Description:

"First Break том 24, май 2006. Оценка геологической опасности. Применение высокоточной гравиразведки при обнаружении, оценке и прогнозировании угроз, связанных с брошенными шахтами. Microgravity as a tool for the detection, characterization and prediction of geohazard posed by abandoned mining cavities. Питер Стайлз (Peter Styles), Сэм Тун (Sam Toon), Эван Томас (Ewan Thomas), Марк Скиттролл (Mark Skittrall). Введение Наличие в горном массиве пустот, связанных с шахтами и карстовыми процессами, является значительной угрозой. Она создает проблемы для нынешних и будущих землепользователей таких территорий. Пустоты препятствуют эксплуатации объектов и рекультивации земель, вызывая образование воронок на поверхности или трещиноватости разреза, нанося ущерб имуществу и представляя серьезную угрозу жизни при катастрофических ситуациях. В естественных закарстованных областях распространены пустоты, обширные системы пещер, а в промышленно развитых районах искусственные пустоты - горные выработки и штольни - могут преобладать над естественными. При изысканиях перед началом эксплуатации (или рекультивации) участка чаще всего проводится бурение скважин по густой сети с целью обнаружения пустот и прослеживания их распространения. Косвенные методы, такие как геофизика, дают экономически эффективный неразрушающий способ прослеживания пустот, при этом бурение не является основным поисковым методом, а используется для заверки результатов. Высокоточная гравиразведка основана на измерении малых изменений поля силы тяжести и интерпретации этих изменений как проявления изменений плотности в разрезе, связанных с наличием пустот. Пустоты обычно имеют меньшую плотность по сравнению с вмещающими породами и могут быть заполнены водой, осадочными породами или обвальными массами. Рис. 1. Аэрофотоснимок территории карьера "Подкова" в Калгурли, Западная Австралия со схемой участков взрывных работ (синий) и прогнозным положением горных выработок на глубине 200 м (темно-серый). Желтый прямоугольник обозначает участок высокоточной гравиразведки, показанный на рис. 2. Высокочувствительная аппаратура и строгое соблюдение методики полевых работ позволяют выявлять изменения силы тяжести на уровне 10-9 от нормального поля. Интерпретация данных требует точного расчета поправок и сложных численных процедур. Рис. 2. Вид на участок работ высокоточной гравиразведки с востока. Участок расположен близко к карьерной дороге и к действующим участкам разреза. Положение и размеры участка показаны на рис. 1. Рис. 3. Карта аномалий силы тяжести в редукции Буге до ввода поправок за рельеф и схема расположения точек наблюдения. Аномалии, связанные с горными выработками, не видны. Высокоточная гравиразведка позволяет выделять и интерпретировать аномалии в 10 мкгал с точностью до первых микрогалов. Можно обнаружить шахты, пещеры, естественные и искусственные пустоты, установить их глубину, форму и строение. Применение преобразования Эйлера и теоремы Гаусса позволяет устанавливать геометрию пустот и распределение масс в них. Эти данные важны для выработки способов противодействия угрозам и оценки расходов по засыпке полостей. Обычные изыскания и лазерное сканирование полостей применяются для заверки установленного распределения масс. В работах (Emsley et al., 1992) и (Bishop et al., 1997) описано применение высокоточной гравиразведки при поиске карстовых и искусственных пустот. Работы на действующем открытом золоторудном карьере в Калгурли, Западная Австралия, и на сети старых шахт под Лондоном показали эффективность метода. В обоих случаях потребовался тщательный расчет топографических поправок. Высокоточная гравиразведка на открытом золоторудном карьере в Западной Австралии Месторождение Калгурли привело к одной из крупных золотых лихорадок ХХ века. На ранних стадиях добычи разработка штреками с поверхности привела к образованию субвертикальных пустот. В настоящее время компания Kalgoorlie Consolidated Gold Mines (KCGM) намерена объединить все старые выработки в один суперкарьер Фимистон с проектной глубиной 500 м. Компания KCGM располагает цифровой моделью выработок, составленной в пакете Vulcan на основе планов закрытия выработок. В ходе работ натыкается на пустоты с непредсказуемыми геометрией и составом заполняющего материала, прогноз которых затруднен. Используя сверхтяжелую технику - 400-тонные карьерные самосвалы Komatsu, компания несет большие затраты на страхование рисков угрозы здоровью и безопасности. Поэтому решила внедрить методы обнаружения пустот. Широкая программа бурения после нескольких крупных обвалов не дала результатов для прогнозирования наличия пустот с требуемой надежностью. Тогда были проведены опытно-методические и производственные работы методом высокоточной гравиразведки для решения четырех основных задач: определение положения крутопадающих пустот, выделение пустых и засыпанных полостей, установление глубины полостей, определение формы и объема пустых и засыпанных полостей. Опытно-методические работы проведены на участке дна карьера размером 155 x 85 м, где ранее произошло обрушение. В уступе видны несколько входов в штреки, а по результатам интерпретации оказывается, что под поверхностью есть несколько субмеридиональных штреков. Хотя величина поправки за рельеф превышала 7 мгал, на карте остаточного поля выделяются отрицательные аномалии амплитудой менее 100 мкгал. Последующие земляные работы подтвердили наличие объектов, выделенных с помощью высокоточной гравиразведки. Опытно-методические работы показали пригодность метода для обнаружения со дна карьера заполненных и открытых пустот на глубинах до 20-30 м под ним. Качество данных ограничивается изменениями эффектов рельефа, достигающими 35 мкгал/м. Для учета рельефа авторами разработана программа быстрого расчета топографических поправок, которая позволяет вычленить слабые эффекты пустот и засыпанных выработок. На втором этапе работы выполнены на участке с неизвестным строением, расположенным в нескольких сотнях метров от основной производственной площадки, для проверки работоспособности метода в производственной обстановке. Тщательное следование методики работ позволило получить качественные данные, по которым выявлено наличие ряда открытых и частично засыпанных выработок, заверенных бурением и земляными работами." Ключевые слова: мкгал, отрицательный, предел участок, порядок, дефицит, пустота, карьер, произойти, cavity, точка, расчет, рельеф, mcdowell, район, процедура, позволять, возможный, способ, котор, участок, styles, связанный, дать, показанный, оценка, изменение, engineering, непосредственный близость, открытый, society, полость, интерпретация, сочетание, провести, образ, зона, выборочный регистрация, полезный, мониторинг, выработка, эйлер, parker, сила тяжесть, подкова, break, обнаружение, находиться, шахта, аномалия сила, ferguson, эффект, вычисленный, высокоточный, применение, аномалия, проводиться, поле, применяться, территория, ход, масса, геологический, восточный, достигать, май, горный выработка, detection, гравиметрический, выполненный, степень, объект, произойти обрушение, решение, geological, час, западный, угроза, уровень, гринвич, римский, место, лондон, survey, сила, глубина, горный, emsley, pool, cassidy, поправка, расстояние, eychaner, мкгала, структурный индекс, ввод поправка, холм блэкхит, дорога, опасность, настоящий, водоносный, дефицит масса, редукция буг, использовать, добыча, опытно-методический, отрицательный аномалия, показать, положение, выработок, geophysics, вход, шум, слежение, поверхность, карта поправка, поле сила, месть, microgravity, высокоточный гравиразведка, rybakov, измерение, сложный, гравиразведка, блэкхит, деконволюция, протяжение, карта, geology, прохождение самосвал, поправка рельеф, оценка геологический, геологический опасность, профиль, установить, microgravity method, остаточный, проведенный, тело, остаточный аномалия, обрушение, bishop, успех, break май, расчёт, прослеживание, искусственный пустота, качество, subsidence, разрез, видный, требовать, соответствовать, тяжесть, линия, высокий, метод, гравиметр, результат, eage