Профилактика и предотвращение техногенных катастроф

 Установлено, что техногенные катастрофы в районах добычи полезных ископаемых как физическое явление происходят в форме наведенных вторичных геодинамических процессов вследствие взаимодействия естественной геосистемы с техногенной, образованной добычей, переработкой и транспортировкой полезных ископаемых. Одним из определяющих факторов возникновения и развития очагов техногенных катастроф выступают деформационные процессы, происходящие в массиве горных пород верхней части земной коры в области влияния горного производства. В связи с этим, большое внимание в исследованиях было уделено экспериментальным измерениям смещений и деформаций в области влияния горных объектов, которые стали возможны благодаря финансовой поддержке РФФИ, на средства которого в Институте создан "Уральский центр геомеханических исследований природы техногенных катастроф в районах добычи полезных ископаемых", оснащенный новейшим оборудованием спутниковой геодезии GPS.
За прошедшие 5 лет проведена адаптация технологии спутниковой геодезии к задачам решаемой проблемы, разработаны новейшие методы и технологии мониторинга смещений и деформаций, в том числе освоены режимы непрерывного слежения за происходящими смещениями.

Накопленные экспериментальные данные о деформационных процессах в области ведения горных разработок позволили:
Создать геомеханическую модель участка литосферы с техногенным объектом.
Создать математический аппарат, описывающий деформационные процессы и позволяющий проводить компьютерное моделирование различных ситуаций разработки.
Выявить основные закономерности возникновения и развития очагов техногенных катастроф.
Наметить пути и меры снижения риска возникновения техногенных катастроф.
 
Геомеханическая модель отражает две характерные зоны деформирования массива горных пород в области влияния горного объекта: внутреннюю, формирующуюся за счет уравновешенной системы сил на контурах образующихся зон возмущения и в соответствии с принципом Сен-Вена, локализующуюся в пределах 2-3 размеров участка техногенного воздействия; внешнюю, формирующуюся за счет перемещения горной массы и нарушения изостазии в земной коре и, в соответствии с известными решениями Буссинеска, распространяющуюся на неограниченные расстояния.
В соответствии с экспериментальными данными и результатами компьютерного моделирования установлено, что во внутренней зоне напряженно-деформированное состояние обладает более высокими градиентами, предопределяющими большую вероятность проявления наведенных геодинамических процессов. Во внешней зоне градиенты ниже, вероятность геодинамических процессов также ниже, но энергия их возможна больше из-за больших масштабов распространения. Наибольшая вероятность проявления наведенной геодинамики присуща участкам с моментным нагружением, образуемым техногенными нагрузками противоположного направления.
Высокоточными экспериментальными измерениями смещений с использованием технологий спутниковой геодезии установлена паритетность техногенных и естественных смещений. Суммарный уровень горизонтальных деформаций (сжатие-растяжение) достигает 0,00005, а вертикальных (наклонны) 0,000035, что соответствует критериям проявления землетрясений, используемым в сейсмологической практике.
Выявлены три возможные формы геодинамических явлений. Наиболее распространены медленные крипповые подвижки по существующим тектоническим нарушениям, менее распространены динамические подвижки с техногенными землетрясениями и, наконец, редчайшие, но наиболее разрушительные подвижки, сопровождаемые вертикальными перемещениями значительных территорий, названные по аналогии с явлением потери устойчивости оболочки "хлопком". Для каждого из этих видов геодинамических явлений предложены принципиальные пути и методы снижения риска их проявления.
Наряду с раскрытием природы техногенных катастроф высокоточными экспериментальными измерениями смещений земной поверхности с применением технологий спутниковой геодезии выявлены важнейшие параметры напряженно-деформированного состояния верхней части земной коры, создающие основополагающие понятия о литосфере в науках о Земле.
Ретроспективными измерениями смещений выявлены значительные смещения геодезических пунктов, составивших за 25-40 лет на Киембаевском асбестовом и Коршуновском железорудном месторождениях до 500 мм по вертикали и до 800 мм в горизонтальной плоскости. Впервые по этим данным получены интегральные параметры тензора приращений горизонтальных напряжений на базах в несколько километров. Максимальные приращения напряжений достигали 1,7 МПа.
Периодическим мониторингом с промежутками измерений от 3-6 месяцев до 1 года установлены периодические изменения смещений (флюктуации) геодезических пунктов во времени. Амплитуды колебаний на Сарановском, Киембаевском и Коршуновском месторождениях достигали в вертикальном и горизонтальном направлениях от 200мм до 600 мм в течении года. Приращения интегральных горизонтальных напряжений составляли до 0,4 МПа в год.
Впервые специально разработанной технологией непрерывного мониторинга смещении в Западной Сибири в районе г.Сургута в разломных зонах выявлена динамика смещений и деформаций земной поверхности. Амплитуды горизонтальных смещений на базах от 40 м до 1 км составляли 35-57 мм, максимальные горизонтальные деформации достигали + 0,00125. Амплитуды вертикальных смещений составляли 85-110 мм, максимальные вертикальные деформации достигали 0,002. В гармониках колебаний четко выделяются продолжительности периодов в пределах 1 мин и 60 мин, имеются и другие менее четкие гармоники колебаний.
Открытая динамика смещений в разломных зонах, по видимому, имеет эндогенное происхождение. Исследование ее повлечет за собой кардинальный пересмотр сложившегося мировозрения на основное понятие геомеханики, геодинамики и других наук о Земле - напряженно-деформированное состояние литосферы.

http://www.igd.uran.ru