Дистанционное определение элементов залегания трещин при натурном изучениии деформаций уступов карьеров Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

2. Дунаев В.А., Серый С.С. Трещиноватость метаморфитов курской серии в бассейне КМА // Изв. вузов. Геология и разведка. 2003. №2. С.54-59.

3. Инструкция по наблюдениям за деформациями бортов, откосов и отвалов на карьерах и разработка мероприятий по обеспечению их устойчивости / ВНИМИ. Л.:, 1971. 187 с.

V.A. Dunaev, I.M. Ignatenko

GEOLOGO-STRUCTURAL FACTORS OF STABILITY OF BENCHES OF THE OPEN PITS DEVELOPING THE DEPOSITS OF FERRUGINOUS QUARTZITES

The characteristic of features of a layered-folded composition and rupture structure of deposits of ferruginous quartzites is given. Taking into account the specified features it is allocated seven types of the geologo-structural conditions causing deformations of benches of open pits, developing such deposits.

Key words: deposits of ferruginous quartzites, lamination, folding, dislocations with a break in continuity, benches of the open pits, deformations.

Получено 20.04.11

УДК 622.271.332

B.A. Дунаев, ignat86 m@mail.ru,

O.B. Олейник, ignat86 m@mail.ru,

И.М. Игнатенко, acn., ignat86 m@mail.ru,

Е.Б. Яницкий, д-р геол.-минер. наук, проф., mail@geomix.ru (Россия, Белгород, ФГУП «ВИОГЕМ»)

ДИСТАНЦИОННОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ ЗАЛЕГАНИЯ ТРЕЩИН ПРИ НАТУРНОМ ИЗУЧЕНИИИ ДЕФОРМАЦИЙ УСТУПОВ КАРЬЕРОВ

Изложена технология дистанционного определения элементов залегания плоскости (стенки трещины) в уступе карьера, включающая съемку высокоточным тахеометром в безотражателъном режиме не менее трех точек, принадлежащих плоскости, и вычисление по предложенному алгоритму, программно реализованному в маркшейдерском модуле ГИС ГЕОМИКС, азимута иугла падения плоскости.

Ключевые слова: уступ карьера, плоскость, элементы залегания, высокоточный тахеометр, алгоритм, ГИС ГЕОМИКС.

Верхняя часть карьера в массиве скальных пород, поставленная на предельный контур, недоступна для непосредственного геологоструктурного изучения и измерения элементов залегания плоскостей ослабления массива (трещин). Однако чтобы выяснить причины происшедших деформаций уступов карьера и определить сдвиговые характеристики по трещинам путем обратных расчетов, необходимо знать ориентировку

трещин, ограничивающих призму обрушения со стороны прибортового массива пород. Для этого авторами разработана технология дистанционного определения элементов залегания плоскостей (стенок трещин) в уступах карьера, суть которой заключается в следующем.

После визуального осмотра в карьере района деформации и анализа его фотоснимков намечаются плоскости (участки обнаженных стенок трещин), ориентировку которых необходимо знать для оценки геометрии поверхности, ограничивающей со стороны массива призму обрушения. Затем высокоточным тахеометром (например, Бокк1а БЕТЮЗОЯЗ) в безотража-тельном режиме производят съемку нескольких (не менее 3) точек на каждой плоскости. Угловые и линейные параметры съемки точек с помощью специальной программы трансформируются в их координаты х, у, ъ.

Для определения азимута а и угла р падения плоскости трещины необходимо связать эти параметры с выраженными через координаты точек коэффициентами (Ах, Ау, Аъ) уравнения плоскости общего вида [1]

Ах*х + Ау*у + Аъ*ъ +Б = 0, (1)

где Ах, Ау, Аъ - направляющие косинусы единичного вектора нормали N к плоскости трещины (рис.1); Б - смещение плоскости относительно начала координат.

Рис. 1. Схема к определению азимута а и угла р падения плоскости

трещины

Для расчета неизвестных коэффициентов Ах, Ау, А2 по координатам точек плоскости приведем уравнение (1) к виду

Ъ = Ax/Az*x+Ay/Az*y+D/Az

или

Ъ = A*x+B*y+C, (2)

где А=Ах/Аъ, В=Ау/Аъ, С=Б/Аъ.

В случае Аъ =0 (плоскость трещины вертикальна) уравнение (1) приобретает вид:

У = Ах/Ау*х+Аъ/Ау*ъ+Б/Ау

или

X = Ау/Ах*у+Аъ/Ах*ъ+Б/Ах.

Коэффициенты А, В, С уравнения (2) находим методом наименьших квадратов [2] с учетом условия

Ё (Z(x1,y1) - z!)2 ^ “in • i=1

В соответствии с указанным методом решаем систему уравнений

<?£ (Z (x„yi) - z,)2,

i = 1

SA

(Z (x,,y,)-z,)2

i = 1_________________

dB

(Z (Xi,y.)-Zi)2

i = 1_________________

dC

-• = 0,

= 0,

= 0,

(3)

где х;,у;,ъ; - координаты точек плоскости трещины, полученные в результате съёмки, п - количество точек.

Подставляя (2) в (3) и применяя методы дифференцирования, получим

^ х,(А*х, + В*у, + C-Zi) = 0,

i=1

]Tyi(A*Xi + в*у, + C - zi) = 0,

(4)

i=1

n

^ (A*x, + В*у, + C - z,) = 0.

1=1

Решая систему линейных уравнений (4) методом Гаусса [2], находим неизвестные коэффициенты А,В,С. Выразим азимут а и угол Р падения плоскости трещины через коэффициенты уравнения (1):

А

а = агС;ап(—у) , р = агссоБ(А2) .

Ах

Между коэффициентами уравнений (1) и (2) существуют следующие зависимости:

А = Ay/Az = B Ax Ax/Az A ’

A A A /А 1

Д __ _^_________Z__________________z z__________ ___________

z IN Ja2 + a2 + a2 Ja 2/a 2 + a 2/a 2 + a 2/a 2 Va2 + b2 +1

!!^X y z Д/ 2 z y z z z *

С учетом этих зависимостей формулы расчета азимута а и угла ß падения плоскости примут вид:

в

а = arctan(—) , (5)

ß = arcc°s^^=i^=) . (6)

va2+в2+1

В случае если угол падения ß больше 90°, делается пересчет углов по следующим формулам:

ß = 180°-ß , а = а +180° .

Алгоритм расчета азимута и угла падения плоскости (стенки трещины) по данным съемки тахеометром принадлежащих ей точек (рис.2.2) программно реализован в маркшейдерском модуле ГИС ГЕОМИКС.

Рис. 2. Блок-схема алгоритмарасчёта азимута иугла падения

плоскости трещины

Данная технология апробирована в условиях карьера, разрабатывающего Ковдорское апатито-магнетитовое месторождение, при геологоструктурной оценке участка деформации группы уступов в восточном борту карьера. Результаты сравнения выполненных при этом дистанционных измерений элементов залегания трещин, доступных для непосредственного изучения, и измерений их гироскопическим трещиномером показали, что

расхождения по азимуту и углу падения обычно не превышают +4°, иногда увеличиваясь до +7.. .9° (таблица).

Сравнение данных дистанционного определения элементов залегания трещин и измерения их гироскопическим

трещиномером

Номер трещины Элементы залегания, град. Расхождения, град.

Установленные дистанционно Измеренные трещиномером Азимут падения Угол падения

1 241 67 239 64 2 3

2 309 52 312 45 -3 7

3 289 40 280 38 9 2

4 234 80 233 82 1 2

5 295 56 297 60 -2 -4

Указанные расхождения обусловлены главным образом изменчивостью геометрии поверхности стенок трещин в массиве горных пород, которая обычно далека от идеальной плоскости.

Список литературы

1. Ершов В.В., Дремуха А.С., Трость В.М., Зуй В.Н., Бедрина Г.П. Автоматизация геолого-маркшейдерских графических работ. М.: Недра, 1990.

2. Калиткин Н.Н. Численные методы. М.:Недра, 1978.

V.A. Dunaev, O.V. Oleinik, I.M. Ignatenko, E.B. Yanitskiy

Distance identification of elements of splits deposition during on location studing of open-cast mine ledges

Given an account of technology of distance indentification of elements of plane deposition (walls, splits) in open-cast mine ledge, including high-precision tacheometer survey of not less than three points that belongs to plane in safe mode and calculation of azimuth and plane pitch angle by suggested algorythm, that programm implemented in mine surveyor module of GIS GEOMIX.

Keywords: open-cast mine ledge, plane, elements of deposition, high-precision tacheometer, algorythm, GIS GEOMIX.

Получено 20.04.11