Би­о­ло­ка­ция в горном деле

Би­о­ло­ка­ция — древ­ней­ший спо­соб по­ис­ка под­зем­ных вод, а так­же ре­ше­ния мно­гих дру­гих про­блем гор­но­го де­ла, ко­то­рый, к со­жа­ле­нию, поч­ти пол­но­стью за­быт под на­ти­с­ком ци­ви­ли­за­ции. В по­след­ние де­ся­ти­ле­тия за­ру­беж­ные стра­ны на­ча­ли уде­лять это­му на­прав­ле­нию ис­сле­до­ва­ний ис­клю­чи­тель­но се­рь­ез­ное вни­ма­ние, т.к. оно от­кры­ва­ет не­о­жи­дан­ные воз­мож­но­с­ти в са­мых раз­лич­ных об­ла­с­тях про­из­вод­ст­вен­ной де­я­тель­но­с­ти. В США со­юз би­о­ло­ка­то­ров в на­сто­я­щее вре­мя объ­е­ди­ня­ет око­ло 25 тыс. че­ло­век, ко­то­рые ак­тив­но при­вле­ка­ют­ся фир­ма­ми и ор­га­ни­за­ци­я­ми. Спе­ци­аль­ная ко­мис­сия ЮНЕ­С­КО под­твер­ди­ла су­ще­ст­во­ва­ние би­о­ло­ка­ци­он­но­го эф­фек­та, од­на­ко при­ро­да его до сих пор не яс­на. На Ура­ле во вре­ме­на гор­но­про­мы­ш­лен­ни­ка Де­ми­до­ва спе­ци­а­ли­с­ты по би­о­ло­ка­ции (ло­зо­ход­цы) яв­ля­лись един­ст­вен­ной ка­те­го­ри­ей ра­бот­ни­ков, ко­то­рые по­лу­ча­ли воль­ную — на­столь­ко це­нил­ся их труд. В со­вет­ский пе­ри­од сме­лость при­ме­не­ния опаль­но­го ме­то­да по пра­ву при­над­ле­жит Н.Н.Со­че­ва­но­ву и на­ше­му зем­ля­ку проф. А.А.Ма­ла­хо­ву.

Би­о­ло­ка­ция ос­но­ва­на на по­вы­шен­ной чув­ст­ви­тель­но­с­ти не­ко­то­рых лю­дей к фи­зи­че­с­ким ано­ма­ли­ям. Ис­сле­до­ва­ния осу­ще­ств­ля­ют­ся с при­ме­не­ни­ем про­стых при­спо­соб­ле­ний: раз­лич­ных ра­мок и ре­зо­на­то­ров, уси­ли­ва­ю­щих вос­при­я­тие тех или иных ано­ма­лий под зем­лей. Пре­иму­ще­ст­ва­ми би­о­ло­ка­ции яв­ля­ют­ся: де­ше­виз­на, про­сто­та и до­ступ­ность в лю­бой ме­ст­но­с­ти (в вы­со­ких го­рах, на кру­тых скло­нах, в пу­с­ты­не и гу­с­том ле­су, в за­кры­тых тес­ных по­ме­ще­ни­ях, под зем­лей, в шах­тах и т. д.), где труд­но транс­пор­ти­ро­вать и мон­ти­ро­вать со­от­вет­ст­ву­ю­щее обо­ру­до­ва­ние. От­сут­ст­вие на­ру­ше­ний и за­гряз­не­ний зем­ной по­верх­но­с­ти, ко­то­рые не­из­беж­ны при бу­ре­нии и не­ко­то­рых ви­дах ге­о­фи­зи­че­с­ких ис­сле­до­ва­ний, так­же яв­ля­ет­ся од­ним из до­сто­инств ме­то­да. Оче­вид­но, что с по­мо­щью би­о­ло­ка­ции мно­гие про­бле­мы мож­но ре­шить го­раз­до про­ще, де­шев­ле и бы­с­т­рее. В ча­ст­но­с­ти, мож­но зна­чи­тель­но со­кра­тить ко­ли­че­ст­во не­про­дук­тив­ных сква­жин за счет бо­лее це­ле­на­прав­лен­но­го по­ис­ка под­зем­ных вод и по­лез­ных ис­ко­па­е­мых.

Точ­ность ис­сле­до­ва­ний в ос­нов­ном за­ви­сит от глу­би­ны объ­ек­тов по­ис­ка (тре­щин, кар­стов, руд­ных тел и т. д.) и их раз­ме­ров. Так, на­при­мер, точ­ность оп­ре­де­ле­ния раз­ме­ра кар­сто­вой пу­с­то­ты на глу­би­не до 20 м со­став­ля­ет око­ло 0.1 м, на глу­би­не 50 м — 0.3 м. Ази­мут про­сти­ра­ния тре­щин, раз­ло­мов, на­прав­ле­ния те­че­ния под­зем­ных вод оп­ре­де­ля­ет­ся с точ­но­с­тью 5%. Ха­рак­тер из­ме­не­ния ско­ро­сти филь­т­ра­ции оце­ни­ва­ет­ся с по­греш­но­с­тью 10–20%. Ме­с­то­по­ло­же­ние тре­щин, раз­ло­мов, кар­стов и зон филь­т­ра­ции ус­та­нав­ли­ва­ет­ся с точ­но­с­тью 0.05–0.5 м в за­ви­си­мо­с­ти от их глу­би­ны. Круп­ные руд­ные за­ле­жи ме­ди, же­ле­за, по­ли­ме­тал­лов мо­гут быть об­на­ру­же­ны на глу­би­не до 500 м, а ино­гда и бо­лее.

Ав­тор на­сто­я­щей ста­тьи, ис­поль­зуя опыт пред­ше­ст­вен­ни­ков и со­вер­шен­ст­вуя его, про­ве­ла ряд би­о­ло­ка­ци­он­ных ис­сле­до­ва­ний при ава­рий­ных си­ту­а­ци­ях, свя­зан­ных с об­ру­ше­ни­ем кров­ли вы­ра­бо­ток.

Как из­ве­ст­но, в слу­чае об­ру­ше­ния по­род нуж­ны опе­ра­тив­ные дан­ные об их мас­шта­бах для при­ня­тия адек­ват­ных мер, пре­дот­вра­ща­ю­щих даль­ней­шее раз­ви­тие не­га­тив­ных по­след­ст­вий. Ча­ще все­го нет до­сту­па в зо­ну об­ру­ше­ния, со­хра­ня­ет­ся опас­ность по­втор­но­го вы­ва­ла, по­это­му труд­но оп­ре­де­лить их гра­ни­цы, на­ли­чие тре­щин от­ры­ва в по­кров­ной тол­ще и со­сто­я­ние кре­пи.

Би­о­ло­ка­ци­он­ный ме­тод поз­во­ля­ет не­за­мед­ли­тель­но оце­нить си­ту­а­цию.

При про­ход­ке под­ход­ной вы­ра­бот­ки на стан­ции ме­т­ро «Ба­жов­ская» (г.Ека­те­рин­бург) ле­том 1996 г. про­изо­шел вы­вал в кров­ле за­боя. По­пыт­ки за­кре­пить вы­ра­бот­ку не увен­ча­лись ус­пе­хом, объ­ем осы­па­ю­щей­ся мас­сы еще бо­лее уве­ли­чил­ся. Име­лась опас­ность де­фор­ма­ции зда­ния гор­но­го ком­плек­са, рас­по­ло­жен­но­го над зо­ной вы­ва­ла. Ис­сле­до­ва­ния вы­пол­ня­лись в пе­ри­од с 16 по 20 ав­гу­с­та 1996 г., ког­да в зо­ну об­ру­ше­ния уже бы­ли про­бу­ре­ны и за­ка­ча­ны це­мент­ным рас­тво­ром 14 сква­жин. Би­о­ло­ка­ция по­ка­за­ла, что в се­че­нии вы­ра­бот­ки, где рас­по­ла­га­лись сква­жи­ны, пу­с­то­та уже за­пол­не­на, но по ее бо­кам, глав­ным об­ра­зом, под фун­да­мен­том зда­ния гор­но­го ком­плек­са ос­та­лось пу­с­тое про­ст­ран­ст­во вы­со­той до 2.5 м. Ос­нов­ная мас­са вы­ва­ла про­изо­ш­ла с юж­ной сто­ро­ны вы­ра­бот­ки, где пло­щадь за­тро­ну­тая об­ру­ше­ни­ем до­стиг­ла 25 м2, на се­ве­ре она со­ста­ви­ла 10 м2. По дан­ным би­о­ло­ка­ци­он­ных ис­сле­до­ва­ний вы­вал обус­лов­лен вскры­ти­ем лин­зы не­связ­ных пе­с­ча­но-гли­ни­с­тых от­ло­же­ний мощ­но­с­тью 10.8 м, от­но­ся­щих­ся к по­гре­бен­но­му рус­лу реч­ки Мо­на­с­тыр­ка. Сам кон­тур вы­ва­ла про­сти­ра­ет­ся вдоль лин­зы и име­ет дли­ну 18.1 м при мак­си­маль­ной ши­ри­не 5.8 м. На рис.1 дан гип­со­ме­т­ри­че­с­кий план кров­ли вы­ва­ла и глу­бин (изо­плет) по ма­те­ри­а­лам ис­сле­до­ва­ний. На их ос­но­ве бы­ли за­ло­же­ны до­пол­ни­тель­ные сква­жи­ны там, где ос­та­лись пу­с­то­ты. Бу­ре­ние под­твер­ди­ло пред­ска­зан­ные раз­ме­ры вы­ва­ла. Ра­бо­ты по его лик­ви­да­ции вско­ре за­вер­ши­лись, а про­ход­ка про­дол­же­на, про­се­да­ние зда­ния гор­но­го ком­плек­са бы­ло свое­вре­мен­но пре­дот­вра­ще­но.

При ре­с­та­в­ра­ции церк­ви Ус­пе­ния Пре­свя­той Бо­го­ро­ди­цы (г.Бе­ре­зов­ский) тре­бо­ва­лось ус­та­но­вить ме­с­то­по­ло­же­ние ста­рых очи­ст­ных вы­ра­бо­ток (ор­тов и штре­ков), по ко­то­рым не со­хра­ни­лись до­сто­вер­ные пла­ны, т.к. они прой­де­ны око­ло ве­ка на­зад. В 1993 г. ав­то­ром впер­вые здесь про­ве­де­ны би­о­ло­ка­ци­он­ные ис­сле­до­ва­ния, ко­то­ры­ми вы­яв­ле­на гу­с­тая сеть гор­ных вы­ра­бо­ток на раз­лич­ной глу­би­не. От­ме­ча­лось, что вы­ра­бот­ки го­ри­зон­тов 80, 100 м и глуб­же прой­де­ны в ко­рен­ных по­ро­дах ни­же зо­ны вы­ве­т­ри­ва­ния, а от­хо­дя­щие от штре­ков ор­ты рас­по­ло­же­ны до­ста­точ­но да­ле­ко от не­су­щих фун­да­мен­тов со­ору­же­ния. Рас­чет­ная зо­на вли­я­ния гор­ных вы­ра­бо­ток мень­ше рас­сто­я­ния меж­ду ни­ми и по­верх­но­с­тью. На со­хран­ность зда­ния мо­гут ока­зать вли­я­ние лишь вы­ра­бот­ки го­ри­зон­та 60 м, на ко­то­рых и долж­но быть со­сре­до­то­че­но вни­ма­ние. Сре­ди них на­и­боль­шую ве­ро­ят­ность об­ру­ше­ния име­ет об­на­ру­жен­ный орт №70, рас­по­ло­жен­ный к се­ве­ро-за­па­ду от церк­ви, о чем бы­ло со­об­ще­но ре­с­та­в­ра­то­рам. Че­рез 5 лет 10 ию­ня 1998 г. этот орт об­ру­шил­ся в точ­но пред­ска­зан­ном ме­с­те. К сча­с­тью, он на­хо­дит­ся на до­ста­точ­ном уда­ле­нии от зда­ния и по­это­му не вы­звал се­рь­ез­ной про­сад­ки грун­тов под ним.

Би­о­ло­ка­ци­он­ный мо­ни­то­ринг, про­ве­ден­ный на тер­ри­то­рии в ию­не 1993 г., 22 ию­ля 1998г, 13 сен­тя­б­ря 1999 г. и 11 ию­ля 2000г. поз­во­лил про­сле­дить ха­рак­тер про­цес­са сдви­же­ния по­род в на­и­бо­лее опас­ном уча­ст­ке над ор­том №70 (рис. 2). Кров­ля ор­та до об­ру­ше­ния на­хо­ди­лась на глу­би­не 18 м. По­сле об­ру­ше­ния по дан­ным глу­бин­но­го зон­ди­ро­ва­ния 22.07.1998 г. от­чет­ли­во про­яв­ле­ны тре­щи­ны от­ры­ва ши­ри­ной от 0.1 м до 0.7 м, ко­то­рые про­сти­ра­ют­ся к вос­то­ку от штре­ка гор. 60 м на 10.3 м, к се­ве­ру – на 14.6 м, к за­па­ду тре­щин не от­ме­че­но. По­втор­ные ис­сле­до­ва­ния на ме­с­те об­ру­ше­ния в 2000 го­ду по­ка­за­ли, что про­цесс сдви­же­ния прак­ти­че­с­ки за­кон­чил­ся и поч­ти все тре­щи­ны от­ры­ва со­мк­ну­лись. Глу­бин­ным би­о­ло­ка­ци­он­ным зон­ди­ро­ва­ни­ем, кро­ме то­го, ус­та­нов­ле­но, что об­ру­ше­ние кров­ли ор­та №70 не вы­зва­ло об­ру­ше­ние кре­пи штре­ка гор. 60 м. На тер­ри­то­рии церк­ви так­же вы­пол­ня­ют­ся марк­шей­дер­ские на­блю­де­ния за про­сад­ка­ми по­верх­но­с­ти.

Та­ким об­ра­зом, ме­тод би­о­ло­ка­ции по­ка­зал воз­мож­ность про­гно­зи­ро­ва­ния ве­ро­ят­ных мест об­ру­ше­ния вы­ра­бо­ток, оп­ре­де­ле­ния раз­ме­ров вы­ва­лов и гра­ниц рас­про­ст­ра­не­ния тре­щин от­ры­ва.

Журнал "Горная Промышленность" №3 2001