Прогноз ожидаемых сдвижений и деформаций земной поверхности с помощью ГИС технологий Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

УДК 622.834 М.В. Писаренко

ПРОГНОЗ ОЖИДАЕМЫХ СДВИЖЕНИЙ И ДЕФОРМАЦИЙ ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ С ПОМОЩЬЮ ГИС ТЕХНОЛОГИЙ

Предложен алгоритм расчета ожидаемых параметров сдвижения и деформаций земной поверхности при подземной разработки пластовых месторождений и визуализации полученных результатов с использованием ГИС- технологий.

Ключевые слова: подземная разработка пластовых месторождений, сдвижения и деформации земной поверхности.

~П процессе добычи угля и проведении горных выработок -Я-М изменяется напряженное состояние горных пород, это приводит к их деформации и сдвижению. Сдвижение горных пород при определенном соотношении размеров выработанного пространства и глубины достигает земной поверхности, и она так же претерпевает деформацию.

Сдвижения и деформации горных пород и земной поверхности могут вызвать повреждения в объектах, увеличение водо- и газопроницаемости пород над выработанным пространством, изменение гидрогиологического режима поверхностных и грунтовых вод, активизацию оползневых процессов. Поэтому оперативный (по мере отработки) прогноз и мониторинг сдвижений и деформаций земной поверхности с выделением опасных зон, позволит, за счет принятия своевременных мер, снизить негативные последствия ведения горных работ.

Расчет сдвижений и деформаций земной поверхности выполняется согласно апробированной методике изложенной в «Правилах охраны...» [1]. Однако процессы вычисления и отображения сдвижений и деформаций земной поверхности и привязка полученных результатов к планам горных работ, построение измененного рельефа поверхности в результате ведения горных работ являются трудоемкими. Поэтому обычно ограничиваются на предприятиях расчетами и построением графиков и разрезов в главных сечениях (по простиранию и падению пласта), что не дает полной

картины негативного воздействия ведения горных работ на земной поверхности.

Интеграция геинформационных систем, каждая их которых нацелена на выполнение своей функции (вычисления, построения модели поверхности, пространственного представления, манипулирования, анализа и визуализации пространственных данных) позволяют решать задачи такого плана достаточно быстро и эффективно.

Для расчета ожидаемых сдвижений и деформаций земной поверхности и визуализация полученных результатов в виде карт изолиний с привязкой к планам горных работ, автор данной статьи предлагает использовать следующие программные продукты:

- AutoCAD - (или ГИС, например MapInfo 6.5) - для визуализации, привязки к планам горных работ;

- Surfer 8 - построения карт поверхности, разрезов;

- Microsoft Office Excel - проведения расчетов.

Алгоритм построения и вычисления ожидаемых параметров сдвижения, следующий:

1. Вводятся исходные горнотехнологические данные: глубина отработки, длина лавы по простиранию и по падению, угол падения и мощность пласта, мощность наносов, наличие подработки;

2. Определяются границы зоны сдвижения, и рассчитываются ожидаемые параметры сдвижения (оседание, наклоны в заданном направлении, горизонтальные деформации, кривизна и горизонтальные сдвижения в заданном направлении). Вычисления ведутся в узлах регулярной сетки, построенной в границах мульды.

Для автоматизации вычислений создан макрос на языке программирования Visual Basic для Excel, результатом выполнения которого является табличный файл, в котором хранятся пространственные координаты и значения ожидаемых параметров сдвижений в точках мульды. Этот файл передается в Surfer где строится «грид-тема» («грид-оседаний», «грид-наклонов» и т.д.).

Определение зоны сдвижения земной поверхности от влияния нескольких горных выработок, предполагает несколько этапов. На первом, выполняются расчеты ожидаемых сдвижений и деформаций для каждой выработки, по выше описанному алгоритму. На втором, средствами Surfer создается, например «грид-оседания» для одной выработки.

Рис. 1. Ожидаемые оседания представление в изолиниях и привязанные к плану горных работ средствами АШоСАБа

Далее используя возможности пакета совершать математические операции с поверхностями, складываются созданные «гриды», и как результат получаем «грид-оседания» от нескольких выработок. Последний через обменный формат передавать в AutoCAD (МарШо или любой ГИС пакет), где полученный результат совмещается с планами горных работ. Фрагмент результата расчета ожидаемых оседаний при ведении подземных горных работ по пласту XXIV для горно-геологических и горнотехнологических условий ОАО «Шахты Первомайская» представлен на рис. 1. Полученный план горных работ, является наглядным, и позволяет выделить опасные зоны.

Далее, имея исходную цифровую модель земной поверхности, она должна быть как можно точнее, т.е должно быть достаточно точек с высотными отметками, по которым можно построить адекватную цифровую модель с изолиниями не реже чем, через 1 м, и используя операцию вычитания «гридов» поверхности и ожидаемых оседаний, получаем новую поверхность, которая отражает результат влияния ведения подземных горных работ на земную поверхность. Используя возможности пакета, можно построить и профиль по выбранному направлению (рис. 2). Кроме того, полученный результат можно визуализировать в виде трехмерной поверхности (3D) .

Таким образом, использование возможностей ГИС систем позволяет дольно быстро решать задачу прогноза ожидаемых сдвижение и деформаций земной поверхности при ведении горных работ, при этом круг задач, которые можно решать на основе, полученной в ходе обработки информации, расширяется. Например, становится довольно просто выделить места возможного заболачивания местности, опасные зоны на поверхности, сдвижение в которых превышает допустимые значения для данных объектов, определить возможное изменение русла реки, если оно попадает в зону подработки и т.д.

----------------------------------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Правила охраны сооружений и природных объектов от вредного влияния подземных горных разработок на угольных месторождениях. - М., Недра, 1996, 288 с.

2. Фирсов Ю.Г. Цифровые модели рельефа дна в электронной гидрографии.// Геодезия и картография,- 2008.-№ 4,- 45-53 с. шгЛ

Pisarenko M. V.

THE ANTICIPATED MOVEMENT AND PERFORATIONS

OF THE EARTH SURFACE FORECAST THE USE

OF THE GIS TECHNOLOGIES

The author proposes on algorithm for calculation of anticipated parameters of earth surface movement and deformations during the underground mining of stratified deposits. They also suggest visualizing the result using the GIS technologies.

Key words: the underground mining of stratified deposits, earth surface movement and deformations

— Коротко об авторе --------------------------------------------------

Писаренко Марина Владимировна - Институт угля и углехимии СО РАН г. Кемерово, тел. 8-905-947-0343.

E-mail :mvp.icc@Kemsc.ru, Kuzbassckr@mail.ru