Способ прогноза времени землетрясений на калийных рудниках

 

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для прогноза времени природных и техногенных землетрясений. Технический результат - повышение точности прогноза времени землетрясений. Сущность изобретения: скважины бурят до пересечения надсолевого рассольного горизонта на 1,5 м ниже его подошвы, устанавливают в них фильтры на уровне надсолевого рассольного горизонта. Для предотвращения неконтролируемых утечек газов устанавливают пакер. Прохождение длиннопериодных волн деформации через калийные рудники определяют путем размещения скважин в контурах шахтных полей. Повышенное газовыделение при растрескивании солей подтверждают отборы в скважинах газовых проб с определением в них концентрации метана, водорода и углекислого газа. Суждение о времени землетрясения производят по изменению уровня подземных вод с учетом повышения концентрации метана, водорода и углекислого газа.

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для прогноза времени природных и техногенных землетрясений, а также горно-тектонических ударов на калийных рудниках.

Верхнекамское месторождение калийных солей расположено на северо-востоке Пермской области и занимает площадь около 3500 кв. км. Соляная залежь прослеживается с севера на юг на 140 км при ширине до 40 км. Месторождение приурочено к центральной части Соликамской впадины Предуральского краевого прогиба.

Территория Верхнекамского солеродного бассейна на схеме сейсмического районирования Западно-Уральского региона ранее была отнесена к районам, где возможны были землетрясения силой 6 - 7 баллов один раз примерно в 60 лет. Подобные землетрясения произошли здесь в 1798, 1867, 1911 годах.

Добыча солей шахтным способом связана с формированием грандиозных объемов выработанных пространств и складированием значительных масс пород в отвалы на поверхности. Все это обуславливает перераспределение естественного поля напряжений, определяет неравномерный характер деформирования подработанных территорий. Разработка имеющихся в регионе месторождений нефти подземных вод, наличие крупнейшего Камского водохранилища еще более усугубляет техногенные изменения в геодинамической обстановке.

В последние пять лет на территории Верхнекамского бассейна отмечается резкое усиление геодинамической активности недр, связанной с накапливающейся техногенной нагрузкой. Интенсивность последних трех землетрясений 25.10.93, 05.01.95 и 09.10.97 достигала в эпицентре 4 - 5 баллов, при этом толчки от землетрясений ощущались жителями в разных частях региона. Очаг наиболее сильного землетрясения 05.01.95 располагался в пределах шахтного поля рудника Соликамского калийного рудоуправления N 2. Землетрясение сопровождалось внезапными разрушениями горных выработок и проседанием земной поверхности на 4 м. Если бы зона разрушений совпала с рабочими зонами рудника или в зоне проседания земной поверхности оказались бы жилые или промышленные здания, то последствия этого природно-техногенного землетрясения могли бы быть трагическими.

При существующей техногенной нагрузке на недра Верхнекамский регион отнесен в настоящее время к районам, где возможны землетрясения силой 6 - 7 баллов (по сейсмической шкале MSK-64 для средних грунтовых условий) один раз в 10 - 12 лет. Исходя из этого, создание надежной системы оперативного прогноза землетрясений является неотложной задачей.

Известен способ прогноза времени землетрясений на калийных рудниках, включающий установку сейсмопавильонов в подземных горных выработках (1).

Недостатком известного способа является невысокая точность прогноза времени землетрясения.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ прогноза времени землетрясений, в том числе и на калийных рудниках, включающий бурение гидрогеологических скважин и измерение в них уровня подземных вод, суждение о времени землетрясения по изменению уровня подземных вод, который принят за прототип (2).

Недостатком известного способа также является невысокая точность прогноза времени землетрясения, обусловленная учетом только одного прогнозного параметра уровня подземных вод.

Целью изобретения является повышение точности прогноза времени землетрясения.

Поставленная цель достигается тем, что дополнительно измеряют концентрации метана, водорода и углекислого газа путем отбора газовых проб в скважинах и суждение о времени землетрясения производят с учетом повышения концентрации указанных газов.

Существенное отличие заявляемого способа в том, что прогноз времени землетрясения дается на основании определения изменения двух параметров - уровня подземных вод и содержания газов, выделяемых соляным массивом.

Способ осуществляют следующим образом.

Производят бурение гидрогеологических скважин до пересечения надсолевого рассольного горизонта на 1,5 м и ниже его подошвы с установкой фильтров на уровне надсолевого рассольного горизонта. Для предотвращения неконтролируемых утечек газов устанавливают пакер. Для определения прохождения длиннопериодных волн деформации через калийные рудники скважины размещают в контурах отрабатываемых шахтных полей.

Наиболее чувствительным к изменениям напряженного состояния породного массива в силу относительной изолированности и наименьшей подверженности влиянию природных режимообразующих факторов является надсолевой рассольный горизонт.

Различные пликативные нарушения, зоны приразломной трещиноватости, газовые и другие "жесткие" и "мягкие" неоднородности в породном массиве, нарушенном горными работами, а также в период сейсмотектонической активации, вызывают изменения в поле напряжений, дегазацию и растрескивание соляных пород. В результате концентрация газов повышается, что и фиксируют в процессе наблюдений путем отбора из скважин газовых проб с последующим определением в них содержания метана, водорода и углекислого газа.

Суждение о времени землетрясения производят с учетом повышения концентрации метана, водорода и углекислого газа.

Способ испытан в натурных условиях. Девятого октября 197 г. произошло землетрясение силой 4 балла по шкале Рихтера с эпицентром в контуре шахтного поля рудника Второго Березниковского рудоуправления. В районе эпицентра была пробурена скважина до пересечения насолевого рассольного горизонта на 1,5 и ниже его подошвы с установкой в ней фильтра на уровне данного горизонта.

В скважине производится измерение уровня рассола один раз в час и отбираются газовые пробы два раза в неделю. 12 октября 1999 г. по данным сейсмостанции "Березники" произошло событие с выделением сейсмической энергии в количестве 8 тысяч кДж. Его время было определено по резким изменениям уровня подземных вод: его подъема 7 октября и спада 9 октября. Одновременно концентрация метана в газовых пробах выросла с 0,5 до 1,0%, а углекислого газа с 0,1 до 0,2%.

Источники информации 1. Маловичко А.А. Мониторинг техногенной сейсмичности на рудниках и шахтах Западного Урала. В сб. : - Горная геофизика. Международная конференция. 22 - 25 июня 1998 г., С-Петербург, Россия. - СПб.: ВНИМИ, 1998, с. 147 - 151.

2. Шереметьев В.М. Мониторинг гидрогеодеформационного поля Земли - основа системы оперативного прогона техногенных аварий и катастроф. //Разведка и охрана недр. - 1996, N 5, с. 27 - 31.

Формула изобретения

Способ прогноза времени землетрясений на калийных рудниках, включающий бурение гидрогеологических скважин и измерение в них уровня подземных вод, суждение о времени землетрясения по измерению уровня подземных вод, отличающийся тем, что дополнительно измеряют концентрации метана, водорода и углекислого газа путем отбора газовых проб в скважинах, при этом скважины бурят в контурах шахтных полей до пересечения надсолевого рассольного горизонта на 1,5 м ниже его подошвы, устанавливают в них фильтры на уровне надсолевого рассольного горизонта, для предотвращения неконтролируемых утечек газов устанавливают пакер, при этом суждение о времени землетрясения производят с учетом повышения концентрации метана, водорода и углекислого газа.