ПРИМЕНЕНИЕ РАЗНОУРОВЕННЫХ ПОВЕРХНОСТНЫХ И ШАХТНЫХ СЕЙСМОАКУСТИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ НА УЧАСТКАХ УСКОРЕННЫХ ОСЕДАНИЙ ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ

Аннотация

Основополагающим условием безопасной эксплуатации месторождений калийных солей является сохранность водозащитной толщи (ВЗТ) в качестве надёжного барьера проникновению подземных и наземных вод в горные выработки. Контроль состояния ВЗТ строится на периодических инструментальных измерениях величин оседаний земной поверхности по сети маркшейдерских профильных линий над шахтными полями рудников. Потенциально опасными для целостности ВЗТ являются выявленные участки ускоренных оседаний. Прогнозные оценки развития негативных процессов в пределах данных участков при фактических условиях ведения горных работ базируются на геомеханических расчётах. При этом для адаптации расчётных геомеханических моделей трансформации породного массива к реальной горно-геологической обстановке используются данные малоглубинных сейсморазведочных исследований [1]. Точность задания расчётных схем математического моделирования, учитывающих влияние очистных работ на деформирование пород под нагрузкой, зависит от детальности исходной физико-геологической модели разреза, включая инженерно-геологический интервал. Максимально детальная сейсмогеологическая информация об изменениях в свойствах горных пород на «проблемных» участках шахтных полей возможна при организации комплекса многоуровневых и разночастотных сейсмических исследований, проводимых на земной поверхности и из горных выработок. Для этого применяются соответствующие системы регистрации, построенные на интерференционных системах сбора сейсмоакустических данных и обеспечивающие необходимую разрешающую способность [2]. Разноуровенные модели реальных сред согласуют по эффективным кинематическим параметрам, включающим времена регистрации и скорости распространения упругих волн до целевых отражающих горизонтов (ОГ). На одном из участков шахтного поля Верхнекамского месторождения, в пределах которого отмечено увеличение скоростей оседания земной поверхности (рис.1) реализован комплекс наземных и шахтных сейсмоакустических наблюдений. На первом этапе комплекса проведены малоглубинные наблюдения, направленные на оценку состояния ВЗТ. По их результатам выделены зоны ухудшения упругих параметров, проявляющиеся изменением характера сейсмической записи, нарушением корреляции отражающих горизонтов (рис.2.б) и снижением значений скоростей распространения сейсмических волн (рис.3.а). Недостаточная сходимость измеренных величин оседаний с расчётными геомеханическими значениями после внесения в модель малоглубинных сейсморазведочных данных потребовала проведение детализации верхней части геологического разреза. Для этого проведены инженерные сейсморазведочные работы, результаты которых позволяют оценить «вклад» пород верхней части разреза в степень техногенной нарушенности ВЗТ в целом. Пространственно совмещённые малоглубинные и инженерные сейсморазведочные наблюдения в пределах одной профильной линии с частичным перекрытием охватывают интервал от земной поверхности до подстилающей соли (рис.2.а,б). Выделяемые в инженерно-геологическом интервале «ослабленные» по прочностным и деформационным свойствам зоны согласуются с данными малоглубинной сейсморазведки и дают более полные представления о физико-геологической модели, закладываемой в геомеханические расчёты. 210 ----------------------- Page 211----------------------- Рис. 1. Обзорная схема района работ с особенностями геологического строения Рис. 2. Пространственно совмещённые временные разрезы сейсмических исследований: а) инженерных; б) малоглубинных; в) шахтных 211 ----------------------- Page 212----------------------- Дальнейшая детализация и оценка состояния породного массива на уровне продуктивной толщи и прилегающих к ней пластов выполнена с помощью высокочастотных сейсмоакустических наблюдений из горных выработок в направлении залегания ВЗТ, т.е. в верхнее полупространство (рис.2.в). Комплексирование разнонаправленных наблюдений повышает точность вертикальной локализации геологических неоднородностей, а более высокая разрешающая способность шахтных данных - детальность изучения примыкающих к выработанному пространству пластов. Негативные изменения физических свойств породного массива на различных уровнях и с различной степенью детализации отмечены в физико- геологических моделях (рис.3), где в координатах профильных линий и глубин представлено распределение значений интервальных скоростей распространения упругих волн. Рис. 3. Разноуровенные физико-геологические модели малоглубинных (а) и шахтных (б) исследований Физико-геологические модели повышенной детальности, построенные по результатам полномасштабного комплекса сейсморазведочных исследований, являются исходной информацией для текущих и прогнозных геомеханических оценок состояния ВЗТ на потенциально опасных участках шахтных полей калийных рудников.