Техника - молодёжи 1980-09, страница 21

ДИАГНОСТИКА ПОДЗЕМНЫХ ГОРИЗОНТОВ

ЛЕВ ЛАЗАРЕВ, инженер

Близость месторождений угля к крупным промышленным центрам всегда способствует их бурному развитию. Примеров тому множество: Донбасс и Кузбасс в нашей стране, Саар в ФРГ, Пенсильвания в США и т. д.

Но среди этого перечня мы не найдем Мосбасса — Подмосковного угольного бассейна. А ведь он находится рядом с Центральным промышленным районом страны.

Исторически судьба Мосбасса складывалась довольно противоречиво. Его освоение развивалось не столь бурными темпами, как других месторождений; в свое время даже вставал вопрос о сворачивании работ как нерентабельных.

Дело в том, что хотя здесь сосредоточены значительные запасы бурого угля (балансовые запасы оцениваются в 3,5 млрд. т) и расположены его пласты не глубоко — в среднем на 50 м от поверхности, но сам регион бассейна насыщен подземными водами.

Они и стали главным врагом шахтеров. Врагом коварным, способным нанести страшный удар в самый неожиданный момент. Представьте себе угольный пласт длиной 700—1000, шириной 80—120 и высотой, или, как говорят, мощностью, в среднем 2,5 м. Над ним породы, образующие кровлю. Под ним — подстилающие породы. Если есть подземные воды, то они могут размыть участок под пластом, образуя свободный подземный объем — карст. В него и проваливается участок пласта, а на место разрыва поступают горные породы, чаще всего песок с водой. Последнее самое опасное. Когда лава доходит до места разрыва, угольная ♦переборка», что отделяет людей и технику от массы песка с водой, находящихся под огромным давлением, становится все тоньше и тоньше. Наконец она не выдерживает — вода сметает ее. Это уже катастрофа. Хорошо, если она обойдется без человеческих жертв.

Ну а если твердая порода засыплет разрыв? Тогда катастрофы не произойдет, но работа остановится. Ведь перед машинами, ведущими добычу, окажется пробка. Можно, конечно, пройти ее. Но со скоростью не более 1,5 м в сутки. А где кончается разрыв? Через 10 метров? Через 50? Сколько придется потратить вслепую недель непродуктивной работы? Ведь шах

та должна выдавать на-гора уголь, а не породу.

Деформация пласта не обязательно сопровождается разрывом. Иногда пласт, проваливаясь в карст, просто изгибается. И наконец, бывают случаи его утоныпения.

В большинстве случаев приходится останавливать работу, демонтировать оборудование и перебрасывать его по штрекам, идущим вдоль пласта, к дальней границе разрыва. Но надо знать эту границу. Следовательно, нужно найти способ «заглянуть» внутрь пласта.

Именно эту задачу поставили перед собой молодые ученые ПНИУИ — Подмосковного научно-исследовательского угольного института в городе Новомосковске Тульской области — кандидат гео-лого-минералогических наук, заведующий лабораторией Николай Азаров, старший научный сотрудник Виктор Поляков, младший научный сотрудник Андрей Анциферов и начальник геофизического участка треста «Новомосковскшах-тоосушение» Николай Киселев. Таким образом, в коллективе были и геологи, и физик — Андрей недавно окончил физфак МГУ, и инженер-производственник.

Традиционные методы сейсмического зондирования в геологии используются уже много лет. Разведка ведется с поверхности земли. Но так можно определять лишь наличие угля в исследуемом районе. А ведь в данном случае требуется определить не месторасположение пласта, а его дефекты. Вот почему ученые решили перенести эксперименты по сейсмическому зондированию в шахту.

Решался очень важный фактический и теоретический вопрос: как будут в условиях Мосбасса распространяться колебания по угольному пласту. Дело в том, что пласт, ограниченный сверху и снизу другими породами, представляет собой акустический волновод. Сигнал, проходя через него, концентрируется, а не размывается по всей толще горных пород. Такой сигнал легко зафиксировать. Однако, сейсмические условия Мосбасса весьма специфичны, и многие специалисты высказывали сомнения в возможности использования этого метода на шахтах Подмосковья.

С 1972 года молодые ученые ПНИУИ упорно работали над ре-

тические изыскания, разработка специальной исследовательской аппаратуры закончились созданием метода для определения разрывов и других нарушений в угольном пласте.

Но мало было создать аппаратуру и метод исследований. Надо было научиться обрабатывать и расшифровывать полученную из пласта информацию. Десятки и сотни раз повторяли молодые ученые эксперименты, пока не находили простого решения самых сложных задач.

Как же проводят исследования? В шахту спускаются три человека, несущие с собой малогабаритный блок питания, регистратор сигналов, тампер — для возбуждения колебаний и штыри — датчики колебаний. Спустившись в лаву, бригада разделяется: двое, взяв улавливающую аппаратуру, направляются в один штрек, третий с тампером в руках уходит в штрек параллельный.

Через каждые десять метров в штреке для ориентации прибита табличка с номером пикета. В определенных точках — там, где надо изучить пласт, в стену вбиваются штыри — датчики колебаний, провода от которых подключены к регистратору. К нему же тянется кабель от тампера, представляющего собой прибор с пьезокристаллом. При ударе им о пласт пъезокри-сталл выдает сигнал в регистратор. В этот же момент в толще угля возникают колебания. Они пронизывают пласт и улавливаются штырями-датчиками. Если на пути волн в каком-то месте встречается разрыв, то, двигаясь по другой породе, волны начинают затухать. На экране осциллографа вместо привычной гармоники с пиками, которые говорят о том, что волна идет по углю, появляется почти ровная линия.

Точно так же сигнал искажается и при изгибе пласта и его утоныпе-нии. А так как датчики четко привязаны к пикетам, то по мере передвижения вперед за 2—3 дня можно изучить полностью лаву длиной 500—700 м. Полученные сейсмограммы обрабатываются на ЭВМ, после чего шахтам выдаются карты с указанием типа, места и размера нарушений пласта.

Широкое внедрение нового метода на шахтах Мосбасса дает годовую экономию около миллиона рублей.

шением проблемы. Сложные теоре-

ЛАУРЕАТЫ ПРЕМИИ ЛЕНИНСКОГО КОМСОМОЛА