МЕТОДИКА ПРОГНОЗА ПРОВАЛОВ ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ НА ПРИМЕРЕ ВЕРХНЕКАМСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ КАЛИЙНО-МАГНИЕВЫХ СОЛЕЙ
←
→
Транскрипция содержимого страницы
Если ваш браузер не отображает страницу правильно, пожалуйста, читайте содержимое страницы ниже
ГИАБ. Горный информационно-аналитический бюллетень /
MIAB. Mining Informational and Analytical Bulletin, 2020;(1):121-132
ОРИГИНАЛЬНАЯ СТАТЬЯ / ORIGINAL PAPER
УДК 550.837 DOI: 10.25018/0236-1493-2020-1-0-121-132
МЕТОДИКА ПРОГНОЗА ПРОВАЛОВ
ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ НА ПРИМЕРЕ
ВЕРХНЕКАМСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ
КАЛИЙНО-МАГНИЕВЫХ СОЛЕЙ
А.В. Татаркин
ООО НИППППД «Недра», Пермь, Россия, e-mail: vsto08@mail.ru
Аннотация: Подземная отработка месторождений в условиях промышленной (городской)
застройки зачастую сопровождается техногенными рисками, которые могут приводить к
деформациям земной поверхности и изменениям инженерно-геологических условий при
эксплуатации сооружений. Рассмотрены основы методологии оценки изменений инженер-
но-геологических условий и методика прогноза провалов земной поверхности при подзем-
ной отработке месторождения калийно-магниевых солей. В качестве методов исследований
использованы электрическое профилирование, вертикальное электрическое зондирование
и высокоточный мониторинг электрического сопротивления. Результаты исследований ба-
зируются на сформированной модели геологической среды, ее проверке в реальных усло-
виях и выявленных закономерностях. С учетом выделенных закономерностей определены
критерии, которые лежат в основе районирования по оценке степени опасности изменений
геотехнических условий и возникновения провальных явлений. Основу критериев составля-
ют: степень нарушения водозащитной толщи, рассчитанная по цифровым моделям, величина
изменения удельного электрического сопротивления из результатов высокоточного монито-
ринга и скорость оседания земной поверхности по маркшейдерским наблюдениям. В ре-
зультате проведенных исследований представленная методика прогноза провалов земной
поверхности показала свою жизнеспособность при апробации на техногенных объектах Верх-
некамского месторождения калийно-магниевых солей и прогнозе возникновения провалов.
Ключевые слова: месторождения солей, опасные процессы, инженерно-геологические усло-
вия, электроразведка, методика, прогноз, риски, подработанные территории, безопасность.
Ключевые слова:
Для цитирования: Татаркин А. В. Методика прогноза провалов земной поверхности на при-
мере Верхнекамского месторождения калийно-магниевых солей // Горный информационно-
аналитический бюллетень. – 2020. – № 1. – С. 121–132. DOI: 10.25018/0236-1493-2020-1-0-121-132.
Prediction procedure for sinkholes in terms of the Upper Kama
potassium–magnesium salt deposit
A.V. Tatarkin
LLC NIPPPD Nedra, Perm, Russia, e-mail vsto08@mail.ru
Abstract: Underground mineral mining under conditions of the industrial (or urban) development
often induces hazards which can result in deformation of ground surface and in alteration of near-
© А.В. Татаркин. 2020.
121surface geological and geotechnical conditions during operation of buildings. This article discusses
a methodological framework for assessment of geological and geotechnical conditions, and the
prediction procedure of sinkholes during underground mining of potassium–magnesium salts. The
research methods include electrical profiling, vertical electric sounding and high-precision monitor-
ing of electrical resistance. The research results are based on the constructed geo-model, its in-situ
testing and the revealed objective laws. From the objective laws, the criteria are determined for
zoning based on risk of change in the geotechnical conditions and sinkhole hazard. These criteria
are waterproof strata quality calculated from digital models, change in the specific electrical re-
sistance from high-precision monitoring and the ground surface subsidence velocity from plane
surveying. As a result of the implemented research, the sinkhole prediction procedure has proved
its applicability in the tests on forecasting sinkholes at production objects within the Upper Kama
potassium–magnesium deposit.
Key words: salt deposits, hazardous processes, geological and geotechnical conditions, resistivity
prospecting, procedure, prediction, risks, undermined areas, safety.
For citation: Tatarkin A. V. Prediction procedure for sinkholes in terms of the Upper Kama po-
tassium–magnesium salt deposit. MIAB. Mining Inf. Anal. Bull. 2020;(1):121-132. [In Russ]. DOI:
10.25018/0236-1493-2020-1-0-121-132.
Введение •• сложные геологические условия;
Безопасное и эффективное использо- •• применяемые технологии отработки;
вание недр Верхнекамского месторожде- •• проходка выработок в неустойчи-
ния калийно-магниевых солей (ВКМКС) вом (нарушенном) горном массиве;
во многом зависит от изучения горно- •• отсутствие в дальнейшем заклад-
геологической обстановки и исследова- ки отработанного пространства;
ний водозащитной толщи. Определение •• затопление выработанного прост-
физических свойств и характеристик во- ранства в случае аварийных (чрезвычай-
дозащитной толщи является весьма важ- ных) ситуаций.
ным для предупреждения и предотвра- Для ВКМКС вышеперечисленные
щения проникновения подземных вод в факторы со временем могут приводить
выработанное пространство [1]. Кроме к нарушению водозащитной толщи, раз-
того, сопряженное использование недр витию соляного карста, а в дальней-
и городской застройки при подземной от- шем — к постепенным проседанием
работке месторождений закрытого типа в земной поверхности и катастрофичным
условиях опасных геологических процес- явлениям — провалам. В данных обстоя-
сов увеличивает риски разрушения сис- тельствах оценка инженерно-геологиче-
темы «геологическая среда-сооружение» ских условий является определяющей
[2]. При этом эксплуатация месторожде- для безопасной эксплуатации зданий и
ния может приводить к деформациям сооружений, располагающихся на зем-
земной поверхности, а соответственно, ной поверхности. Как правило, эти ус-
и к изменениям инженерно-геологиче- ловия определяются в рамках инженер-
ских условий (ИГУ) в зоне урбанизации. но-геологических изысканий. Однако в
Как показывает опыт, на территори- ряде случаев, когда существует вероят-
ях месторождений при их подземной от- ность возникновения катастрофических
работке изменение инженерно-геологи- явлений природного или техногенного
ческих условий в верхней части разреза характера, исследования выходят за
может происходить по ряду причин [1]. рамки изысканий. В этом случае необ-
Так, катализатором опасных процессов ходим прогноз изменений системы «гео-
являются такие факторы, как: логическая среда — сооружение» с уче-
122том расширения ее границ влияния и В настоящее время подземные элект-
рисков. роразведочные работы выполняются
Аварийная ситуация, произошедшая практически по всем горным выработ-
на Верхнекамском месторождении ка- кам рудников месторождения и на участ-
лийно-магниевых солей недалеко от г. Бе- ках опытных научно-исследовательских
резники в 1986 г., привела к катастро- работ [8]. Ситуация, связанная с затопле-
фическим потерям минерально-сырьевой нием рудника БКПРУ-1 является уникаль-
базы. В результате был затоплен рудник ной для ВКМКС вследствие нахождения
БКПРУ-3. Позже, в 2006 г., авария на шахтных полей в пределах урбанизиро-
руднике БКРУ-1 привела также к затопле- ванной территорий. Данный факт требу-
нию рудника, которое повлекло за собой ет новых взглядов и подходов к происхо-
разрушение подземных выработок, тем дящим событиям для обеспечения безо-
самым поставив под угрозу эксплуата- пасности функционирования жилых и
цию зданий и сооружений, находящихся производственных зданий и сооружений
над шахтным полем. Впоследствии на на подработанной территории [9].
территории г. Березники к 2011 г. образо- Кроме того, при оценке и прогнозе
вались еще три провала [3]. развития опасных природно-техногенных
Произошедшие события в 2006— процессов на подработанных террито-
2011 гг. показали, что на подработанной риях в рамках инженерно-геологических
территории для обеспечения безопасно- изысканий геофизическими методами
го функционирования жилых, производ- на сегодняшний день мы имеем пробе-
ственных зданий и сооружений требуется лы в действующих нормативных докумен-
прогноз и оценка степени опасности воз- тах. Таким образом, для минимизации
никновения возможных негативных яв- последствий опасных природно-техноген-
лений, связанных с образованием мульд ных процессов и предупреждения раз-
сдвижения. вития возможных негативных явлений
В основном вопросы, связанные с необходима актуализация и оптимизация
прогнозом опасных процессов на Верх- существующих подходов к прогнозу воз-
некамском месторождении калийных со- никновения провалов.
лей раньше сводились к решению гор- Цель данной статьи заключается в
нотехнических задач для обеспечения разработке и обосновании методики
безопасной отработки месторождения. прогноза возникновения деформаций
Понимание контроля водозащитной тол- (провалов) на подработанных, урбани-
щи геофизическими методами возникло зированных территориях в случаях воз-
благодаря внедрению подземных элект- никновения чрезвычайных (аварийных)
роразведочных работ на месторождении. ситуаций.
С того времени электроразведка явля-
ется частью комплексных исследований Методология
по обеспечению безопасной работы ка- и объект исследования
лийных предприятий и решения различ- При оценке изменений ИГУ на ста-
ных геологических и горно-технических диях эксплуатации, реконструкции или
задач, возникающих в процессе освое- строительства сооружений наиболее ча-
ния и разработки ВКМКС. В данный комп- сто решаемые задачи сводятся к:
лекс, помимо электроразведки, входят •• контролю изменения оснований
сейсмические, гравиразведочные, аку- и окружающего массива грунта;
стические, георадарные методы иссле- •• обследованию фундаментов и грун-
дования [4—7]. тов основания при реконструкции объ-
123екта в случаях изменения на него наг- Использование контактных методов рузок; позволяет нести меньшие потери каче- •• обследованию фундаментов, грун- ства информации в условиях урбанизи- тов основания, а также конструкций зда- рованных территорий по сравнению с ний и сооружений для определения воз- бесконтактными (индукционными) спосо- можных причин деформации; бами. Это обусловлено хорошей изучен- •• мониторингу опасных геологических ностью влияния различного рода помех и и техногенных процессов (карст, подтоп- широко развитым программно-аппарат- ление, оползни, подработанные террито- ным обеспечением для выполнения ис- рии, зоны активной тектоники) [10—13]. следований методами электроразведки При этом решению вышеописанных на квазипостоянном токе. задач способствует использование мето- Формирование модели «геологиче- дов численного моделирования, натур- ская среда — сооружение» выполняется с ных наблюдений и комплексного анализа помощью метода двухразносного профи- полученных данных. Одним из инструмен- лирования, позволяющего на качествен- тов для натурных наблюдений являются ном уровне дать первое представление геофизические методы. Эти методы поз- об изучаемом объекте для выделения воляют оперативно с наименьшими эко- особенностей изменений в геологиче- номическими затратами получать в про- ской среде, связанных с повышенным странстве и времени информацию об риском возникновения чрезвычайных особенностях строения (изменений) гео- ситуаций. логической среды и конструктивных эле- Разработка цифровых моделей выде- ментов [14]. ленных зон с повышенным риском бази- Для решения комплексных вопросов руется на методе вертикального электри- безопасности с учетом накопленного ческого зондирования. Использование опыта исследований [4, 5, 9, 15] разра- данного метода дает возможность получе- ботана методология, которая базируется ния количественных характеристик изу- на традиционных (контактных) методах чаемой геологической среды для их ана- электрометрии и элементах системного лиза в виде геоэлектрических разрезов. подхода, способствующих решению по- Для осуществления контроля и прог- ставленных задач. Данными элемента- ноза потенциально опасных зон предла- ми являются: гается метод высокоточного мониторинга •• формирование первоначальной мо- электрического сопротивления геологи- дели геологической среды для выявления ческой среды. Суть способа заключа- зон с повышенным риском возникнове- ется в использовании многоканальных ния чрезвычайных ситуаций; площадных стационарных измерений с •• разработка цифровой модели вы- контролируемым источником электриче- явленных зон; ского поля при неизменных условиях ге- •• высокоточный мониторинг потенци- нерации и регистрации сигналов. ально опасных зон; Одним из важных элементов методо- •• оценка системы «инженерно-геоло- логии, также является получение акту- гические условия — фундамент»; альной информации о свойствах горно- •• разработка аппаратурно-программ- го массива и конструкции фундаментов. ного комплекса для получения цифровой Для этого предлагается способ оценки информации; системы «инженерно-геологические ус- •• оценка изменений ИГУ системы ловия — фундамент» путем скважинных «геологическая среда — сооружение». измерений в выработке параллельной 124
фундаменту [Татаркин и др., 2013]. Ре- поверхности [16, 17] и данные электри-
зультаты исследований позволяют полу- ческих свойств месторождения ВКМКС
чить достоверные сведения о характе- по результатам предшествующих иссле-
ристиках фундамента и инженерно-гео- дований с учетом обобщенной модели
логических условиях в его основании. С.В. Глебова [4].
Реализация вышеуказанных элемен- На рис. 1, а приведен геологический
тов невозможна без создания современ- разрез территории. Галогенная форма-
ных аппаратурно-программных комплек- ция в разрезе представлена сильвини-
сов. Разработанный комплекс представ- товой (СЗ) и карналлитовой (КЗ) зонами
лен двумя блоками, различающимися с покровной каменной солью (ПКС). От-
количеством каналов передачи данных. ложения перекрываются соляно-мер-
Первый блок состоит из одноканальных гельной (СМТ), терригенно-карбонатной
модулей регистрации и генерации элект- (ТКТ), пестроцветной толщей (ПЦТ) и чет-
рических полей в диапазоне частот до вертичными (Q) отложениями. Пестро-
2,5 кГц (Патент на полезную модель цветная толща сложена песчаниками и
№ 97542). Второй блок представляет со- аргиллитами и конгломератами карбо-
бой многоканальную систему на базе натных пород. Терригенно-карбонатная —
мобильных модулей АЦП и программного известняками с прослоями песчаников,
обеспечения сейсмологических наблю- алевролитов и глин, а соляно-мергельная
дений от Р.А. Дягилева [15]. Для разра- толща представлена мергелями с про-
ботки данного блока была усовершен- слоями глин гипса и каменной соли.
ствована аппаратная часть, адаптирова- Нижняя часть соляно-мергельной толщи,
ны программы регистрации и обработки содержащая каменную соль называется
электрических полей применительно к переходной пачкой, а совокупность соля-
решаемым задачам. ных отложений над продуктивными пла-
Итогом методологии является оценка стами является водозащитной толщей.
и прогноз изменений ИГУ системы «гео- На примере выбранного участка рас-
логическая среда — сооружение» в осно- крываются возможные негативные про-
ве которой лежит: цессы, происходящие при отработке ме-
•• оценка модели исследуемого объ- сторождения (рис. 1, б). В частности про-
екта; ходка горных выработок в продуктивной
•• анализ результатов исследований толще приводит к перераспределению
совместно с априорной информацией и напряжений, образованию со време-
результатами численного моделирования; нем секущих трещин и расслоению во-
•• выявление закономерностей изме- дозащитной толщи. В случае выхода зон
нений свойств полученных моделей; трещиноватости за пределы водозащит-
•• определение критериев оценки и ной толщи возникает вероятность про-
прогноза изменений инженерно-геоло- рыва вышележащих вод. При этом рас-
гических условий; творение соляных пород водозащитной
•• выбор метода прогнозирования; толщи ведет к образованию соляного
•• оценка изменений ИГУ для прогно- карста и газообразованию.
за опасных процессов. Далее формируется первоначальная
Исследования выполнены на приме- мульда сдвижения, которая влечет за
ре участка образования второго прова- собой рост трещин вдоль поверхности
ла. Для формирования модели использо- с углами наклона 30—40º. Следует отме-
ван геологический разрез по линии, про- тить, что изменение морфологии водо-
ходящей через ось деформаций земной защитной толщи способствует образова-
125Рис. 1. Геологический разрез (Кудряшов, 2004) через провал №2 (а), негативные процессы при отработке пластов (б) и их ФГМ (в): 1 — четвертичные отложения; 2 — маркирующий горизонт; 3 — положение Соликамского надвига по данным Н.М. Джиноридзе; 4 — скважины и их номера; 5 — участок ФГМ, 6-провал № 2; 7 — горные выработки; 8 — трещины; 9 — линия разрыва, 10 — удель- ное электрическое сопротивление (Ом∙м) Fig. 1. Geological section (Kudryashov, 2004) through dip № 2 (a), negative processes during the develop- ment of the reservoirs (b) and their FGM (c): 1 — Quaternary deposits; 2 — marking horizon; 3 — position of the Solikamsk thrust according to N.M. Ginoridze 4 — wells and their numbers; 5 — plot FGM, 6 — failure number 2; 7 — mine workings; 8 — cracks; 9 — line break, 10 — electrical resistivity (Ohm ∙ m) нию наклонных трещин. В связи с этим В данной ситуации с учетом построен- в дальнейшем при возникновении пре- ной физико-геологической модели (ФГМ) дельных деформаций обрушение выше- изучение надсолевой и водозащитной лежащих горных пород происходит со толщ, является наиболее благоприятным смещением относительно области нару- методом электроразведки. В условиях ес- шения ВЗТ. тественного залегания солей удельное 126
электрическое сопротивление водоза- сов в результате затопления рудника
щитной толщи велико, что является экра- БКПРУ-1.
ном для квазипостоянного электрическо- При формировании первоначальной
го тока на большой глубине. А при нару- модели использован блок № 1 разра-
шении сплошности ВЗТ ее сопротивле- ботанного аппаратурно-программного
ние может уменьшаться до единиц Ом ∙ м комплекса. Модели представляются в ви-
(рис. 1, в). де разрезов и карт кажущихся электри-
Наряду с этим, надсолевая толща, за ческих сопротивлений, на которых иден-
исключением песчаных отложений, зале- тифицируется наличие низкоомных зон
гающих в приповерхностной части раз- с аномально пониженными электриче-
реза, наоборот, имеет небольшое сопро- скими сопротивлениями водозащитной
тивление, меняющееся в пределах от де- толщи. Причиной низких сопротивлений
сяти до двухсот Ом ∙ м. При разрушении является нарушение водозащитной тол-
ВЗТ образуются полости, которые также щи вследствие увеличения трещиновато-
могут отличаться по сопротивлению от сти и растворения покровной каменной
вмещающих пород на порядки в зави- соли. При этом следует помнить о смеще-
симости от геотехнической обстановки и нии эпицентров аномалий относительно
стадии разрушения. Именно локальное мест первоначального обрушения и мак-
ослабление ВЗТ вследствие ее раство- симальных скоростей оседания земной
рения и образования в ней закрытых по- поверхности. В результате сформирован-
лостей инициирует деформации земной ной первоначальной модели выделен ряд
поверхности. Как мы видим, большой зон, указывающих на глубинные изме-
диапазон изменений электрического со- нения физических свойств водозащит-
противления должен обеспечивать уве- ной толщи.
ренное отображение в электрических Разработка цифровых моделей с по-
полях нарушений в надсолевой и водоза- вышенным риском осуществляется в пре-
щитной толщах горных пород Верхнекам- делах выделенных потенциально опасных
ского месторождения калийных солей. зон обрушения земной поверхности при
Методика и результаты исследова- формировании общей модели. Итогом
ний. На основании методологии, опи- разработки таких моделей являются гео-
санной выше, предлагается методика электрические разрезы, полученные в
из ниже представленных этапов: результате обработки и интерпретации
•• формирование первоначальной мо- вертикального электрического зондиро-
дели геологической среды для выявле- вания. Проведенные исследования поз-
ния зон с повышенным риском возник- волили получить геоэлектрические моде-
новения провалов; ли в районе потенциально опасных об-
•• разработка цифровой модели вы- ластей, выделенных на первоначальном
явленных зон; этапе в пределах территории отработки
•• мониторинг потенциально опасных карналлита.
зон; При анализе цифровых моделей сле-
•• прогноз развития деформаций зем- дует уделять внимание выявлению инвер-
ной поверхности и образования прова- сии электрических свойств. Так, например,
лов. в пределах ТКТ при максимальных осе-
Верификация методики выполнена даниях земной поверхности происходит
на территории размещения промыш- уменьшение сопротивления в 3—7 раз,
ленных и гражданских объектов ВКМКС а в соляно-мергельной толще повышение
при прогнозе развития опасных процес- сопротивления до 300 Ом ∙ м. Принимая
127к сведению выдержанность разреза по лиза предшествующих исследований ус-
площади и отсутствие отложений в указан- тановлены закономерности, которые ле-
ном диапазоне сопротивлений в вышеле- жат в основе прогноза развития измене-
жащей толще, выделенные особенности ний инженерно-геологических условий и
могут быть связаны с газонасыщением образования провалов:
пород СМТ или их отсутствием. Причиной •• стадия нарушения ВЗТ отмечает-
газо-насыщения пород или воды являет- ся низкими аномальными значениями
ся растворение водозащитной и продук- УЭС — единицы Ом ∙ м (в 3 и более раз
тивной толщ, на что указывают результа- меньше фона);
ты геохимических исследований. •• стадия растворения ВЗТ сопрово-
Далее на основании выявленных по ждается инверсией геоэлектрических
цифровым моделям признаков наруше- свойств ТКТ и СМТ вследствие газона-
ния геологической среды выполняется сыщения и изменения гидродинамиче-
высокоточный мониторинг электрическо- ского режима;
го сопротивления пород. В ходе монито- •• динамика разрушения водозащит-
ринга изучается динамика электрическо- ной и надпродуктивной толщ сопрово-
го сопротивления, косвенно связанная с ждается суточными изменениями УЭС
изменениями инженерно-геологических во времени;
условий, оказывающих воздействие на •• образование провала происходит
существующие гражданские и промыш- со смещением в плане относительно вы-
ленные объекты. Для этой цели с помощью деляемых аномалий низких сопротив-
разработанного блока № 2 производит- лений на расстоянии 100—300 м;
ся регистрация во времени амплиту- •• стабилизация формирования про-
ды поля заданной частоты генерируемо- вала происходит при достижении границ
го поля захватывающего водозащитную аномальных зон выделенных на глубине.
толщу. По результатам проведенных иссле-
По результатам наблюдений опреде- дований, включая анализ архивных ма-
ляется относительное изменение значе- териалов [4], получены диапазоны из-
ний электрического сопротивления за су- менений электрического сопротивления
точный интервал времени. При этом из- покровной каменной соли, соляно-мер-
менение сопротивления возможно как в гельных и терригенно-карбонатных от-
сторону уменьшения, так и увеличения ложений для качественной оценки сте-
значений, что обуславливается различ- пени нарушения водозащитной толщи
ными фазами разрушения горного мас- (рис. 2). В основе зависимостей лежит
сива. К примеру, увеличение сопротив- прямо пропорциональная связь между
ления связывается с газонасыщением электрическим сопротивлением и пори-
пород или опреснением нижележащих стостью (трещиноватостью) пород ТКТ,
водоносных горизонтов из верхних, а от- ПКС и обратная для отложений СМТ в
рицательная динамика электрических виду их возможного газонасыщения.
свойств указывает на миграцию мине- При этом начальное значение степени
рализованных вод или обводнение отло- соответствует нормальному (ненарушен-
жений вследствие увеличения их трещи- ному) состоянию водозащитной толщи,
новатости. а предельное указывает на нарушение
Заключительным этапом методики ее сплошности или активизацию процес-
является прогноз развития деформаций сов соляного карстообразования.
земной поверхности и образования про- Опираясь на показатели степени на-
валов. В результате комплексного ана- рушения ВЗТ, определяемые по цифро-
128вым моделям, динамику электрического
сопротивления, полученную в результате
высокоточного мониторинга, и данные
инструментального контроля оседаний
земной поверхности разработаны кри-
терии и составлена прогнозная модель
оценки степени опасности возникнове-
ния провалов (таблица). Граничные усло-
вия критериев выбраны, исходя из опы-
та исследований, анализа фактических
данных инструментального контроля и
произошедших событий, повлекших за
Рис. 2. Зависимость степени нарушения ВЗТ
собой обрушение земной поверхности. от сопротивления ПКС, СМТ и ТКТ
Использование полученной модели Fig. 2. Dependence of the degree of impairment
позволяет выполнить прогноз по степени of VZT on the resistance of PKS, SMT and TKT
опасности изменений инженерно-гео-
логических условий и возникновения про- чрезвычайных ситуаций. Элементы ме-
валов при районировании урбанизиро- тодологии легли в основу предложенной
ванных территорий. Определение сте- методики, базирующейся на традицион-
пени выполняется по совокупным наи- ных подходах с усовершенствованием
худшим показателям критериев. Один технологии контактной электроразведки.
из таких примеров районирования на Обоснование методики выполнено на
подработанной территории г. Березники разработанной физико-геологической мо-
представлен на рис. 3. дели негативных процессов при отра-
ботке ВКМКС. Данная модель в полной
Заключение мере раскрывает физическую природу
Таким образом, с учетом накопленно- выявленных закономерностей измене-
го опыта экспериментальных исследова- ний электрических свойств пород, пере-
ний и их анализа разработаны основы крывающих соляную залежь.
методологии оценки и прогноза разви- Методика реализована в виде схемы
тия опасных природно-техногенных про- районирования по степени опасности
цессов на урбанизированных территори- возникновения провалов на земной по-
ях, подверженных риску возникновения верхности, которая показала свою жиз-
Оценка степени опасности возникновения провалов
Assessment of the risk of failures
Таксон Степень Критерии Категория
нарушение суточные изме- скорость оседа- изменения ИГУ
ВЗТ, ед. нения УЭС, % ний, мм/мес.
1 низкая 1—3 1—3 7 >75 сложная, резкие деформа-
ции земной поверхности,
разрушение сооружений,
образование провалов
129Рис. 3. Районирование подработанной территории по степени опасности изменений ИГУ и воз-
никновения провалов
Fig. 3. Zoning of the worked-out territory according to the degree of danger of changes in the ISU and the
occurrence of failures
неспособность на природно-техногенных могут возникать проблемы в организа-
объектах ПАО «Уралкалий». Кроме того, ции систем наблюдения и наличии высо-
прогнозные оценки представленных ис- кого уровня помех, связанные с увели-
следований и работ, проведенных позд- чением плотности застройки и производ-
нее в 2014 г. в районе Соликамского ственными процессами на исследуемой
обрушения, получили верификацию в территории. Данные ограничения требу-
виде границ изменений инженерно-гео- ют определенных допущений, специаль-
логических условий и образования пяти ных подходов при формировании сети
провалов. наблюдений и увеличения трудозатрат
Также следует отметить, что выпол- для обработки получаемой информации.
ненные натурные исследования являют- Пути совершенствования методики
ся, по сути, аналогом физического моде- заключаются в повышении автоматизи-
лирования в естественных условиях, что рованной автономности мониторинговых
позволило получить новые и достовер- систем и создании удаленного доступа к
ные критерии для прогноза негативных их управлению с использованием GSM
опасных природно-техногенных процес- технологий. Реализация данных реше-
сов. Несмотря на простоту использован- ний в простом виде позволила бы осу-
ных решений, при реализации методики ществлять непрерывные наблюдения во
130внутренних точках земли, например, в су- Автор выражает благодарность коллек-
ществующих наблюдательных гидрогео- тивам ПАО «Уралкалий», ООО НИППППД
логических скважинах или сложных гео- «Недра» за предоставленную возможность
технических условиях. и участие в проведении исследований.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Лаптев Б. В. Аварийные ситуации на Верхнекамском месторождении калийно-магние-
вых солей // Безопасность труда в промышленности. — 2009. — № 8. — С. 28—31.
2. Gołębiowski T., Jarosińska E. Application of GPR and ERT methods for recognizing of gypsum
deposits in urban areas // Acta Geophysica. 2019, Vol. 67, Issue 6, pp. 2015 —2030. DOI: 10.1007/
s11600-019-00370-7.
3. Лаптев Б. В. Историография аварий при разработке соляных месторождений // Безо-
пасность труда в промышленности. — 2011. — № 12. — С. 41—46.
4. Глебов С. В. Обоснование рациональных комплексов геофизических исследований во-
дозащитной толщи на месторождениях водорастворимых руд. Дисс. канд. техн. наук. — Пермь,
2006. — 156 с.
5. Татаркин А. В., Колесников В. П. Экспресс-методы электрометрии при выявлении и кон-
троле состояния зон нарушения водозащитной толщи в условиях соляного месторождения //
Горный информационный бюллетень. — 2008. — № 5. — С. 164—172.
6. Жуков А. А., Пригара А. М., Царев Р. И., Шусткина И. Ю. Способ шахтной сейсморазвед-
ки для изучения особенностей геологического строения ВКМС // Горный информационно-
аналитический бюллетень. — 2019. — № 4. — С. 121—136. DOI: 10.25018/0236-1493-2019-
04-0-121-136.
7. Царев Р. И., Пригара А. М., Жуков А. А. Возможности сейсморазведки на поперечных
волнах / Материалы 15-й конференции и выставки EAGE «Инженерная и рудная геофизика
2019». 22—26 апреля 2019 г. — Геленджик, 2019.
8. Колесников В. П., Ласкина Т. А. Результаты исследований по применению методов элект-
рометрии в условиях урбанизированных территорий // Геология и полезные ископаемые За-
падного Урала. — 2018. — № 18. — С. 179—182.
9. Татаркин А. В., Филимончиков А. А. Оценка рисков изменений геотехнических усло-
вий на подработанных территориях // Горный информационно-аналитический бюллетень. —
2014. — № 4. — С. 123—128.
10. Guerriero M., Capozzoli L., Martino G., Giampaolo V., Rizzo E., Canora F., Sdao F. Geophys-
ical techniques for monitoring carbonate karstic rocks // Italian Journal of Engineering Geology
and Environment. 2019. October. DOI: 10.4408/IJEGE.2019-01.S-10.
11. Kidanu S. T., Torgashov E. V., Varnavina A. V., Anderson N. L. EERT-based Investigation of a
Sinkhole in Greene County, Missouri // AIMS Geosciences. 2016. Vol. 2(2), pp. 99—11.
12. Supper R., Chambers J., Tsourlos P., Kim J. H. Foreward // Near Surface Geophysics.
2014. No 12. Pp. 1—3. DOI: 10.3997/1873-0604.2013068.
13. Вагин В. Б., Ефимов А. М., Кулагов Е. В. Исследование и оценка состояния водоза-
щитной толщи над калийными горизонтами геофизическими методами // Горный журнал. —
2014. — № 2. — С. 11—15.
14. Reynolds J. M. An introduction to applied and environmental geophysics. Ed. 2. 2011.
John Wiley & Sons, Hoboken.
15. Колесников В. П., Татаркин А. В., Малиновский К. К. В поисках электромагнитных
предвестников землетрясений // Горное эхо. — 2005. — № 4 (22). — С. 12—18.
16. Кудряшов А. И. Верхнекамское месторождение солей. 2-е изд., перераб. — М.: Эпси-
лон Плюс, 2013. — 368 с.
17. Кудряшов А. И. Разрывная тектоника Верхнекамского месторождения солей. — Пермь:
ГИ УрО РАН, 2004. — 194 с.
REFERENCES
1. Laptev B. V. Emergency situations at the Verkhnekamskoye Deposit Potash Mines. Bezo-
pasnost' truda v promyshlennosti. 2009, no 8, pp. 28—31. [In Russ].
1312. Gołębiowski T., Jarosińska E. Application of GPR and ERT methods for recognizing of gyp-
sum deposits in urban areas. Acta Geophysica. 2019, Vol. 67, Issue 6, pp. 2015 —2030. DOI:
10.1007/s11600-019-00370-7.
3. Laptev B. V. Historiography of accidents when developing salt deposits. Bezopasnost' truda
v promyshlennosti. 2011, no 12, pp. 41—46. [In Russ].
4. Glebov S. V. Obosnovanie ratsional'nykh kompleksov geofizicheskikh issledovaniy vodo-
zashchitnoy tolshchi na mestorozhdeniyakh vodorastvorimykh rud [Substantiation of rational
geophysical research complexes of the water-protective column at water-soluble ore deposits],
Candidate’s thesis, Perm, 2006, 156 p.
5. Tatarkin A. V., Kolesnikov V. P. Express methods of electrometry in identifying and monitor-
ing the status of zones of disturbance of the water-protection strata in a salt deposit. Gornyy
informatsionno-analiticheskiy byulleten’. 2008, no 5, pp. 164—172. [In Russ].
6. Zhukov A. A., Prigara A. M., Tsarev R. I., Shustkina I. Yu. Method of mine seismic survey for
studying geological structure features of Verkhnekamskoye salt deposit. MIAB. Mining Inf. Anal.
Bull. 2019;4:121-136. [In Russ]. DOI: 10.25018/0236-1493-2019-04-0-121-136.
7. Tsarev R. I., Prigara A. M., Zhukov A. A. Possibilities of seismic survey on shear waves. Mate-
rialy 15-y konferentsii i vystavki EAGE «Inzhenernaya i rudnaya geofizika 2019». 22—26 aprelya
2019 g. [Engineering and Mining Geophysics 2019. 15th Conference and Exhibition: proceed-
ings. 22—26 April 2019. Gelendzhik, Russia], Gelendzhik, 2019. [In Russ].
8. Kolesnikov V. P., Laskina T. A. Results of studies on the application of electrometrics tech-
niques in urbanized areas. Geologiya i poleznye iskopaemye Zapadnogo Urala. 2018, no 18,
pp. 179—182. [In Russ].
9. Tatarkin A. V., Filimonchikov A. A. Risk assessment of changes in geotechnical conditions in deve-
loped territories. Gornyy informatsionno-analiticheskiy byulleten’. 2014, no 4, pp. 123—128. [In Russ].
10. Guerriero M., Capozzoli L., Martino G., Giampaolo V., Rizzo E., Canora F., Sdao F. Geophysi-
cal techniques for monitoring carbonate karstic rocks. Italian Journal of Engineering Geology and
Environment. 2019. October. DOI: 10.4408/IJEGE.2019-01.S-10.
11. Kidanu S. T., Torgashov E. V., Varnavina A. V., Anderson N. L. EERT-based Investigation of a
Sinkhole in Greene County, Missouri. AIMS Geosciences. 2016. Vol. 2(2), pp. 99—11.
12. Supper R., Chambers J., Tsourlos P., Kim J. H. Foreward. Near Surface Geophysics. 2014.
No 12. Pp. 1—3. DOI: 10.3997/1873-0604.2013068.
13. Vagin V. B., Efimov A. M., Kulagov E. V. Research and assessment of state of water proof
formation over potash horizons with geophysical methods. Gornyy zhurnal. 2014, no 2, pp. 11—
15. [In Russ].
14. Reynolds J. M. An introduction to applied and environmental geophysics. Ed. 2. 2011.
John Wiley & Sons, Hoboken.
15. Kolesnikov V. P., Tatarkin A. V., Malinovskiy K. K. In search of electromagnetic precursors
of earthquakes. Gornoe ekho. 2005, no 4 (22), pp. 12—18. [In Russ].
16. Kudryashov A. I. Verkhnekamskoe mestorozhdenie soley. 2-e izd. [Verkhnekamskoye salt
deposit. 2nd edition], Moscow, Epsilon Plyus, 2013, 368 p.
17. Kudryashov A. I. Razryvnaya tektonika Verkhnekamskogo mestorozhdeniya soley [Explo-
sive tectonics of Verkhnekamskoye salt deposit], Perm', GI UrO RAN, 2004, 194 p.
ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРE
Татаркин Алексей Викторович — канд. техн. наук, начальник отдела
геофизических исследований, ООО НИППППД «Недра»,
е-mail vsto08@mail.ru.
INFORMATION ABOUT THE AUTHOR
A.V. Tatarkin, Cand. Sci. (Eng.), Head of Department of Geophysical Research,
LLC NIPPPD Nedra, 614064, Perm, Russia, e-mail vsto08@mail.ru.
Получена редакцией 01.10.2019; получена после рецензии 14.11.2019; принята к печати 20.12.2019.
Received by the editors 01.10.2019; received after the review 14.11.2019; accepted for printing 20.12.2019.
132Вы также можете почитать
