка результатов технических измерений Учебное пособие. / В. Л. Ткалич, Р. Я. Лабковская. - СПб: СПбГУ ИТМО, 2011. - 72 с.
Автор статьи
Дудко Константин Львович,
ассистент каф. теоретической и геотехнической механики КузГТУ. e-mail: [email protected]
Поступило в редакцию 09.12.2014
