Между карьером и железной дорогой
Взаимное влияние производственных процессов поможет определить комплекс инструментальных исследованийУстойчивость массива горных пород – один из главных факторов эффективности ведения горных работ при разработке месторождений полезных ископаемых. В результате ведения горных работ массив обнажается, тем самым создаются условия для сдвижения пород. На снижение устойчивости массива влияют технико-технологические факторы, такие как производство взрывных работ, буровые работы, работа машин и механизмов по отделению пород от массива. Все эти факторы нарушают целостность массива и создают дополнительную трещиноватость в нем. Поскольку массив пород является цельной средой-проводником, то на его устойчивость может оказывать влияние, путем сейсмического воздействия, осуществление вблизи сторонних технологических процессов, не имеющих отношения к производству горных работ. Причем результаты и проявления таких сейсмических воздействий трудно оценить, так как они являются не очевидно явными, не видимыми.
Одним из показательных примеров является происшествие, произошедшее на участке Куйбышевской железной дороги ОАО «РЖД» Миньяр – Биянка вблизи разработки Биянковского месторождения карбонатных пород. В результате обрушения скальных пород в июле 2017 года на перегоне Миньяр – Биянка два вагона грузового поезда сошли с рельсов. Всего на маршруте было 74 вагона.
Биянковское месторождение карбонатных пород отрабатывается обществом с ограниченной ответственностью «Биянковский щебеночный завод» (ООО «БЩЗ») с применением взрывных работ.
Казалось бы, на первый взгляд, отделению скальных пород способствовало проводимые взрывные работы в карьере, сейсмическое воздействие от которых ослабило устойчивость обнаженных скальных выходов пород вблизи железной дороги. Но, так ли все однозначно?
С целью получения информации о величине сейсмического воздействия, оказываемого взрывными работами, проводимыми в карьере при разработке Биянковского месторождения карбонатных пород, и оценке степени их опасности для близлежащих гражданских, промышленных объектов, в том числе и для железнодорожной магистрали, ООО «БЩЗ» поручил выполнить геофизические исследования по определению величины сейсмического воздействия, оказываемого взрывными работами, Пермскому федеральному исследовательскому центру Уральского отделения Российской академии наук («ГИ УрО РАН») [1].
Комплекс геофизических работ включал:
– проведение инструментальных измерений величины сейсмического воздействия взрывных работ;
– экспресс-оценку резонансных характеристик грунта в пункте измерения;
– оценку величины сейсмического воздействия на разных эпицентральных расстояниях и при разной массе заряда;
– оценку допустимой величины сейсмического воздействия и сопоставление ее с фактически измеренными значениями;
– проведение инструментальных измерений величины сейсмического воздействия от прохождения железнодорожных составов.
– проведение инструментальных измерений величины сейсмического воздействия взрывных работ;
– экспресс-оценку резонансных характеристик грунта в пункте измерения;
– оценку величины сейсмического воздействия на разных эпицентральных расстояниях и при разной массе заряда;
– оценку допустимой величины сейсмического воздействия и сопоставление ее с фактически измеренными значениями;
– проведение инструментальных измерений величины сейсмического воздействия от прохождения железнодорожных составов.
При проведении полевых инструментальных измерений в качестве датчиков использовались трехкомпонентные короткопериодные сейсмометры Mini SeisMonitor HS-1 (собственная частота 2 Гц), сигналы от которых записывались на цифровые сейсмические модули Байкал-8 (Россия). Модули Байкал-8 осуществляют преобразование аналогового сигнала датчиков в цифровой вид (коэффициент преобразования 0.303 мкВ/дискр.) с частотой дискретизации до 1 000 Гц и сохраняют данные во внутреннюю память.
Для достоверности результатов измерений сейсмического воздействия взрывов на массив пород, геофизические измерения проводились в контурах карьеров ООО «БЩЗ» и ООО «Миньярский карьер», разрабатывающего это же месторождение и находящегося в непосредственной близости.
В связи с этим, выбор пунктов наблюдения проводился таким образом, чтобы, с одной стороны, провести измерение сейсмического воздействия в непосредственной близости от зданий и инженерных сооружений, а с другой стороны – чтобы обеспечить по возможности равномерное распределение пунктов измерения по расстояниям от места проведения взрыва. Это позволяет определить зависимость величины сейсмического воздействия от расстояния и, следовательно, дает возможность рассчитать амплитуду сейсмической волны в любой произвольной точке пространства.
Проведенными инструментальными измерениями установлено, что амплитуда сейсмической волны от прохождения железнодорожного состава в точках измерений весьма мала и не превышает 0.0035 мм/с. Для сравнения: величина сейсмического воздействия взрыва в данном пункте составила 8.8 мм/с.
Однако длительность колебаний от взрыва не превышала 1,5 с., в то время как для железнодорожного состава она составила 400 с.
Отмечаем, что влияние длительных слабых сейсмических воздействий на массив пород в настоящее время является недостаточно изученным. Однако с большой степенью достоверности можно предположить, что пусть даже не значительное, но в течение длительного времени сейсмическое воздействие, приводит к постепенному накоплению напряжений в породном массиве и способствует раскрытию уже существующих трещин и образованию новых.
На основании цифровых записей рассматриваемых сигналов по общепринятой в геофизике методике [1] было определено, что плотность потока энергии от одного массового взрыва в рассматриваемой точке составляет 12 Дж/м2, в то время как для железнодорожного состава она составляет всего лишь 0.035 Дж/м2.
Однако при этом следует учитывать, что взрывные работы в карьерах проводятся с частотой 3 раза в месяц, а интенсивность движения железнодорожных составов по данной магистрали превышает 100 единиц в сутки.
И если посчитать среднемесячное количество сейсмической энергии, приходящейся на 1м2 от этих двух источников, то для взрывов оно составит 36 Дж, а для железнодорожных составов – свыше 100 Дж.
На основании этого можно сделать вывод, что для скального массива, расположенного между карьером и железной дорогой, влияние сейсмического воздействия от движения железнодорожных составов может превышать влияние от проводимых взрывных работ в карьере.
Таким образом, инструментальные исследования с применением фундаментальных положений и методических подходов в области горного дела, позволяют точнее установить проявления в массиве горных пород от различной техногенной деятельности, выявить истинные причины тех или иных происшествий, а следовательно, разрабатывать наиболее действенные меры с целью повышения эффективности и безопасности осуществления производственных процессов.
Литература
1. Отчет по договору № БЩЗ-24.07.17-38-232 от 24.07.2017 г. с ООО «Биянковский щебеночный завод». Измерение сейсмического воздействия взрыва, проведенного 25 июля 2017 г. – Пермь. 2017. – 33с.
врезки
1. Отчет по договору № БЩЗ-24.07.17-38-232 от 24.07.2017 г. с ООО «Биянковский щебеночный завод». Измерение сейсмического воздействия взрыва, проведенного 25 июля 2017 г. – Пермь. 2017. – 33с.
врезки
Для скального массива, расположенного между карьером и железной дорогой, влияние сейсмического воздействия от движения железнодорожных составов может превышать влияние от проводимых взрывных работ в карьере
Влияние длительных слабых сейсмических воздействий на массив пород в настоящее время является недостаточно изученным
Промышленная безопасность/Горнодобывающая отрасль
Олег САПЛИН, генеральный директор
Дмитрий ТИТОВ, юрисконсульт
ООО «Биянковский щебеночный завод» (г. Миньяр)
Денис ШУЛАКОВ, к.т.н., зав. лабораторией Природной и техногенной сейсмичности
ГИ УрО РАН (г. Пермь)
Анатолий ГУСЕВ, к.т.н., директор
ООО Компания «Промаудит» (г. Челябинск)
