Геодезический мониторинг карьера Нюрбинского ГОКа Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

Такие закономерности формирования природных полей напряжений использованы в качестве граничных условий при определении параметров подземных геотехнологий золоторудных месторождений инженерными методами [1] и с применением компьютерных технологий методами граничных сингулярных уравнений (программа Е1АБТ-2, ИГД СО РАН) и ко-

нечных элементов (программный комплекс FEM, ИГД УрО РАН).

Основные выводы и рекомендации исследований использованы при разработке нормативных документов по управлению геомеханическими процессами при подземной разработке золоторудных месторождений.

Библиографический список

1. Неганов В.П., Коваленко В.И., Зайцев Б.М., Сосновский Л.И. [и др.] Технология разработки золоторудных месторождений / под ред. В.П. Неганова. М.: Недра, 1995. 336 с.

2. Филонюк В.А., Сосновский Л.И., Сосновская Е.Л. Механизм возникновения и закономерности пространственного распределения участков с относительно высокой и невысокой степенью естественной напряженности в горном массиве // Вестник ИрГТУ. 2006. № 2. С. 93-97.

3. Сосновский Л.И. Геоинформационная модель напряженного состояния горного массива Дарасунского золоторудного месторождения // Маркшейдерия и недропользование. 2007. № 4. С. 61-64.

4. Сосновская Е.Л., Ясыченко В.Б. Обоснование параметров геотехнологий крутопадающих жил Ново-Широкинского месторождения // Горный журнал. Известия Вузов. 2010. №

5. С. 52-57.

5. Павлов А.М., Мильшин Е.А., Сосновская Е.Л., Зотеев О.В., Сосновский Л.И., Филонюк В.А. Параметры геотехнологии отработки крутопадающих жил в условиях крайне не-

равномерного распределения запасов металла в недрах на больших глубинах Зун-Холбинского золоторудного месторождения // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2009. № 5. С. 22-27.

6. Сосновская Е.Л. Оценка потенциальной удароопасности Майского золоторудного месторождения // Вестник ИрГТУ. 2010. № 5. С. 76-81.

7. Павлов А.М., Семенов Ю.М., Сосновский Л.И. Определение параметров устойчивых целиков и обнажений камер при разработке наклонных жил в криогенных зонах в условиях Ирокиндинского золоторудного месторождения // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2008. № 5. С. 142-147.

8. Сосновская Е.Л. Обоснование видов крепи горных выработок по выявленным закономерностям формирования тектонических структур / Е.Л. Сосновская, В.Е. Боликов, В.А. Вицинский, Л.И. Сосновский, А.М. Павлов, Л.Г. Рубцов // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2009. № 5. С. 15-21.

УДК 622.1:528

ГЕОДЕЗИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ КАРЬЕРА НЮРБИНСКОГО ГОКа

© В.П. Ступин1, К.И. Антипина2

1Иркутский государственный технический университет, 664074, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83. 2Нюрбинский ГОК,

678170, Республика Саха (Якутия), г. Мирный, Ленинградский проспект, 20 «Б».

На примере Нюрбинского горно-обогатительного комбината рассмотрены вопросы организации и проведения маркшейдерско-геодезического мониторинга эксплуатации алмазоносного карьера в сложных геологических и климатических условиях. Особое внимание уделено контролю деформаций бортов карьера вследствие буровзрывных и эксплуатационных работ. Даны методические рекомендации по проведению мониторинговых работ. Рассмотрены также перспективы геодезического мониторинга горных работ на ближайшее будущее. Библиогр. 3 назв.

Ключевые слова: открытые горные работы; маркшейдерско-геодезический мониторинг; деформации бортов карьеров.

GEODETIC MONITORING OF NYURBA MINING AND PROCESSING ENTERPRISE OPEN PIT V.P. Stupin, K.I. Antipina

Irkutsk State Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, Russia, 664074. Nyurbinsky GOK,

20B, Leningradsky St, Mirny, Republic of Sakha (Yakutia), 678170.

By the example of Nyurba mining and processing enterprise the article discusses the problems of the organization and conducting of the surveying geodetic monitoring of diamond open pit exploitation in difficult geological and climatic conditions. Particular attention is paid to controlling open pit walls deformation as a result of drilling and blasting operations

1Ступин Владимир Павлович, кандидат географических наук, доцент кафедры маркшейдерского дела и геодезии, тел.: 89647482242, e-mail: Stupinigu@mail.ru

Stupin Vladimir, Candidate of Geography, Associate Professor of the Department of Mine Surveying and Geodesy, tel.: 89647482242, e-mail: Stupinigu@mail.ru

2Антипина Кристина Игоревна, инженер, тел.: 89149362969, e-mail: antixtina1990@rambler.ru Antipina Kristina, engineer, tel.: 89149362969, e-mail: antixtina1990@rambler.ru

and mining. Methodical recommendations for the monitoring are given. The prospects of the geodetic monitoring of mining operations in the nearest future are discussed as well. 3 sources.

Key words: open pit mining; surveying geodetic monitoring; deformations of open pit walls.

Необходимость геодинамического мониторинга карьеров. Проблема деформации карьеров в процессе их разработки всегда будет актуальна, поскольку деформации создают постоянные опасные ситуации как для производства самих горных работ, так и для близлежащего окружения горных предприятий.

Интенсивная разработка месторождений полезных ископаемых открытым способом в целом и создание и эксплуатация карьеров в частности вызывают проявление широкого спектра геодинамических процессов на земной поверхности и вблизи нее. Они являются результатом воздействия различных механизмов, взрывов и других технологических процессов, посредством которых осуществляется добыча. Реакция пород, слагающих уступы, борта и отвалы на карьерах зависит также от инженерно-геологических условий. Практически всегда в пределах действующего или отработанного карьера трансформируются ландшафты, изменяются рельеф, гидрологические и гидрогеологические условия, происходит загрязнение подземных горизонтов, деградация мерзлоты.

Основными активизирующимися или вновь возникающими динамичными процессами при разработке карьеров являются:

- выветривание на уступах и отвалах;

- поверхностный плоскостной и ручейковый смыв и намыв;

- линейная эрозия при ливнях и сбросах карьерных вод;

- оползни откосов выемок и уступов отвалов;

- обрушения и обвалы блоков и пачек пород с уступов или бортов карьера;

- осыпи и основы рыхлых продуктов выветривания;

- оплывины с откосов, сложенных дисперсными обводненными породами;

- просадки прибортовых участков карьеров;

- уплотнение пород отвалов под действием собственного веса;

- горные удары и отстрелы обломками пород глубоко вскрытых бортов карьеров;

- внезапные выбросы пород, воды, газов глубоко вскрытых бортов карьеров;

- прорывы вод и плывунов при вскрытии напорных водоносных горизонтов;

- суффозионно-карстовое разрушение.

Еще более активные процессы развиваются при создании и эксплуатации карьеров в области развития многолетнемерзлых пород, как и в случае с карьером Нюрбинского ГОКа. Добыча полезных ископаемых радикально нарушает мерзлотные условия в местах создания выработок и отвалов. В пределах активного слоя отвалы промерзают и оттаивают, превращаясь в жидкую грязь даже там, где их подошвой служат талые грунты. Сброс больших объемов воды при откачках талых вод приводит к загрязнению близлежащих

рек, усилению их эрозии и аккумуляции, затоплению и заболачиванию территорий, образованию наледей, которые разрушают подъездные дороги и поверхностные сооружения.

Создание сопутствующих карьеру наземных и подземных сооружений, их обогрев и вентиляция наряду с откачкой подземных вод также приводят к протаиванию пород, деградации многолетней мерзлоты, развитию таликов и термокарста.

Все вышесказанное вызывает необходимость постоянного мониторинга карьеров, особенно их бортов и отвалов с целью своевременного выявления и предупреждения неприятных и даже опасных изменений их морфодинамического состояния. Основным методом такого мониторинга является маркшейдерско-геодезический.

Методы геодезического мониторинга. Традиционным источником данных о состоянии карьеров и их динамике являются периодические инструментальные геодезические измерения. Обычно при измерениях пользуются либо створным методом, либо методом косвенного определения длин.

Створный метод предполагает измерение интервалов между реперами в профильных линиях для определения смещений и обеспечивает удовлетворительную точность результатов при измерениях с минимального количества опорных реперов. При субгоризонтальном положении профилей используется геометрическое нивелирование, при наклонном - тригонометрическое. К недостаткам метода следует отнести довольно быстрое снижение точности определения высотных отметок при тригонометрическом нивелировании на большие расстояния. Впрочем, благодаря применению современных высокоточных электронных тахеометров этот недостаток стал не столь очевиден.

При наблюдении методом косвенного определения длин производится измерение расстояний до каждого рабочего репера, а также измерение горизонтального угла между направлениями на эти реперы. Главным достоинством этого метода является то, что прибор устанавливается в любом удобном месте, что позволяет значительно уменьшить измеряемое расстояние, хотя и вызывает увеличение количества опорных реперов.

В обеих методиках работы выполняются на специально оборудованных поверхностных наблюдательных станциях. Для измерений применяются нивелиры или же электронные тахеометры, технические возможности которых позволяют определять наклонные дальности с достаточной точностью (1-2 мм), что позволяет избежать трудоемкого и небезопасного в условиях действующего карьера геометрического нивелирования для определения вертикальных смещений рабочих реперов.

Возможности мониторинга деформаций уступов карьеров во времени и пространстве значительно расширились с внедрением в практику современных маркшейдерско-геодезических работ методов спутникового позиционирования. Спутниковые измерения позволяют охватить не только зону непосредственного техногенного воздействия карьера, где пока достаточно эффективны традиционные геодезические методы, но и зону его ближайшего окружения, полностью или почти полностью лишенную геодезического обеспечения по причине высокой трудоемкости работ. Исходя из требований к точности определения координат, целесообразно использовать минимум два одновременно работающих GPS-приемника, первый из которых (базовый) устанавливается на стационарную станцию на весь период измерения, второй (передвижной) - на каждый рабочий репер в процессе измерений. Для достижения оптимальной точности определения координат реперов необходимо выбирать промежутки времени, когда обеспечивается прием спутникового радиосигнала от 7-8 и более спутников при коэффициенте PDOP меньшем 4 и высоте спутников над горизонтом 15° и более, с периодом наблюдения на каждом репере минимум 10 минут. При таких условиях, например, GPS-приёмники ^^^-5700 обеспечивают точность измерений mL = mh = 5 + 1х10"6 х Ц мм [1].

Организация мониторинга Нюрбинского ГОКа. Рассмотрим для примера организацию системы маркшейдерско-геодезического мониторинга в карьере Нюрбинского горно-обогатительного комбината -одного из крупнейших отечественных и мировых горных предприятий по добыче природных алмазов.

Основной целью мониторинга является обеспечение безопасного ведения горных работ на карьере и отвалах месторождения в течение всего срока их действия, а также выявление и опережающие действия по предотвращению возможных аварийных ситуаций. Данные мероприятия регламентированы [2]. Комплекс работ по ведению мониторинга геодинамики карьера и отвалов состоит из следующих мероприятий:

- составление проекта мониторинга устойчивости бортов карьера и отвалов;

- создание сети наблюдательных станций;

- проведение геолого-маркшейдерских визуальных и инструментальных наблюдений за деформациями бортов карьера и отвалов и прилегающей к бортам поверхности;

- изучение физико-механических свойств горных пород, а также геологических и гидрогеологических условий месторождения;

- выявление по данным инструментальных измерений возникающих нарушений устойчивости или деформаций, установление их характера, степени опасности и причин возникновения, документирование;

- контроль соблюдения проектных параметров бортов и площадок карьера и отвалов для безопасной эксплуатации;

- предрасчёт развития деформаций во времени, установление границ распространения и вида деформаций горных пород;

- установление, по мере получения данных о свойствах горных пород и деформационных процессах во времени, оптимальных параметров откосов рабочих участков работ на карьере и отвалах;

- предупреждение оползней и обрушений бортов карьера и отвалов, разработка и применение мер, исключающих проявление деформаций, потенциально опасных для жизни людей и влекущих за собой снижение экономической эффективности горных разработок.

При проведении маркшейдерских наблюдений за смещениями и деформациями рудного массива на карьере Нюрбинского ГОКа используются:

геометрическое нивелирование для контроля вертикальных смещений рабочих реперов с помощью нивелира и рейки с миллиметровыми делениями;

измерение длин интервалов между реперами в профильных линиях для определения горизонтальных смещений (деформаций) массива с помощью уг-лепластикового жезла с базой измерения 2 м, отсчеты по которому снимают с точностью до 10 мкм;

поинтервальное измерение смещений массива на участках (станциях) установки глубинных реперов в направлении оси скважины с помощью индикатора часового типа с диапазоном измерений 0-50 мм.

Геодезические измерения проводятся с наблюдательных станций, оборудованных металлическими реперами, которые закладываются на горизонтах, подготавливаемых к массовым взрывам. Станция состоит из 1-3 профильных линий, направленных вкрест простирания уступа. Линии включают 10-12 рабочих и 1-2 опорных репера. Опорные и рабочие репера представляют собой стальные штыри с накерненными оголовками. Расстояние между соседними рабочими реперами составляет около 2 м. Опорные репера закладываются вне зоны остаточных деформаций.

Наблюдения за деформациями массива заключаются в инструментальном определении с некоторой периодичностью положения реперов с одновременным фиксированием видимых нарушений в массиве и других влияющих факторов - водопроявлений, температуры, механических нарушений реперов и т.п. Периодичность наблюдений устанавливается в зависимости от интенсивности развития процесса деформирования и степени приближения к величинам критических деформаций и лежит в пределах от двух измерений в неделю до ежедневных в зависимости от скорости развития деформаций, определяемой в процессе измерений. В любом случае, наблюдения осуществляются при формировании конечного борта над породоскатами и при оформлении откосов породоска-тов.

Положения реперов профильных линий в вертикальной плоскости определяются путем геометрического нивелирования с привязкой к опорным реперам, а в горизонтальной плоскости - путем измерения расстояний между реперами по всей длине профильной линии. Перед началом наблюдений производится

привязка всех опорных реперов и местоположения реперных станций к предварительно созданным пунктам полигонометрии 1-го разряда.

Геометрическое нивелирование при одном опорном репере производится висячими ходами в прямом и обратном направлениях. Выбор данного вида нивелирования определяется горизонтальным положением профилей и незначительной длиной профильных линий.

Определение длин между рабочими реперами профильной линии осуществляется электронным тахеометром путем снятия отсчетов в прямом и обратном направлениях.

Измерения смещений на станции глубинных реперов осуществляются с такой же периодичностью, как и измерения длин профильных линий. По каждому из реперов осуществляется троекратное снятие отсчетов по шкале индикатора. В процессе измерений осуществляется контроль температуры воздуха в выработке и в межскважинном пространстве.

При ведении горных работ буровзрывным способом проводятся наблюдения за деформациями откосов бортов карьера под влиянием взрывных работ. Результаты наблюдений используются для определения зон остаточных деформаций, в пределах которых должна применяться специальная технология ведения буровзрывных работ, способствующая уменьшению влияния взрывов на деформации массива при подходе борта к предельному проектному контуру.

На станции проводятся две серии наблюдений: первая - накануне взрыва и вторая - после него. Наблюдения включают нивелирование реперов и измерения расстояний между ними. Кроме того, проводится съемка верхней и нижней бровок уступа (до взрыва и после) и всех видимых трещин на берме уступа в районе взрыва. Регистрация смещений реперов по профильным линиям позволяет установить размеры деформированного участка и величину остаточных деформаций.

При обнаружении в погашаемом борту, откосах породоскатов и на разгрузочных площадках поро-доскатов деформаций, превышающих допустимые значения, горные работы в опасной зоне немедленно прекращаются и возобновляются только после проведения специальных мероприятий по укреплению откоса и корректировке технологии отработки опасных участков. Выявленные в процессе наблюдений опасные заколы, зависания и козырьки, образующиеся после взрыва, удаляются с использованием дополнительного обуривания и взрывания методом гладкого откола.

Результаты наблюдений за состоянием подготовительных и нарезных выработок заносят в специальный полевой журнал, в котором отмечаются дата и место наблюдений, характер наблюдаемых разрушений и их параметры - угол наклона, раскрытие и длина, наличие водопроявлений, привязка к пунктам маркшейдерской сети.

Одновременно с маркшейдерскими наблюдениями производят изучение напряженного состояния и механических свойств рудного массива, геофизиче-

ские (сейсмические), электроразведочные и гидрогеологические наблюдения за состоянием рудного массива.

В процессе проходки и эксплуатации подготовительно-нарезных и очистных выработок производятся визуальные наблюдения за их состоянием и сдвижением горных пород. Обследование стенок скважин выполняется с помощью телевизионной аппаратуры. Эти работы также являются частью мониторинга, так как дополняют геодезические наблюдения и позволяют составлять более полное представление о развитии процесса деформирования, трещинообразования и разрушения пород в зоне ведения горных работ.

Согласно требованиям промышленной безопасности [2] участковый маркшейдер осуществляет периодический контроль состояния ведения горных работ на предмет соответствия нормам технического проекта и промышленной безопасности. Данное требование осуществляется путем периодического обхода и осмотра горных выработок, даже если они не требуют непосредственного маркшейдерского обслуживания, а также производством контрольных измерений и наблюдений. Результаты осмотра фиксируются в специальном журнале.

Кроме данных, полученных при работе на наблюдательных станциях, в целях мониторинга привлекаются также материалы маркшейдерских замеров, выполняемых один раз в месяц по состоянию на конец отчетного периода с целью контроля выполнения запланированных горных работ и определения объема горной массы, извлеченной за отчетный период в соответствии с требованиями отраслевых нормативных документов.

Данные маркшейдерско-геодезического мониторинга в дальнейшем используются совместно с инженерно-геологическими данными для расчета параметров и управления устойчивостью бортов карьеров и отвалов [3].

Выводы. Анализ эффективности традиционных методик геодезического мониторинга на карьере «Нюрбинский» показал, что при всей трудоемкости выполнения его результаты не всегда надежны и не обеспечивают должной информативности. Дело в том, что традиционные методы изучения деформаций земной коры путем повторных нивелировок дискретны, требуют длительных наблюдений и неточны. При этом наиболее распространенный створный метод малоэффективен, особенно при сложном строении карьерного поля, где более представительны площадные наблюдательные станции. Таким образом, динамика изменений карьера при его интенсивной эксплуатации требует качественно иного уровня мониторинга горных работ в целом и дальнейшего развития и совершенствования маркшейдерско-геодезического мониторинга открытых горных работ в частности. Основные изменения в геодезическом мониторинге карьеров видятся в следующих направлениях:

- достижение субмиллиметровой точности определений деформаций;

- выполнение непрерывных, а не дискретных измерений;

- переход системы геодезического мониторинга к полной автоматизации работ в режиме реального времени под управлением соответствующего программного обеспечения;

- использование, совместно с традиционными геодезическими приборами, лазерных сканеров и различных датчиков, таких как датчики температуры и давления, тензометры, акселерометры, сейсмометры, пьезометры, экстенсометры.

Реализация этих задач позволит достичь существенных преимуществ по сравнению с традиционным инструментальным способом, а именно:

Библиографический список

- возможности получения результатов деформационных наблюдений на любой момент времени, т.е. оперативности;

- возможности анализа влияния тех или иных факторов природного или технологического характера на деформационный процесс в режиме реального времени;

- одновременного получения плановых и высотных деформаций объекта;

- минимума обслуживающего персонала для обеспечения процесса наблюдения.

1. Щеткин А. С., Голубко Б. П., Яковлев В. Н Анализ методов маркшейдерского контроля деформаций бортов карьера на примере ОАО «Сафьяновская медь» // Международная научно-практическая конференция «Уральская горная школа - регионам». Маркшейдерия, геомеханика и геотехнолонии. 11-12 апреля 2011 г. Екатеринбург: Изд-во УГГУ, 2011. С.212-213.

2. Единые правила безопасности при разработке месторождений полезных ископаемых открытым способом (ПБ 02498-02). М.: ГУП НТЦ «Промышленная безопасность», 2003. 152 с.

3. Фисенко Г.Л. Устойчивость бортов карьеров и отвалов. М.: Недра, 1965. 378 с.

УДК 622.882

ОЦЕНКА ТЕХНОГЕННЫХ РОССЫПЕЙ И МЕТОДОВ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ИХ ЗАПАСОВ

© Б.Л. Тальгамер1, |В.В. Чемезов

Иркутский государственный технический университет, 664074, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.

Описаны состояние и перспективы разработки техногенных россыпей. Дана характеристика основных методов оценки запасов полезного ископаемого в техногенных отложениях. Предложено усовершенствовать косвенный метод оценки запасов. Библиогр. 11 назв.

Ключевые слова: техногенные россыпи; повторная разработка; методы оценки запасов.

ASSESSING TECHNOGENIC PLACERS AND METHODS TO DETERMINE THEIR RESOURCES

B.L. Talgamer, V.V. Chemezov

Irkutsk State Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, Russia, 664074.

The paper describes the condition and development prospects of technogenic placers. The key methods to evaluate the mineral resources in the man-made deposits are characterized. It is proposed to improve the indirect method of resource evaluation. 11 sources.

Key words: technogenic placers; reworking; resource evaluation methods.

Доля россыпного золота как в мире, так и в России ежегодно уменьшается. Так, например, если в середине Х1Х века в мире (без России) добывалось около 90% золота из россыпей, то к концу того же века уже менее половины, в первой четверти ХХ века - 1520%, в последней - 10-15%, в настоящее время -всего несколько процентов. До революции в России из россыпей добывалось 85% золота, в 60-х годах - 7080 % (по объединению «Союз-золото»), в 90-х годах -72%, в начале 2000-х годов - менее 60%. Вместе с тем в ближайшее десятилетие доля добычи россыпного золота в стране еще будет преобладать, и в значи-

тельной степени это будет связано с вовлечением в эксплуатацию техногенных россыпей [1, 2, 3].

В последние десятилетия отмечается устойчивая тенденция к увеличению разрыва между количеством погашаемых запасов и количеством вновь разведанных. Динамика соотношения «прироста» запасов россыпного золота и «добычи», положительная в большинстве золотодобывающих регионов страны в 7080-х годах, с начала 90-х годов стала отрицательной, и в настоящее время это соотношение составляет в среднем менее 0,4-0,6, то есть темпы погашения запасов металла значительно обгоняют темпы их приро-

1Тальгамер Борис Леонидович, директор института недропользования, доктор технических наук, профессор, тел.: (3952) 405197, факс: (3952) 405104, е-mail: gor@istu.edu

Talgamer Boris, Director of the Institute of Subsoil Use, Doctor of technical sciences, Professor, tel.: (3952) 405197, fax: (3952) 405104, e-mail: gor@istu.edu

Чемезов Владимир Васильевич, доктор технических наук. Chemezov Vladimir, Doctor of technical sciences.

2