Условия и особенности проявления горного давления на руднике «Зармитан»

УДК 622.271.326

Аннотация

В статье рассмотрены условия проявления горного давления при подземной разработке Зармитанского месторождения. Цель исследования — сопоставить активность акустической эмиссии (АЭ), показатель амплитудного распределения и зарегистрированные звуковые явления для оценки возможностей оперативного наблюдения за деформированием массива. Использованы результаты семи тестовых измерений прибором СБ-32М (САПФИР) в очистных и полевых выработках, а также сведения о геологических и горнотехнических условиях. Датчик устанавливался в шпур диаметром 40–46 мм на глубину до 1,5 м; продолжительность измерения, указанная в исходной методике, составляла 20 минут. Активность приведена к 15-секундному интервалу, для графиков использован минутный счет импульсов. По исходной таблице два подробно рассмотренных измерения относятся к блоку 70120а–70121а: на первом подэтаже получены значения N₁₅ сек = 11,1 и b′ = 3,3, на втором — N₁₅ сек = 3,8 и b′ = 2,4. Во втором измерении отмечен щелчок. Сопоставление показывает, что средняя активность не описывает всех особенностей зарегистрированного акустического процесса. Наблюдения обосновывают дальнейшее совместное изучение активности, амплитудного состава и состояния выработок. Вместе с тем отсутствие первичных каналовых записей, оценки погрешностей и независимой проверки не позволяет подтвердить достижение предельного состояния либо прогнозирование горного удара. Рассматриваемые пороги являются предварительными; для их проверки необходимы повторные наблюдения, включая участки без динамических проявлений.

Abstract

The paper examines rock-pressure manifestations during underground mining at the Zarmitan deposit. The objective is to compare acoustic-emission (AE) activity, the amplitude-distribution parameter, and recorded audible events to assess the potential of operational observation of rock-mass deformation. The study uses seven test measurements obtained with the SB-32M (SAPFIR) instrument in stoping and field workings, together with geological and mining information. The sensor was installed in a 40–46 mm borehole at a depth of up to 1.5 m; the original methodology specifies a measurement duration of 20 minutes. Activity is expressed as the mean count per 15 seconds, whereas the plots show counts per minute. According to the original table, the two measurements discussed in detail belong to block 70120a–70121a. Their reported values are N₁₅ sec = 11.1 and b′ = 3.3 at sublevel 1, and N₁₅ sec = 3.8 and b′ = 2.4 at sublevel 2, where a click was recorded. The comparison indicates that mean activity alone does not describe all features of the recorded acoustic process. However, missing primary channel records, uncertainty estimates, and independent validation prevent confirmation of a limiting state or demonstrated rockburst prediction. The thresholds remain preliminary and require repeated observations, including locations without dynamic manifestations.

Ключевые слова: Зармитанское месторождение; горное давление; тектонические нарушения; акустическая эмиссия; устойчивость массива; показатель b′; удароопасность.

Keywords: Zarmitan deposit; rock pressure; tectonic disturbances; acoustic emission; rock-mass stability; amplitude-distribution parameter b′; rockburst hazard.

Благодарности и финансирование: Авторы выражают искреннюю благодарность администрации Зармитанского рудника Южного рудоуправления “Навоийского горно-металлургического комбината” за содействие в проведении исследований, предоставление необходимой производственной и геологической информации, а также за оказанную организационную поддержку. Исследование выполнено без привлечения специального внешнего финансирования.

Acknowledgements and Funding: The authors express their sincere gratitude to the Administration of the Zarmitan Mine of the Southern Ore Administration of “Navoi Mining and Metallurgical Company” for their assistance in conducting the research, providing the necessary operational and geological information, and offering organizational support. This research was conducted without any specific external funding.

Введение

Увеличение глубины разработки золоторудных месторождений сопровождается усложнением геомеханических условий ведения горных работ. Для Зармитанского месторождения характерны тектоническая нарушенность и трещиноватость вмещающего массива. Деформационно-прочностные характеристики отдельных участков зависят от литологического состава, состояния разрывных нарушений и ориентировки систем трещин относительно обнажений. Количественная зависимость нарушенности от глубины в настоящей выборке не исследовалась. [5,6]

На руднике «Зармитан» применяются системы разработки с оставлением открытого выработанного пространства и охранных целиков. С увеличением глубины разработки и пролета выработанного пространства происходит увеличение напряжений в передовой по падению части массива, а наличие отставания и опережения отдельных очистных блоков способствует дополнительной концентрации и неравномерности напряжений. В результате наблюдаются как статические, так и динамические формы проявления горного давления, включая разрушение межблоковых и межэтажных целиков, вывалы вмещающих пород, заколообразование, деформацию стенок шпуров и скважин, стреляния и звуковые явления при проведении горных выработок.

В связи с этим особое значение приобретает своевременная оценка напряженного состояния массива и выявление участков, склонных к динамическим проявлениям горного давления. Одним из исследуемых в условиях Зармитанского месторождения методов является метод акустической эмиссии (АЭ), позволяющий регистрировать импульсы, возникающие в процессе деформирования и микроразрушения горных пород.

Цель исследования — сопоставить среднюю активность акустической эмиссии, показатель амплитудного распределения и зарегистрированные звуковые проявления на исследованных участках рудника «Зармитан», оценить возможности их совместного использования для оперативного наблюдения за деформированием массива и определить ограничения предварительных диагностических критериев.

Материалы и методы

Материал исследования включает семь тестовых измерений акустической эмиссии, выполненных 28–29 сентября 2025 г. прибором СБ-32М (САПФИР) в очистных и полевых выработках рудника «Зармитан» (табл. 1). В исходной статье представлены сводные показатели и два растровых графика; первичные журналы, каналовые счетчики и полные временные ряды к ней не приложены. Поэтому ниже разграничены наблюдаемые результаты, пересчет единиц и ограничения их интерпретации.

Для описания активности используется единое обозначение N₁₅ сек — среднее число зарегистрированных импульсов за 15 с. N₁ мин,j обозначает число импульсов в j-м минутном интервале, а среднее за весь период значение обозначено как ⟨N₁ мин⟩. При T минутах эффективной регистрации и суммарном счете a₁ выполняются соотношения: N₁₅ сек = a₁/(4T); ⟨N₁ мин⟩ = a₁/T = 4N₁₅ сек. Для m полных минут: N₁₅ сек = (Σ_j N₁ мин,j)/(4m). Это пересчет средней активности; отдельные 15-секундные отсчеты внутри минуты не обязаны равняться четверти минутного счета. [1]

Показатель амплитудного распределения во всех разделах обозначен b′. В опубликованной двухпороговой методике для СБ-32М он записан как b = a₁/a₂, где a₁ и a₂ — числа импульсов, превышающих соответственно нижний и верхний амплитудные пороги за один период регистрации. Для этой схемы здесь используется запись b′ = a₁/a₂, а на графиках — 1/b′ = a₂/a₁. Она характеризует долю импульсов выше второго порога среди импульсов выше первого. Амплитуда относится к зарегистрированному сигналу датчика; без калибровки ее нельзя отождествлять с энергией источника. Обозначение b′ не означает наклон регрессии амплитудного распределения. Применимость двухпороговой схемы к исходным записям требует подтверждения по журналам. [1]

Воспроизводимость регистрации и ограничения

В опубликованном описании СБ-32М приведена полоса регистрации 10–40 кГц [1]. Это характеристика литературной методики; фактическая полоса примененного прибора в журнале исследования не документирована. Не приведены численные амплитудные пороги, единицы их задания, усиление, фильтры, правила выделения импульса, подавление помех и сведения о калибровке. Подменять эти данные типовыми настройками нельзя.

Объем суммарной выборки импульсов определяется счетом a₁, а выборки второго канала — a₂. Эти счета для семи замеров отсутствуют, поэтому показатели b′ сохранены как исходные сводные значения без независимого пересчета. Размеры выборок, доверительные интервалы и приборная погрешность численно не устанавливаются. Непосредственных записей амплитуд и энергий отдельных импульсов в представленных материалах нет.

По исходному описанию датчик устанавливался в шпур диаметром 40–46 мм на глубину до 1,5 м с целью обеспечить контакт с породой вне нарушенной приконтурной области. Контакт проверялся ударным возбуждением акустических импульсов на стенке выработки. Сам по себе такой тест не является метрологической калибровкой и не подтверждает, что датчик во всех точках находился за пределами зоны трещиноватости.

В исходной методике указан ориентировочный интервал наблюдений 1–5 ч после шпуровой отбойки и длительность одного измерения 20 мин. Однако в таблице 1 имеются замеры через 9 ч 20 мин и более 24 ч после взрыва; их нельзя считать выполненными в одинаковых поствзрывных условиях. Рисунки 1 и 2 показывают только десять минутных отсчетов каждого измерения. Длительность и эффективное время регистрации каждого полного замера требуют проверки по журналам; квазистационарность процесса по одному времени после взрыва не устанавливается.

Согласно исходной таблице, измерения с N₁₅ сек = 11,1; b′ = 3,3 и N₁₅ сек = 3,8; b′ = 2,4 относятся к блоку 70120а–70121а. Первое выполнено на подэтаже 1, левом фланге, через 3 ч 20 мин после взрыва, второе — на подэтаже 2, правом фланге, через 3 ч 32 мин. Предварительные ориентиры из исходной статьи сохранены для исследовательского сопоставления: N₁₅ сек ≥ 3 соответствует средней минутной активности ⟨N₁ мин⟩ ≥ 12; при b′ > 0 условие b′ ≤ 4 равносильно 1/b′ ≥ 0,25. Для двухпороговой схемы отношение определено при a₂ > 0; при отсутствии импульсов второго канала конечное значение b′ не рассчитывается. Превышение одной пороговой линии на графике не является самостоятельным доказательством категории «опасно». Пороговые значения для Зармитана независимо не проверены и не используются здесь для эксплуатационного районирования.

Таблица 1.

Сводные параметры акустической эмиссии по тестовым измерениям на руднике «Зармитан».

Примечания. ¹ Временная единица N в исходной таблице не указана; здесь принято N₁₅ сек по исходной методике и согласованности двух графических фрагментов. Для остальных строк единицу и время регистрации необходимо подтвердить по журналам. ² Значения b′ сохранены из исходной таблицы, без независимого пересчета. Привязка двух графиков к блоку 70120а–70121а выполнена по таблице и также требует журнальной проверки. НТС-сокращение исходной записи, расшифровка не предоставлена. Пустые комментарии обозначены «Не указан».

Результаты и обсуждение

Сводная выборка включает семь измерений. Приведенные значения N₁₅ сек изменяются от 2,5 до 129,7, а b′ - от 1,8 до 37,0. Для пяти строк отмечены звуковые либо визуальные явления; в двух строках комментарий отсутствует. Отсутствие записи не доказывает отсутствие динамических проявлений. Поскольку времена после взрыва и условия размещения датчика различаются, выборка не позволяет выделить влияние отдельного геологического или технологического фактора. [2,3]

Акустическая активность согласуется с возможным протеканием процессов микроразрушения, однако ее абсолютная величина зависит также от порогов регистрации, контакта датчика, затухания и технологических помех. Непосредственные измерения напряжений, деформаций или остаточной несущей способности для этих семи точек не представлены. Поэтому значения таблицы 1 не рассматриваются как подтверждение предельного состояния массива.

Анализ измерения в блоке 70120а–70121а, подэтаж 1

На подэтаже 1, левом фланге блока 70120а–70121а, через 3 ч 20 мин после взрыва указаны N₁₅ сек = 11,1 и b′ = 3,3. В комментарии таблицы отмечен «звук в породе». На рис. 1 показан десятиминутный фрагмент наблюдения.

Графическое считывание минутного счета на рис. 1 дает последовательность приблизительно 29, 40, 31, 32, 51, 68, 56, 70, 38 и 30 импульсов. Ее сумма равна 445, среднее — 44,5 импульса/мин, а пересчет к 15 с дает 445/(4 × 10) = 11,125 ≈ 11,1. Таким образом, графический фрагмент согласуется с единицей активности, принятой для таблицы. Этот расчет не заменяет проверку полного 20-минутного ряда.

В представленном фрагменте активность колеблется; длительная стационарность и стабильность напряженного состояния этим не доказаны. Для двухпороговой интерпретации b′ = 3,3 соответствует интегральному отношению 1/b′ ≈ 0,303. Среднее арифметическое минутных значений 1/b′,j вообще не равно обратной величине интегрального b′: последняя рассчитывается по суммарным счетам каналов. Для проверки необходимы a₁,j и a₂,j.

Анализ измерения в блоке 70120а–70121а, подэтаж 2

На подэтаже 2, правом фланге того же блока, измерение начато через 3 ч 32 мин после взрывных работ. В таблице указаны N₁₅ сек = 3,8 и b′ = 2,4, а в комментарии отмечен щелчок во время измерения.

По рис. 2 считываются минутные значения приблизительно 20, 13, 15, 9, 13, 16, 20, 10, 9 и 27 импульсов. Сумма равна 152, среднее — 15,2 импульса/мин; после пересчета получаем 152/(4 × 10) = 3,8 импульса за 15 с. Значение b′ = 2,4 соответствует интегральному отношению 1/b′ ≈ 0,417 при применимости двухпороговой схемы. Проверить его независимо без исходных каналовых счетов невозможно.

На исходном графике перед пометкой «щелчок» наблюдается увеличение активности и отношения 1/b′, после нее — снижение обоих показателей. Это временное соседство зарегистрированного звука и изменения АЭ. Без синхронизированной записи события, локализации источника и независимого контроля массива оно не подтверждает причинную связь или успешный прогноз горного удара. Утверждение о росте энергии импульсов заменено описанием изменения амплитудного состава, поскольку калиброванные энергетические данные отсутствуют.

Сопоставление двух измерений показывает различие средней активности и амплитудного состава: на первом подэтаже N₁₅ сек = 11,1 и b′ = 3,3, на втором — 3,8 и 2,4. При двухпороговой интерпретации меньшему b′ соответствует большая относительная доля импульсов выше второго порога. Это не означает, что абсолютное число таких импульсов во втором измерении больше: для этого сравнения нужны каналовые счета и одинаковые условия регистрации.

Совместное рассмотрение активности, амплитудного состава и наблюдаемых явлений дает более подробное описание акустического процесса, чем одна средняя активность. Однако диагностическая чувствительность, специфичность, вероятность ложной тревоги и время упреждения по данной выборке не определены. Ни один участок не получил независимо подтвержденную категорию удароопасности в рамках настоящего анализа.

Для проверки предварительных ориентиров необходима расширенная серия измерений в сопоставимых горнотехнических условиях, включая точки без зарегистрированных динамических проявлений. Требуется синхронное сопоставление с измерениями деформаций или напряжений, микросейсмическими наблюдениями либо документированными событиями. Методические подходы к такой проверке обсуждаются в работах [7–11]; их результаты не заменяют локальную валидацию для Зармитана. [3,4,8,10,7]

Геологические сведения о тектонической нарушенности и трещиноватости, а также данные о системах разработки и открытом выработанном пространстве задают контекст интерпретации наблюдений. Влияние этих факторов рассматривается как геомеханическая предпосылка, а не как количественно установленная зависимость по семи замерам. [5,6]

Практический результат исследования заключается в представлении сводных АЭ-наблюдений и проверке согласованности временных единиц для двух графических фрагментов. Прибор дает возможность регистрировать акустические изменения в выработках; сравнительная эффективность относительно дискования керна и других методов в настоящей работе не измерялась.

Основные ограничения — небольшая неоднородная выборка, отсутствие первичных каналовых записей, неполные временные ряды, неизвестные настройки регистрации и отсутствие независимого подтверждения состояния массива. Эти ограничения исключают вывод о разработанном методе прогнозирования горных ударов. Результаты следует использовать как основание для организации дальнейших наблюдений и проверки предварительных критериев.

Заключение

1. Обобщены семь тестовых измерений акустической эмиссии на руднике «Зармитан». Геологические и горнотехнические сведения задают условия интерпретации, но количественная связь измеренных показателей с глубиной, трещиноватостью или напряжениями по этой выборке не установлена.

2. Унифицированы обозначения средней активности N₁₅ сек и минутного счета N₁ мин. Пересчет десятиминутных фрагментов дает 11,125 ≈ 11,1 и 3,8 импульса за 15 с, что согласуется с таблицей для двух подробно рассмотренных измерений блока 70120а–70121а. Полные ряды и идентификация участков требуют сверки с журналами.

3. Различия активности и показателя b′ вместе с зарегистрированным щелчком обосновывают дальнейшее совместное изучение параметров АЭ и состояния выработок. Эти наблюдения не подтверждают достижение предельного состояния, категорию удароопасности или успешное прогнозирование горного удара.

4. Для практического применения предварительных порогов необходимы восстановление исходных счетов и настроек прибора, оценка погрешностей, расширение наблюдений и независимая проверка на участках с динамическими проявлениями и без них. До такой проверки пороги рассматриваются исключительно как исследовательские ориентиры.

Список литературы

References