Оцінка небезпеки приповерхневих деформацій гірських порід у межах Стебницького калійного родовища методом ПІЕМПЗ

Abstract

Мета. Метою роботи є обґрунтування доцільності застосування методу природного електро- магнітного поля Землі (ПІЕМПЗ) для оцінювання небезпеки приповерхневої деформації гірських порід унаслідок експлуатації Стебницького родовища калійної солі. Методика. Проведено геофізичні дослідження методом ПІЕМПЗ для ділянок у межах гірничого відводу Стебницького родовища калійної солі (Львівська область, Україна). У результаті деформацій, що виникають під час розроблення родовища за рахунок створення штучних пустот та розвитку соляного карсту, гірські породи перебувають у збудженому стані, що викликає електромагнітну емісію порід і відповідні варіації імпульсного електромагнітного поля. Результати. Побудовано карти інтенсивності випромінювання природного імпульсного електромагнітного поля Землі для досліджених ділянок Стебницького родовища калійної солі для трьох антен, спрямованих по осях Х (горизонтальна складова північ – південь), Y (горизонтальна складова схід – захід), Z (вертикальна складова), а також для повного вектора поля. Статистичними методами досліджено кореляцію значень повного вектора ПІЕМПЗ із фактичними значеннями осідання денної поверхні за період 2000–2014 рр. для одного профілю. Об’єктом досліджень є ділянки автомобільної магістралі Львів–Трускавець (Львівська область, Україна) у межах гірничого відводу Стебницького родовища калійної солі. Деформація дорожнього полотна пов’язана з наявністю видобувних камер під автомагістраллю. Деформаційні форми на дорожньому полотні (тріщини, заколи, “хвилі”) відображаються аномаліями інтенсивності імпульсного електромагнітного поля, наявність яких свідчить про аномальний напружено-деформований стан гірських порід та можливість (ймовірність) подальшого розвитку просідання земної поверхні в межах контура виявлених аномалій. Наукова новизна. На прикладі досліджень зони автодороги Львів–Трускавець у межах Стебницького родовища калійної солі дістала подальший розвиток система знань щодо ефективності методу ПІЕМПЗ у частині обґрунтування та демонстрації зв’язку параметрів ПІЕМПЗ з деформаціями порід і рухами земної поверхні, які відображені у деформаціях дорожнього полотна автомобільної магістралі. Тріщини, заколи, “хвилі” на дорожньому полотні якісно відповідають зміні інтенсивності та аномаліям електромагнітного поля, у якому не тільки відображають деформації, але й зазначають межі їх поширення внаслідок розвитку зони аномалій напружено-деформованого стану гірських порід. Практична значущість. За результатами представлених досліджень виконано районування зони автомобільної магістралі Львів– Трускавець у межах Стебницького родовища калійної солі за ступенем небезпеки осідання гірських порід. Відповідно до розподілу нормованих значень інтенсивності електромагнітного поля запропоновано встановити певні рівні небезпеки деформацій гірських порід, Наявність мозаїки низьких, середніх, підвищених та високих рівнів небезпеки деформації гірських порід, узгоджених із зонами деформації дорожнього полотна, свідчить про складну просторову структурну деформацій порід у стані активної стадії просідання. Останнє спонукає до прийняття керівних рішень щодо переносу автомобільної магістралі або її постійного ремонту відповідно до розвитку деформаційних процесів.

Purpose. The purpose of the paper is to substantiate of expediency of application of the method of the Earth's natural pulse electromagnetic field (ENPEMF) to assess the hazard of surface deformation of rocks as a result of exploitation of Stebnyk deposits of potassium salts. Methods. The geophysical survey used a method ENPEMF for areas within the mining allotment of Stebnyk deposits of potassium salts (Lviv region, Ukraine). As a result of deformations, that occur at development the deposit by creating artificial cavities and the development of salt karst, the rocks are not in stable condition, causing an electric discharge and related electromagnetic field variations. Results. Maps of natural radiation intensity pulsed the electromagnetic field of the Earth for the study areas of Stebnyk deposits for potassium salts by three antennas directed by axes X (horizontal component north – south), Y (horizontal component east – west), Z (vertical component), and for full vector field were produced. The correlation between values of the full vector ENPEMF with actual values of Earth's surface subsidence over the period 2000–2014 for one profile was investigated using statistical methods. Statistical evaluations investigated the correlation value vector complete with actual settling values of the Earth's surface for the period 2000–2014 for the profile. The objects of the research are sections of the Lviv-Truskavets road (Lviv region, Ukraine) within Stebnyk Potassium Salt Deposit Area. Road deformations are related to the presence of extractive chambers under the road. Deformation forms on a roadway (cracks, pin, waves) are shown by anomalies of the intensities of the impulsive electromagnetic field, the presence of whose indicates the deflected mode condition of rocks and the possibility (probability) of further subsidence of the Earth’s surface within the contour of the identified anomalies. Originality. One example of originality of research is in the zone of the Lviv – Truskavets road, within the Stebnyk deposits of potassium salts. The system of knowledge about the effectiveness of the method ENPEMF through the justification and the demonstration of the connection between parameters ENPEMF with deformations of rocks and movements of the Earth's surface, which are reflected in deformations of the highway roadbed, received further development. Cracks and waves on the roadway qualitatively correspond to a change in the intensity of anomalies and electromagnetic fields, which not only reflected deformation but also indicate the limits of their distribution area as a result of the stress-strain state of the rocks. Cracks, (wave) on the roadway efficiently meet the changing intensity anomalies and electromagnetic fields, which not only reflected deformation, but also indicate the limits of their distribution area as a result of deflected mode condition of rocks. The practical significance. According to the results presented in the research the zonation was performed within a level of hazardous subsidence in the rocks for zone of Lviv – Truskavets road within Stebnyk deposits of potassium salts. In accordance with distribution of the rationed values of intensity of the electromagnetic field certain levels of hazard of rocks deformations are offered. The presence of a mosaic of low, medium, high and extreme levels of danger deformation of rocks consistent with deformation zones roadway, shows the complex spatial structural deformation of rocks on a stage of active phase of subsidence. The latter leads to make the managerial decision about the transfer of a highway or a permanent repair in accordance with the development of deformation processes.

Целью работы является обоснование целесообразности применения метода естественного электромагнитного поля Земли (ЕИЭМПЗ) для оценки опасности приповерхностной деформации горных пород вследствие эксплуатации Стебницкого месторождения калийной соли. Методика. Проведено геофизические исследования методом ЕИЭМПЗ для участков в пределах горного отвода Стебницкого месторождения калийной соли (Львовская область, Украина). В результате деформаций, возникающих при разработке месторождения за счет создания искусственных пустот и развития соляного карста, горные породы находятся в возбужденном состоянии, что вызывает электромагнитную эмиссию пород и соответствующие вариации импульсного электромагнитного поля. Результаты. Построены карты интенсивности излучения естественного импульсного электромагнитного поля Земли для исследованных участков Стебницкого месторождения калийной соли по трем антеннам, которые направленны по осям Х (горизонтальная составляющая север – юг), Y (горизонтальная составляющая восток – запад), Z (вертикальная составляющая), а также для полного вектора поля. Статистическими методами исследована корреляция значений полного вектора ЕИЭМПЗ с фактическими значениями просадки дневной поверхности за период 2000–2014 гг. для одного профиля. Объектом исследований является участок автомобильной магистрали Львов – Трускавец (Львовская область, Украина) в пределах горного отвода Стебницкого месторождения калийной соли. Деформация дорожного полотна связана с наличием добычных камер под автомагистралью. Деформационные формы на дорожном полотне (трещины, заколи, “волны”) отражаются аномалиями интенсивности импульсного электромагнитного поля, наличие которых свидетельствует о аномальном напряженно-деформированном состоянии горных пород и возможности (вероятности) дальнейшего развития проседания поверхности земли в пределах контура выявленных аномалий. Научная новизна. На примере исследований зоны автодороги Львов –Трускавец в пределах Стебницкого месторождения калийной соли получила дальнейшее развитие система знаний об эффективности метода ЕИЭМПЗ в части обоснования и демонстрации связи параметров ЕИЭМПЗ с деформациями пород и движениями земной поверхности, которые отражены в деформациях дорожного полотна автомобильной магистрали. Трещины, заколи, “волны” на дорожном полотне качественно соответствуют изменению интенсивности и аномалиям электромагнитного поля, в котором не только отражаются деформации, но и обозначаются пределы их распространения вследствие развития зоны аномалий напряженно-деформированного состояния горных пород. Практическая значимость. По результатам представленных исследований выполнено районирование зоны автодороги Львов – Трускавец в пределах Стебницкого месторождения калийной соли по степени опасности оседания горных пород. В соответствии с распределением нормированных значений интенсивности электромаг- нитного поля предложено установить определенные уровни опасности деформаций горных пород. Наличие мозаики низких, средних, повышенных и высоких уровней степени опасности деформации горных пород, согласованных с зонами деформации дорожного полотна, свидетельствует о сложной пространственной структуре деформаций пород в состоянии активной стадии проседания. Последнее побуждает к принятию управленческих решений о переносе автомобильной магистрали или ее постоянного ремонта в соответствии с развитием деформационных процессов.