Введение к работе
Актуальность темы. На многих рудниках и шахтах мира весьма остро стоит проблема динамических проявлений горного давления. Подобные явления, как правило, сопровождаются интенсивным сейсмическим эффектом. В силу этого проведение сейсмологических наблюдений на рудниках и шахтах дает возможность более глубокого изучения динамических явлений, способствующего обеспечению контроля над ними.
При сейсмологических наблюдениях квантом информации являются параметры отдельного сейсмического события - координаты очага, время в очаге, выделившаяся сейсмическая энергия, магнитуда, сейсмический момент, сброс напряжения и т.д. Данные параметры, оцениваемые при обработке сейсмических записей, используются в разработанных процедурах и технологиях, направленных на повышение безопасности горных работ (прогноз удароопасно-сти, предсказание крупных сейсмических событий, расчеты напряженно-деформированного состояния горного массива). Эффективность таких процедур зависит от адекватности выбранной модели очага и от корректности применяемого способа оценки параметров очага по сейсмическим записям. Используемые в шахтной сейсмологии модели очагов и способы обработки записей, в основном, заимствованы из большой сейсмологии. Однако, как показывает практика, применяемые подходы к изучению очагов шахтных событий не всегда дают приемлемые результаты.
Исследование механизмов шахтных сейсмических событий актуально и для сейсмического метода контроля ядерных испытаний. Это связано с имевшими место случаями подобия сейсмических записей подземных ядерных взрывов и крупных шахтных сейсмических событий.
Цель работы состоит в выяснении природы и определении характеристик процессов в очагах сейсмических событий разного масштабного уровня (техногенного землетрясения и слабых локальных событий) на рудниках Верхнекамского месторождения калийных солей (ВКМКС).
Основная идея работы заключается в использовании математически обоснованного понятия эквивалентного сосредоточенного сейсмического источника для описания сейсмического эффекта динамических явлений в рудниках и шахтах.
Задачи исследований Реализация поставленной цели потребовала решения ряда задач, основными из которых являются:
построение эквивалентных сосредоточенных сейсмических источников для основных типов динамических явлений в рудниках и шахтах;
изучение закономерностей распространения упругих волн для сейсмических событий разного масштабного уровня в рудниках ВКМКС;
учет влияния условий регистрации в системах мониторинга на рудниках ВКМКС (эффекты мест установки сейсмоприемников, неидентичность измерительной аппаратуры) на форму записей сейсмических событий.
А. \ юпыт ЛЬНАЯI КА I
яри!
Научная новизна. При исследовании очагов шахтных сейсмических событие РОС НАЦИОНАЛЬНАЯ| БИБЛИОТЕКА
О»
ки описания очагов событий, связанных наблюдаемыми в рудниках и шахтах динамическими явлениями (хрупкие разрушения целиков, обрушения кровли), носят сугубо качественных характер. В подобных описаниях, как правило, отсутствует количественная связь между характеристиками динамического явления (например, величиной напряжения в целике перед его разрушением или массой обрушаемых пород) и параметрами возбуждаемого в окружающей среде поля упругих колебаний. В работе предлагается подход, базирующийся на понятии эквивалентного сосредоточенного сейсмического источника, позволяющий установить такую связь для некоторых типов динамических явлений в рудниках и шахтах (динамическое разрушение целика или группы целиков, внезапное разрушение почвы выработки, обрушение кровли).
Основные защищаемые положения, отражающие главные результаты
диссертационной работы: . ._
1. Методика изучения очагов сейсмических событий в рудниках и
шахтах, основанная на построении для динамических явлений эквивалентных
сосредоточенных сейсмических источников, расчете для полученных источни
ков синтетических сейсмограмм и их сопоставлении с наблюденными запися
ми, позволяющая идентифицировать типы динамических явлений в очагах со
бытий, а также оценивать их параметры.
2. Теоретически обоснованная модель механизма в виде вертикальной
одиночной силы для крупного сейсмического события, связанного с массовыми
обрушениями в горных выработках на месторождении пластового типа и со
провождаемого сдвижением подработанного массива горных пород.
3. Эквивалентно-силовые представления для класса динамических,
явлений в рудниках и шахтах (вертикальная сила для локального обрушения,
вертикальный силовой диполь для хрупкого разрушения целика и для динами
ческого разрушения почвы) со строго установленной связью между параметра
ми явления и компонентами силового представления.
Практическая ценность и реализация работы.
Предложенный в работе способ определения параметров эквивалентного сосредоточенного источника (компонент одиночной силы и силовых диполей) воплощен в виде компьютерных программ. В программах заложены широкие возможности задания формы области источника (сфера, цилиндр, прямоугольный параллелепипед) и типа окружающей среды (однородное пространство, слоистое полупространство), позволяющие использовать их для разнообразных генерирующих сейсмические волны процессов (не только для динамических явлений в рудниках и шахтах).
Разработан пакет программ моделирования сейсмических волновых полей в вертикально- и радиально-неоднородных упругих средах, основанный на методах:
численного интегрирования в области волнового числа;
модального разложения;
комбинированном аналитически-конечноразностном;
пселлоепектпальном.
Программно реализован способ изучения распределения скоростей поперечных волн в среде по дисперсионным характеристикам поверхностных волн. Способ эффективно применялся при решении сейсмологических и инженерно-сейсмологических задач на горнодобывающих и инженерных объектах Пермской и Тульской областей, а также штата Миссури (США).
Апробация работы и публикации. Основные результаты исследований докладывались на научных сессиях Горного института УрО РАН (Пермь, 1999 — 2003 гг.), на региональных научных конференциях в Пермском государственном университете (Пермь, 1999, 2000), на Уральских молодежных научных школах по геофизике (Екатеринбург, 2000, Пермь, 2001,2003), на симпозиумах «Неделя горняка» (Москва, 2000, 2001, 2004), на научно-практической конференции по горным ударам (Таштагол, 2000), на Второй Всероссийской конференции «Геофизика и математика» (Пермь, 2000), на 5-м международном симпозиуме «Rockbursts and seismicity in mines» (Иоганесбург, 2001) и семинаре «Геофизика и геомеханика» (Новосибирск, 2003).
В период с 2001 по 2003 гг. исследования по теме диссертации были поддержаны и частично финансировались за счет гранта РФФИ № 01-05-65509 «Математическое описание механизмов крупных техногенных сейсмических событий в рудниках и шахтах».
По теме диссертации имеется 22 публикации.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, заключения и списка литературы, включающего 112 наименований.
