Сейсмологический мониторинг геодинамических процессов в пределах Верхнекамского месторождения калийных солей

Шулаков, Денис Юрьевич

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Сейсмологический мониторинг геодинамических процессов в пределах Верхнекамского месторождения калийных солей
ВАК РФ 25.00.20, Геомеханика, разрушение пород взрывом, рудничная аэрогазодинамика и горная теплофизика

Автореферат диссертации по теме "Сейсмологический мониторинг геодинамических процессов в пределах Верхнекамского месторождения калийных солей"

На правах рукописи 005006333

ШУЛАКОВ Денис Юрьевич

СЕЙСМОЛОГИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ ГЕОДИНАМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В ПРЕДЕЛАХ ВЕРХНЕКАМСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ КАЛИЙНЫХ СОЛЕЙ

Специальность 25.00.20 Геомеханика, разрушение горных пород, рудничная аэрогазодинамика и горная теплофизика

5 ДЕК т\

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Пермь-2011

005006333

Работа выполнена в Учреждении Российской академии наук Горном институте Уральского отделения РАН

Научпый руководитель: член-корреспондент РАН

МАЛОВИЧКО Алексей Александрович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

АСАНОВ Владимир Андреевич

доктор физ.-мат. наук, профессор КУЗЬМИН Юрий Олегович

Ведущая оргапизация: Пермский государственный национальный исследовательский университет

Защита состоится «23» декабря 2011 г. в_часов на заседании диссертационного совета Д 004.026.01 при Учреждении Российской академии наук Горном институте Уральского отделения РАН по адресу: 614007, г. Пермь, ул. Сибирская, 78а.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГИ УрО РАН.

Автореферат разослан « 21 » ноября 2011 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, к.г.-м.н., доцент Бачурин Б.А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы

С середины 1980-х годов проблема повышенной геодинамической активности приобрела исключительную актуальность для территории Верхнекамского промышленного района. Этот район характеризуется аномально высоким уровнем техногенной нагрузки на недра, связанной с разработкой калийных рудников и месторолсдений нефти, эксплуатацией многочисленных водозаборов, влиянием Камского водохранилища и т.д. В результате накопившегося в течение последних 30-40 лет совокупного техногенного воздействия разноуровневая разломно-блоковая структура верхней части земной коры была выведена из равновесного состояния. Одним из проявлений данных процессов явились техногенные землетрясения, произошедшие на территории региона в 1993, 1995 и 1997 гг., причем землетрясение, произошедшее 5 января 1995 г., было самым сильным техногенным землетрясением в России (магнитуда /»(,=4.7) и привело к значительным разрушениям в горных выработках рудника СКРУ-2 (разрушение несущих целиков и обрушение кровли на участке 500x600 м) и оседаниям земной поверхности на 4.5 м (A.A. Маловичко, 1997, 1998; Барях, 1997; Красноштейн, 1997).

Интенсивная добыча полезных ископаемых неизбежно приводит к деформациям земной поверхности, которые на стадии активных оседаний могут превышать 400 мм/год (Барях, 1996; Лысков, 2010). Одной из важнейших задач при добыче калийной руды в данных условиях является сохранение целостности водозащитной толщи, так как ее разрушение неизбежно приводит к прорыву надсолевых вод в горные выработки и затоплению рудника. Подобные аварии имели место в 1986 г. и в 2006 г. на рудниках БКПРУ-3 и БКПРУ-1 соответственно. В последнем случае ситуация усугублялась тем, что на территории шахтного поля располагалась большая часть г. Березники с населением свыше 150 тыс. человек (Барях, 2009; Глебов, 2010).

Сейсмологический мониторинг, ведущийся на территории региона с 1995 г., дает большое количество информации как о процессах, связанных с деформированием и разрушением массива пород, непосредственно прилегающего к горным выработкам, так и о сейсмическом режиме Верхнекамского месторождения в целом. При этом накопленный к настоящему времени на Верхнекамском месторождении калийных солей (ВКМКС) опыт позволяет с уверенностью утверждать, что регистрируемые сейсмические события самым тесным образом связаны с геодинамическими процессами, и в первую очередь - с теми из них, которые связаны с техногенным воздействием на недра (Асанов, 2010; A.A. Маловичко, 1998; Д.А. Маловичко, 2004).

Исходя из вышеизложенного, разработка методов, позволяющих на основании данных сейсмологических наблюдений определять характеристики процессов, связанных с геодинамической активностью недр, является крайне актуальной задачей, решение которой позволит существенно повысить безопасность разработки месторождений полезных ископаемых на территории Верхнекамского региона.

Основная цель диссертационных исследований - разработка подходов и методик, позволяющих в условиях ВКМКС на основании данных локального и детального сейсмологического мониторинга эффективно осуществлять контроль процессов, связанных с техногенной геодинамической активностью в недрах.

Идея работы заключается в детальном анализе микросейсмической активности, регистрируемой системами сейсмологического мониторинга, и выявление ее взаимосвязи с процессами деформирования и разрушения, протекающими в массивах горных пород, подвергающихся техногенному воздействию.

Задачи исследований. Реализация поставленной цели потребовала решения ряда задач, основными из которых являются:

в анализ динамита горных работ на рудниках Верхнекамского месторождения и сопоставление ее с пространственной и временной изменчивостью микросейсмической активности;

• разработка методики, позволяющей оценить влияние каждого из горнотехнических факторов на сейсмический режим;

• анализ данных повторного нивелирования над шахтными полями ВКМКС, выбор наиболее информативных параметров, характеризующих процесс деформирования подработанной толщи и сопоставление их с результатами сейсмологического мониторинга;

• совершенствование алгоритмов обработки микросейсмических событий для обеспечения надежной оценки их параметров в условиях слабо консолидированных толщ и высокого уровня техногенных помех;

• разработка подходов, позволяющих проводить корреляцию динамики микросейсмической активности с развитием опасных карстовых процессов.

Методы исследований. Применен комплекс методов, включающий в себя: анализ и обобщение отечественного и зарубежного опыта в области сейсмологического и геодинамического мониторинга природных и техногенных объектов; разработку программного обеспечения и применение компьютерных технологий для обработки и анализа сейсмограмм и баз данных сейсмологических наблюдений; комплексный анализ данных о микросейсмической активности, горнотехнической и геологической обстановке; верификацию полученных зависимостей и разработанных методик.

Защищаемые положения:

1. Для рудников ВКМКС установлены количественные характеристики пространственного и временного режима микросейсмической активности в пределах подработанных участков шахтных полей, основывающиеся на учете конкретных горнотехнических условий (количество отработанных пластов, наличие закладки, возраст выработок) и обеспечивающие оценку периода сохранения устойчивости кровли горных выработок.

2. Разработана методика прогнозирования оседаний земной поверхности в пределах подработанных участков шахтных полей, базирующаяся на использовании данных долговременного высокоразрешающего сейсмологи-

ческого мониторинга процессов деформирования и разрушения в массиве горных пород.

3. Предложена методика оперативного контроля активно развивающегося соляного карста, базирующаяся на наземно-скважинных системах детального сейсмического мониторинга и позволяющая осуществлять прогнозирование во времени и в пространстве характера развития карстового процесса.

Научная новизна:

1. Во временной динамике микросейсмической активности в горных выработках выявлены стадии, соответствующие изменению геомеханического состояния подработанного породного массива.

2. Для рудников ВКМКС впервые установлены корреляционные зависимости, связывающие динамику микросейсмической активности на уровне горных выработок и развитие деформационных процессов в подработанном массиве.

3. Установлены характеристики сейсмических сигналов, формирующихся при активном росте карстовой полости, и разработана методика определения их основных параметров.

4. Отработана и реализована методика прогнозирования развития карстовой полости в режиме реального времени на основании данных детального сейсмологического мониторинга.

Практическая реализация.

Результаты исследований с 1995 г. активно используются при обработке данных сейсмологических наблюдений на рудниках ВКМКС и, совместно с данными других методов мониторинга, служат основой для корректировки планов закладочных работ на отработанных участках шахтных полей. Программные и методические разработки, созданные автором для выявления активно развивающегося карста при помощи локальных сейсмических групп, послужили основой для мониторинга аварийной ситуации, связанной с затоплением рудника БКПРУ-1, в режиме, близком к реальному времени.

Обоснованность и достоверность научных положений и выводов обеспечиваются применением современных методов анализа, привлечением обширных фактических материалов по работе рудников и большого объема данных сейсмологического и маркшейдерского мониторинга. Используемый при исследованиях каталог сейсмических событий насчитывает более 10 ООО событий, зафиксированных в процессе 15-летних непрерывных сейсмологических наблюдений на территории рудников ВКМКС. Режимные маркшейдерские наблюдения ведутся в течение всего периода эксплуатации месторождения, при этом сеть измерений включает в себя более 6000 грунтовых и стеновых реперов. Достоверность полученных результатов подтверждается соответствием полученных зависимостей теоретическим представлениям о динамике процессов деформирования и разрушения в породном массиве, а также сходимостью прогнозных значений с натурными измерениями и наблюдениями.

Апробация работы.

Основные положения и результаты диссертации неоднократно докладывались и обсуждались на различных конференциях и совещаниях: на Международном симпозиуме БРМ-95 «Проблемы безопасности при эксплуатации месторождений полезных ископаемых в зонах градопромышленных агломераций» (Москва, 1995), на ежегодных региональных конференциях Пермского госуниверситета (1995, 1997, 1999), на X Межотраслевом координационном совещании по проблемам геодинамической безопасности (Екатеринбург, 1997), на Международной конференции «Горные науки на рубеже XXI века» (Екатеринбург, 1997), на 5-м (Йоханнесбург, 2001) и 7-м (Далянь, 2009) Международных симпозиумах по горным ударам и сейсмичности в рудниках, на научных сессиях Горного института УрО РАН (1998 - 2010), на Международной конференции «Проблемы геотехнологии и недроведения» (Екатеринбург, 1998), на Международной конференции «Горная геофизика 98» (Санкт-Петербург, 1998), на Международной конференции «Проблемы геодинамики, сейсмичности и минерагении подвижных поясов и платформенных областей литосферы» (Екатеринбург, 1998), на 101-й ежегодной конференции Канадского института горного дела, металлургии и нефти (Калгари, 1999), на XXVII (Лиссабон, 2000), XXIX (Потсдам, 2004) и XXXII (Монпелье, 2010) Генеральных ассамблеях Европейского сейсмологического сообщества, на I Всероссийском совещании «Мониторинг геологической среды на объектах горнодобывающей промышленности» (Березники, 1999), на Международной конференции «Проблемы безопасности и совершенствования горных работ» (Москва - Санкт-Петербург, 1999), на Международной конференции «Моделирование стратегии процессов освоения георесурсов» (Волгоград-Пермь, 2001), на 2-й Всероссийской конференции «Геофизика и математика», (Пермь, 2001), на 29-й сессии Международного семинара им. Д.Г.Успенского, (Екатеринбург, 2002), на 6-й Международной сейсмологической школе (Апатиты, 2011).

Исследования по теме диссертации были поддержаны и частично финансировались за счет грантов РФФИ № 02-05-96410 «Влияние крупных промышленных взрывов на устойчивость ответственных сооружений и объектов в зонах повышенной сейсмической и геодинамической активности», № 04-05-96048 «Использование механизмов сейсмических событий на калийных рудниках для изучения состояния подработанного массива» и № 07-05-97624 «Разработка методики выявления карстовых полостей и оценки динамики их развития по данным локального сейсмологического мониторинга».

Ряд научных результатов получен в 2007-2008 гг. в ходе выполнения исследований в рамках Программы фундаментальных исследований Президиума РАН № 16 «Изменение окружающей среды и климата: природные катастрофы».

Публикации. По теме диссертации опубликована 41 работа, из них 3 -в реферируемых журналах из списка, рекомендованного ВАК.

Структура и объем работы

Работа состоит из четырех глав, введения и заключения.

В первой главе выполнен обзор литературы, посвященной вопросам использования сейсмологических наблюдений для мониторинга геодинамических процессов в России и за рубежом. Рассмотрены особенности организации систем мониторинга микросейсмической активности и деформационных процессов на горнодобывающих объектах, а также возможности совместной интерпретации их данных. Отмечена возможность использования малоапертурных сейсмических сетей для мониторинга карстовых процессов.

Вторая глава посвящена рассмотрению особенностей пространственной и временной динамики микросейсмической активности на рудниках ВКМКС. Детально рассматривается структура системы сейсмологического мониторинга, особенности микросейсмического режима на контролируемых шахтных полях и связь его с изменяющимися горнотехническими условиями.

В третьей главе рассматриваются корреляционные связи между микросейсмической активностью и деформационными процессами в подработанном массиве. Описывается методика прогнозирования оседаний земной поверхности на основании данных детального сейсмологического мониторинга.

Четвертая глава посвящена вопросам использования сейсмологических наблюдений для мониторинга аварийной ситуации, связанной с затоплением рудника БКПРУ-1. Рассмотрены особенности сейсмических сигналов, генерирующихся при активном росте карстовой полости, характеристики пространственной и временной динамики микросейсмической активности. Доказана эффективность использования микросейсмического мониторинга для оперативного прогнозирования развития карстового провала.

Диссертация содержит 105 страниц машинописного текста, 58 рисунков, 2 таблицы и список литературы, насчитывающий 173 наименования.

Считаю своим долгом выразить глубокую благодарность своему научному руководителю член-корреспонденту РАН A.A. Маловичко за постоянную поддержку, внимание и помощь в работе.

За творческое общение и дискуссии по отдельным вопросам автор признателен доктору технических наук A.A. Баряху, кандидату технических наук В.Н. Токсарову, кандидатам физ.-мат. наук P.A. Дягилеву и Д.А. Маловичко. Большую помощь в получении и обработке инструмент&чьных данных оказали сотрудники ГИ УрО РАН Ю.В. Варлашова, Т.В. Верхоланцева, A.JI. Сахарный, П.Г. Бутырин.

Практическое внедрение результатов исследований было бы невозможно без содействия руководства и ведущих специалистов производственных организаций - главного инженера ОАО «Сильвинит» Р.Х. Сабирова, главного геолога ОАО «Сильвинит» Ю.В.Мынки, директоров рудоуправлений СКРУ-1 и СКРУ-2 ОАО «Сильвинит» Б.В. Серебренникова и Б.Ш. Ах-метова, главного геолога ОАО «Уралкалий» C.B. Глебова. Пользуясь случаем, автор выражает им свою благодарность.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ 1. Использование сейсмологических наблюдений для мониторинга геодинамических процессов

Опасностям, связанным с различными проявлениями техногенной сейсмичности, подвержены многие типы разрабатываемых месторождений. В связи с этим мониторинговые наблюдения широко применяются в рудниках и шахтах Южной Африки (Fernandez, 1984; Mendecki, 1997; Amidzic, 2001; Hanekom, 2001; Murphy, 2001), США (Steablay, 1990; Arabasz, 1997), Канады (Prugger 1983, 1990; Hasegawa, 1989; Yuong, 1989; Plouffe, 1990; Gendzwill, 1996; Talebi, 1997; Cote, 2001; Simser, 2001), Германии (Will, 1984; Ahorner, 1988), Франции (Dechelette, 1984; Revalor, 1990), Великобритании (Kusznir, 1984), Польши (Lasocki, 1997; Marcak, 1997; Mutke, 1997; Wiejacz, 1997; Do-manski, 2001) и других стран.

В России мониторинговые системы сейсмоконтроля эффективно используются на Североуральском бокситовом месторождении (Микулин и др., 1995), в никелевых рудниках Норильска (Мулев и др., 1995; Опарин и др., 2004, 2006), на Таштагольском железорудном месторождении (Еременко, Курленя, 1990; Мерзляков, Перепелицын, 1990), на Кировском апатитовом месторождении в Хибинах (Мельников, Козырев, Панин и др., 2002; Козырев и др., 1995; Федотова, 2007), на Ковдорском железорудном карьере (Козырев, 2008), на угольных шахтах Воркуты (Беляева и др., 2008), Восточного Донбасса (Анцыферов и др., 1971) и Кузбасса (Еманов и др., 2007, 2009).

Успешное решение задач, стоящих перед сейсмологическим мониторингом, возможно лишь при соответствующем уровне технико-методического обеспечения систем мониторинга (широкий частотный и динамический диапазоны, высокая точность определения координат эпицентров, оптимальная конфигурация сети и др.). Способы расчета требуемых характеристик систем мониторинга подробно рассмотрены в работах (Mendecki, 1997; Mendecki et al., 2007). В частности, для того, чтобы система сейсмологического мониторинга на золоторудных шахтах ЮАР могла обеспечить кондиционную регистрацию всего энергетического диапазона техногенных сейсмических событий, она должна обладать полосой пропускания в частотной области от 1 до 2400 Гц и динамическим диапазоном не менее 120 дБ.

Обширные исследования посвящены вопросам связи сейсмичности с деформационными процессами (Касахара, 1985; Уломов, 1974, 2004; Ар-тюшков, 1993; Буланже, 1973, 1984; Колмогоров, 1990; Кузьмин, 1999, 2004). Установлено, что эти связи носят сложный и не всегда однозначный характер. Тем не менее, для отдельных регионов были получены зависимости, связывающие динамику деформаций земной поверхности (получаемой с использованием как наземных, так и космических технологий) с выделением сейсмической энергии (Грачев, 1990; Кузьмин, 1999; Кузьмин, Чуриков, 1998; Опарин, 2006; Сашурин, 1999,2010; Carnee, Delacourt 2000).

Отдельной и довольно специфичной задачей является использование сейсмологических наблюдений для мониторинга развития карстовых полостей. Несмотря на существенную ограниченность мирового опыта, имеются примеры успешного решения этой задачи как для природного (Hardy, 1986; Wust-B loch, Joswig, 2006) так л для техногенного (Klein, 2008; Mercerat, 2010; Contrucci, 2011) карста с использованием высокоразрешающего сейсмологического мониторинга.

2. Особенности динамики сейсмической активности в пределах шахтных полей ВКМКС Сейсмологический мониторинг на территории ВКМКС ведется с 1995 г. и по состоянию на сегодняшний день им охвачены все 5 действующих рудников. Вместе с тем, достаточные для детального анализа плотность сейсмопавильонов и длительность времнного ряда наблюдений имеются лишь на 3 рудниках - СКРУ-1, СКРУ-2 и БКПРУ-1 (для последнего - лишь по 2006 г., когда он прекратил существование).

Для корректного использования каталогов сейсмических событий, создаваемого по результатам мониторинга, необходимо точно знать предельные регистрационные возможности мониторинговой системы в каждой точке контролируемой территории. Для решения этой задачи для отдельных сейсмопавильонов был выполнен анализ локальных, региональных и мировых каталогов сейсмических событий (как природных, так и техногенных), из которых выбирались зарегистрированные и пропущенные события. Для обеих категорий (пропущенных и зарегистрированных) строились распределения магнитуд от расстояния и определялась зависимость, описывающая предельные регистрационные возможности для данного сейсмопавильона. Таким образом, было установлено, что для условий ВКМКС минимальная регистрируемая магнитуда может быть определена по формуле (A.A. Malovichko, Shula-kov et al., 2000):

Mmi„ = 1,5-!ogio(Ä) + b, где R - расстояние от сейсмопавильона до гипоцентра в км, Ь - коэффициент, зависящий от уровня помех в данной точке и, как правило, находится в диапазоне от -1.5 до 0.2. Справедливость полученной зависимости была подтверждена при анализе каталогов сейсмических событий: предельные регистрационные возможности для отдельного участка шахтного поля можно определить с использованием графика повторяемости (Рихтер, 1963):

logiV= a-ylogE,

где Е -энергия, а и у- параметры, N - число сейсмических событий с энергией Е > Е0. Минимальная представительная энергия в этом случае определяется по излому графика.

Анализ результатов сейсмологических наблюдений показал, что наблюдается сильная пространственная и временная изменчивость микросейсмической активности. Поскольку практически все регистрируемые мониторинговой системой события носят техногенный характер, наблюдаемые

колебания выделения сейсмической энергии должны быть в значительной степени (а, возможно, и главным образом) обусловлены изменениями в горнотехнических условиях. Исходя из этих соображений, был выполнен анализ динамики сейсмической активности в зависимости от режима ведения горных работ.

В качестве параметров, характеризующих горнотехнические условия, были выбраны: количество отработанных пластов, наличие закладки и способ ее проведения, возраст горных выработок.

Анализ связи микросейсмической активности с отработкой продуктивных пластов (рис. 1) показал (Верхоланцева, Шулаков, 2011), что для всех

Ii05

СКРУ-1

СКРУ-2

БКПРУ-1

Рис. 1. Зависимость относительной плотности выделения сейсмической энергии от отработки продуктивных пластов

трех анализируемых шахтных полей четко отмечается два типа горных выработок - с высокой и низкой микросейсмической активностью, причем разница в плотности выделения сейсмической энергии между первыми и вторыми может составлять от 1.5 до 10 раз. Наименьшим уровнем микросейсмической активности характеризуются выработки по пласту Кр-11, причем эта особенность характерна в той или иной степени для всех рассматриваемых шахтных полей. Поскольку существенных отличий в параметрах отработки данного пласта от других не наблюдается, можно предположить, что низкий уровень микросейсмической активности обусловлен особенностями физико-механических свойств пород: для пласта Кр-II значения предела прочности на сжатие и растяжение существенно (до двух раз) выше, чем для пласта АБ (Барях, Асанов, Паньков, 2008; Старков, 2007).

Наибольшая разница между участками с высокой и низкой микросейсмической активностью отмечается в условиях рудника БКПРУ-1. Максимальным выделением сейсмической энергии характеризуются выработки по карналлитовому пласту В к. Это обусловлено тем, что прочность карналлита в несколько раз ниже, чем у сильвинитовых пород и, как следствие, активные процессы разрушения в выработках по пласту В к начинаются уже в первые годы после их прохождения.

Одной из наиболее эффективных мер по уменьшению деформаций в водозащитной толще является проведение закладочных работ в отработан-

ном пространстве. Необходимо отметить, что проведение закладки в большинстве случаев не дает заметного уменьшения нагрузки на несущие целики (Макаров, 2006; Шумихина, 2011), однако позволяет существенно снизить величину максимальных оседаний подработанного массива. Поскольку наиболее крупные сейсмические событий, связаны, как правило, с обрушением значительных масс пород из кровли выработок (D.A. Malovichko, 2005) можно предположить, что проведение закладочных работ должно привести к заметному снижению количества сейсмических событий типа «обрушение». Действительно, сопоставление микросейсмической активности на разных участках шахтных полей в различные периоды времени показало, что в среднем проведение закладочных работ приводит к снижению плотности выделения сейсмической энергии в 1.3 - 2 раза (рис. 2)

5Í

I 1 .

1 S

-О X ® i 0.8 -о ?8

Пласт Кр-И

Пласт АБ

Пласт Вс

Рис. 2. Влияние закладочных работ на плотность выделения сейсмической энергии на рудниках ОАО «Сильвинит»

Особый интерес представляет изучение связи микросейсмической активности с возрастом горных выработок, так как соляные породы обладают ярко выраженными реологическими свойствами, которые проявляются в способности подвергаться пластическим деформациям под действием постоянных усилий. Накопление деформаций неизбежно приводят к разрушению приконтурного массива, и, следовательно, к повышению микросейсмической активности. Анализ данных о пространственной и временной динамике выделения сейсмической энергии и возрасте горных выработок показал, что для сильвинитовых пластов существенное возрастание микросейсмической активности происходит через 7-10 лет после их отработки, которое сменяется спадом через 25 - 40 лет (рис. 3).

В условиях рудника БКПРУ-1 в случае выработок по карналлитовому пласту Вк высокий уровень микросейсмической активности отмечается с первого же года после проведения очистных работ, в то время как на руднике СКРУ-1 для этого же пласта в течение первых 15 лет сейсмическая активность остается весьма низкой, затем она начинает постепенно возрастать и достигает максимума через 40 лет.

20 30

Возраст выработок, годы

Поскольку активное разрушение несущих элементов горных выработок должно проявляться в динамике деформационных процессов в подработанном массиве, был выполнен анализ результатов повторных нивелировок на участках шахтного поля, характеризующихся максимальными оседаниями. Было установлено, что временная динамика процессов сдвижения на рассмотренных реперах хорошо согласуется с рассмотренными выше характеристиками микросейсмической активности, что полностью подтверждает утверждение о том, что сейсмический режим на территории шахтных полей ВКМКС главным образом определяется горнотехническими условиями (Шулаков, Верхо-ланцева, 2011).

Установленные количественные характеристики пространственного и временного режима микросейсмической активности в пределах подработанных участков шахтных полей, основывающиеся на учете конкретных горнотехнических условий и обеспечивающие оценку периода сохранения устойчивости кровли горных выработок, составляют первое защищаемое положение.

Рис. 3. Зависимость плотности выделения сейсмической энергии от возраста выработок для пласта Кр-П

3. Совместный анализ сейсмологических и маркшейдерских данных

Проблема обеспечения сохранности водозащитной толщи, защищающей рудник от проникновения воды из водоносных горизонтов и, как следствие, возможного затопления, является одной из наиболее существенных при отработке месторождений водорастворимых полезных ископаемых. Основным методом контроля деформационных процессов, происходящих в подработанном породном массиве, являются повторные нивелировочные измерения, проводимые по сети наземных профилей. На территории ВКМКС нивелировочная сеть состоит из 114 профилей, включающих в себя 6643 репера (A.A. Маловичко, Шулаков, Сабиров, 1998).

Наибольшей детальностью отличаются результаты повторных измерений в районе зоны обрушения на руднике СКРУ-2, образовавшейся в резуль-

тате землетрясения, произошедшего 5 января 1995 г. Измерения проводились по системе из 4 профилей, включающих в себя 117 пикетов с расстояниями от 20 до 30 м. Интервал между сериями наблюдений изменялся и составлял от нескольких дней в первые дни после землетрясения и до 3 месяцев - через полгода.

На этом же участке шахтного поля в 1995 г. была развернута система детального сейсмического мониторинга (Маловичко, Шулаков и др., 1988). По состоянию на конец 2011 г. сейсмический каталог насчитывает более 4 тыс. событий, эпицентры которых располагаются на участке шахтного поля, прилегающем к зоне обрушения. Энергия регистрируемых сейсмических событий составляет от первых десятков Дж до 100 кДж, минимальный представительный энергетический класс Ктт=2.5.

Наличие представительного количества высококондиционных данных по характеру деформационных процессов и сейсмической активности позволило осуществить совместный анализ их пространственной и временной динамики. Необходимость его выполнения обусловлена тем, что и микросейсмическая активность и оседания земной поверхности являются двумя сторонами процесса деформирования и разрушения подработанного массива горных пород, и дискретные в пространстве и времени данные нивелировочных наблюдений можно эффективно дополнить непрерывными сейсмологическими.

Сопоставление карт суммарных оседаний земной поверхности и суммарного выделения сейсмической энергии за 4-летний период показало наличие хорошей корреляции между этими параметрами, что позволило предположить, что данные сейсмологического мониторинга можно использовать для оценки интенсивности деформационных процессов.

Для решения данной задачи был выбран участок шахтного поля, прилегающий к юго-восточному краю зоны обрушения, поскольку именно для него имеются наиболее полные данные как маркшейдерских, так и сейсмологических наблюдений. Кроме того, на данном участке шахтного поля добыча руды велась на трех продуктивных пластах, что, как показано в главе 2, обуславливает повышенную микросейсмическую активность и деформации подработанного массива. Среди ряда параметров, характеризующих интенсивность деформационных процессов и микросейсмическую активность, наилучшую корреляцию между собой показали плотность выделения сейсмической энергии Ев и скорости оседания земной поверхности г}'.

Установление корреляционной зависимости дало возможность перейти непосредственно к прогнозированию оседаний земной поверхности. На основании данных сейсмологического мониторинга в мае 2000 г. был выполнен прогноз оседаний земной поверхности за период с июня 1999 г. по июнь 2000 г. для участка шахтного поля, прилегающего к зоне обрушения. В июне 2000 г. была проведена очередная серия маркшейдерских наблюдений и определены фактические оседания. Сравнение прогнозных и фактических величин сдвижений для реперов профиля №7 показало, что наблюдается как

0 -!-,-,-,-,-,-Л

5 10 15 20 25 30

Репер

Рис. 4. Сравнение прогнозных и фактических оседаний по профилю №7 за период с июня 1999 г. по июнь 2000 г.

хорошее совпадение пространственного расположения максимумов, так и довольно точное прогнозирование абсолютного уровня оседаний (рис. 4).

Анализ пространственной и временной динамики карт различных параметров, характеризующих микросейсмический режим и процессы деформации подработанного массива, позволил выявить временное запаздывание между микросейсмической активностью и оседаниями земной поверхности, которое объясняется тем, что микросейсмическая активность, в первую очередь, обусловлена процессами деформирования и разрушения горных пород в непосредственной близости от выработок, которые лишь спустя некоторое время проявляются в виде оседаний земной поверхности.

Для количественной оценки величины временной задержки, как и в предыдущем случае, наиболее информативными параметрами оказались скорости оседания земной поверхности »/' и плотность выделения сейсмической энергии Ея. Были рассмотрены разные способы расчета корреляционных зависимостей и наилучший результат дал следующий подход: для отдельных точек, соответствующих реперам нивелировочных профилей, выбиралось временное окно Т, для которого рассчитывались средние скорости оседания в разные моменты времени. Затем для временного окна того же размера, но сдвинутого на какой-то временной интервал, рассчитывалась плотность выделения сейсмической энергии в тех же самых точках (точнее, в пределах определенного пространственного окна, центр которого совпадал с точкой). Далее рассчитывался коэффициент корреляции Я между полученными значениями.

По результатам анализа полученных зависимостей было установлено, что значимые коэффициенты корреляции (Д>0.7) получаются при размере временного окна Гот 0.7 до 1.5 года и временном сдвиге от 2 до 5 месяцев (в зависимости от величины временного окна). Уменьшение или увеличение значения Т приводит к снижению коэффициента корреляции наблюдаемых процессов.

Таким образом, можно сделать вывод, что для условий трехпластовой отработки на калийных рудниках анализ данных сейсмического мониторинга позволяет с опережением в 2-5 месяцев спрогнозировать изменения в динамике деформационных процессов над отработанным пространством.

Описанная в данной главе методика прогнозирования оседаний земной поверхности в пределах подработанных участков шахтных полей, базирующаяся на использовании данных долговременного высокоразрешающего сейсмологического мониторинга процессов деформирования и разрушения в массиве горных пород составляет второе защищаемое положение.

4. Сейсмологический мониторинг аварийной ситуации на руднике БКПРУ-1

17 октября 2006 г. в руднике БКПРУ-1, расположенном в пределах городской застройки, в районе рассолосборника на 4-5 западных панелях был зафиксирован аварийный водоприток. Ориентировочный дебит рассолов составил 300-400 м3/час. В течение последующих дней он нарастал и 28 октября достиг 1200 м3/час. В связи с таким высоким дебитом откачка рассолов была прекращена, горные работы остановлены и процесс затопления рудника стал неуправляемым (Красноштейн, 2007).

Локализации зоны нарушения сплошности ВЗТ была важнейшей задачей, решение которой было необходимо для прогнозирования дальнейшего развития негативных процессов, связанных с процессом затопления рудника. Для ее решения был использован как ряд геомеханических исследований, так и комплекс геофизических методов, важная роль среди которых принадлежала сейсмологическим наблюдениям (Красноштейн, Барях, Санфиров, 2007; Бачурин, Борисов, 2007).

Для мониторинга потенциально опасной зоны в предельно сжатые сроки была развернута система сейсмологического мониторинга, состоящая из наземных и скважинных сейсмопавильонов, подключенных к регистрирующим модулям, увязанным при помощи радиоканалов в единую систему с централизованным сбором данных. Регистрирующие модули были оснащены 24-битными АЦП, позволяющими записывать сигналы с динамическим диапазоном свыше 130 дБ. В этих же модулях производилось выделение полезных сигналов с использованием алгоритма STA/LTA, привязка к абсолютному времени с точностью не ниже 1 мс при помощи приемника GPS и буферизация сейсмограмм на локальном накопителе. Зарегистрированные сигналы при помощи проводных или радиоканалов передавались в центр сбора и обработки данных, где производилось ассоциирование отдельных сигналов, зарегистрированных разными модулями, с определенными сейсмическими событиями, добавление сейсмограмм и атрибутивной информации в общую базу данных, а также их первичная обработка и интерпретация.

В течение первых месяцев мониторинга было зарегистрировано несколько тысяч сейсмических событий, из которых лишь около трех десятков было достоверно ассоциировано с процессами хрупкого разрушения в глу-

бине массива. В связи с высоким уровнем помех и сложным характером регистрируемых сигналов проведение их полной обработки (определение координат гипоцентра и выделившейся энергии) представляло непростую задачу. Тем не менее, анализ пространственного положения эпицентров зарегистрированных сейсмических событий уже в марте 2007 г. позволил достаточно четко определить наиболее вероятное местоположение зоны образования будущей карстовой воронки на поверхности.

Анализ волновых форм событий, связанных с процессами разрушения горных пород, позволил разделить их на 2 типа (Д.А. Маловичко, Шулаков 2007).

Тип № 1. События с четкими вступлениями сейсмических волн, как правило, с небольшой энергией (десятки - первые сотни Дж) и высокой частотой сигналов (7-120 Гц). Для данных явлений удается достаточно надежно оценить положение очага стандартными методами обработки. Наличие четких вступлений объемных волн косвенно указывает на глубинное происхождение источника.

Тип № 2. Длительность данных событий составляет от единиц до десятка секунд. Они характеризуются преимущественно низкочастотным составом (2-20 Гц) и большой энергией (сотни Дж и первые кДж). Для данных событий сложно выделить вступления отдельных фаз и, соответственно, надежно оценить положение очага как в плане, так и по глубине. Источником данных событий выступает совокупность процессов разрушения (обрушения), развивающихся, преимущественно, в слабо консолидированных породах верхней части разреза.

Было установлено, что стандартные процедуры определения координат эпицентра, успешно применявшиеся при обработке данных сейсмологического мониторинга на шахтных полях ВКМКС, для данных условий недостаточно эффективны. Это связано с чрезвычайно высокой скоростной неоднородностью пород в разрезе, а также с тем, что для событий 2-го типа на сейсмограммах отсутствуют достаточно четкие вступления волн разных типов. Вся запись представляет собой, как правило, цуг низкочастотных колебаний с плавно возрастающей и так же плавно спадающей амплитудой.

В связи с этим в пакет цифровой обработки многоканальных сейсмологических данных были внесены существенные дополнения, позволившие достоверно определять координаты эпицентра и энергию. В первую очередь был усовершенствован алгоритм локации - в него была добавлена возможность корректного определения гипоцентра в условиях горизонтально-слоистой среды с существенными скоростными неоднородностями. Для поиска решения был использован численный симплекс-метод, позволяющий получить достаточно точный результат за малое число итераций.

Для определения координат событий 2-го типа был разработан специальный алгоритм, использующий корреляционный анализ низкочастотной части сигнала, ассоциируемой с волнами поверхностного типа. Это позволило выполнить достоверное определение положений эпицентров для большинства крупных (энергия свыше 1 кДж) сейсмических событий. Что касает-

ся более слабых событий, то устойчивые решения удалось получить только для 10% из них. Это связано с низким отношением сигнал/помеха и крайне слабой интенсивностью волн поверхностного типа, используемых при обработке.

В течение всего периода наблюдений уровень микросейсмической активности испытывал очень существенные колебания. В течение первых девяти месяцев мониторинга (октябрь 2006 г. - июнь 2007 г.) регистрировались лишь отдельные сейсмические события. Всего за этот период было зарегистрировано 17 сейсмических событий, пригодных для дальнейшей обработки и интерпретации: 12 - 1-го типа и 5 - 2-го.

Ситуация существенно изменилась во второй половине июля. Начиная с 17 часов 20 июля 2007 г. в обычном потоке сейсмичности стали проявляться аномальные всплески сейсмической активности. Всплески характеризовались значительным повышением потока сейсмических событий типа №2 (до 100 и более за час) и продолжались в течение нескольких часов. В последующие 5 дней сейсмическая активность снизилась, но все-таки превышала фоновые значения. Начиная с 14 часов 28 июля вновь стали наблюдаться аномальные всплески сейсмоактивности. Подавляющее число событий, формировавших данные всплески, относились к типу № 2. В дальнейшем стало очевидным, что их проявление связано с интенсивным развитием провала над образовавшейся на предыдущем этапе карстовой полостью. Визуально появление провала на земной поверхности было отмечено 28 июля в 15:31. Размеры воронки, возникшей в результате обрушения пород, составляли 50 х 70 м, глубина -около 15 м.

В последующие дни отмечался интенсивный рост образовавшейся воронки, который носил импульсный характер - происходили обрушения крупных блоков породы как из бортов, так и в донной части. Некоторые из таких обрушений сопровождались выделением газа. Все моменты резкого роста размеров воронки сопровождались существенной сейсмической активизацией продолжительностью 6-8 часов.

Таким образом, уже в течение первых дней активной стадии развития карстового провала была выявлена достаточно уверенная связь между всплесками сейсмической активности и ростом карстовой воронки. Для оценки устойчивости этой корреляции было выполнено сопоставление временной динамики сейсмической активности с развитием воронки. В качестве параметра, характеризующего динамику роста провала, была выбрана скорость увеличения его площади S', определяемая как отношение изменения площади к интервалу между сериями наблюдений. В качестве параметра, характеризующего микросейсмическую активность, было использовано выделение сейсмической энергии Es, рассчитанное в скользящем временном окне для событий 1-го типа (глубинных). События этого типа были выбраны для анализа потому, что связанные с ними процессы происходили преимущественно на глубине и должны были предшествовать росту карстовой воронки на поверхности, которая, по сути, является их последствием.

Сопоставление временной динамики сейсмической активности и скорости роста провала подтвердило это предположение (рис. 5). Как видно из приведенного рисунка, практически каждому этапу ускоренного роста внутреннего контура провала предшествовал всплеск сейсмической активности, опережающий его на величину от 6 до 30 дней. Установление подобной зависимости предоставило уникальную возможность спрогнозировать динамику роста провала на основании данных сейсмологического мониторинга.

В течение первых же дней сейсмологического мониторинга образовавшегося провала было установлено, что эпицентры регистрируемых событий имеют тенденцию к пространственной миграции. При сопоставлении пространственной динамики микросейсмической активности с ростом провала стало очевидно, что возрастание количества сейсмических событий возле одного из бортов предшествует развитию провала в данном направлении.

Рис. 5. Динамика роста внутреннего контура провала и выделение сейсмической энепгии для событий 1 -го типа

Для анализа этой зависимости на количественном уровне был реализован следующий подход (Шулаков, 2009):

• проанализирован рост контура провала за период с июля 2007 г. по декабрь 2008 г., т.е. за весь период его активного развития, а также пространственная динамика микросейсмической активности за это же время;

• на основании этого анализа весь провал и прилегающая к нему территория разделены на 4 сектора, границы которых отражают положение осей провала в разные периоды времени;

• в пределах каждого из секторов рассчитывалась скорость роста площади провала 5", а также динамика сейсмической активности;

• для каждого сектора проводилось сопоставление динамики скорости роста провала в его пределах с выделением сейсмической энергии Е в каждом из 4 секторов.

Для установления наличия связи между пространственной динамикой микросейсмической активности и направлением роста карстовой полости, был выполнен расчет функций взаимной корреляции между выделением сейсмической энергии Ех и скоростью роста провала S'. Расчет выполнялся для всех пар графиков, то есть «каждый сектор с каждым». Можно предположить, что при наличии связи максимальная корреляция должна наблюдаться между графиками, относящимися к одному сектору. Значимые коэффициенты корреляции Л были получены лишь для пар «север-север» и «восток-восток» - 0.65 и 0.66 соответственно. Для остальных пар графиков значение Я не превысило 0.4. Для северного сектора величина этого запаздывания составила 28 суток, для восточного - 37 суток. Эта цифры хорошо согласуются с оценкой временной задержки между всплесками сейсмической активности и ростом площади воронки, полученными для всего провала в целом. Отсутствие корреляции между сейсмической активностью и развитием воронки в пределах западного и южного секторов объясняется, по всей видимости, тем, что на этих участках интенсивность геодинамических процессов была весьма низкой и, как следствие, и динамика роста провала, и выделение сейсмической энергии были в значительной степени подвержены влиянию целого ряда случайных факторов.

Разработанная методика оперативного контроля активно развивающегося соляного карста, базирующаяся на наземно-скважинных системах детального сейсмического мониторинга и позволяющая осуществлять прогнозирование во времени и в пространстве характера развития карстового процесса, составляет третье защищаемое положение.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Представленные в диссертации разработки содержат решение важной научно-практической задачи по использованию сейсмологических наблюдений для мониторинга геодинамических процессов в пределах Верхнекамского месторождения калийных солей.

Основные теоретические положения, научные и практические результаты заключаются в следующем:

• разработана методика, позволяющая оценить влияние основных горнотехнических факторов (отработанные продуктивные пласты, наличие закладки отработанного пространства, возраст горных выработок) на сейсмический режим в рудниках ВКМКС;

• во временной динамике микросейсмической активности в горных выработках выявлены стадии, соответствующие изменению геомеханического состояния горных пород и связанные с изменением горнотехнической ситуации;

кретных горнотехнических условий и обеспечивающие оценку периода сохранения устойчивости кровли горных выработок;

• выполнен анализ данных повторного нивелирования над шахтными полями ВКМКС, выбраны наиболее информативные параметры, интегрально характеризующие процесс деформирования подработанной толщи и обеспечивающие представительное сопоставление с параметрами микросейсмической активности;

• установлены корреляционные зависимости, связывающие динамику микросейсмической активности на уровне горных выработок и развитие деформационных процессов в подработанном массиве;

• разработана методика прогнозирования оседаний земной поверхности в пределах подработанных участков шахтных полей, базирующаяся на использовании результатов долговременного высокоразрешающего сейсмологического мониторинга процессов деформирования и разрушения в массиве горных пород;

• выделены два типа сейсмических сигналов, формирующихся при активном росте карстовой полости, установлены их характеристики и разработана методика определения координат гипоцентров;

• разработаны и интегрированы в систему обработки сейсмологических данных алгоритмы обработки микросейсмических событий в слабо консолидированных породах;

• разработана методика оперативного контроля активно развивающегося соляного карста, базирующаяся на наземно-скважинных системах детального сейсмического мониторинга и позволяющая осуществлять прогнозирование во времени и в пространстве характера развития карстового процесса.

Осповные положения и научные результаты опубликованы в следующих работах:

а) издания, рекомендованные ВАК РФ:

1. Изучение влияния подработанных пространств Верхнекамского месторождения калийных солей на безопасность эксплуатации магистральных газопроводных систем / Ипатов Ю.П., Шулаков Д.Ю., Баранов Ю.В. // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2005. №3 - М.: Издательство МГГУ. С. 110-113.

2. Локальные сейсмологические наблюдения за карстовыми процессами / Маловичко Д.А., Кадебская О.И., Шулаков Д.Ю., Бутырин П.Г. // Физика Земли, 2010, №1. С. 62-79.

3. Четырехуровневая система сейсмического мониторинга на территории Среднего Урала! Маловичко A.A., Дягилев P.A., Шулаков Д.Ю., Бутырин П.Г., Верхоланцев Ф.Г. // Геофизика. №5,2011. С. 8-17.

б) другие издания:

1. Шулаков Д.Ю. Комплексный мониторинг деформационных процессов в подработанном породном массиве // Геология и полезные ископаемые Западного Урала: Материалы региональной конференции. Пермь, 1997. С. 188-189.

2. Мониторинг техногенной сейсмичности на рудниках Верхнекамского месторождения калийных солей / Маловичко A.A., Дягилев P.A., Шулаков Д.Ю. [и др.] // Материалы X Межотраслевого координационного совещания по проблемам геодинамической безопасности. Екатеринбург, 1997. С. 117-122.

3. Шулаков Д.Ю. Вопросы точности локации очагов сейсмических событий при мониторинге с использованием пространственных систем наблюдений // Комплексное освоение недр Западного Урала. Материалы научной сессии Горного института УрО РАН. Пермь, 1998, 158 с. С.101 - 105.

4. Маловичко A.A. Землетрясение в районе Второго Березниковского пруда 9 октября 1997 г. / Маловичко A.A., Кустов А.К., Шулаков Д.Ю. // Горные науки на рубеже XXI века. Материалы Международной конференции 1997 г. Екатеринбург, 1998. С. 165-171.

5. Маловичко A.A. Сейсмический контроль за динамикой развития аварийной ситуации на калийном руднике / Маловичко A.A., Сабиров Р.Х., Шулаков Д.Ю. II Горные науки на рубеже XXI века. Материалы Международной конференции 1997 г. Екатеринбург, 1998. С. 171-176.

6. Маловичко A.A. Региональный прогноз сейсмоопасных зон на горнодобывающих объектах Верхнекамского промышленного района / Маловичко A.A., Дягилев P.A., Шулаков Д.Ю., Мынка Ю.В. // Проблемы геотехнологии и недрове-дения (Мельниковские чтения). Доклады международной конференции. Екатеринбург, 1998. С. 262-270.

7. Маловичко A.A. Мониторинг техногенной сейсмичности на рудниках и шахтах Западного Урала / Маловичко A.A., Дягилев P.A., Шулаков Д.Ю., Кустов А.К. // Горная геофизика. Материалы международной конференции 1998 г. С.Петербург, 1998. С. 147-151.

8. Маловичко A.A. Мониторинг природно-техногенной сейсмичности на территории Верхнекамского региона / Маловичко A.A., Дягилев P.A., Шулаков Д.Ю., Баранов Ю.В. // Проблемы геодинамики, сейсмичности и минерагении подвижных поясов и платформенных областей литосферы. Материалы международной конференции. Екатеринбург, 1998. С. 118-120.

9. Маловичко A.A. Прогнозирование сейсмоопасных зон при сейсмическом мониторинге в рудниках и шахтах Западного Урала / Маловичко A.A., Дягилев P.A., Шулаков Д.Ю., Баранов Ю.В. // Современная сейсмология: достижения и проблемы. Материалы научной конференции. Москва, 1998. С. 33-34.

10. Шулаков Д.Ю. Взаимосвязь процессов сдвижения земной поверхности с сейсмоактивностью подработанного массива / Шулаков Д.Ю., Кустов А.К. // Проблемы геологии Пермского Урала и Приуралья: Материалы региональной научной конференции. Пермь, 1998. С. 174 - 175.

11. Шулаков Д.Ю. Использование двумерных энергетических спектров для повышения точности локации эпицентров сейсмических событий // Проблемы геологии Пермского Урала и Приуралья: Материалы региональной научной конференции. Пермь, 1998. С. 178-179.

12. Шулаков Д.Ю. Комплексный мониторинг крупномасштабной аварийной ситуации на калийном руднике // Геология Западного Урала на пороге XXI века: Материалы региональной научной конференции. Пермь, 1999. С. 257-259.

13. Шулаков Д.Ю. Комплексный анализ данных сейсмологического и маркшейдерского мониторинга // Проблемы горного недроведения и системологии. Материалы научной сессии Горного института УрО РАН. Пермь, 1999. С. 107-110

14. Malovichko A.A. Ground and seismic control of a large scale emergency at a potash mine / Malovichko A.A., Shulakov D.Y., Sabirov R.H. [et al.] [Электронный ресурс] Proceedings of 101st Annual General Meeting of the Canadian Institute of Mining, Metallurgy and Petroleum and CIM Tradex '99. - Calgary, Canada, 1999. - CD-ROM.

15. Шулаков Д.Ю. Совместное использование данных сейсмического и маркшейдерского мониторинга для контроля деформационных процессов в подработанном массиве района // Проблемы безопасности и совершенствования горных работ (Мельниковские чтения). Доклады международной конференции. Пермь, 1999. С. 246-248.

16. Шулаков Д.Ю. Комплексное использование сейсмологических данных и электропрофилирования для мониторинга деформационных процессов в соляном массиве / Шулаков Д.Ю., Кустов А.К., Пронин В.П., Шарифьянова Е.В. // Проблемы безопасности и совершенствования горных работ (Мельниковские чтения). Доклады международной конференции. Пермь, 1999. С. 140-141.

17. Malovichko А.А. Seismic and deformational monitoring for prediction of seismic hazard zone at potash mines / Malovichko A.A., Shulakov D.Y. // XXVII General assembly of the European Seismological Comission (ESC). Book of abstracts and papers. P.87. Lisbon University, Lisbon, Portugal, 2000.

18. Malovichko A. A. Comprehensive monitoring of the large mine-collapse at the Upper Kama potash deposit in Western Ural / Malovichko A.A., Shulakov D.Y., Dya-guilev R.A. [et al.] // Rockbursts and seismicity in mine. Dynamic rock mass response to mining. - The South African institute of mining and metallurgy. Johannesburg, 2000. P. 309-312.

19. Шулаков Д.Ю. Использование данных комплексного мониторинга для выделения геодинамически активных зон Н Материалы научной сессии Горного института УрО РАН по результатам НИР в 1999 г. 10-14 апреля 2000 г. -Пермь: ГИ УрО РАН, 2000. С. 105-107. (151)

20. Маловичко А.А. Мониторинг природной и техногенной сейсмичности на территории Западно-Уральского региона / Маловичко А.А., Дягилев Р.А., Шулаков Д.Ю. и др. // Геофизика и математика. Материалы второй Всероссийской конференции, Пермь, 10-14 декабря 2001 г. / под ред. акад. В.Н.Страхова. Пермь: ГИ УрО РАН, 2001. С. 367-371.

21. Шулаков Д.Ю. Методика прогноза оседаний подработанного массива по данным сейсмологического мониторинга // Материалы научной сессии Горного института УрО РАН по результатам НИР в 2000 г. - Пермь: ГИ УрО РАН, 2001. С. 226-229.

22. Шулаков Д.Ю. Прогнозирование оседаний подработанного массива по данным сейсмологического мониторинга // Вторая Уральская молодежная научная школа по геофизике. Сборник докладов. - Пермь: ГИ УрО РАН, 2001. С. 181-184.

23. Шулаков Д.Ю. Применение геофизических методов к исследованию участка обрушения горной выработки / Шулаков Д.Ю., Веселкова Н.В. // Вопросы теории и практики геологической интерпретации гравитационных, магнитных и

электрических полей. Материалы 29-й сессии Международного семинара им. Д.Г.Успенского - Екатеринбург, УГГГА, 2002. С. 328

24. Шулаков Д.Ю. Корреляционный анализ микросейсмической активности в калийных рудниках и деформаций земной поверхности // Проблемы комплексного мониторинга на месторождениях полезных ископаемых (материалы научной сессии Горного института УрО РАН по результатам НИР в 2001 г.) - Пермь: ГИ УрО РАН, 2002. С.40-42.

25. Шулаков Д.Ю. Выбор оптимальных параметров расчета корреляционной зависимости между .микросейсмической активностью в калийных рудниках и оседаниями земной поверхности // Горное эхо. 2002. №3. - Пермь: ГИ УрО РАН, 2002. С.33-34.

26. Шулаков Д.Ю. Сравнительный анализ временной динамики микросейсмической активности и деформационных процессов в калийном руднике // Моделирование стратегии и процессов освоения георесурсов. Материалы международной конференции и научной сессии. - Пермь: ГИ УрО РАН, 2003. С.290-292.

27. Шулаков Д.Ю. Изучение корреляционной зависимости между микросейсмической активностью и сдвижениями земной поверхности в зависимости от горно-технологических условий // Стратегия и процессы освоения георесурсов. Материалы научной сессии Горного института УрО РАН по результатам НИР в 2003 г. -Пермь: ГИ УрО РАН, 2004. С. 104-106.

28. Маловичко A.A. Сейсмологический мониторинг подземных пространств / Маловичко A.A., Дягилев P.A., Баранов Ю.В., Шулаков Д.Ю. // Кунгурская Ледяная пещера. 300 лет научной и туристической деятельности. Материалы международной научно-практической конференции. Кунгур, 2003. С.324-329.

29. М&ЮВИЧКО Д.А. Оценка геометрических характеристик очагов сейсмических событий в рудниках и на карьерах / Маловичко Д.А., Шулаков Д.Ю. // Восьмая Уральская молодежная научная школа по геофизике: Сборник науч. материалов. - Пермь: ГИ УрО РАН, 2007. С. 148-154.

30. Ма10вичк0 Д.А. Локализация и контроль карстовых процессов в соляном массиве / Маловичко Д.А., Дягилев P.A., Шулаков Д.Ю. и др. // Горное эхо. Вестник Горного института. № 3,2007. С.29-36.

31. Шулаков Д.Ю. Сейсмологический мониторинг процесса образования и развития карстового провала в зоне аварии на БКПРУ-1 // Стратегия и процессы освоения георесурсов. Материалы ежегодной научной сессии Горного института УрО РАН по результатам НИР в 2007 г. - Пермь: ГИ УрО РАН, 2008. С. 158-161.

32. Маловичко Д.А. Технология сейсмологического мониторинга карстовых процессов (на примере рудника БКПРУ-1 Верхнекамского месторождения катанных солей) / Маловичко Д.А., Дягилев P.A., Шулаков Д.Ю., Бутырин П.Г. // Изменение окружающей среды и климата. Природные и связанные с ними техногенные катастрофы. Т.1: Сейсмические процессы и катастрофы. - М.: ИФЗ РАН, 2008. С.237-254.

33. Шулаков Д.Ю. Использование данных сейсмологического мониторинга для прогнозирования динамики развития карстового провала в зоне аварии на БКПРУ-1 // Стратегия и процессы освоения георесурсов. Материалы ежегодной научной сессии Горного института УрО РАН по результатам НИР в 2008 г. -Пермь: Горный институт УрО РАН, 2009. С. 165-167.

34. Shulakov D.Y. Seismic monitoring of large-scale karst processes in a potash mine / Shulakov D.Y., Malovichko D.A., Dyagilev R.A. [et al.] // Controlling seismic

hazard and sustainable development of deep mines. V.2. New York: Rinton Press, 2009. P. 989-1002.

35. Маловичко A.A. Разработка методики выявления карстовых полостей и оценки динамики их развития по данным локального сейсмологического мониторинга / Маловичко А.А., Дягилев Р.А., Шулаков Д.Ю. [и др.] // Региональный конкурс РФФИ-Урал. Результаты научных исследований, полученные за 2007-2009 гг. Сб.статей. 4.2. Пермь: ПНЦ УрОРАН, 2010. С.188-192.

36. Malovichko A. Seismic monitoring of karst processes accompanying flooding of mine at Upper Kama potash deposit / Malovichko A., Dyagilev R., Shulakov D. [et al.] // Proceedings of 32nd General Assambly of European Seismological Society. Montpellier, 2010. P. 61-62.

37. Дягилев P.A. Сейсмический мониторинг карстово-суффозионных процессов / Дягилев Р.А., Шулаков Д.Ю. // Современные методы обработки и интерпретации сейсмологических данных. Материалы Шестой Международной сейсмологической школы. Обнинск: ГС РАН, 2011. С. 148-152.

38. Верхоланцева Т.В. Изучение взаимосвязи микросейсмической активности от отработки продуктивных пластов на Верхнекамском месторождении калийных солей / Верхоланцева Т.В., Шулаков Д.Ю. // VIII Международная научно-практическая конференция молодых специалистов "ГЕОФИЗИКА-2011": Сборник тезисов. - Санкт-Петебург: СПбГУ, 2011. С. 159-162.

Сдано в печать 18.11.2011 г. Формат 60x84/16. Тираж 100 экз.

Отпечатано сектором НТИ ГИ УрОРАН 614007, г. Пермь, ул. Сибирская, 78а

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Шулаков, Денис Юрьевич

Введение.

1. Использование сейсмологических наблюдений для мониторинга геодинамических процессов.

1.1. Системы сейсмологического мониторинга на рудниках и шахтах.

1.1.1. Требования к характеристикам мониторинговых систем.

1.1.2. Цели и задачи сейсмологического мониторинга.

1.2. Деформационные процессы в земной коре и их связь с сейсмичностью.

1.2.1. Способы измерения деформаций.

1.2.2. Связь деформаций с сейсмичностью.

1.2.3. Деформации земной поверхности над шахтными полями.

1.3. Использование сейсмологических наблюдений для выявления и мониторинга развития карстовых полостей.

1.3.1. Сейсмологический мониторинг природных карстовых процессов.

1.3.2. Сейсмологические наблюдения на техногенных карстовых полостях.

Выводы к главе 1.

2. Особенности динамики сейсмической активности в пределах шахтных полей ВКМКС.

2.1. Структура системы сейсмологического мониторинга.

2.2. Регистрационные возможности мониторинговых систем.

2.3. Временная динамика микросейсмической активности.

2.4. Связь микросейсмической активности с горно-техническими условиями.

2.4.1. Связь микросейсмической активности с отработкой продуктивных пластов.

2.4.2. Влияние закладочных работ на выделение сейсмической энергии.

2.4.3. Возраст горных выработок и микросейсмическая активность.

Выводы к главе 2.

3. Совместный анализ сейсмологических и маркшейдерских данных.

3.1. Система мониторинга деформационных процессов на территории ВКМКС.

3.2. Комплексный мониторинг геодинамических процессов в районе зоны обрушении на руднике СКРУ-2.

3.3. Совместный анализ данных сейсмологического и маркшейдерского мониторинга.

3.4. Прогнозирование деформационных процессов на основании данных сейсмологического мониторинга.

3.5. Определение временного запаздывания между динамикой сейсмических и деформационных процессов.

Выводы к главе 3.

4. Сейсмологический мониторинг аварийной ситуации на руднике БКПРУ-1.

4.1. Возникновение аварийной ситуации.

4.2. Развертывание системы сейсмологического мониторинга.

4.3. Характеристики регистрируемых сейсмических событий и особенности их обработки.

4.4. Временная динамика микросейсмической активности.

4.5. Пространственная динамика микросейсмической активности.

Выводы к главе 4.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Сейсмологический мониторинг геодинамических процессов в пределах Верхнекамского месторождения калийных солей"

Актуальность проблемы

С середины 1980-х годов проблема повышенной геодинамической активности приобрела исключительную актуальность для территории Верхнекамского промышленного района. Этот район характеризуется аномально высоким уровнем техногенной нагрузки на недра, связанной с разработкой калийных рудников и месторождений нефти, эксплуатацией многочисленных водозаборов, влиянием Камского водохранилища и т.д. В результате накопившегося в течение последних 30-40 лет совокупного техногенного воздействия разноуровневая разломно-блоковая структура верхней части земной коры была выведена из равновесного состояния. Одним из проявлений данных процессов явились техногенные землетрясения, произошедшие на территории региона в 1993, 1995 и 1997 гг., причем землетрясение, произошедшее 5 января 1995 г., было самым сильным техногенным землетрясением в России (магнитуда ть=4.7) и привело к значительным разрушениям в горных выработках рудника СКРУ-2 (разрушение несущих целиков и обрушение кровли на участке 500x600 м) и оседаниям земной поверхности на 4.5 м (A.A. Маловичко 1997а, 1997е, 19986; Барях, 1997; Красноштейн, 1997).

Интенсивная добыча полезных ископаемых неизбежно приводит к деформациям земной поверхности, которые на стадии активных оседаний могут превышать 400 мм/год (Барях, 1996; Лысков, 2010). Одной из важнейших задач при добыче калийной руды в данных условиях является сохранение целостности водозащитной толщи, так как ее разрушение неизбежно приводит к прорыву надсолевых вод в горные выработки и затоплению рудника. Подобные аварии имели место в 1986 и в 2006 г. на рудниках БКПРУ-3 и БКПРУ-1 соответственно. В последнем случае ситуация усугублялась тем, что на территории шахтного поля располагалась большая часть г. Березники с населением свыше 150 тыс. человек (Барях, 2009а, 20096; Глебов, 2010).

Сейсмологический мониторинг, ведущийся на территории региона с 1995 г., дает большое количество информации как о процессах, связанных с деформированием и разрушением массива пород, непосредственно прилегающего к горным выработкам, так и о сейсмическом режиме Верхнекамского месторождения в целом. При этом накопленный к настоящему времени на Верхнекамском месторождении калийных солей (ВКМКС) опыт позволяет с уверенностью утверждать, что регистрируемые сейсмические события самым тесным образом связаны с геодинамическими процессами, и в первую очередь - с теми из них, которые связаны с техногенным воздействием на недра (Асанов, 2010; Маловичко А.А., 1998в; Маловичко Д.А, 2004).

Идея работы заключается в детальном анализе микросейсмической активности, регистрируемой системами сейсмологического мониторинга и выявление ее взаимосвязи с процессами деформирования и разрушения, протекающими в массивах горных пород, подвергающихся техногенному воздействию.

• анализ динамики горных работ на рудниках Верхнекамского месторождения и сопоставление ее с пространственной и временной изменчивостью микросейсмической активности;

Защищаемые положения:

Научная новизна:

Практическая реализация.

Результаты исследований с 1995 г. активно используются при обработке данных сейсмологических наблюдений на рудниках ВКМКС и, совместно с данными других методов мониторинга, служат основой для корректировки планов закладочных работ на отработанных участках шахтных полей. Программные и методические разработки, созданные для выявления активно развивающегося карста при помощи локальных сейсмических групп, послужили основой для мониторинга в режиме, близком к реальному времени, аварийной ситуации, связанной с затоплением рудника БКПРУ-1.

Обоснованность и достоверность научных положений и выводов обеспечиваются применением современных методов анализа, привлечением обширных фактических материалов по работе рудников и большого объема данных сейсмологического и маркшейдерского мониторинга. Используемый при исследованиях каталог сейсмических событий насчитывает более 10 ООО событий, зафиксированных в процессе 15-летних непрерывных сейсмологических наблюдений на территории рудников ВКМКС. Режимные маркшейдерские наблюдения ведутся в течение всего периода эксплуатации месторождения, при этом сеть измерений включает в себя более 6000 фунтовых и стеновых реперов. Достоверность полученных результатов подтверждается соответствием полученных зависимостей теоретическим представлениям о динамике процессов деформирования и разрушения в породном массиве, а также сходимостью прогнозных значений с натурными измерениями и наблюдениями.

Апробация работы.

Основные положения и результаты диссертации неоднократно докладывались и обсуждались на различных конференциях и совещаниях: на Международном симпозиуме 8РМ-95 «Проблемы безопасности при эксплуатации месторождений полезных ископаемых в зонах градопромышленных агломераций» (Москва, 1995), на ежегодных региональных конференциях Пермского госуниверситета (1995, 1997, 1999), на X Межотраслевом координационном совещании по проблемам геодинамической безопасности (Екатеринбург, 1997), на Международной конференции «Горные науки на рубеже XXI века» (Екатеринбург, 1997), на 5-м (Йоханнесбург, 2001) и 7-м (Далянь, 2009) Международных симпозиумах по горным ударам и сейсмичности в рудниках, на научных сессиях Горного института УрО РАН (1998 - 2010), на Международной конференции «Проблемы геотехнологии и недроведения»

Екатеринбург, 1998), на Международной конференции «Горная геофизика 98» (Санкт-Петербург, 1998), на Международной конференции «Проблемы геодинамики, сейсмичности и минерагении подвижных поясов и платформенных областей литосферы» (Екатеринбург, 1998), на 101-й ежегодной конференции Канадского института горного дела, металлургии и нефти (Калгари, 1999), на XXVII (Лиссабон, 2000), XXIX (Потсдам, 2004) и XXXII (Монпелье, 2010) Генеральных ассамблеях Европейского сейсмологического сообщества, на I Всероссийском совещании «Мониторинг геологической среды на объектах горнодобывающей промышленности» (Березники, 1999), на Международной конференции «Проблемы безопасности и совершенствования горных работ» (Москва - Санкт-Петербург, 1999), на Международной конференции «Моделирование стратегии процессов освоения георесурсов» (Волгоград-Пермь, 2001), на 2-й Всероссийской конференции «Геофизика и математика», (Пермь, 2001), на 29-й сессии Международного семинара им. Д.Г.Успенского, (Екатеринбург, 2002), на 6-й Международной сейсмологической школе (Апатиты, 2011).

Исследования по теме диссертации были поддержаны и частично финансировались за счет грантов РФФИ № 02-05-96410 «Влияние крупных промышленных взрывов на устойчивость ответственных сооружений и объектов в зонах повышенной сейсмической и геодинамической активности», №04-05-96048 «Использование механизмов сейсмических событий на калийных рудниках для изучения состояния подработанного массива» и № 0705-97624 «Разработка методики выявления карстовых полостей и оценки динамики их развития по данным локального сейсмологического мониторинга».

Структура и объем работы.

Работа состоит из четырех глав, введения и заключения.

Четвертая глава посвящена вопросам использования сейсмологических наблюдений для мониторинга аварийной ситуации, связанной с затоплением рудника БКПРУ-1. Рассмотрены особенности сейсмических сигналов, формирующихся при активном росте карстовой полости, характеристики пространственной и временной динамики микросейсмической активности. Доказана эффективность использования микросейсмического мониторинга для оперативного прогнозирования развития карстового провала.

За творческое общение и дискуссии по отдельным вопросам автор признателен доктору технических наук A.A. Баряху, кандидату технических наук В.Н. Токсарову, кандидатам физ.-мат. наук P.A. Дягилеву и Д.А. Маловичко. Большую помощь в получении и обработке инструментальных данных оказали сотрудники ГИ УрО РАН Ю.В. Варлашова, Т.В. Верхоланцева, A.JI. Сахарный, П.Г. Бутырин.

Заключение Диссертация по теме "Геомеханика, разрушение пород взрывом, рудничная аэрогазодинамика и горная теплофизика", Шулаков, Денис Юрьевич

Выводы и главе 4

Установлено, что активное развитие карстовой полости в соляном массиве сопровождается генерацией большого количества сейсмических событий с энергией от единиц Дж до десятков кДж. При этом выделяется два основных типа событий - связанные с процессами разрушения в консолидированных породах и с осыпаниями в рыхлых грунтах. Разработаны и программно реализованы алгоритмы, позволяющие определять координаты эпицентров событий обоих типов в условиях сильной вертикальной неоднородности скоростных свойств разреза.

На основании анализа данных детального сейсмологического мониторинга и пространственной и временной динамики развития карстовой полости доказана возможность использования информации о микросейсмической активности (а именно - о событиях «глубинного» типа, происходящих в консолидированных породах) для прогнозирования развития провальной воронки. Установлено, что пространственная миграция эпицентров микросейсмических событий примерно на месяц опережает рост контура воронки в том же направлении.

Описанные в данной главе подходы и полученные корреляционные зависимости являются основой 3-го защищаемого положения: методики оперативного контроля активно развивающегося соляного карста, базирующейся на наземно-скважинных системах детального сейсмического мониторинга и позволяющей осуществлять прогнозирование во времени и в пространстве характера развития карстового процесса.

Заключение

Основные научные и практические результаты диссертационной работы сводятся к следующему:

• разработана методика, позволяющая оценить влияние горнотехнических факторов (отработанные продуктивные пласты, наличие закладки отработанного пространства, возраст горных выработок) на сейсмический режим в рудниках ВКМКС;

• во временной динамике микросейсмической активности в горных выработках выявлены стадии, соответствующие изменению геомеханического состояния подработанного породного массива;

• установлены количественные характеристики пространственного и временного режима микросейсмической активности в пределах подработанных участков шахтных полей ВКМКС, основывающиеся на учете конкретных горнотехнических условий и обеспечивающие оценку периода сохранения устойчивости кровли горных выработок;

• разработана методика прогнозирования оседаний земной поверхности в пределах подработанных участков шахтных полей, базирующаяся на использовании данных долговременного высокоразрешающего сейсмологического мониторинга процессов деформирования и разрушения в массиве горных пород;

• разработаны и интегрированы в систему обработки сейсмологических данных алгоритмы локации микросейсмических событий в слабо консолидированных породах;

• предложена методика оперативного контроля активно развивающегося соляного карста, базирующаяся на наземно-скважинных системах детального сейсмического мониторинга и позволяющая осуществлять прогнозирование во времени и в пространстве характера развития карстового процесса.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Шулаков, Денис Юрьевич, Пермь

1. Андрейчук В.Н. Провалы над гипсовыми пещерами-лабиринтами и оценка устойчивости закарстованных территорий / В.Н. Андрейчук. Черновцы: Прут, 1999. 52 с.

2. Анцыферов М.С. Сейсмоакустические исследования и проблема прогноза динамических явлений / Анцыферов М.С., Анцыферова Н.Г., Каган Я.Я. М: Наука, 1971. - 136 с.

3. Артюшков Е.В. Физическая тектоника / Е.В. Артюшков. М.: Наука, 1993.-456 с.

4. Асанов В.А. Изучение особенностей деформирования соляных пород при длительном нагружении / В.А. Асанов, И.Л. Паньков // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2010, №1. М.: МГГУ. С. 105-109.

5. Барях A.A. Горнотехнические аварии: затопление Первого Березни-ковского калийного рудника / A.A. Барях, А.Е. Красноштейн, И.А. Санфиров // Вестник Пермского научного центра УрО РАН. №2,2009а. Пермь, 2009. С. 40-49.

6. Барях A.A. Деформирование соляных пород / A.A. Барях, С.А. Константинова, В.А. Асанов Екатеринбург: Изд-во УрО РАН, 1996. - 203 с.

7. Барях А. А Контроль за развитием аварийных ситуаций на калийных рудниках / A.A. Барях, И.А. Санфиров, H.A. Еремина и др. // Горный вестник, №6, 1997.-с. 91-101.

8. Барях A.A. Физико-механические свойства соляных пород Верхнекамского калийного месторождения: учеб. пособие / A.A. Барях, В.А. Асанов, И.Л. Паньков Пермь: ПГТУ, 2008. - 199 с.

9. Блинова Т.С. Прогноз геодинамически неустойчивых зон. Екатеринбург: УрО РАН, 2003. 163 с.

10. Буланже Ю.Д. Современные движения земной коры на геодинамических полигонах / Ю.Д. Буланже. М.: Радио и связь, 1973. 285 с.

11. Буланже Ю.Д. Комплексные геодинамические полигоны: методика и результаты исследований / Ю.Д. Буланже, Д.А. Лилиенберг. М.: "Наука", 1984-143 с.

12. Вознесенский A.C. Системы контроля геомеханических процессов. Учебное пособие. М.: Изд-во МГГУ, 1994. 147 с.

13. Глебов C.B. Авария на руднике БКПРУ-1 ОАО «Уралкалий» в гидрогеологическом аспекте / C.B. Глебов, В.И. Трофимов // Горное эхо. 2010. №3 (41). Пермь: ГИ УрО РАН, 2010. С.30-39.

14. Грачев А.Ф. О связи кривизн современных деформаций земной коры Паннонского бассейна с сейсмичностью / Грачев А.Ф., Калашникова И.В., Лапушонок И.Л., Магницкий В.А. // Физика Земли. 1989. №9. С. 3-8.

15. Грачев А.Ф. Современные движения земной коры и сейсмичность / Грачев А.Ф., Калашникова И.В., Магницкий В.А. // Физика Земли. 1990. №11. С. 3-12.

16. Дягилев P.A. Сейсмологический прогноз на рудниках и шахтах Западного Урала : дисс. . канд. физ.-мат. наук : 25.00.10 / Руслан Андреевич Дягилев; Москва, ИФЗ РАН М., 2002. - 180 с.

17. Еременко A.A. Разработка железорудных месторождений в зонах повышенной сейсмической активности / Еременко A.A., Курленя М.В. // ФТПРПИ, №2, 1990. с. 3-11.

18. Информационное сообщение оперативного штаба при комиссии по чрезвычайным ситуациям Пермского края Электронный ресурс. / Режим доступа: http.7/www.uralkali.com/ru/presscenter/companynews/item328/ , свободный. Загл. с экрана.

19. Исследование проявления горного давления на калийных рудниках / Карманов И.А. и др. // Методы определения размера опорных целиков и потолочин. М., 1962.

20. Капустян Н.К. Сейсмический мониторинг воздействий техногенных вибраций на земную кору: дисс. . доктора физ.-мат. наук : 25.00.10 / Капустян Наталья Константиновна; Москва, ИФЗ РАН М., 2002. - 355 с.

21. Касахара К. Механика землетрясений / К. Касахара. М.: Мир, 1985. 214 с.

22. Кафтан В. И. Геодезические методы решения геодинамических задач (современные движения земной коры) / Кафтан В.И., Серебрякова Л.И. // Геодезия и аэросъемка, т. 28 (Итоги науки и техники. ВИНИТИ АН СССР), М., 1990.

23. Исследование проявления горного давления на калийных рудниках / Карманов И.А. и др. // Методы определения размера опорных целиков и потолочин. М., 1962.

24. Капустян Н.К. Сейсмический мониторинг воздействий техногенных вибраций на земную кору: дисс. . доктора физ.-мат. наук : 25.00.10 / Капустян Наталья Константиновна; Москва, ИФЗ РАН М., 2002. - 355 с.

25. Касахара К. Механика землетрясений / К. Касахара. М.: Мир, 1985. 214 с.

26. Кафтан В. И. Геодезические методы решения reo динамических задач (современные движения земной коры) / Кафтан В.И., Серебрякова Л.И. // Геодезия и аэросъемка, т. 28 (Итоги науки и техники. ВИНИТИ АН СССР), М., 1990.

27. Козырев A.A. Сейсмический мониторинг на карьере рудника железный ОАО «Ковдорский ГОК» / Козырев A.A., Каган М.М. // Комплексные геолого-геофизические модели древних щитов. Материалы Всероссийской конференции. Апатиты: КНЦ РАН, 2008. - с.87-91.

28. Колмогоров В.Г. Современная кинематика земной поверхности юга Сибири / В.Г.Колмогоров, П.П.Колмогорова; СО АН СССР. Институт геологии и геофизики. Новосибирск : Наука, 1990. - 152 с.

29. Кононенко И.И., Современная геодинамика Урала / Кононенко И.И., Халевин Н.И. и др. Свердловск, 1990. 92 с.

30. Контроль за развитием аварийных ситуаций на калийных рудниках / A.A. Барях и др. // Горный вестник. 1997. - №6. - С. 91-101.

31. Красноштейн А.Е. Березники: риски и реалии / А.Е.Красноштейн, А.А.Барях, И.А. Санфиров // Геориск М.: ОАО ПНИИИС - декабрь 2007. С. 4-6.

32. Кудряшов А.И. Верхнекамское месторождение солей / А.И. Кудря-шов Пермь: ГИ УрО РАН, 2001 - 429 с.

33. Кузьмин Ю.О. Механизм формирования аномальных деформационных процессов в период подготовки и реализации Ашхабадского землетрясения 1948 года // Вестник ОГГГГН РАН. №2(4). Т.98. М.: ОИФЗ РАН. 1998. С.135-152.

34. Кузьмин Ю.О. Современная геодинамика и оценка геодинамического риска при недропользовании. М.: Агентство Экономических Новостей. 1999. 220 с.

35. Кузьмин Ю.О. Современная аномальная геодинамика недр, индуцированная малыми природно-техногенными воздействиями // Горный информационно-аналитический бюллетень, 2002, №9. М.: МГТУ. С. 48-55.

36. Кузьмин Ю.О. Современная геодинамика разломных зон // Физика Земли, 2004, №10. С. 95-111.

37. Кузьмин Ю.О. Механизм формирования аномальных деформационных процессов в период подготовки Камчатского землетрясения 2 марта 1992 г. / Кузьмин Ю.О., Чуриков В.А. // Вулканология и сейсмология. 1998. №6. С. 37-50.

38. Лаптев Б.В. Предотвращение газодинамических явлений на калийных рудниках / Лаптев Б.В. М.: Недра, 1994. 142 с.

39. Макаров А.Б. Практическая геомеханика. Пособие для горных инженеров / А.Б. Макаров М.: Горная книга, 2006 - 391 с.

40. Маловичко A.A. Автоматизированный мониторинг деформационных процессов в подработанном массиве на калийном руднике / A.A. Маловичко, Р.Х. Сабиров // Горный вестник. 1998а. - №1 - С. 62-65.

41. Маловичко A.A. Березниковское землетрясение 25 октября 1993 г. / A.A. Маловичко, А.Ю. Лебедев // Проблемы безопасности при эксплуатации месторождений полезных ископаемых в зонах градопромышленных агломераций. Екатеринбург, 1997а. С. 295-307.

42. Маловичко A.A. Землетрясение в районе второго Березниковского пруда 9 октября 1997 г. / A.A. Маловичко, А.К. Кустов, Д.Ю. Шулаков // Горные науки на рубеже XXI века. Материалы международной конференции. Екатеринбург: УрО РАН, 19986. С. 165-171.

43. Маловичко A.A. Кинематическая интерпретация данных цифровой сейсморазведки в условиях вертикально-неоднородных сред / A.A. Маловичко Свердловск: УрО РАН СССР, 1990. 270 с.

44. Маловичко A.A. Мониторинг техногенной сейсмичности на рудниках и шахтах Западного Урала / А.А.Маловичко, Р.А.Дягилев, Д.Ю.Шулаков, А.К.Кустов // Горная геофизика. Материалы международной конференции 1998 г. Санкт-Петербург 1998г. С. 147-151.

45. Маловичко A.A. Четырехуровневая система сейсмического мониторинга на территории Среднего Урала / Маловичко A.A., Дягилев P.A., Шулаков Д.Ю. и др. // Геофизика. №5, 2011. С. 8-17.

46. Маловичко Д.А. Изучение механизмов сейсмических событий в рудниках Верхнекамского месторождения калийных солей : дисс. . канд. физ.-мат. наук : 25.00.10 / Дмитрий Алексеевич Маловичко; Москва, ИФЗ РАН-М., 2004.-178 с.

47. Маловичко Д.А. Локализация и контроль карстовых процессов в соляном массиве / Маловичко Д.А и др. // Горное эхо Пермь: ГИ УрО РАН.2007. № 3 (29) - С.29-36.

48. Маловичко Д.А. Локальные сейсмологические наблюдения за карстовыми процессами / Маловичко Д.А., Кадебская О.И., Шулаков Д.Ю., Бу-тырин П.Г. // Физика Земли, 2010, №1. С. 62-79.

49. Малышев Ю.Н. Техногенная геодинамика. Книга 1. / Малышев Ю.Н., Сагалович О.И., Лисуренко A.B. М.: Недра, 1996. 430 с.

50. Мансуров В.А. Локальная сеть микросейсмического контроля обрушений на стадии доработки Жезказганских рудников / Мансуров В.А., Ca -тов М.Ж., Юн. Р.Б. и др. // Горная геофизика-98. Материалы международной конференции. СПб.: ВНИМИ, 1998. С. 156-159.

51. Микулин Е.И. Прогноз и предотвращение горных ударов на Североуральских бокситовых меторождениях / Е.И.Микулин, В.Г.Селивоник, П.Ф.Матвеев и др. Североуральск:Север, 1995. - 75 с.

52. Мулев С.Н. Микросейсмический мониторинг рудников «Октябрьский» и «Таймырский» Норильского ГМК / Мулев С.Н., Лопатков Д.Г., Яковлев В.А. // Сб. науч. тр. ВНИМИ. СПб: ВНИМИ, 1995. - с. 111-118.

53. Опарин В.Н. О кинематической связи между сдвижением породных толщ и миграцией индуцированных сейсмособытий при отработке пластовых рудных залежей / Опарин В.Н., Востриков В.И., Жилкина Н.Ф. и др. // Физическая мезомеханика, №9(1), 2006 г. С. 15-21.

54. Панжин A.A. Наблюдение за сдвижением земной поверхности на горных предприятиях с использованием GPS / A.A. Панжин, 2000. Электронный ресурс. / Режим доступа:http://www.igd.uran.ru/geomech/articles/paa 006/index.htm, свободный. Загл. с экрана.

55. Прогноз и предотвращение горных ударов на рудниках / Под ред. И.М.Петухова, А.М.Ильина, К.Н.Трубецкого. М.: Изд-во АГН, 1997. - 376 с.

56. Рихтер Ч.Ф. Элементарная сейсмология / Рихтер Ч.Ф. М.: Издательство иностранной литературы, 1963. 670 с.

57. Садовский М.А. Сейсмический процесс в блоковой среде / Садовский М.А., Писаренко В.Ф. М.: Наука, 1991. - 96 с.

58. Саваренский Е.Ф. Элементы сейсмологии и сейсмометрии / Е.Ф. Саваренский, Д.П. Кирнос. М.-Л.: ГИТТЛ, 1949. 343 с.

59. Сейсмичность при горных работах / Н.Н.Мельников, А.А.Козырев, В.И.Панин и др. Апатиты: Изд-во КНЦ РАН, 2002. - 325 с.

60. Старков Л .И. Развитие механизированной разработки калийных руд / Л.И. Старков, А.Н. Земсков, П.И. Кондрашев. Пермь: Изд-во Перм. гос. техн. ун-та, 2007 - 522 с.

61. Тяпкин К. Ф. О физической природе годичной компоненты современных вертикальных движения земной коры, устанавливаемой по данным повторных нивелировок / Тяпкин К. Ф., Бондарук А. Г. // Современные движения земной коры, 1981 г., №2. С. 23-26.

62. Указания по защите рудников от затопления и охране подрабатываемых объектов в условиях Верхнекамского месторождения калийных солей / сост. Б .А. Крайнев и др.. СПб., 2008. - 95 с.

63. Уломов В.И. Динамика земной коры Средней Азии и прогноз землетрясений. / В.И. Уломов. Ташкент: ФАН. 1974. 218 с.

64. Уломов В.И. О роли горизонтальных тектонических движений в сейсмогеодинамике и прогнозе сейсмической опасности / В.И. Уломов // Физика Земли. 2004. № 9. С. 14-30.

65. Шиман М.И. Предотвращение затопления калийных рудников / М.И. Шиман. М.: Недра, 1992. 176 с.

66. Шокин Ю.П. Анализ причин затопления калийных рудников ГДР и ФРГ подземными водами и рассолами / Ю.П. Шокин. Труды, Вып. 51. Л.: ВНИИГ, 1969. С. 23-40.

67. Шулаков Д.Ю. Комплексный анализ данных сейсмологического и маркшейдерского мониторинга / Д.Ю. Шулаков // Проблемы горного недро-ведения и системологии. Материалы научной сессии Горного института УрО РАН. Пермь: ГИ УрО РАН, 1999. С. 107-110

68. Шулаков Д.Ю. Методика прогноза оседаний подработанного массива по данным сейсмологического мониторинга / Д.Ю.Шулаков // Материалы научной сессии Горного института УрО РАН по результатам НИР в 2000 г. -Пермь: ГИ УрО РАН, 2001. С. 226-229.

69. Шулаков Д.Ю. Прогнозирование оседаний подработанного массива по данным сейсмологического мониторинга // Вторая Уральская молодежная научная школа по геофизике. Сборник докладов. Пермь: ГИ УрО РАН, 2001. С. 181-184.

70. Юн Р.Б. Характер обрушений налегающей толщи при повторной разработке Жезказганского месторождения / Юн Р.Б., Макаров А.Б., Зайцев О.Н. и др. // Горный журнал. № 11-12. 1996 г. С. 60-67.

71. Ahorner L. Ein untertagiges Uberwachungssystem im Kalibergwerk Hattorf zur Langzeiterfassung von seismischen Ereignissen im Werra-Kaligebiet. / L. Ahorner, H.-G. Sobisch // Kali und Steinsalz, Band 10, Heft 2, 1988. P. 38-49.

72. Amidzic D. Energy-moment relation and its application // Rockbursts and Seismicity in Mines. Dynamic rock mass response to mining. G. van Aswegen, R.J.Durrheim & W.D.Ortlepp (ed.). SAIMM, Johannesburg, 2001. P. 509-513.

73. Baker Т. Real-time Earthquake Location Using Kirchhoff Reconstruction / Teresa Baker, Robert Granat, Robert W. Clayton // Bulletin of the Seismological Society of America; April 2005; v. 95; no. 2; p. 699-707

74. Bell F.G. Salt and subsidence in Cheshire, England / F.G. Bell // Engineering Geology 9 (1975), 237-247.

75. Bormann P. IASPEI new manual of seismological observatory practice / Bormann P. Potsdam: Geo-ForschungsZentrum, 2002.

76. Carnec C. Three years of mining subsidence monitored by SAR interfer-ometry, near Gardanne, France / C. Carnec, C. Delacourt // Journal of Applied Geophysics, 43 (2000). P. 43-54

77. Change Detection of the Mt. Iwate and Shizukuishi. Электронный ресурс. / Режим доступа: ftp://ftp.eorc.jaxa.jp/cdroms/EORC-036/eve/e004.pdf, свободный. Загл. с экрана.

78. Chen Y. A multi-antenna GPS system for local area deformation monitoring / Y. Chen, X. Ding, D. Huang, J. Zhu // Earth Planets Space, 52, 2000. p. 873-876

79. Chilingarian G.V. Subsidence due to fluid withdrawal / Chilingarian G.V., Donaldson E.C., Yen T.F. // International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences and Geomechanics, Abstracts 33(3), 110A-110A(1), 1996

80. Churikov V.A. Relation between deformation and seismicity in the active fault zone of Kamchatka, Russia / Churikov V.A., Kuzmin Yu.O. // Geophys. J. Int. 1998. №133. P. 607-614.

81. Contrucci I. Multi-parameter monitoring of a solution mining cavern collapse: First insight of precursors / Contrucci I., Klein E., Cao N., Daupley X., Bigarre P. // C. R. Geoscience 343 (2011) pp. 1-10

82. Cote M. Seismic and numerical modelling decision-making at McWat-ters' Sigma mine / M. Cote, C. Mitchelson, J.M. Alcott // Rockbursts and seismici-ty in mines. G. van Aswegen, R.J.Durrheim and W.D.Ortlepp (ed.). SAIMM, Johannesburg, 2001. P. 427-431.

83. Couffin S. Permanent real time microseismic monitoring of abandoned mines for public safety. Fields measurements. / S.Couffin, P.Bigarre,, M. Bennani, J.P.Josien, // Geomechanics (Ed. Myrvoll), 2003, pp. 437^44.

84. Dechelette O. Seismo-acoustic monitoring in an operational longwall face with a high rate of advance / O. Dechelette, J.P. Josien, R. Revalor // Rock-bursts and seismicity in mines. N.C.Gay & E.H.Wainwright (eds.). Johannesburg, 1984.-P. 83-87.

85. Domanski B. Comparison of source parameters of seismic events at Polish coal and copper mines // Rockbursts and seismicity in mines. S.J.Gibowicz & S.Lasocki (eds.). A.A.Balkema. Rotterdam. Brookfield, 1997. P. 101-105.

86. Dunlop R. Controlling induced seismicity at El Teniente mine: the Sub-sector case history / R. Dunlop, S. Gaete // Rockbursts and seismicity in mines. S.J.Gibowicz & S.Lasocki (eds.). A.A.Balkema. Rotterdam. Brookfield, 1997. P. 233-236.

87. Dunlop R. An estimation of induced seismicity related to a caving method / R. Dunlop, S. Gaete // Rockbursts and seismicity in mines. G. van Aswegen, RJ.Durrheim and W.D.Ortlepp (ed.). SAIMM, Johannesburg, 2001a. P. 281-285.

88. Fernandez L.M. Seismological network of the South African Geological Survey / L.M. Fernandez, A.J. McDonald // Rockbursts and seismicity in mines. N.C.Gay &E.H.Wainwright (eds.). Johannesburg, 1984. P. 333-335.

89. Ge L. Differential radar interferometry for mine subsidence monitoring / L. Ge, H.C. Chang, L. Qin et al. //11th Int. Symp. on Deformation measurements, Santorini, Greece, 2003. P. 173-182.

90. Gendzwill D. Ground control and seismicity at International Minerals and Chemical (Canada) Global limited / Don Gendzwill, John Unrau // CIM Bulletin. 1996. Vol. 89, № 1000. P. 52-61.

91. Gibowicz S.J. An introduction to mining seismology / Gibowicz S.J., Kijko A. San Diego: Academic Press Inc., 1994. 400 p.

92. Gutenberg B. Magnitude and energy of earthquakes / Gutenberg В., Richter C.F. // Ann. Geofis., v. 9,1956. pp. 1-15.

93. Hanekom J.W.L. Correlating actual seismic activity and elastic code computer simulation // Rockbursts and seismicity in mines. G. van Aswegen, RJ.Durrheim and W.D.Ortlepp (ed.). SAIMM, Johannesburg, 2001. P. 301-308.

94. Hanks T.C. A moment magnitude scale / Hanks T.C., Kanamori H. // Journal of Geophysical Research, v. 84, 1979. pp. 2348-2350.

95. Hardy H.R. Jr. A study to monitor microseismic activity to detect sinkholes / Hardy H.R. Jr., Belesky R.M., Mrugala M. et al. // Pennsylvania State Univ., Dept. of Mineral Engineering. Final Report. 1986. 202 p.

96. Hasegawa H.S. Induced seismicity in mines in Canada An overview / Hasegawa H.S., Wetmiller R.J., Gendzwill D.J. // Pure and Applied Geophysics, v.129, 1989. P. 423-453.

97. Holub K. Space and time variations of the frequency-energy relation for mining induced seismicity // Proceedings and activity report 1992-1994 of XXIV ESC General Assembly. Athens, Vol. Ill, 1994. P. 1286-1287.

98. Hudyma M.R. Quantifying seismic hazard using neural networks / M.R. Hudyma, P.A. Mikula // Rockbursts and seismicity in mines. G. van Aswegen, R.J.Durrheim and W.D.Ortlepp (ed.). SAIMM, Johannesburg, 2001. P. 551-555.

99. Johnson K.S. Subsidence hazards due to evaporite dissolution in the United States / K.S. Johnson // Environmental Geology 48 (2005), 395-409.

100. Joswig M. Second Stuttgart Summer School on Nanoseismic Monitoring, Course tutorial and SparseNet software, 2005 Электронный ресурс. / Режимдоступа: http://www.geophvs.unistuttgart.de/sss05.html , свободный. Загл. с экрана.

101. Kanamori Н. The energy release in great earthquakes // Journal of Geophysical Research, v. 82 (20), 1977. pp. 2981-2987.

102. Kanamori H. Theoretical basis of some empirical relations in seismology / Kanamori H., Anderson D.L. // Bulletin of the Seismological Society of America, v. 65(5), 1975. pp. 1073-1095.

103. Kim B. Local deformation monitoring using GPS in an open pit mine: initial study / D. Kim, R. Langley, J. Bond, A. Chrzanowski // GPS Solutions. 2008, Volume 7, Number 3, p. 176-185

104. Krishnamurty R. Rockburst hazards in Kolar gold fields / Krishnamurty R., Sringarputale S.B. // Rockbursts and seismicity in mines. C.Fairhurst (ed.). A.A.Balkema. Rotterdam. Brookfield, 1990. P. 411-420.

105. Kuzmin J.O. The mechanism of anomalous deformation processes during the period of preparation and realization of Ashgabad earthquake of 1948. / J.O. Kuzmin // Calendar of RSA OGGGGN No 2,1998, pp. 135-152.

106. Land L. Anthropogenic sinkholes in the Delaware Basin Region: West Texas and southeastern New Mexico // West Texas Geological Society Bulletin, v. 48 (2009), p. 10-22

107. Lasocki S. A new method to estimate directional character of mining-induced seismicity: application to the data from Wujek coal mine, Poland / S. Lasocki, S. Weglarczyk, S.J. Gibowicz // Rockbursts and seismicity in mines.

108. S.J.Gibowicz & S.Lasocki (ed.). A.A.Balkema. Rotterdam. Brookfield, 1997. P. 207-211.

109. Marcak H. The structure of seismic events obtained from Polish deep mines // Rockbursts and seismicity in mines. S.J.Gibowicz & S.Lasocki (ed.). A.A.Balkema. Rotterdam. Brookfield, 1997. P. 107-109.

110. Mendecki A.J. Seismic Monitoring in Mines.Chapman and Hall, London, UK, 1997.

111. Mendecki A.J. Routine Seismic Monitoring in Mines / Mendecki A.J., Lynch R.A., Malovichko D.A. ISS International Ltd., 2007.

112. Mercerat E.D. Induced Seismicity Monitoring of an Underground Salt Cavern Prone to Collapse / Mercerat E.D., Driad-Lebeau L., Bernard P. // Pure Appl. Geophys. 167 (2010), pp. 5-25

113. Murphy S.K. An evaluation of the effect of extensive backfilling on seismicity in longwall mining // Rockbursts and seismicity in mines. G. van Aswe-gen, R.J.Durrheim and W.D.Ortlepp (ed.). SAIMM, Johannesburg, 2001. P. 229235.

114. Mutke G. Seismicity in Upper Selezian Coal Basin, Poland: Strong regional seismic events / G. Mutke, K. Stec // Rockbursts and seismicity in mines. S.J.Gibowicz & S.Lasocki (ed.). A.A.Balkema. Rotterdam. Brookfield, 1997. P. 213-217.

115. Prugger A.F. Results of microseismic monitoring at the Cory mine, 19811984 / A.F. Prugger, D.J. Gendzwill // Rockbursts and seismicity in mines. C.Fairhurst (ed.). A.A.Balkema. Rotterdam. Brookfield, 1990. P. 215-219.

116. Stecchi F. Risk assessment of subsiding areas in the city of Tuzla (BiH) / F. Stecchi, F. Mancini, M. Antonellini, G. Gabbianelli // Geophysical Research Abstracts. Vol. 10, EGU2008-A-01833, 2008

117. Peterson J. Observation and modeling of seismic background noise / Peterson J. U.S. Department of Interior, Geological Survey. Open-File Report 93322. 1993. 91 p.

118. Plouffe M. The Sudbury local telemetered seismograph network / M. Plouffe, M.G. Cajka, R.J. Wetmiller, M.D. Andrew // Rockbursts and seismicity in mines. C.Fairhurst (ed.). A.A.Balkema. Rotterdam. Brookfield, 1990. P. 221-226.

119. Poplavski R.F. Seismic parameters and rockburst hazard at Mt Charlotte mine // Int. J. Rock Mech. Min. Sci. Vol.34. №8, 1997. P. 1213-1228.

120. Rosen, P. Synthetic aperture radar interferometry / P. Rosen, S. Hensley, I. Joughin et al., // IEEE Proc., vol. 88, № 3, 2000, pp. 333-382.

121. Sato K. Source mechanism of a scale gas outburst at Sunagawa coal mine in Japan / Sato K., Fujii Y. // PAGEOPH, Vol. 129, Nos. 3/4. 1989. P. 325-343.

122. Seismicity, deformation and seismic hazard in the western rift of Corinth: New insights from the Corinth Rift Laboratory (CRL) / P. Bernard, H. Lyon-Caen, P. Briole et al. // Tectonophysics, 426 (2006). P. 7-30

123. Shulakov D.Y. Seismic monitoring of large-scale karst processes in a potash mine / D.Y. Shulakov et al. // Controlling seismic hazard and sustainable development of deep mines. V.2. New York: Rinton Press, 2009. P. 989-1002.

124. Steablay B.J. Innovative microseismic rockburst monitoring system / B.J. Steablay, B.T. Brady, T.J. Swendseid // Rockbursts and seismicity in mines. C.Fairhurst (ed.). A.A.Balkema. Rotterdam. Brookfield, 1990. P. 259-262.

125. Talebi S. Monitoring seismicity in some mining camps of Ontario and Quebec / S. Talebi, P. Mottahed, C.J. Pritchard // Rockbursts and seismicity in mines. S.J.Gibowicz & S.Lasocki (ed.). A.A.Balkema. Rotterdam. Brookfield, 1997.-P. 117-120.

126. Walker R. Surface expression of thrust faulting in eastern Iran: source parameters and surface deformation of the 1978 Tabas and 1968 Ferdows earthquake sequences / R. Walker, J. Jackson, C. Baker // Geophys. J. Int. 2003. 152. P.749-765

127. Will M. Monitoring of seismic events during longwall retreat operations in German coal mines // Rockbursts and seismicity in mines. N.C.Gay &E.H.Wainwright (eds.). Johannesburg, 1984. P. 75-78.

128. Yaokun Wu. Prevention rockbursts in coal mines in China / Yaokun Wu, Wanbin Zhang // Rockbursts and seismicity in mines. S.J.Gibowicz & S.Lasocki (ed.). A.A.Balkema. Rotterdam. Brookfield, 1997. P. 361-365.

129. Yuong R.P. Analysis of mining induced microseismic events at Strath-cona mine, Sudbury, Canada / R.P. Yuong, S. Talebi, D.A. Hutchins, T.I. Urbancic // PAGEOPH, Vol. 129, Nos. 3/4. 1989. P. 455-474.

130. Zhao Shaorong. Aseismic fault movement before the 1976 earthquake detected by leveling: implications for pre-seismic stress localization? / Shaorong Zhao, Shuzo Takemoto // Geophys. J. Int. 1999. №136. P. 68-82.

Информация о работе

Шулаков, Денис Юрьевич
кандидата технических наук
Пермь, 2011
ВАК 25.00.20

Диссертация

Сейсмологический мониторинг геодинамических процессов в пределах Верхнекамского месторождения калийных солей - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы