CC BY
112
МОНИТОРИНГ ДЕФОРМАЦИЙ ПОДЗЕМНЫХ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК С ПОМОЩЬЮ ЛАЗЕРНЫХ СКАНИРУЮЩИХ СИСТЕМ
Александр Алексеевич Токин
Национальный Исследовательский Иркутский Государственный Технический Университет, 664000, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83, инженер НИЧ, тел. (914)899-21-35, e-mail: [email protected]
Алексей Алексеевич Токин
Национальный Исследовательский Иркутский Государственный Технический Университет, 664000, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83, инженер НИЧ, тел. (914) 941-32-40, e-mail: alexeiys@,yandexl. ru
В статье рассмотрена методика наблюдения за сдвижением горных выработок с помощью сканирующих систем.
Ключевые слова: мониторинг деформаций, подземные горные выработки, лазерные сканирующие системы.
DEFORMATION MONITORING OF UNDERGROUND MINING WITH LASER SCANNING SYSTEMS
Alexandr A. Tokin
National Research Irkutsk State Technical University, 83 Lermontov, Irkutsk, 664074, Russia, an engineer Department of Research, tel. (914) 899-21-35, e-mail: [email protected]
Alexsey A. Tokin
National Research Irkutsk State Technical University, 83 Lermontov, Irkutsk, 664074, Russia, an engineer Department of Research, tel. (914) 941-32-40, e-mail: [email protected]
In this paper the technique for monitoring mining subsidence using scanning systems.
Key words: deformation monitoring, underground mining, laser scanning systems.
Для успешного прогнозирования и предупреждения удароопасных ситуаций, на месторождениях существуют многоуровневые системы комплексного геодинамического мониторинга (геодинамического полигона), которые объединяют целый ряд методов (сейсмический, деформационный, геоакустический, геодезический, тектонофизический и другие). Проведение натурных измерений по сети наблюдательных станций является основным средством сбора информации о протекающих процессах.
Тенденции автоматизации всех сфер производственной деятельности человека обусловлены, прежде всего, бурным развитием микропроцессорной техники и цифровых технологий. В частности, интеграция цифровой техники геодезических и фотограмметрических технологий привели к появлению принципиально новых приборов для сбора пространственной информации о местности систем наземной лазерной локации или наземных лазерных сканеров (НЛС) [1].
Разработка метода «мониторинг деформаций в подземных горных выработок с помощью лазерных сканирующих систем» направлена на решение актуальной проблемы предупреждения горных и горно-тектонических ударов и других опасных проявлений горного давления (техногенных катастроф) на горизонтах месторождений при их разработке для обеспечения безопасности ведения горных работ в сложных горнотехнических и геологических условиях.
Основной задачей по проведению мониторинга деформаций с помощью лазерных сканирующих систем, является наблюдение за сдвижением горных выработок. Задача решается проложением сканерных ходов. Сущность проло-жения сканерного хода по выработкам заключается в следующем: вокруг первой сканерной станции устанавливаются 10 специальных марок, у пяти из которых определяются пространственные координаты во внешней системе координат. Эти марки будут являться опорными. Со второй станции в поле зрения сканера должно попадать более трех марок, отобразившихся на первом скане и не менее трех марок, которые будут видны с третьей станциии т. д. На последней сканерной станции необходимо иметь минимум две опорные марки для уравнивания и оценки точности проложения сканерного хода. Марки в данном случае используются не только как элементы внешнего ориентирования сканера, но и как наблюдательные станции.
Наблюдательная станция представляет собой штангу длиной 1 метр забетонированную в шпур с резьбой на конце. При наблюдениях, на нее накручивается съемная монтажная штанга длиной 30 см с креплением для марки сканера (см. рис. 1).
Наблюдательные станции располагаются по выработке сечениями по 5 шт в одной вертикальной плоскости, расстояние между сечениями не более 25 метров, в зависимости от расположения сканера между смежными сечениями (см. рис. 2).
Схемы размещения марок наблюдательных станций разрабатывались с учетом следующих положений:
1) В качестве основы при наблюдениях за деформациями используется группа марок. Число марок в группе должно быть не менее трех;
2) Марки наблюдательных станций должны располагаться в местах, удобных для выполнения измерений и обеспечивающих их сохранность на весь период производства работ;
3) В качестве исходных допускается использовать марки расположенные в местах без влияния процессов сдвижения;
4) Марки наблюдательных станций должны размещаться:
- в стороне от мест, где возможно разрушение или изменение положения марки;
- на расстоянии, исключающем влияние вибрации от вагонеток, рудоспусков и других механизмов;
- в местах, где в течение всего периода наблюдений возможен беспрепятственный и удобный подход к наблюдательным станциям для установки марки;
Рис. 1. Схема крепления наблюдательной станции (2а - забетонированная штанга, 2б - монтажная штанга)
Рис. 2. Схема бурения шпуров
Пройдя сканерный ход от опорных марок по сети наблюдательных станций, получаем координаты центра марок каждой наблюдательной станции и единое облако точек по выработке. Изображения, получаемые НЛС, обычно несут чрезвычайно большой объем информации, являющийся в ряде отношений избыточной. Для определения параметров сдвижения избыточные данные позволяют определить сдвижение не только по наблюдательным станциям, но и по бортам выработки используя сечения. Также по сечениям используя метод Козырева А. А. возможно определить напряженность горного массива [2]. Из выше сказанного выделим три метода получения информации о состоянии горного массива:
По наблюдательным станциям. Использование наблюдательных станций, как элементы внешнего ориентирования сканера, позволяет определять координаты центров марок с максимальной точностью и определить по серии наблюдений пространственный вектор сдвижения марки [3].
По сечениям. Множество данных, полученных в ходе лазерного сканирования, дают возможность построить точную объемную модель выработки. Построив сечение по объемной модели можем оценить состояние выработки сравнив с проектом или предыдущим замером (выявить разрушения).
Определение напряженности горного массива по методу Козырева А.А. Если предположить, что зона разрушения несет информацию о дополнительной энергии, реализованной при действии всей совокупности напряжений, то по реальным параметрам разрушения можно попытаться оценить величину кинетической энергии ’^, затраченной при разрушении реального объема пород.
Выводы
Создание системы деформационного мониторинга с помощью сканирующих систем и организация наблюдений, позволит выделять региональные и локальные предвестники динамических явлений разного энергетического уровня в горных массивах и обосновать комплекс мер по эффективному освоению ме-
сторождений полезных ископаемых с учетом геодинамических и техногенных процессов в горных массивах.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. В. А. Середович Наземное лазерное сканирование /Монография/ Сиб. гос. геодез. акад. - Новосибирск СГГА 2009
2. А.А. Козырев, В. В. Тимофеев, К. Н. Константинов Мониторинг состояния подземных горных выработок по данным лазерного сканирования /Семинар/ 2009
3. Анализ точности лазерных сканирующих систем/ W. ВоеЫег и др.// Докл. на XIX симп. С1РА, Анталья, Турция 30 сент. - 4 окт. 2003.
© А.А. Токин, А.А. Токин, 2013
