ООО "ГЕОДИАГНОСТИКА"
Главная ] Вверх ] О себе ] Приборы ] Бурение ] Предложения ]  

 

 

        English

 

 

          ООО

"Геодиагностика"

 

    

ТЕХНОЛОГИИ

контроля

сплошности:

 

ледогрунтовых

ограждений

 

грунтоцементных

массивов и свай

 

бетонных

стен в грунте

 

шпунтовых

ограждений

 

буронабивных

свай

 

обделок

тоннелей

 

бетонных

конструкций

 

 

 

ОБЪЕКТЫ:

 

Размыв

пл. Мужества

 

Вторая сцена

Мариинского

театра

 

Западный скоростной диаметр

 

 

Кольцевая

 

автодорога

 

 

Рудник Мир

 

 

НОВОЕ:

 

Гироскопический

инклинометр

 

 

 

 

 

 

 

         

 

 

           

 

 

 

 

 

     

 

       Архипов А.Г.

  ООО "Геодиагностика"

МежскважинноЕ прозвучиваниЕ ГОРНЫХ ПОРОД участка строительства скипового и клетьевого стволов И АНАЛИЗ ПРИЧИН АВАРИИ на руднике "МИР" (г.Мирный, Республика Саха Якутия)

(Страница в разработке)

 

Рис.1 Вид на наземные сооружения рудника и карьер "Мир" (с сайта АК "Алроса", www.alrosa.ru, дата обращения 11.02.2018)

 

  

        ВВЕДЕНИЕ

        Наблюдая в 2003г. за бурением водоподъемной скважины с борта карьера для реализации проекта "сухой" консервации автор помнит, что подумал "ничего боятся" и "неужели получится". Уж больно сложен и масштабен был проект "сухой" консервации карьера. По водоподъемной скважине сразу напрашивалось несколько вопросов: какой ресурс насоса при максимальной производительности при откачке рассолов (не воды), сколько простоит обсадная колонна, как скоро изменится (закольматируется) призабойная зона скважины и что можно сделать если дебит скважины уменьшится или прекратится? 

        Авария, произошедшая на руднике "Мир" 4 августа 2017г. стала колоссальным неуспехом отечественной отраслевой и академической науки. Поэтому анализ и профессиональное обсуждение в научных кругах причин аварии на руднике "Мир" необходимы во избежании ее повторения на строящихся подземных рудниках. Общей проблемой является обеспечение в проектных решениях и строительстве рационального соотношения практического опыта, научных идей и здравого смысла.

        В 2002-2003 г.г. автор участвовал в проведении межскважинного акустического просвечивания (прозвучивания) горных пород скипового и клетьевого стволов рудника "Мир" до замораживания и отметил в нижней части геологического разреза аномально высокие скорости упругой волны. Поскольку отклонения в скоростях упругих волн фиксировались ниже интервала залегания коллекторов Метегеро-Ичерского водоносного горизонта, которые подвергались замораживанию, это не привлекло внимания. Но после аварии на руднике "Мир" в 2017г. результаты исследования свойств горных пород 2002-2003 г.г. методом межскважинного прозвучивания снова стали актуальны для понимания причин аварии.

        Неожиданность аварии 4 августа 2017г. свидетельствует о проблемах в организации контроля за состоянием массива горных пород на горизонте -210 м. Концептуальная ошибка при проектировании системы геомониторинга подземного рудника "Мир", скорее всего заключалась в непонимании того факта, что массив горных пород, окружающий карьер являлся своего рода ограждением, защищающим подземный рудник от затопления, и основным контролируемым показателем должна была стать сплошность горных пород. Под термином “cплошность бетона” (СП 45.13330.2011. Мосты и трубы. Приложение 2) понимается показатель качества укладки, характеризующий непрерывность материала и отсутствие аномальных зон (шлам, пустоты)”. Термин “cплошность горных породможно определить как непрерывность, неразывность массива горных пород и отсутствие зон трещиноватости и разрывных нарушений по которым могут двигаться грунтовые воды или осущестdляться прорыв водо-грунтовых масс.

        Довольно странно читать в заключении Комиссии Ростехнадзора о причинах аварии на руднике "Мир" "об отсутствии в настоящее время в России и за рубежом систем контроля, позволяющих выявлять развития образований пустот в горных породах" [1]. Десятки лет метод прозвучивания используется для выявления зон несплошности в различных средах, в т.ч. пустот в горных породах [2]. Серийно выпускались аппаратуры межскважинного акустического прозвучивания МАП-1 (1972) и АПИ-1 (1991), разработанные  Всесоюзным НИИ методики и техники разведки (ВИТР) [3]. В составе аппаратуры межскважинного прозвучивания АПИ-1 был уже и шпуровой излучатель для поиска рудных тел и исследования состояния целиков горных пород между подземными горными выработками. ПО "Спецтампонажгеология" (г.Антрацит) длительное время применяло аппаратуру МАП-1 для контроля качества тампонажа (водоизоляции) после нагнетания в массив горных пород глино-цементных смесей [4]. В настоящее время ООО "Геодиагностика" выпускает аппаратурный комплекс межскважинного прозвучивания АПЗ-1, предназначенный, в том числе, и для для контроля сплошности предохранительных целиков из шпуров, пробуренных в подземных горных выработках [5].

        Ниже автор, исходя из открытых источников о проекте и собственного опыта контроля сплошности ограждений шахтных стволов попытается проанализировать причины аварии на руднике "Мир".  Будут рассмотрены горно-геологические условия месторождения "Мир", проектные решения по сухой консервации карьера "Мир" и подземному руднику,  использованные горные технологии, последовательность развития событий и др. Неверные или запоздалые технические решения исходили от иллюзии понимания стабильности системы "карьер - грунтовый массив - горная выработка" Надеюсь коллегам будет полезен свежий взгляд человека неоднократно наблюдавшего аварии на шахтных стволах при попытке реализации решений, не учитывающих проблему сплошности ограждений.

 

              

       

        1. Организация строительства подземного рудника "Мир"

 

         Строительство подземных рудников на кимберлитовых трубках  "Мир" и "Удачная" вошло в пятилетний (2001-2005 гг.) план развития АК "Алроса".  Проект строительства подземного рудника "Мир" реализовывался структурными подразделениями компании АК "Алроса" с привлечением субподрядных организаций. Ниже кратко описаны функции некоторых организаций, принимавших участие в проектировании и строительстве подземного рудника  "Мир".

       Заказчик строительства: АК "Алроса" (с 1998г. - ЗАО, с 2011г. - ОАО, с 2015 - ПАО)

       ----------------------------------------------------------------------------------------------

 

 

        2.  ГОРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ Условия СТРОИТЕЛЬСТВА подземного рудника"МИР"

   

        2.1  Результаты геологоразведочных работ

        Месторождение алмазов Трубка "Мир" разрабатывалось открытым способом с 1958г. Конечная глубина отработки карьера в 2001г. составила 525 м, форма выработки - усеченный конус. Диаметр карьера по поверхности земли превысил 1200 м, на дне карьера - 70-80 м (требует уточнения). Генеральный угол борта карьера (угол наклона  борта карьера на момент окончания эксплуатационных работ) 48-50 град. Высота уступов до 40 м.  Добыча руды карьерным способом ниже глубины 525 м (отметка -190 м) на месторождении Трубка "Мир" оказалась экономически нецелесообразной и АК "Алроса" приняла решение о строительстве подземного рудника.

        Ниже по данным источников [9,18] приведены некоторые характеристики горных пород и месторождения Трубка "Мир" (прочность, трещиноватость горных пород, гидрогеологические характеристики разреза и др.), которые, по мнению автора статьи, могли быть связаны с с возникновением аварийной ситуации 4 августа 2017г. Высотные отметки даны в абсолютной шкале от уровня моря в Балтийской системе высот, глубина указывается по относительной шкале от поверхности грунта (абсолютная отметка 0 м, соответствует, приблизительно, глубине 315 м).

      ------------------------------------------------------------------------------------------------------

     

       

        2.2  Результаты межскважинного акустического просвечивания горных пород клетьевого и скипового стволов 2002-2003 г.г.

        В декабре 2001 г. автор получил по электронной почте  письмо главного геолога Управления капитального строительства (УКС) АК "Алроса" Романа Анатольевича Захарова с запросом об аппаратуре межскважинного акустичекого просвечивания для контроля сплошности ледопородных ограждений строящихся клетьевого и скипового стволов подземного рудника "Мир". Скорее всего Р.А.Захаров нашел информацию о контроле сплошности ледогрунтовых ограждений на сайте Всероссийского НИИ методики и техники разведки (ВИТР), где автор работал заведующим отделом перспективных иследований. Как потом понял автор, геологическая служба УКС АК "Алроса", понимая сложности геологических и гидрогеологических условий для проведения подземных горных работ на руднике "Мир", пыталась получить возможность большего влияния на процесс принятия решений шахтостроителями.

        Проблемой для выполения контроля сплошности ограждений шахтных стволов на руднике "Мир" силами ВИТР  была большая глубина ледопородного ограждения 525 м. Аппаратура межскважинного прозвучивания АПИ-3К, которая в том момент разрабатывалась в ВИТРе, имела ограничение по глубине 150 м вследствие технического решения по способу возбуждения упругой волн от высоковольтного электрического импульса тока, передаваемого по кабелю. Скважинный электроискровой излучатель упругих волн (“спаркер”) был помещен на конце коаксиального кабеля, второй конец которого соединялся с генератором импульсов тока на поверхности земли.  Физической возможности увеличить длину кабеля до 600  м и выполнить работы на руднике "Мир" собственной аппаратурой не было. Пришлось обратиться в ООО НПЦ "Геомир" к заслуженному геофизику Анатолию Александровичу Молчанову, у которого был глубинный скважинный  излучатель,  с предложением соединить усилия. 27 декабря 2001 г. в адрес УКС АК "Алроса" было отослано предложение, что работы может выполнить ООО НПЦ "Геомир".  

        8 января 2002г. от УКС АК "Алроса" (директор Ю.И.Попов) было получено согласие заключить договор и в ООО НПЦ "Геомир" началась разработка аппаратуры межскважинного прозвучивания, которая получила название "Нева-1". Собрать, испытать и подготовить аппаратуру к выезду в Якутию надо было к марту 2002г.  В рекордный срок к концу марта 2002г. новая  аппаратура "Нева-1" в составе скважинного излучателя "Приток-1", скважинного приемника от аппаратуры АПИ и комплекса программно-аппаратных средств была собрана и испытана на базе Гатчинского участка ООО "Мосгазгеофизика". Автор должен отметить организаторские способности, энергию и смелость генерального директора ООО НПЦ "Геомир" Алексея Анатольевича Молчанова. 

            В середине апреля 2002г. автор вместе с сотрудниками ООО НПЦ "Геомир"  Д.Н.Дмитриевым и А.Ефремовым и аппаратурой отправился в г.Мирный для проведения первичного цикла акустического просвечивания горных пород до замораживания (рис.2).

 

                                               а                                                                                         б                                                                                                  в

 

           

        Рис.2. Межскважинное акустическое просвечивание горных пород участка строительства скипового и клетьевого стволов на руднике "Мир" в 2002 и 2003 г.

а - коллектив исполнителей  перед каротажным подъемником (слево направо):  А.Г.Архипов , геофизик Ботуобинской экспедиции, А.Ефремов  (2002г.); б - расположение каротажных подъемников при проведении МАП горных пород клетьевого ствола (2002г.); в - перед устьем скважины в ночную смену (слево направо) Д.Н.Дмитриев , М.К.Фахрутдинов , А.Г.Архипов  (2003г.)

 

 

 

            Акустическое просвечивание горных пород до замораживания на участке клетьевого ствола выполнено в период 18 -21 апреля 2002г. между скважинами №№ 1 и 15; 15 и 20; 20 и 26; 26 и 34; 34 и 1 в интервале глубин 0 -520 м [7]В следующем  2003 г. в период с 19 февраля по 7 марта акустическое просвечивание горных пород  было выполнено на участке скипового ствола между скважинам УКЛО-1 – 32, УКЛО-1 – 18,  КТ-1-1, КТ1-30, УКЛО-2 – 1, УКЛО-2 – 13, 20 – 13 и УКЛО-1 – 13 в интервале глубин 0 -525 м [8] . Шаг  прозвучивания по глубине составлял 5 –10 м, но в одной паре скважин в интервале глубин 340 – 525 м шаг прозвучивания уменьшался до 1 – 2 м. Расстояния между скважинами изменялись в пределах 4,55-15,3 м. Каротажные подъемники для спуска излучателя и приемника упругих волн предоставила Ботуобинская экспедиция. 

 

 

 

Рис.3. Распределение скоростей упругих волн по глубине на участке строительства клетьевого ствола рудника "Мир" (2002г.) по данным межскважинного акустического просвечивания (МАП)

             

Строение геологического разреза участков клетевого и скипового стволов рудника "Мир" из-за близости расположения оказалось очень похожим. Поэтому для объяснения особенностей горных пород рудника "Мир"  в интервале глубин 0-525 м используем распределение скоростей упругих волн по глубине на участке строительства только клетьевого ствола (рис.3). Наименования горных пород взяты из отчета Ботуобинской экспедиции по исследованию Мирнинского кимберлитового поля [9]

            Геологический разрез по комплексу акустических признаков разделен по глубине на следующие части:

            а) 0-10 м - насыпной грунт и слабосвязанные осадочные отложения (скорость упругой волны 900 - 1600 м/с)

            б) 10-60 м - переслаивание мергелей, песчаников и аргиллитов Илгинской свиты (скорость упругой волны 2000 - 2600 м/с)

            в) 60-170 м - переслаивание мергелей Илгинской свиты  (скорость упругой волны 2200 - 3400 м/с)

            г) 170-300 м -  переслаивание мергелей и доломитов Верхоленской свиты (скорость упругой волны 3000 - 3400 м/с)

            д) 300-525 м - переслаивание доломитов и известняков Метегерской и Ичерской свит (скорость упругой волны 3400 - 5800 м/с).

Строение геологического разреза хорошо прослеживается по изменению скорости упругой волны с глубиной (рис.5). Наиболее резкая граница находится между пластами горных пород Верхоленской и Метегерской свит на глубине, приблизительно, 300 м.

         Увеличение скорости упругой волны с глубиной коррелирует с величиной прочности горных пород на сжатие. По данным исследований Якутского треста инженерно-строительных изысканий ЯкутТИСИЗ и лаборатории геомеханики Якутнипромалмаз [9] слабые горные породы Илгинской свиты (интервал залегания 10-170 м), характеризуются относительно невысокими значениями прочности на сжатие (аргиллиты с прослоями песчаников - 2,4 МПа, мергели, песчаники и аргиллиты - 7,8 -28,2 МПа), а наиболее прочные доломиты  и известняки  Ичерской свиты  (интервал залегания ниже 450 м) имеют прочность на сжатие, соответственно, 14-33 и 38-44 МПа.

Локальные уменьшения скорости упругой волны в интервалах залеганий горной породы одного типа, в значительной степени, обусловлены ростом трещиновататости. Интервалы трещиноватых горных пород, потенциально опасных для движения и проникновения грунтовых вод внутрь выработки при нарушении сплошности ледопородного ограждения, были выделены по уменьшению скорости упругой волны. К опасным были отнесены прослои с пониженными скоростями  упругих волн в интервалах 0-300 м (Илгинская и Верхоленская свиты) и 300-450 м (Метегерская свита). 

         Для понимания одной из причин аварии на руднике "Мир" в 2017г. наибольший интерес представляют результаты прозвучивания горных пород Ичерской свиты, залегающих ниже глубины 450 м вблизи предохранительного целика. Высокие значения скорости упругой волны (до 5800 м/с) указывают одновременно на высокую прочность и сплошность горных пород. Но сплошность горных пород была обеспечена не только окремнением, но и "залечиванием" трещин слабым материалом: гипсом и сульфатно-крабонатным цементом [9]. Массив бортов карьера над горными выработками оказался сложен прочными, но хрупкими горными породами. Трещины, выполненные слабым материалом с высокой степенью вероятности были склонны к быстрому раскрытию при деформации массива горной породы.

.

         Подковерная борьба

         Быстрое появление ООО НПЦ "Геомир" в г.Мирный и выполнение первичного цикла акустического прозвучивания на клетьевом стволе оказалось неожиданным для конкурирующей организации, которая предлагала альтернативный  ультразвуковой метод контроля сплошности ледопородных ограждений и торговалась с УКС АК "Алроса" по стоимости работ.

           В июле 2002г. конкурирующая группа Государственного унитарного предприятия (ГУП) Трест "Шахтспецстрой" оправилась от шока и начала борьбу за проведение контроля сплошности ледогрунтовых ограждений на клетьевом и скиповом стволах. 10 июля 2002г. УКС АК "Алроса" получило письмо №121 от главного инженера Белгородского ШСУ ГУП Трест "Шахтспецстрой"" И.Н.Скумса о невозможности использовать метод межскважинного акустического просвечивания и аппаратурный комплекс  "Нева-1" для контроля сплошности ледопородных ограждений. Мотивация  ГУП Трест "Шахтспецстрой" была понятна: убрать конкурентов, которые "сбили" расценки, выполнив работу в 4-5 раз дешевле их предложения, с "поляны",

             По просьбе Р.А.Захарова автор написал в адрес УКС АК "Алроса" ответное письмо, которе начиналось так:

"Ознакомившись с письмом главного инженера "Шахтспецстройпроекта" И.Н.Скумса №121 от 10.07.02 сообщаю следующее. В силу рыночных отношений и открытости тендеров, проводимых АК "Алроса", на выполнение работ при строительстве клетевого ствола подземного рудника "Мир", сталкиваются две технологии акустического контроля состояния ледопородного ограждения. Это является нормальной мировой практикой, позволяющей заказчику оценить возможности оферт и выявить наилучшее, с точки зрения качество-цена предложения. Поэтому письмо И.Н.Скумса является обычным ходом конкурентной борьбы с целью давления на заказчика для получения заказа на выполнения работ близкой к ДГУП "Проектная контора ГУП Трест Шахтспецстрой" организации - Белгородского ШСУ ГУП Трест "Шахтспецстрой"".

        Чтобы не сильно отвлекаться на обсуждение характеристик двух методов контроля, автор свел их в табл. Оба метода, исходя из длительной практики применения и наблюдений автора, обеспечивают контроль сплошности ледопородных ограждений. Основным недостатком ультразвукового метода является малая дальность исследований (1-3 м) и сложность интрепретации результатов прозвучивания в трещиноватых, разуплотненных и глинистых горных породах из-за быстрого затухания высокочастотной упругой волны. По этой же причине ультразвуковой метод не может применяться для контроля сплошности завес, формируемых методами тампонажа или струйной цементации. При использовании ультразвукового метода необходимо до предела снижать базу измерений и проводить исследования между соседними скважинами на расстоянии 1-2 м, а при акустическом просвечивании контура замораживания расстояние между наблюдательными скважинами можно принимать в пределах 5 - 15 м .

 

        Таблица Сравнительные характеристики  методов межскважинного ультразвукового и акустического прозвучивания

для контроля сплошности ледогрунтовых ограждений

 

 

№пп

 

Показатель

Величина

Ультразвуковой метод

Акустический метод

1

Дальность прозвучивания, м

не более 3

не менее 50

2

Способ возбуждения упругой

 волны

Магнитострикция,

пьезоэффект

Электрогидравлический удар

3

Тип возбуждаемого импульса упругой волны

Радиоимпульс

Видеоимпульс 

4

Тип спектра импульса

Линейный

Сплошной

5

Частотный диапазон спектра, Гц

36000 (44000)

0-20000

 6

Частота посылки импульсов, Гц

1-50

0,017 (1 импульс/ мин)

7

Проведение измерений в скважинах

Непрерывное

Дискретное

8

Число пар скважин при контроле, шт

37

5-6

9

Число скважин с извлеченными питающими трубками

-

3 (для излучателя диаметром 104 мм)

10

Возможность томографии межскважинного пространства

Нет

Да

11

Производительность измерений при глубине 500 м, пара скважин/смена

3-6

2-3

12

Число смен для прозвучивания контура ствола, шт

6-8

3

13

Размещение аппаратуры

Специальная

автомашина с двумя лебедками

Два каротажных

подъемника

14

Стоимость цикла работ на 2002г., тыс. руб

3500

1250

 

 

        Конурентная борьба всегда выявляет интересные детали. Выяснилось,  что Белгородским ШСУ ГУП Трест "Шахтспецстрой" не были переданы заказчику УКС АК "Алроса" материалы ультразвукового контроля, выполненного  при строительстве ствола рудника "Интернациональный", хотя акты приемки сдачи работ были подписаны и произведена оплата работ. Учитывая известную низкую надежность скважинных приборов ультразвуковой аппаратуры, факт отсутствия материалов позволял предпологать либо о неполном выполнении объема работ или о методических трудностях в интерпертации ультразвуковых измерений. Отсутствие в УКС АК "Алроса" материалов по ультразвуковому контролю на  руднике "Интернациональный" не позволило сравнить данные акустического и ультразвукового прозвучивания в коллекторах (трещиноватых прослоях известняков и доломитов) карьера "Мир" и, вообще, понять достоверность ультразвукового контроля в горных породах с высоким коэффициентом затухания упругой волны. Позднее автор получил подтверждение своих подозрений, когда находясь в машине станции ультразвукового контроля УКЛО-2 заметил отсутствие сигнала на экране осциллографа в верхнем интервале глубин до 330 м.

          Ясность и понятность отчетов ООО НПЦ "Геомир" по межскважинному акустическому просвечиванию горных пород, при честной борьбе, с точки зрения автора,  не давала конкуренту шансов. УКС АК "Алроса" отстаивал продолжение работ с ООО НПЦ "Геомир". Но автор не дооценивал систему АК "Алроса".  Блестящим ударом конкурентов стало подключение государственного органа (Госгортехнадзора) для проталкивания своего участия в работе по контролю сплошности ледопородных ограждений.  Главный геолог УКС АК "Алроса" Р.А.Захаров задал  автору вопрос имеет ли вообще Госгортехнадзор не имея специальных знаний право вмешиваться в решении технологических вопросов, но автор наивно считал, что разберутся. Протоколом технического совещания  при начальнике управления по надзору в горнорудной промышленности А.И.Перепелицине Федерального горного и промышленного надзора России (Госгортехнадзора) от 31 октября 2002 г в г.Москве был принято административное решение о привлечении к работам на руднике "Мир" ультразвуковой аппаратуры УКЛО-2  ДГУП "Проектная контора ГУП Трест Шахтспецстрой" и Белгородского ШСУ ГУП Трест "Шахтспецстрой"" [10] . По наблюдениям автора, который также присутствовал на этом совещании, председательствующий просто не понимал о чем идет речь, а готовый проект протокола волшебным образом появился к концу совещания.

       В 2004г., по инерции, переписка автора с УКС АК "Алроса" относительно контроля сплошности ледопородных ограждений еще продолжалась, но потом прекратилась. Конкурент, используя административные рычаги и связи победил. Для заказчика (УКС АК "Алроса") и геологической службы оказалось сложно и хлопотно бороться с опытными бойцами подковерных битв. Но АК "Алроса" проиграла.  Автор считает, что если бы работы с акустическим просвечиванием горных пород на руднике "Мир" продолжились, то у Заказчика в конце концов возникло бы понимание необходимости применения метода прозвучивания для контроля состояния предохранительного целика в процессе проведения подземных горных работ и тампонажа.Тогда авария может быть и не случилась. А так получилось как получилось.

       

                   

 

           3. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПОДЗЕМНОго рудникА "МИР"

 

            3.1 Проект строительства подземного рудника "Мир" 2001 г.

             Цель строительства подземного рудника  - отработка подкарьерных запасов месторождения "Мир".  Генеральный проектировщик подземного рудника "Мир" - Институт "Якутнипромалмаз" АК "Алроса".  Проекты по "сухой" конервации карьера и вскрытия и отработки подкарьерных запасов месторождения "Мир" разрабатывали две организации:

        а) Проект "Сухая консервация карьера "Мир"" -  ООО  "Научно-технический и экспертный центр новых экотехнологий в гидрогеологии  и гидротехнике "НОВОТЭК" (ООО "НТЦ "НОВОТЭК") (г.Белгород);

        б) Проект "Рудник "Мир" 1000 тыс.т"- ООО "Институт Гипроникель" (Санкт-Петербург). 

         Проект "сухой" консервации карьера, разработанный  ООО "НТЦ "НОВОТЭК", прошел специальную экспертизу Госгортехнадзора России и был положительно оценен на специальном заседании секции промышленной безопасности производств Госгортехнадзора России".  Проект "Рудник "Мир" 1000 тыс.т" ООО "Институт Гипроникель" был рассмотрен на заседании научно-технического совета Госгортехнадзора России и также получил положительную оценку.

                 

        3.2. Патент  РФ 2165018 "Способ комбинированной разработки обводненных месторождений полезных ископаемых".

        Упоминание о том, что патент РФ 2165018 "Способ комбинированной разработки обводненных месторождений полезных ископаемых" [21] служил основой технологии "сухой" консервации карьера для отработки подкарьерных запасов месторождения "Мир" содержится в работе [12] и нескольких публичных вступлениях представителей АК "Алроса".  Поэтому для понимания развития событий на подземном руднике "Мир" рассмотрим суть предложенных в патенте технических идей.

    ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------    

 

           Под изобретением понимается некое техническое решение, обладающее новизной. Но надо понимать, что новизна технического решения еще не означает возможность или экономическую целесообразность его реализации. Это прежде всего касается многочисленных изобретений различных способов достижения чего-либо.

        В России патенты выдает Федеральная служба по интеллектуальной собственности (Роспатент) после экспертизы заявок на новизну объекта интеллектуальной собственности (изобретения). Патент это охранный документ, удостоверяющий приоритет авторов изобретения. Выдача патента РФ 2165018 на изобретение "Способ комбинированной разработки обводненных месторождений полезных ископаемых"  подтвердил новизну технического решения по новому способу разработки обводненных месторождений, установил приоритет авторов изобретения и зафиксировал патентообладателя АК "АЛРОСА".

       

-----------------------------------------------------------------------------------------------------

       

 

        3.3. Проект  ООО "Научно-технический и экспертный центр новых экотехнологий в гидрогеологии  и гидротехнике "НОВОТЭК" (ООО "НТЦ "НОВОТЭК")    по "сухой" консервации карьера "Мир"

 

           Главное требование заказчика проекта АК "Алроса" к субподрядной проектной организации ООО "НТЦ "НОВОТЭК" понятны из следующей цитаты: "Нам необходимо, чтобы этот проект ("сухой" консервации карьера - примечание автора ) отработал 15 лет. За это время мы предполагаем выбрать руду под карьером и создать под землей искусственный целик толщиной 100 м. В этом случае агресссивная вода на 99,9% перестанет угрожать затоплением шахты" [16] .

       

      

      

Рис.5.   Проектная схема "сухой" консервации карьера "Мир" [12] (номера слоев проставил автор статьи)

            1 - рудное тело (кимберлит), 2 - дренирующий слой (отсыпка из долеритового щебня), 3 - противофильтрационный экран  из полимерного полотна (геомебраны) и суглинистых горных пород.

  

 Рис.6.   Профиль водоотводящей штольни системы заглубленного водоотлива в карьере "Мир" [20]

            1 - штольня, 2 - дно карьера, 3 - контур расположения скважин  противофильтрационной завесы (выделено желтым цветом)

 

      

        Конструкция системы заглубленного водоотлива из карьера

       Система заглубленного водоотлива из карьера - одноступенчатая, скважинными насосами (рис.5, 6). Перекачиваемая жидкость - рассол (пересыщенный раствор солей натрия и хлора, минерализация 100-120 г/л (до 180 г/л), температура -4 град С. В рассоле содержится сероводород (34,2-56 мг/л). Величина pH грунтовых вод 7,2-7,4, рассола - 8.  Температура образования шуги в рассолах минерализацией 180 г/л -  -17 град С.  Приток грунтовых вод в карьер 1200 куб.м/час.

       

------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

    

   4. Строительство и эксплуатация подземного рудника "Мир" 2001-2017г.г.

 

    4.1. Общие сведения о строительстве

    Реализация проекта "сухой" консервации карьера, строительство и эксплуатация подземного рудника "Мир" в период 2000-2017г.г. (табл.  ) прослежены по ежемесячному изданию АК "Алроса"  [16]. К августу 2017г. рудник "Мир" представлял сложную горную систему подземной добычи кимберлита.

   

 

 

 

 

Рис.   Расположение промышленных площадок подземного рудника "Мир" (2015г.)

1 - карьер "Мир"; 2 - проекция устья водоотводящей штольни на борт карьера; 3 - промышленная площадка водоподъемных скважин на берме карьера на отметке +235 м; 4 - основная промышленная площадка рудника "Мир" с копрами клетьевого и скипового стволов.

 

       

             4.2  Строительство техногенного грунтового массива и системы заглубленного водоотлива из карьера в 2002-2005 гг.

            Отсыпка техногенного грунтового массива на дне карьера и строительство системы заглубленного водоотлива из карьера были реализованы структурными подразделениями АК "Алроса" (Мирнинский ГОК и др.) и субподрядными организациями в период 2002-2005 гг. 

         

----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

 

 

 

  Рис.8. Вид дна карьера "Мир" при отсыпке дренирующего слоя из долеритового щебня и проходке водоотводящей штольни [23]

 

                                         а                                                                                  б                                                                                           в

 

     

                

         

      Рис.9. Элементы системы заглубленного водоотлива карьера "Мир" [12]

а, б - настил противофильтрационного экрана из геосинтетического водонепроницаемого материала (геомембраны) [13], в - один из входов в штольню в карьере

 

     

        4.3 Вскрытие месторождения

        Схема вскрытия месторождения  "Мир" - фланговая центрально-сдвоенными стволами. Основные вскрывающие выработки - два вертикальных шахтных ствола (клетьевой и скиповой). Клетьевой ствол предназначен для спуска и подъема персонала, скиповой - для доставки грузов и подъема руды. Стволы размещены на основной промышленной площадке (рис.  ). Отметки устья клетьевого ствола +347 м, скипового ствола +345,8 м.

       

----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

      

  4.4 Система разработки рудного тела

        На подземном руднике "Мир" применялась слоевая система разработки с механизированной (комбайновой) отбойкой руды и полной закладкой выработанного пространства [  ]. Рудное тело в интервале глубин (абс) -210 - -615 м было разбито по вертикали на четыре эксплуатационных блока №№ 1, 2, 3, 4.  Границы эксплуатационных блоков по вертикали: №1 - -210 - -310 м, №2 -  -310 - -410 м, №3 -  -410 - -510 м, №4 -  -510 - -615 м.

      

-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

 

 

 

 

           

             Рис.   Система разработки КЦСН-Т для эксплуатационного блока №1, примыкающего к предохранительному целику подземного рудника "Мир"

1 -  карьер; 2 - дренирующий слой (отсыпка долеритового щебня) на дне карьера; 3 - рудное тело (кимберлит); 4- отработанное и заложенное твердеющей смесью пространство; 5 - границы добычных слоев: 6 - панельные заезды; 7 - заезды на слоевые штреки; 8 - доставочный штрек; 9 - уклон на горизонте -327 м; 10 - транспортный квершлаг №2 на горизонте -310 м; 11 - спиральный съезд между горизонтами -210 и -310 м; 12 - закладочный квершлаг; 13 - породоспуск №2; 14 - вентиляционно-закладочный штрек; 15 - слоевые штреки; 16 - оконтуривающие рудные штреки; 17 - очистной забой

 

 

 

         

                                           а                                                                                  б                                                                                           в

 

        

  

  Рис.   Строительство подземного рудника "Мир" (2014г.) (Фото Слава Степанов / gelio.lj.ru ) [22]

а - разработка забоя в кимберлитовой руде добычным комбайном на горизонте -210 м (до дна карьера около 20 м) ; б - шахтный самосвал; в - общий вид зала с насосами ЦНС-180-700 главной водоотливной установки на горизонте -210 м

 

 

 

        4.5 Система водоотлива подземного рудника  "Мир"

        В 2017г. перед аварией водоотлив подземного рудника  "Мир" состоял из средств шахтного водоотлива и средств водоотлива системы "cухой" консервации карьера "Мир" [  ] .

   ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

 

                                       а                                                                                  б                                                                                      в

      

 

 

  Рис.    .  Дренажный комплекс "Трезубец", построенный в подземном руднике "Мир" на горизонте -210 м в 2014-2015 г.г.   [15]

а - план расположения водоулавливающих горных выработок в рудном теле; б -дренажная горная выработка; в - сбор грунтовых вод в лоток горной выработки

 

 

 

Таблица. Строительство и эксплуатация подземного рудника "Мир" в период 2000-2017г.г.

    

     

            4.6 Система геомониторинга по наблюдению за геомеханическими процессами на руднике "Мир" (блок №1)

 

           По косвенным признакам (разработанные документы, приказы, технические требования к наблюдательным станциям и др.) можно понять, что проектирование системы геомониторинга на подземном руднике "Мир", скорее всего, производилось согласно действующего  нормативно-технического документа "Инструкции по наблюдениям за сдвижением горных пород и земной поверхности при подземной разработке рудных месторождений. ВНИПИгорцветмет, разработанной в 1985 и утвержденной Госгортехнадзором СССР 03.07.1986. Документ достаточно "возрастной", но ни кем не отмененный из-за отстутствия замены.

     

---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

 

 

         

 

 

   Рис.    Схема расположения наблюдательных станций системы мониторинга в водосборнике "Центр" (вертикальный разрез).

1 - слоевой штрек на горизонте -230 м; 2 - вентиляционно-закладочный штрек на горизонте -210 м; 3 - опорный репер (куст из трех реперов Rp); 4 - станция глубинных реперов СГР1; 5 -станция визуальных наблюдения СВН1; 6  - профильная линия (ПЛ); 7 - добычной слой; 8 - заезд ВВ№4; 9 - станция глубинных реперов СГР2; 10 -станция визуальных наблюдения СВН2; 11 - устье горизонтальных скважин в борту выработки для станции гглубинных реперов (визуальных наблюдений) СГР6 (СВН6); 12 - устье горизонтальных скважин в борту выработки для станции гглубинных реперов (визуальных наблюдений) СГР7 (СВН7); 13 - станция глубинных реперов СГР3; 14 -станция визуальных наблюдения СВН3; 15 - заезд ВВ№4; 16 - горная выработка (водосборник) "Центр" дренажного комплекса "Трезубец"; 17 - камера скважин №№37-49; 18 - станция глубинных реперов СГР4; 19 -станция визуальных наблюдения СВН4

 

       Геофизические методы в системе геомониторинга подземного рудника "Мир"

       В дополнение к измерению смещений на наблюдательных станциях на подземном руднике "Мир" применялся геоакустический метод (измерение акустической эмиссии)

Режимные геоакустические наблюдения включали регистрацию количества и параметров естественных акустических импульсов, составление карт сейсмоакустической активности, совмещенной с планами горных работ для определения зон опасных по горным ударам. Использовалась аппаратура "PrognozADS".  Параметры измрений(требует уточнения) : частотный диапазон приема: 1-10 кГц; коэффициент усиления 3-6 [  ] .

 

 

 

     5. Авария на подземном руднике "МИР" 4 АВГУСТА 2017г.

 

    Авария на подземном руднике "Мир" произошла 4 августа 2017г., приблизительно в 16 ч. 30 мин по местному времени (10 ч 30 мин по Московскому времени).

      Из сводки сводки чрезвычайной сиутации (ЧС) на территории Сибирского, Уральского и Дальневосточного федеральных округов по состоянию на 06.00 (крск) 05.08.2017 года: "04.08.2017 г. Республика Саха (Якутия), г. Мирный. В 10:35 (мск) поступила информация о подтоплении грунтовыми водами рудника «Мир», в шахту попало около 250 000 м3 грунтовых вод, произошло затопление горных выработок, в шахте находился 151 человек, на поверхность выведено 142 человека..." [17] .

  

-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

 

 

                                   а                                                                                            б                                                                                    в

 

        

 

 

  Рис.    Подземный рудник и карьер "Мир" после аварии 4 августа 2017г.

а, б - разбор завалов в горных выработках (фото с сайта  http://mchs.gov.ru, дата обращения 17.12.2017), в вид на карьер "Мир"  после аварии (фото с сайта http://yakutiamedia.ru, дата обращения 10.12.2017)

 

 

 Таблица Развитие аварии на подземном руднике "Мир" в период 4-26 августа 2017г.

 

 

    Развитие спасательной операции (табл.) показывает, что к такой аварии и к таким повреждениям не готовились.  Все эти многочисленные и дорогостоящие экспертизы промышленной безопасности оказались бесполезными листками бумаги. Заранее подготовленного плана спасательной операции для аварии в виде "залпового" прорыва водо-грунтовых масс внутрь шахты не было. Во время спасательное операции делали то, что можно сделать. Удалось спати только тех, кто находился возле стволов или самостоятельно добрался к стволам. Когда в штабе спасательной операции поняли, что ничего не могут сделать с грунтовыми водами, заполняющими подземный рудник, прекратили работы. Экспромт и отсутствие подготовленного плана действий чувствуется во многих решениях спасательной операции, в том числе, по сбросу крупногабаритных предметов с вертолетов в карьер в попытке спустить грунтовые воды из карьера в выработки нижних горизонтов. Цель проведения взрывных работ на дне карьера для автора статьи вообще непонятна. Основная энергия взрыва в карьере реализуется вверх в направлении свободной поверхности. Давление ударной (упругой волны), возникающей при взрыве, на дно карьера при наличии свбодной поверхности относительно невелико и очевидно недостаточно для сдвижения масс горной породы, заполнивший выработки горизонта -210 м при прорыве. Зачем вообще надо было расширять или углублять проран если нельзя предотвратить сток грунтовых вод в карьер и заполнение рудника?  Тем более, что дополнительное повреждение предохранительного целика и стен карьера может стать проблемой при восстановлении рудника. Конечно, можно предположить, что те кто принимал решение о проведении взрывных работ обладали какой-то информацией, которая делала необходимой расширение прорана. Но более вероятно, что проведение взрывных работ на дне карьера было последним решением, указывающим на исчерпание возможностей для завершения спасательной операции.

 

 

     6. АНАЛИЗ ПРИЧИН АВАРИИ на ПОДЗЕМНОМ руднике "МИР" 4 АВГУСТА 2017 г.

    

     6.1. Тип и основная причина аварии

      Авария, произошедшая  4 августа 2017 г.  на подземном руднике "Мир" - прорыв водо-грунтовых масс из карьера внутрь шахты .

      Тип аварии подтверждается следующими внешними проявлениями (признаками):

     а) характером повреждений горных выработок на разных горизонтах, выявленных в результте визуального осмотра спасателями (завалы из кусков горных пород, пульпы, шахтного оборудования в выработках верхнего горизонта рудника).

     б)  изменением состояния карьера (образование прорана у южного борта карьера и временный уход грунтовых вод из карьера).

     в) свидетельствами шахтеров, находившихся в подземном руднике в момент аварии.

     г) динамикой заполнения подземных выработок водо-грунтовым потоком (начальный залповый спуск водо-грунтовых масс на верхний горизонт -210 м с последующим постепенным заполнением нижних горизонтов грунтовыми водами). 

 

      По рассказу шахтера А.Мирзаева  [   ], находившегося на отметке  -447 м, можно восстановить развитие событий в первые минуты после аварии. По мере продвижения потока водо-грунтовых масс по выработкам произошло повреждение электрооборудования, короткое замыкание и защитное отключение электропитающей сети рудника. В этот момент погас свет. Изливающаяся в подземные выработки водо-грунтовая масса как поршень вытесняла воздух. Ощущение холодного воздуха на обнаженных участках тела А.Мирзаева возникло из-за увеличения скорости движения воздуха с вовлеченнными в частицами пыли и влаги. Звук прорыва пришел на горизонт -447 м после прохождения по горным выработкам несколько позже начала движения воздуха. Затем появился поток грунтовых вод.  

       По расположению прорана в карьере (рис.  ) и плану горных выработок на горизонте -210 м (рис. ) можно определить предполагаемую зону прорыва водо-грунтовых масс в подземный рудник. Предварительно наиболее вероятен прорыв в южном борту карьера под порталами штольни в ближайшие выработки  горизонта -210 м -закладочный квершлаг или буровую камеру БК №6 (требует уточнения) (рис.   ).

        Основная причина аварии - нарушение сплошности массива горных пород между карьером и подземными горными выработками.

 

 

        Рис. План горизонта -210 м подземного рудника "Мир" на 2017г. с приблизительными границами зоны прорыва водо-грунтовых масс

        1 -  рудное тело (кимберлит); 2 - проекция водоотводящей штольни (отметка подошвы порталов на бортах карьера -152,5 м); 3 - закладочный квершлаг (требует уточнения); 4 -буровая камера БК №6 (требует уточнения); 5 - границы опасной зоны нарушения сплошности; 6 - закладочный квершлаг (требует уточнения); 7 - вентиляционно-закладочный штрек; 8 - закладочный уклон; 9 - вспомогательная насосная станция на отм. -210 м (дренажный комплекс "Трезубец");  10 - дренажные выработки, пройденные в рудном теле на отм. -215 м (дренажный комплекс "Трезубец"); 11 - спиральный съезд между горизонтами -210 и 310 м; 12 - закладочный квершлаг; 13 - вентиляционный квершлаг; 14 - автоуклон -214/-192 м

 

 

            6.2. Анализ влияния проектных решений 2001 г. по "cухой" консервации карьера "Мир" на возникновение аварии в подземном руднике 4 августа 2017г.

           а) Основная проблема строительства и эксплуатации подземного рудника "Мир"

            Процесс строительства и эксплуатации подземного рудника "Мир" сопровождался непрекращающейся драматичной борьбой с водопритоками в горные выработки (табл.   ), что косвенно указывает на проблемы с проектными решениями по системе водоотлива.

          

 

----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

 

 

 

 

 

            Рис.   . Упрощенная схема движения грунтовых вод и действующих сил в проекте "сухой" консервации карьера "Мир"

 1 - карьер, 2 - грунтовый слой с низким коэффициентом фильтрации (отсыпка глиносодержащей вскрышной горной породы); 3 - противофильтрационный экран из рулонного геосинтетического водонепроницаемого материла (геомембраны); 4 - дренирующий слой (отсыпка долеритового щебня) на дне карьера; 5 - рудное тело (кимберлит); 6 - восходящие водосбросные скважины; 7- техногенная насыпь из долеритового щебня у входа в штольню; 8 - транспортный уклон штольни; 9 -водосборная штольня; 10 - подземные горные выработки с буровыми камерами и участковой насосной станции шахтного водоотлива; 11 - кольцевой вентиляционные штрек; 12 -  горные породы ичерской свиты; 13 -  силл долеритов; 14 - дайка долеритов; 15- горные породы чарской свиты; 16 - восьмой коллектор метегеро-ичерского водоносного комплекса (интервал (абс.) -100 - -110 м) с высачиванием грунтовых вод по бортам карьера; 17 - водоприемная камера; 18 - водоподъемная скважина; 19 - устье водоподъемной скважины; 20 - шахтный ствол.

 

        

            б) Анализ работы и причины потери работоспособности системы заглубленного скважинного водоотлива из карьера"Мир"

             Первый взгляд на конструкцию системы заглубленного скважинного водоотлива "сухой" консервациии карьера "Мир", с точки зрения автора, как строителя водозаборов (колодцев, скважин), позволяет сделать вывод, что она была изначально неработоспособна или должна была быстро потерять работоспособность после окончания изготовления в 2005г.. Причины потери работоспособности системы заглубленного водоотлива рассмотрены ниже.

          

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

     

  

 

 

 

         

            Рис.    Обнажения входов в штольню на южном борту карьера после аварии на подземном руднике "Мир" 4 августа 2017г. (кадр из фильма  "Поисково-спасательная операция на руднике "Мир"  прекращена", МК "Алмазный край", http://trk-alrosa.ru)  

            1, 2, 3 - входы в штольню на отметке -152 м; 4 - устье транспортного уклона в штольню с отметки -133,5 м 

 

 

         Причины потери работоспособности системы заглубленного скважинного водоотлива из карьера "Мир".

        Последовательно рассмотрим следующие вопросы:

        Из-за каких факторов система заглубленного водоотлива из карьера "Мир" вышла из строя?

       

        Что не учла проектная организация при проектировании "сухой" консервации карьера "Мир"?

 

       

        Была ли система заглубленного водоотлива из карьера одной из причин аварии на подземном руднике 4 августа 2017 г.?

 

 

 

       в) Отказы водоподъемного оборудования при эксплуатации системы заглубленного скважинного водоотлива из карьера

    -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

 

      6.2.2. Анализ работы шахтного водоотлива системы "сухой" консервации карьера "Мир".

 

 

 

      6.3. Анализ проектных решений и производственных мероприятий по снижению водопритоков при эксплуатации подземного рудника "Мир" на возникновение аварии

        Тампонаж предохранительного целика

        Идея создания из отсыпанного на дне карьера долеритового щебня монолитного бетонного слоя путем нагнетания цементного раствора через восстающие скважины, которые реализовывалсь в первые годы после ввода рудника в эксплуатацию в 2009 г. , исходя из опыта автора была изначально несостоятельна по следующим причинам.

      ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

    В период строительства Резервного коллектора в районе площади Мужества в Санкт-Петербурге (2003-2004 гг.) неудачей закончились попытки создать гидронепроницаемые ограждения шахтных стволов способом струйной цементации (jet-grouting), причем объем инъектирвания составил десятки тысяч кубических метров цементного раствора. Единственный ствол который был пройден под защитой грунтоцементного ограждения был ствол №4 (Строительная  организация ЗАО “СМУ-11 Метрострой”, генеральный директор А.В.Морозов, главный инженер А.В. Уханов), где метод межскважнинного акустического просвечивания (МАП) применялся в едином технологическом цикле со струйной цементацией для выявления и контроля ликвидации зон несплошности в ограждении.

       Исходя из опыта тампонажных работ Всесоюзного НИИ методики разведки (ВИТР) и ознакомления с работами ведущих специалистов  ВИТР В.А.Каулина , Ю.Г.Рудометова., В.К.Ивашева и др. геолого-технические условия для тампонировая нижнего щебенистого слоя техногенного массива были эктремально сложными. 

        С высокой степенью вероятности также можно предположить образование трещиноватости в массивах предохранительного целика и потолочине 1-й эксплуатационного блока при проведении добычных работ. Поэтому даже при создании в результате тампонажа локальных слабо гидропроницаемых зон в нижней части техногенного массива грунтовые воды находили себе путь в зоны трещиноватости на контактах и в кимберлитовом массиве продехранительного целика и далее просачивались вниз в 1-й эксплуатационный блок .

       

       Проходка дополнительных дренажных горных выработок и восстающих скважин в рудном теле

      Рассмотрим мероприятия на горизонте -210 м, реализованные для предотвращения поступления грунтовых вод из карьера в доычные выработки,  с точки зрения вероятности нарушения сплошности предохранительного целика.

        ---------------------------------------------------------------------------------------------------

 

        Технология бурения восстающих скважин дренажных скважин в карьер

      

        Увеличение производительности шахтного водоотлива

 

 

        Мог ли проект "сухой" консервации  карьера "Мир" 2001г.  стать причиной аварии 4 августа 2017г. и последующего затопления подземного рудника "Мир"

      

        Бумаги становятся бессмысленными если нет понимания сути физических процессов

 

 

         6.4. Анализ  системы мониторинга по наблюдению за геомеханическими процессами на руднике "Мир" (блок №1).

 

         

          Попробуем  разобраться почему система геомониторинга не выявила предаварийное состояние массива горных пород, и какие вообще у нее были реальные возможности.

---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

        Концептуальная ошибка при проектировании системы геомониторинга подземного рудника "Мир", скорее всего заключалась в непонимании того факта, что массив горных пород, окружающий карьер являлся своего рода ограждением, защищающим подземный рудник от затопления, и основным контролируемым показателем должна была стать сплошность горных пород.

        Исходя из подхода к массива горных пород, примыкающего к карьеру, как к ограждению следует, что и решения по системе геомониторинга для горизонта -210 м подземного рудника "Мир" были принципиально неверными, так как не учитывали основного опасного фактора в виде возможности прорыва водо-грунтовых масс из карьера в подземные выработки. На горизонте -210 м отсутсвовал контроль сплошности массива горных пород в межвыработочном (межскважинном) пространстве в сечениях, потенциально опасных для прорыва водо-грунтовых масс.

             Подход к контролю предохранительных целиков подземных рудников над которыми находятся карьеры должен быть аналогичен подходу к контролю состояния ледогрунтовых ограждений. Нужен контроль сплошности предохранительного целика..

 

           По использованию геоакустического метода на подземном руднике "Мир"

            Незначительный объем и методика геоакустических измерений на подземном руднике "Мир", приведенные в источнике [30],  указывает на их экспериментальный характер.  Конечно, хотелось бы посмотреть на первичные данные измерений геоакустических явлений на подземном руднике "Мир", так как в настоящее время ООО "Геодиагностика" для аппаратуры межскважинного акустического просвечивания и зондирования АПЗ-1 изготовила дополнительный измерительный канал акустичекой эмиссии, который предполагется использовать вместе с каналами межвыработочного прозвучивания.  Для понимания информативности геоакустических наблюдений на подземном руднике "Мир" необходимы все данные измерений: схема расположения точек наблюдений, периодичность выполнения наблюдений, рабочие характеристики аппаратуры, методика выполнения измерений, методика обработки и интерпретации данных измерений и др.. 

           Мнение автора обинформативности геоакустических исследованиях сформировалось при написании диссертации "Акустико-спектральнальная диагностика забойных процессов алмазного бурения"  В период 1985-2003 г.г в Всероссийском НИИ методики и техники разведки (Санкт-Петербург) автор выполнил комплекс исследований акустической эмиссии, возникающей в призабойной зоне при разрушении горных пород вращательным бурением и, попутно, систематизировал информацию по геоакустических явлениям при горных работах. 

        Физика явления акустической эмиссии при нагружении твердых тел в большинстве случаев связана с излучением акустического сигнала бортами расходящейся трещины [29]. Интенсивность (число импульсов  в единицу времени), амплитуда и спектр импульсов акустической эмисссии, регистрируемых в массиве горных пород, зависят от динамики и характеристик процесса образования трещиноватости,  который, в свою очередь, определяется величиной и скоростью приложения сил, напряженным состоянием массива, свойствами горных пород и рядом других факторов. При подземной добыче полезных ископаемых наибольшая интенсивность сигналов акустической эмиссии регистрируется вблизи забоев горных выработок или в зонах массива горных пород, подвергающихся деформации в процессе перераспределения горного давления.

         К сожалению дальность распространения импульса акустической эмиссии из-за небольшой начальной мощности и высокой частоты, относительно невелика, а определение направления прихода и расстояния до точки возникновения акустического сигнала затруднено и требует большого числа измерений с разных точек приема.

Измерение акустической эмиссии (геоакустических явлений) в подземных выработках сталкивается также с существенными трудностями из-за большого числа акустических шумов (упругих волн), распространяющихся в горных породах от зон проведении горных работ.  Основными способами борьбы с шумами являются попытки проведения измерений в момент остановки горных работ и математическая обработка сигналов (частотная фильтрация, накопление и др.).

        Поэтому выводы по состоянию массива горных пород, и тем более, по прогнозу его состояния (в том числе горным ударам) на основе геоакустических измерений из-за сложности природных процессов и многочисленных мешающих факторов (акустические шумы, проблемы идентификации сигналов, погрешность определения направления прихода и точки возникновения сигналов и др.) по мнению автора статьи, в настоящее время все еще имеют значительную спекулятивную составляющую. Это подтверждается примерами ложных прогнозов природных явлений на основе сейсмических измерений. Один из наиболее известных случаев это ложный прогноз разрушительного землятрясения в 2009г. г. Аквила, Италия https://ru.wikipedia.org]. По одним данным землятрясению предшествовал период аномальной геологической активности, но незадолго до землятрясения на пресс конференции сейсмологи заявили, что сейсмическая активность не превышает нормы, поэтому у них нет данных о повышенной вероятности нового землятрясения.

        Исходя из собственного опыта измерений акустической эмиссии автор статьи считает, что в силу физики возникновения и масштаба природного процесса, приведшего к аварии на подземном руднике, объем и использованная методика геоакустических исследований не могли дать информацию о предаварийном состоянии массива горных пород для принятия превентивных мер защиты от аварии 4 августа 2017г.  

       

               

     

6.5. Последовательность развития аварийной ситуации на подземном руднике "Мир" в период 2005-2017г.

2001 г. Проект "сухой" консервации карьера "Мир"

-

2017 г. Залповый выброс грунтовых вод в конце июля 2017г. [   ], прорыв водо-грунтовых масс из карьера в выработки горизонта -210 м 4 августа 2017г.

 

 

 

    7.  КОНТРОЛЬ СОСТОЯНИЯ ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНЫХ ЦЕЛИКОВ ГОРНЫХ ПОРОД МЕТОДОМ МЕЖВЫРАБОТОЧНОГО АКУСТИЧЕСКОГО ПРОСВЕЧИВАНИЯ (ПРОЗВУЧИВАНИЯ) ИЗ ПОДЗЕМНЫХ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК

   

    7.1 Суть проблемы контроля сплошности предохранительных (барьерных) целиков  и противофильтрационных завес

    Можно ли было избежать аварии в виде прорыва водогрунтовых масс из карьера в подземный рудник "Мир" 4 августа 2017г.?  Автор считает, что можно, если была бы возможность получения информации о состоянии (сплошности) массива горных пород в опасных сечениях и корректировки горных работ исходя из этого состояния. Необходим был "риск ориентированный" подход в построении системы геомониторинга на горизонте -210 м.

Под термином “cплошность бетона” (СП 45.13330.2011. Мосты и трубы. Приложение 2) понимается показатель качества укладки, характеризующий непрерывность материала и отсутствие аномальных зон (шлам, пустоты)”.

Термин “cплошность горных породможно определить как непрерывность, неразывность массива и отсутствие зон трещиноватости и разрывных нарушений (разломов и др.) по которым могут двигаться грунтовые воды или осущестdляться прорыв водо-грунтовых масс..

         Существующая система геомониторинга (контроля состояния) массивов горных пород на основе измерения смещений (напряжений) в отдельных точках массива не является достаточной, так как не позволяет понять суть происходящих в массиве физических процессов и контролировать зоны между точками наблюдений. Между точками расположения наблюдательных станций, измеряющих смещение массива, могут располагаться зоны, опасные для прорыва водо-грунтовых масс в подземные горные выработки.

        Схожая проблема недостатка информации о состоянии массива горных пород существует при выполнении тампонажа горных пород (укрепительной цементации, тампонировании смолами и др.). Качество тампонажа горных пород в настоящее время определяется, в основном, по уменьшению притока грунтовых вод в выработки.  Но после окончания тампонирования грунтовые воды в массиве постепенно находят новые пути распространения и притоке могут возобновится.  Отсутствие контроля изменений в массиве горных пород после тампонирования предопределяет риски прорыва грунтовых вод или необходимость повторного тампонажа.

      Выявление опасных ослабленных зон горных пород для их тампонажа, механического закрепления или изменения всей системы разработки может быть выполнено методом межскважинного прозвучивания из подземных горных выработок, скважин и шпуров.

 

       7.2 История применения метода прозвучивания в подземной добыче полезных ископаемых.

       Аппаратура импульсного акустического просвечивания МАП-1 создавалась для поиска и прослеживания кварцевых жил в межвыработочном пространстве.

         В 70-е годы XX  столетия аппаратура МАП применялась при выполнении научно-исследовательских работ по разработка методики разведки коренных месторождений золота с использованием скважинных геофизических методов на различных месторождениях СССР. Технология поиска рудных тел в межскважинном пространстве методом акустического просвечивания апробирована в период 1970 – 1990 г.г. на десятках месторождений СССР (Кочбулак (Узбекистан), Узудмурт (Казахстан), Карамкен (Россия) и др.). Использование метода МАП позволяет повысить качество и точность подсчета запасов месторождений полезных ископаемых, снизить затраты на разведку за счет сокращения числа разведочных  скважин и горных выработок.

        Но в геологоразведке на твердые полезные ископаемые метод МАП не прижился по экономическим причинам.  Разведка руднокварцевых месторождений могла осущствляться и без метода МАП только на основе данных разведочного бурения. А вот в строительстве метод межскважинного акустического просвечивания нашел "нишу" в области контроля сплошности ледогрунтовых, грунтоцементных и бетонных ограждений и противофильтрационных завес, так как стоимость ликвидации аварии вызванной прорывом водогрунтовых масс оказывалась несоизмеримо выше контроля сплошности ограждения методом МАП.

            Внедрение метода межскважинного акустического просвечивания (МАП) в строительство шахтных стволов и наклонных ходов г.Ленинграда началось в 1974г. В мае 1974г. Управление Ленметростроя обратилось во Всесоюзный НИИ методики и техники разведки с просьбой оказать помощь при ликвидации последствий аварии на участке "Размыв" Кировско-Выборгской линии Ленинградского метрополитена. Поставленная задача определения размеров зоны плывуна, вклинившегося в ледогрунтовый массив на участке в районе площади Мужества, была успешно решена учеными и инженерами ВИТР (Андреев О.С., Стрыгин Д.Н., Рудакова Н.П., Панкратов Е.М., Беляева Л.С. и др.) аппаратурой МАП-1.  С мая 1974г. по декабрь 1975г. контроль состояния ледогрунтового массива был проведен на всех участках зоны “Размыв” в интервале глубин 50—85 м, что стало основой для принятия решения о начале проходческих работ после замораживания. В процессе исследований были установлены скорости распространения упругой волны в естественных и замороженных грунтах, что явилось предпосылкой для разработки и многолетнего использования методики контроля сплошности ледогрунтовых ограждений по изменению  скорости упругой волны до и после замораживания.

           ПО "Спецтампонажгеология" (г.Антрацит) длительное время применяло аппаратуру МАП-1 для контроля качества тампонажа (водоизоляции) после нагнетания в массив горных пород глино-цементных смесей [4]. Автор будучи начальником полевой партии в 1989г ездил в г. Антрацит сдавать ПО "Спецтампонажгеология" приобретенную аппаратуру межскважинного акустического просвечивания АПИ-1.

 

 

 

                                        

   

 

Рис.  Межвыработочное акустическое просвечивание  аппаратурой МАП-1 Всесоюзного НИИ методики и техники разведки (ВИТР) в 1970-х годах XX века

а -  Д.Н.Стрыгин  с аппаратурой МАП в горной выработке (1970-е, Дальний Восток)

б - Выделение маломощных кварцевых жил (мощность до 0,2 м) методом межвыработочного акустического просвечивания  на месторождении Карамкен в 1978г.:

1 - автомагматические брекчии; 2 - ккварцевые жилы; 3 - точка возбуждения упругой волны в штреке №51; 4 - график изменения скорости упугой волны при приеме упругой волны в квершлаге №1

     

 

     7.3   Методика прозвучивания горных пород из подземных горных выработок

         Основы диагностики состояния предохранительных целиков методом межвыработочного прозвучивания.

        Признаки нового научного направления "Cейсмоакустическая диагностика состояния массивов естественных и искусственных грунтов" возникают, если рассматривать грунты (горные породы) в качестве объекта диагностирования, а упругие волны, проходящие сквозь  массив, как носителей диагностической информации [  ] . 

        Массив горных пород рассмотреть, как некий преобразователь P параметров его состояния s в параметры распространяющихся упругих волн u i 

{U}= P {R}       ,                                            (I)

где {U}={ u1(t) , u2(t) , …, un(t) } - вектор признаков состояния массива горных пород в n-мерном признаковом пространстве; {R}={ s1(t) , s2(t) , …, sn(t) } - m-мерный вектор диагностируемых параметров состояния.

 

        Задачей сейсмоакустической диагностики можно считать получение обратной к (1) зависимости: 

 {R}= P-1{U}   ,                                             (II)

 

когда на основе измеренных параметров упругих волн и сформированных диагностических признаков необходимо сделать вывод о параметрах состояния  массива горных пород.

        Физической основой применения геофизических акустических методов для расчленения геологического разреза и контроля сплошности массивов искусственных грунтов является установленные многочисленными исследованиями зависимости параметров проходящих упругих волн от упругих, деформационных, прочностных свойств и пористости естественных и искусственных грунтов [  ].

        При тампонировании или искусственном закреплении в результате заполнения пор тампонажным материалом, механического воздействия, физических процессов и химических реакций происходит изменение свойств естественных грунтов (горных пород). Общим результатом всех способов тампонировании или искусственного закрепления является изменение первоначального состояния горных пород и, как следствие условий распространения упругих волн.

         По мере распространения от точки возбуждения происходит изменение кинематических (скорости)  и динамических (амплитуды, частоты) параметров упругой волны.  

        Очевидно, что параметры упругой волны, прошедшей сквозь измененный массив, в том числе массив с вновь образованной трещиноватостью, будут отличаться от параметров упругой волны, распространяющейся в массиве неизмененных грунтов. 

       Диагностические параметры состояния - это измеряемые параметры (величины): скорость распространения (время прихода), амплитуда звукового давления и спектр импульса упругих волн (УВ), прошедшего массив грунтов. Основной диагностический параметр – скорость продольной упругой волны vрОпределение (косвенное измерение) скорости УВ vр (м/с) производится по измеренным значениям расстояния L между точками возбуждения и приема и времени распространения упругой волны t :

vр = Lt .

 

 

 

 

      Рис. Схема контроля сплошности предохранительных целиков и противофильтрационных завес методом прозвучивания из подземных горных выработок

    

     

7.4. Аппаратура для прозвучивания межвыработочного пространства при подземных горных работах

 

   

 

 

 

 

Рис.3.  Аппаратурный комплекс акустического просвечивания и зондирования АПЗ-1 (комплектация для подземных работ)

1 – ударный молоток;  2 – вибропреобразователь со встроенной электроникой; 3 – кабель на катушке; 4 – переходная коробка; 5 – источник питания (аккумулятор или преобразователь напряжения); 6  – комплекс программно-аппаратных средств; 7 –  скважинный приемник. 8 – кабель скважинного приемника; 9 - кабель с электроискровым излуателем; 10 – генератор импульсов тока

 

       

 

Аппаратурный комплекс АПЗ-1 (разработчик ООО “Геодиагностика”, Россия) предназначен для  измерения времени распространения, амплитуды и частоты импульса упругих волн между излучателем и приемником с целью определения состояния (сплошности, упругих характеристик, прочности, пористости) среды.

Принцип действия аппаратурного комплекса заключается в излучении импульса упругих волн (УВ), приеме импульса после прохождения среды (горная порода, бетон, грунт, грунтоцемент и др.) регистрации импульса на жесткий диск компьютера, измерении оператором параметров импульса УВ, обработке результатов измерений и оценке состояния среды распространения по параметрам импульса УВ.

Аппаратурный комплекс обеспечивает:

- определение состояния и прочности грунтов до и после воздействия на них различными способами упрочнения (струйной цементации, замораживания и др.), контроль восстановления фундаментов наземных сооружений, состояния ограждений, стен в грунте, обделок тоннелей и шахтных стволов.

- определение длины, сплошности и прочности материала буронабивных свай и железобетонных конструкций.

          Аппаратурный комплекс состоит из излучающей установки (ИУ) и компьютеризированной измерительной системы (ИС).

         Возбуждение упругой волны производится механическим или электрогидравлическим ударом.  Для возбуждения упругой волны электрогидравлическим ударом применяется излучающая установка,  механическим ударом   - ударный молоток,    -

Излучающая установка включает источник тока, накопитель электрической энергии, высоковольтный кабель и электроискровой излучатель. Возбуждение упругой волны происходит за счет электрогидравлического эффекта при искровом пробое межэлектродного промежутка скважинного излучателя. Электрический импульс подается на скважинный излучатель по коаксиальному кабелю. Электрический разряд производиться в скважинной жидкости (воде) или на металлическую проволочку.  

Измерительная система состоит из приемников упругих волн (скважинного приемника, вибропреобразователя, приемника акустической эмиссии и др), предварительного усилителя и комплекса программно-аппаратных средств (КПАС) на базе персонального компьютера.

Комплекс программно-аппаратных средств (КПАС) предназначен для регистрации, обработки и анализа измерительной информации. Программное обеспечение (ПО) включает операционную систему WINDOWS, программу командного режима и программу цифровой обработки сигналов WinПОС. В состав программного обеспечения могут включаться дополнительные прикладные программы цифровой обработки данных измерений, в т.ч. для получения томографического изображения межскважинного пространства. 

Комплекс программно-аппаратных средств и генератор импульсов тока изготавливаются в пыле - влагозащитном исполнении.

При подземных работах скважинныы приборы эксплуатируется непосредственно на кабелях.

Дальность акустического просвечивания (прозвучивания) по рыхлым грунтам (пескам, супесям) составляет не менее 20 м, по скальным грунтам (гранитам) - достигает 150 м. Глубина зондирования по скальным грунтам и бетонам - до 40 м.

 

 

 

      Технические предложения по контролю сплошноси предохранительных целиков и тампонажных завес методом прозвучивания

     а) Включить технологию межскважинного прозвучивания в систему геомониторинга подземных рудников для контроля состояния предохранительных целиков, поиска трещиноватых и ослабленных зон потенциально опасных для прорыва грунтовых вод,  контроля качества тампонажа горных пород. Способ возбуждения упругой волны:  электрогидравлическим или механическим ударом (электроискровым излучателем в скважине или в шпуре или ударным молотком по обнажению горной породы).

     б) В состав аппаратуры межскважинного прозвучивания для подземных горных пород должны быть включены: излучающая установка (ИУ) и измерительная система (ИС).   Состав излучающей установки: генератор импульсов тока (ГИТ) и кабель с с электроискровым излучателем. Состав измерительной системы: комплект приемников упругих волн (скважинный приемник,  измерительная коса с сейсмодатчиками, вибропреобразователь), геофизический кабель КГ-3 (1), усилитель заряда (напряжения) и комплекс программно-аппаратных средств КПАС на базе персонального компьютера. Длина кабелей определяется расстоянием от места раположения регтстрирующего блока до точек возбуждения и приема упругой волны (ориентировочно до 70 м)

     в) Применять метод межскважинного прозвучивания в подземных горных выработках для выявления ослабленных зон в локальных блоках горных пород и межвыработочном пространстве, до и после тампонажа для определения глубины проникновения тампонажного раствора в массив, стационарных периодических наблюдений в опасных сечениях предохранительного целика. 

 

       

        Предварительные выводы

       1. Причинами аварии на рудника "Мир" 4 августа 2017г. являются:

   

 

       2.  Система геомеханического мониторинга подземного рудника  "Мир", базирующаяся на измерениях смещений горных пород в отдельных точках массива не могла отслеживать накопления дефектов структуры горных пород между точками наблюдений в сечениях, опасных для прорыва водо-грунтовых масс из карьера . Концептуальная ошибка при проектировании системы геомониторинга подземного рудника "Мир", скорее всего заключалась в непонимании того факта, что массив горных пород, окружающий карьер являлся своего рода ограждением, защищающим подземный рудник от затопления, и основным контролируемым показателем должна была стать сплошность горных пород. Подход к системе геомониторинга для горизонта -210 м подземного рудника "Мир" был принципиально неверен из-за отсутствия контроля сплошности массива горных пород в межвыработочном пространстве.

     3. Метод межскважинного акустического просвечивания  (прозвучивания) из подземных горных выработок и скважин на горизонте - 210 м должен был использоваться в системе геомониторинга рудника "Мир" для контроля состояния (сплошности)  предохранительного целика  с целью выявления ослабленных зон для их механического закрепления или тампонажа.

        4. Рекомендации по восстановлению подземного рудника "Мир".

       Автор ничего бы не предпринимал пока не будет понимания причин аварии на подземном руднике "Мир".

 

 

 

        Литература

     

 

 

Информация для связи:

E-mail: arhipov8@mail.ru               

Telephone: +7(911)1582796

Skype: arhipov817

Internet: www.geodiagnostics.ru

     

 

Copyright ©2017-2018 Архипов А.Г.

Все права защищены.

Полное или частичное копирование материалов разрешено только при обязательном указании автора и прямой гиперссылки на сайт www.geodiagnostics.ru