CC BY
95
СЕМИНАР 3
ДОКЛАД НА ; СИМПОЗИУМЕ ; "НЕДЕЛЯ ГОРНЯК
2000”
I
П
МОСКВА, МГГУ, 31 января - 4 февраля 2000 года
А.А. Козырев, А.В. Ловчиков,
И.А. Кузьмин, 2000
УДК 550.34
А.А. Козырев, А.В. Ловчиков, И.А. Кузьмин СИЛЬНЕЙШЕЕ ТЕХНОГЕННОЕ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЕ НА РОССИЙСКИХ РУДНИКАХ, 17 АВГУСТА 1999 Г., РУДН И К «УМ БОЗЕРО» “(КОЛ ЬСКИ Й “ПОЛУОСТРОВ)1“
сейсмостанций (по данным Интернет) составила М=4.0-4.4. Интенсивность колебаний в эпицентре (рудник «Ум-бозеро») достигала 8 баллов*, в ближайшем п. Ревда (12 км) - 5-6 баллов. Прямые убытки рудника, по подсчетам специалистов ОАО «Севредмет», составляют свыше 208 млн. руб. Даже сейчас, спустя более, чем полгода после события, рудник продолжает восстановительные работы и вышел только на часть своей производительности, вследствие ограничений по горнотехническим возможностям.
Рассмотрим сначала горнотехнические аспекты катастрофического явления, происшедшего на руднике «Умбозеро». Схема шахтного поля рудника приведена на рис. 1, схематический разрез месторождения дан на рис. 2. Месторождение представлено пластообразной рудной залежью мощностью 2.5-3.0 м, угол падения 0-
риведено описание техногенного землетрясения на руднике «Умбозеро» ОАО «Севредмет» (17 августа 1999 г. 8h44’35’’ моск.). Показано, что по энергетическим характеристикам (М=4.0-4.4) и последствиям оно является сильнейшим из всех техногенных землетрясений, зарегистрированных на рудниках России.
17 августа 1999 г. в 8 час 44’35’’ (моск. времени), во время спуска 2-й смены, в массиве рудника «Умбозеро» ОАО «Севредмет» произошел толчок, вследствие которого стали разрушаться горные выработки. Люди были выведены на поверхность, жертв не было. После главного толчка и серии последующих были разрушены горные выработки, перебиты энергетические коммуникации, вследствие чего прервалось энергоснабжение; рудник был полностью остановлен и выведен из строя на 3.5 месяца.
Землетрясение, эпицентр которого находился непосредственно на территории шахтного поля рудника «Умбозеро», было зарегистрировано многими сейсмостанциями мира: Аляска (США), АР-КЕСС (Норвегия), Шпицберген, Ам-дерма, Апатиты (Россия) и другими. Магнитуда землетрясения, по данным Кольского регионального сейсмологического центра РАН (г. Апатиты) и других
Рис.1. Схема шахтного поля рудника «Умбозеро»
По 12-бальной шкале
25° (в среднем 17°) в направлении от склона вглубь Ловозерского массива.
Сама залежь вытянута вдоль западных склонов Ловозерского массива.
Месторождение вскрыто двумя центральными сдвоенными наклонными стволами, пройденными под углом 17° в широтном направлении на длину 1.1 км от поверхности. От стволов, перпендикулярно к ним в меридиональном направлении через 20-40 м по высоте, пройдены этажные штреки на всю длину шахтного поля (2.5 км) до флангового вентиляционного ствола. Для отработки рудной залежи запроектирована камерно-целиковая система с отработкой запасов руды в две стадии и закладкой выработанного пространства твердеющей смесью.
Применяются камеры, шириной 15-20 м и длиной 60-150 м, располагаемые либо по простиранию, либо по падению Таблица
ХАРАКТЕРИСТИКИ ПОСЛЕДНИХ, НАИБОЛЕЕ СИЛЬНЫ
Магнитуда до землетрясения (MSK-64)
4.0-4.4
~3.5-4.0
3.4-3.6*
Балль- Рудник, месторождение, t ность в местонахождение
эпи-центре
8 «Умбозеро», Ловозерско
месторождение, Кольски полуостров 5-6 Шахта «Курбазакская»,
ЮУБР
5-6 АО «Апатит», Кировский рудник
3.5-3.8
2.2-2.6
~2.5
~2.5
5-6
Верхнекамское месторож дение калийных солей, г Соликамск
Рудник «Умбозеро» О «Севредмет», Ловозерс-месторождение
Рудник «Таштагол», Т тагольское железоруд-месторождение
СУБР, шахта 15-15 бис
Рис.2. Схематический поперечный разрез массива рудника «Умбозеро» в центре шахтного поля
Рис.4. Форшоковая активность Умбозерского участка Ловозерского месторождения Рис.5. Сравнительные записи некоторых землетрясений в Ловозерском массиве
Рис.6. Сейсмические события в Ловозерском массиве 18.08.1999 г.
рудной залежи. Около 50% запасов оставляется в целиках для выемки во 2-ю и 3-ю стадию отработки, после закладки выработанного пространства. Однако, вследствие корректировки проекта отработки месторождения, внесения изменений в систему разработки, отставания закладочных работ, заложено менее 10 % выработанного пространства.
Следует отметить, что очистные работы на руднике в течение почти 3х лет практически не велись, что не было техногенного воздействия на массив, что привело к накоплению значительных запасов упругой энергии.
Для полноты обстановки следует заметить, что в последние годы в центральной части шахтного поля началась опытная отработка вышележащей пластообразной рудной залежи, расположенной в 50 м по вертикали от основной. Однако площадь отработки по вышележащей залежи составляет менее 5 % от площади отработки основной залежи и, вследствие этого, существенного влияния она на напряженное состояние массива пока не оказывает. На рис. 3 приведен схематический план участка разрушенных выработок - по нашему мнению - очага землетрясения. Считать этот участок очагом позволяют определения координат землетрясения, зарегистрированные сейсмостанциями. Самый верхний и самый нижний штреки, граничащие с массивом, разрушены целиком, либо частично (с перекрытием не менее 30% сечения) на длину 1000-1300 м. С юга и севера участок ограничен разрушенными капитальными выработками, спираль-
Рис.7. Затухание сейсмической активности в Ловозерском массиве в августе 1999 г.
ными съездами блоков 1 с и 3 с. Эти выработки, вследствие поднятия почвы, обрушения пород со стенок и кровли, а также крепи (торкрет-бетон с сеткой и штангами) либо полностью непроходимы, либо труднопроходимы. Внутри участка разрушенных горных выработок, площадь которого составляет 600-650 тыс. м2 и который детально не обследован вследствие опасности обрушения пород, разрушены в большей степени (вплоть до полного перекрытия сечения) выработки меридионального направления. Характерно при этом, что разрушению подвержены почва и целики; кровля капитальных, подготовительных и очистных выработок, как правило, подвержена разрушению в меньшей степени.
Другая характерная деталь - поверхностные здания и сооружения на промплощадке рудника - существенных повреждений не получили. Только ручей «Аллуайв», пересекающий проекцию шахтного поля на поверхность в поперечном направлении (удаление по вертикали от горных выработок основной залежи 160-330 м), по образовавшимся трещинам ушел в подземные выработки, вследствие чего водоприток в руднике увеличился в 2 раза.
Поскольку последствия происшедшего катастрофического землетрясения на руднике «Умбозеро» представляются наиболее тяжелыми из всех известных отечественных событий подобного рода [1], было проведено сопоставление его параметров и
других характеристик с другими катастрофическими явлениями на рудниках России, которое приведено в таблице.
Как видно из данных таблицы, техногенное землетрясение на руднике «Умбозеро» как по энергетическим характеристикам, установленным инструментально (по данным сейсмостанций), так и по последствиям в подземных выработках, является наиболее мощным из всех происходивших на российских рудниках. В таблице не указана величина выделившейся сейсмической энергии, т.к. окончательные расчеты не сделаны. Однако там обозначена энергия только одного, наиболее мощного, толчка. Характерно, что перед землетрясением 17.08.1999 г. отмечалась форшо-ковая активность в этом районе, в течение 8.5 месяцев зафиксировано более 10 сейсмических событий с магнитудой от 1.5 до 2.7 (рис. 4). Сравнительные записи некоторых из этих событий представлены на рис. 5. На самом деле, во время землетрясения 17.08.1999 г. на руднике «Умбозеро», в течение суток произошло еще 13 толчков с магнитудой М=1.2-2.7 (аф-тер-шоки) после главного толчка (рис. 6) и множество других, более мелких динамических событий. Описанные выше последствия являются суммар-
ным результатом динамических
проявлений горного давления. Сейсмическая активность в массиве рудника «Умбозеро» в течение месяца постепенно затухала (рис. 7) и в настоящее время проявляется в фоновом режиме.
Дадим несколько комментариев к таблице. Поскольку не все события, приведенные в ней, детально описаны в указанных источниках, некоторые из неизвестных параметров (например, магнитуда землетрясений в примерах 2, 6, 7) дополнены нами по результатам расчета по известным сейсмологическим соотношениям [8]. Пример 3, рассматривавшийся ранее как наиболее сильное техногенное землетрясение с М=4.8-5.0 [9], поставлен нами на третье место после уточнения его энергетических характеристик. В работе [3] дана прибли-
женная оценка энергетических характеристик этого землетрясения. По данным инструментальных записей на сейсмостанции «Апатиты» бывшим зав. сейсмостанцией к.ф.-м.н. Г.Д. Панасенко магнитуда землетрясения оценена величиной М=3.4-3.6 [10].
В дальнейшем, по-видимому, следует унифицировать описание техногенных землетрясений на рудниках. Количество таких событий и их энергия с ростом глубины и масштабов горных работ возрастает [9]. Очевидно, отдельного описания заслуживают только исключительные события такого рода либо по выделившейся энергии, либо по оставленным отрицательным последствиям. По данным таблицы можно предложить некоторые количественные критерии выделения исключительных событий: по выделенной энергии - не менее 1-1010 Дж; по отрицательным последствиям - не менее 10 тыс. м2 пло-
щади разрушенных выработок. Последний критерий требует уточнения после набора соответствующих статистических данных. Однако, в соответствии с классификацией чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера [11], исключительные события по масштабу должны соответствовать чрезвычайной ситуации не менее, чем территориального характера.
Катастрофическое техногенное землетрясение на руднике «Умбозе-ро» (17 августа 1999 г., 8h45’ моск. времени) относится к чрезвычайным ситуациям регионального характера и, безусловно, отвечает предложенным критериям.
Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (проект № 99-05-64506).
1. Козырев А.А., Панин В.И., Иванов В.И., Ловчиков А.В. и др. Управление горным давлением в тектонически напряженных массивах. Часть 2. Изд. Кольского научного центра РАН, Апатиты, 1996, 162 с.
2. Ильин А.Н., Антипов В.Н., Неймарк АМ. Безопасность труда в горной промышленности. М., Недра, 1991, 240 с.
3. Ломакин В.С., Юнусов Ф.Ф. Оперативный метод сейсмологических наблюдений на рудниках. Прогноз и предотвращение горных ударов на рудных месторождениях. Апатиты, ГоИ КНЦ РАН, 1993, с. 73-76.
4. Тряпицын В.М., Сырников Н.М. Особенности проявления горного давления при отработке месторождений в высоконапряженных тектонически нарушенных массивах. ФТПРПИ, № 5, 1991, с. 101107.
5. Маловичко А.А., Блинова Т.С., Лебедев А.Ю., Некрасова Л.В. Соликамское землетрясение 5 января 1995 г. Проблемы безопасности при эксплуатации месторождений полезных ископаемых в зонах градопромышленных агломераций (материалы Международного симпозиума SRM-95). Екатеринбург, УРО РАН, 1997, с. 307-315.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
6. Шрепп Б.В., Мозолев А.В., Скляр Н.И. Условия возникновения горно-тектонических ударов на рудниках Сибири. Безопасность труда в промышленности, № 3, 1999, с. 26-29.
7. Каталог горных ударов на рудных и нерудных месторождениях. Северо-Уральское, Таштагольское, Октябрьское (Норильск), Юкспорское, Кукисвумчоррское (п.о. «Апатит»), Коч-карское и др. месторождения. Л., 1989, изд. ВНИМИ, 182 с.
8. Никонов А.А. Землетрясения... Прошлое, современность, прогноз. М., Знание, 1984, 191 с.
9. Ловчиков А.В. Горно-тектонические удары на российских рудниках: статистика и некоторые закономерности. ФТПРПИ, № 2, 1997, с. 22-32.
10. Панасенко Г.Д. Сейсмические явления в Хибинском горном массиве и их возможная связь с горнодобывающими работами (обзор данных и результатов исследований по состоянию на декабрь 1989 г.). Рукопись, фонды КНЦ РАН, 1989, 27 с.
11. Постановление Правительства Российской Федерации от 13 сентября 1996 г. № 1094 «О классификации чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера».
/
г
Козырев А.А. — зам. генерального директора Горного института Кольского научного центра РАН.
Ловчиков Александр Васильевич — доктор технических наук, Горный институт Кольского научного центра РАН.
Кузьмин И.А. — кандидат физико-математических наук, Кольский региональный сейсмологический центр ГС РАН.
Рис.3. Схематический план участка разрушенных выработок в руднике «Умбозеро»:
Зоны 1, 2. Вниз по спиральному съезду № 1-с поднято и разбито бетонное полотно Ь=4.7 м, L=600м, обрушение кровли торкет-бетона, сетки, анкерных болтов: зона 2 непроходима, L=550 м, Спиральный съезд наверх от откаточного штрека +176 м массовые вывалы по сопряжению сп. с. №1 и откаточного штрека +176 м, прохода нет;
Зона 3. Единичные отслоения с кровли по главному вентиляционному штреку гор.+290 м от камеры ожидания гор.+290м до северного флангового восстающего блока № 1-с, L=520 м;
Зоны 4,5,6 Массовое обрушение кровли и бортов вент.штрека гор.+290м; выработка перекрыта более чем на 75 % сечения L=760м, S=16.0м2, V=12000м3;
Зона 7. Отслоения от бортов и кровли; мощность навала до 1 м; L=260 м, V=260х4.6х1.0=1200 м3.
Зона 8. Блок №3-с гор.+230м сдвиг целика на восток на 0.5 м, вспучена почва.
Зона 9. Разрушение северного борта сп.съезда блока № 3-с 209-230 м и острых целиков на сопряжении слоев в южную сторону от сп.съезда V=200 м3. Кровля в нормальном состоянии.
Зона 10,11. Спиральный съезд 176-209 блока № 3-с, разрушен северный борт. По мере углубления нарушенность возрастает и вывалы с северного борта занимают по объему 70% от сечения выработки, кровля незначительно разрушена, в зоне 11 объем вывалов возрастает до 80-90% сечения, выработка труднопроходима, V= 1000м3.
Зона 12. Откаточный штрек +170 м. вывалы с западного борта, L=50 м, V=200 м.
Зона 13. Полное разрушение L=500м, S=17,4 м2, V=1500х17,4х8700м3.
Зона 14. Разрушение и вывалы западного борта откаточного штрека гор.+170 м, сечения L=100м, V=400м3.
Зона 15. Полностью обрушено сопряжение V=200м3
Зона 16. Полное разрушение L=600м, S=17.4м2, V=600х17,4=10400м3.
Зона 17. Сопряжение откаточного штрека +176 м и сп.съезда блока № 1-с, V=100м3
Зона 18. Откаточный штрек гор.+170 м. Разрушение западного борта выработки на протяжении L=50м, V=50м3
Зона 19. Единичные отслоения из кровли по главному вентиляционному штреку гор.+290 м, L=320м,
Зона 20. Откаточный штрек гор.+290 м. Обрушение бортов и кровли; вывалы с перекрытием сечения на 75-80%, L=35м, , V=330м3
Сборочные квершлаги блоков №1-с,2-с,3-с, откаточный штрек северного фланга гор.+250м, +209м, +176м блоков № 1-с,2-с,3-с не обследованы.
Выработки пласта Ш-10, блоков № 4-с, 5-с южного фланга, главные стволы в рабочем состоянии.
