CC BY
222
УДК 622.83:[528.2:629.78]
ГЕОДЕЗИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ГЕОДИНАМИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА ОБЪЕКТОВ НЕДРОПОЛЬЗОВАНИЯ
Андрей Алексеевич Панжин
Институт горного дела УрО РАН, 620075, Россия, г. Екатеринбург, ул. Мамина-
Сибиряка, 58, кандидат технических наук, ученый секретарь, тел. (343)350-44-76, e-mail: [email protected]
Анатолий Дмитриевич Сашурин
Институт горного дела УрО РАН, 620075, Россия, г. Екатеринбург, ул. Мамина-Сибиряка, 58, доктор технических наук, профессор, заведующий отделом, тел. (343)350-37-48, e-mail: [email protected]
Наталия Александровна Панжина
Институт горного дела УрО РАН, 620075, Россия, г. Екатеринбург, ул. Мамина-Сибиряка, 58, младший научный сотрудник, тел. (343)350-37-48, e-mail: [email protected]
Борис Тимофеевич Мазуров
Сибирский государственный университет геосистем и технологий, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, доктор технических наук, профессор, кафедра физической геодезии и дистанционного зондирования, тел. (383)343-29-11, e-mail: [email protected]
Активная эксплуатация различных объектов недропользования требует проведения регулярных исследований их состояния. Данные работы осуществляются в виде экологического мониторинга. Для месторождений твердых полезных ископаемых изучение ведется в рамках геодинамического мониторинга. Важнейшим методом проведения геодинамического мониторинга является геодезический метод. Он позволяет с высокой точностью выполнять количественную оценку характеристик сдвижений, напряженно-деформированного состояния приповерхностного слоя подрабатываемых территорий.
Приводятся методика геодинамического мониторинга процесса сдвижения земной поверхности при отработке Узельгинского месторождения и результаты определения деформаций в вертикальной и горизонтальной плоскостях. В ходе работы выполнены переопределения координат ряда пунктов опорной маркшейдерско-геодезической сети и реперов наблюдательной станции с использованием комплекса спутниковой геодезии, определены параметры трендовых современных геодинамических движений, обусловленных формированием мульды сдвижения; в результате проведенной оценки геодинамической активности территории были определены векторы полных пространственных сдвижений реперов наблюдательной станции, построены графики деформаций растяжения-сжатия и сдвиговых деформаций, установлен дискретно-мозаичный характер деформирования массива.
Ключевые слова: современная геодинамика, процесс сдвижения, напряженно-деформированное состояние, инструментальный мониторинг, наблюдательная станция, маркшейдерские измерения.
Информация о динамике приповерхностного слоя Земли, ее различных физических полей очень важна для существования и развития человеческого общества. Движения и напряженно-деформированное состояние (НДС) земной поверхности и земной коры обусловлены эндогенными и экзогенными факто-
рами. Большое внимание уделено исследованиям в аспекте прогноза катастрофических геодинамических процессов (землетрясений [1, 2], извержений вулканов [3, 4], оползней, сходов ледников, горных ударов и проседания грунтов в области разработки полезных ископаемых [5, 6] и т. п.). Аномальные техногенные геодинамические процессы вызывают горизонтальные сдвиги земной коры, разломооб-разование, подземные аварии, наводнения; при этом страдают не только промышленные объекты, инженерные конструкции, жилые здания, но и население.
Мониторинг и прогнозирование объектов природопользования должен реализовывать Государственный стандарт Российской Федерации (ГОСТ Р 22.1.01-95), законы РФ «О недрах», «Об охране окружающей среды», Водный кодекс и другие нормативные документы. Под мониторингом состояния недр (геологической среды) понимается система регулярных наблюдений, сбора, накопления, обработки и анализа информации, оценки состояния геологической среды и прогноза ее изменений под влиянием естественных природных факторов, пользования недрами и другой антропогенной деятельности.
Мониторинг месторождений твердых полезных ископаемых является подсистемой мониторинга состояния недр (объектный уровень) и определен в «Требованиях к мониторингу месторождений твердых полезных ископаемых», утвержденных Министерством природных ресурсов РФ 4 августа 2001 г.
Для обеспечения качества мониторинга природно-техногенных систем, геологических, геокриологических и инженерно-геологических процессов при разработке месторождений твердых полезных ископаемых требуется постоянное совершенствование технологий. Этим определяется необходимость комплексиро-вания методик, использования автоматизированных средств наблюдения, дистанционного зондирования и рационального размещения сетей наблюдений.
Моделирование методами картографии природных, социально-экономических и экологических систем (геосистем) позволяет выявить многие необходимые для их анализа свойства и характеристики. Многое зависит от успешного и адекватного объекту и его компонентам отображения, визуализации количественной пространственно-временной информации. Необходимые управленческие решения по регулированию состояния объектов и процессов объективной реальности возможно принимать путем использования геоинформационных систем (ГИС). В настоящее время большое внимание уделяется вопросам интеллектуализации ГИС [7-11]. Для описания структурных особенностей поверхностей техногенного рельефа используется математический аппарат распознавания, классификации, фильтрации и интерполяции измерений облака точек [12, 13].
Разработка и эксплуатация многих месторождений вызывает изменение внутреннего состояния приповерхностного слоя земной коры. При добыче нефти и газа меняется внутрипластовое давление. Добыча угля, полиметаллов и т. д. вызывает аналогичные явления, приводящие к горным ударам.
При разработке месторождений твердых полезных ископаемых нарушение устойчивости бортов карьера приводит к аварийным ситуациям - оползневым
процессам, разрушению транспортных магистралей, завалам дорогостоящей техники - и нередко сопровождается человеческими жертвами. При этом большую роль в устойчивости бортов карьера играет напряженно-деформированное состояние, изменяющееся как под воздействием техногенных факторов (выемка руды и породы), так и под влиянием природных факторов - современной геодинамической активности тектонических нарушений. Поэтому в районах эксплуатации месторождений создаются техногенные геодинамические полигоны (ГДП). На них проводятся регулярные комплексные наблюдения, в том числе геодезические. Результатом многоцикловых геодезических измерений является определение смещений центров и пунктов геодезической сети, развитой в пределах месторождений. Таким образом по количественным данным возможно понимание деформационных полей, блоковой структуры и количественных характеристик их динамики. Примеры организации геодинамического мониторинга приведены в работах [14-16].
Здесь приведены результаты инструментальных наблюдений на Узельгин-ском меднорудном месторождении для изучения параметров процесса сдвижения, охраны земной поверхности, зданий и сооружений от вредного влияния подземных горных работ. Для этой цели была оборудована наблюдательная станция, включающая в себя профильные линии, заложенные на земной поверхности и в шахте, а также стеновые реперы, заложенные в сооружениях промплощадки шахты и поселка Александровский. Исследования выполнены в рамках проекта № 15-10-5-12 «Разработка инновационной технологии диагностики состояния геологической среды и построение модели воздействия геомеханических процессов и явлений среды на техногенные объекты недропользования» (Комплексная программа фундаментальных исследований УрО РАН на 2015-2017 гг.).
Ключевым подходом к исследованию процесса сдвижения земной поверхности и охране объектов, попадающих в область вредного влияния горных разработок, является организация и проведение инструментальных измерений в мониторинговом режиме [17]. По результатам очередной серии измерений и по сравнению их с результатами предыдущих серий можно судить о процессе деформирования массива горных пород. При этом важным дополнением к инструментальным измерениям служит визуальный осмотр объектов охраны и земной поверхности в случаях, когда деформации заметны невооруженным взглядом [18]. Обычно подобные явления сопровождают интенсивные стадии процесса сдвижения.
До 2013 г. программа инструментальных маркшейдерских измерений включала в себя только нивелирование реперов наблюдательной станции в породном массиве и на земной поверхности с определением величин их оседаний. Начиная с 2013 г., мониторинг процесса сдвижения на месторождении проводится Институтом горного дела УрО РАН, в это время была обоснована необходимость проведения комплексного мониторинга сдвижения земной поверх-
ности с определением как вертикальных, так и горизонтальных смещений в соответствии с нормативными документами [19].
Отработка Узельгинского месторождения производится подземным способом, системами разработки с применением твердеющей закладки, что сопровождается плавным развитием деформационных процессов, без формирования зон обрушения и воронкообразования. Тем не менее, для обеспечения безопасности зданий и сооружений, расположенных в мульде сдвижения, от вредного влияния подземных горных работ необходимо выполнение периодических инструментальных наблюдений по реперам наблюдательной станции. Поскольку в геологическом строении месторождения значительную роль играют тектонические разломы, проходящие через весь разрез рудного поля, они во многом определяют современную геодинамическую активность территории. В связи с этим, методика инструментального мониторинга включает в себя работы по исследованию современной геодинамики на различных пространственно-временных базах, вызванной совместным влиянием естественных и техногенных геодинамических факторов [20].
По состоянию на конец 2015 г., наблюдательная станция на земной поверхности Узельгинского месторождения (рис. 1) состояла из пяти профильных линий, включающих более 130 грунтовых реперов; более 60 стеновых реперов были заложены в конструктивных элементах зданий и сооружений промпло-щадки рудника и поселка Александровский, попадающих в зону влияния горных работ. На 17 грунтовых реперах проводятся регулярные переопределения координат методом спутниковой геодезии с целью исследования трендовых и цикличных геодинамических движений.
Программа инструментальных наблюдений включает в себя определение высотных отметок реперов наблюдательной станции, заложенных на земной поверхности и в горных выработках, промеры длин линий между реперами наблюдательной станции на земной поверхности, в том числе промеры длин линий между стеновыми реперами в зданиях и сооружениях промплощадки, пространственное координирование ряда реперов наблюдательной станции с использованием комплекса спутниковой геодезии и выполнение специальных работ по диагностике геодинамической активности исследуемой территории. Также в ходе выполнения работ проводится оценка деформационного состояния зданий и сооружений по результатам визуального осмотра.
В результате инструментальных наблюдений по профильным линиям наблюдательной станции в вертикальной плоскости определяются величины оседаний реперов, деформации наклона и скорости приращения наклонов, при необходимости - радиус кривизны; в горизонтальной плоскости определяются горизонтальные деформации растяжения-сжатия и их скорости. Результаты измерений представляются в табличном виде - как суммарные деформации за весь период наблюдений и между отдельными сериями измерений, так и в виде графиков.
Рис. 1. План наблюдательной станции на земной поверхности
В целом, для условий Узельгинского месторождения установлено, что величины горизонтальных и вертикальных деформаций, зафиксированные на профильных линиях, как правило, не превышают допустимых значений для зданий и сооружений I категории охраны. Повышенные величины деформаций на отдельных реперах в основном связаны с их повреждением.
Фиксируется дискретный характер деформирования породного массива с разнонаправленными величинами горизонтальных и вертикальных деформаций. На ряде профильных линий отмечается формирование мульды оседаний, связанной с отработкой рудных тел Узельгинского месторождения. Таким образом, установлено, что подземные горные работы в настоящее время оказывают значительное влияние на состояние земной поверхности, при этом за счет закладки выработанного пространства характер процесса сдвижения носит плавный характер, вертикальные и горизонтальные деформации незначительны.
Для мониторинга состояния охраняемых зданий и сооружений организованы инструментальные наблюдения по стенным реперам, закладываемым по периметру наблюдаемых объектов. Программой инструментальных наблюдений на станции при подработке зданий на территории промплощадки произво-
дится нивелирование стеновых реперов и измерение горизонтальных расстояний между ними.
В 2014 г., в ходе выполнения мониторинговых измерений, зафиксирован мозаичный характер распределения деформаций по территории промплощадки с формированием двух обособленных зон вертикальных сдвижений-оседаний в южной части и поднятиями в северо-западной, вызванный дискретным деформированием породного массива, который по результатам измерений 2015 г. не проявился. В настоящее время градиенты вертикальных деформаций на территории промплощадки невелики, но обосновано, что в дальнейшем необходимо обращать особое внимание на характер формирования поля деформаций в районе промплощадки шахты с контролем за развитием высокоградиентных зон.
В 2014-2015 гг. между рядом стеновых реперов промплощадки были выполнены промеры интервалов и определены горизонтальные деформации, зафиксированные величины которых не превышают 1-1,5 ■ 10 , в основном находясь в диапазоне до 0,5 ■ 10 , что не может привести к нарушению охраняемых объектов, однако нельзя исключать накопление величин деформаций во времени.
В ходе выполнения мониторинговых инструментальных наблюдений на земной поверхности проводилась оценка геодинамической активности территории по результатам ОРБ-измерений. Экспериментальными исследованиями ИГД УрО РАН выявлены два вида современных геодинамических движений -трендовые (криповые) и цикличные. Трендовые движения в виде взаимных подвижек соседних структурных блоков массива горных пород с относительно постоянными скоростью и направлением в течение продолжительного промежутка времени, сопоставимого со сроком службы объекта. Цикличные движения носят полигармонический характер и слагаются из многочисленных знакопеременных движений с разными частотами и амплитудами перемещения в циклах. Трендовые движения могут иметь как естественную природу, обусловленную тектоническими подвижками по границам структурных блоков, так и техногенную, обусловленную перераспределением напряжений и деформаций в породном массиве под воздействием горных работ, откачки подземных вод и других факторов [21]. Короткопериодные цикличные движения имеют широкий полигармоничный спектр частот с продолжительностью циклов от 30-60 секунд до 1 часа, нескольких часов, суток и более.
Исследования короткопериодной геодинамики массива на Узельгинском месторождении производились в 2013 и 2014 гг. путем неоднократного измерения приращения координат интервалов ряда пунктов геодинамического полигона. Тогда же был установлен неравномерный характер распределения величин короткопериодных движений массива, и на исследуемом участке зафиксированы высокие значения амплитуд цикличных геодинамических движений. Выявлена высокая вариативность цикличных геодинамических движений в горизонтальной плоскости, компоненты АЫ (север-юг) и АЕ (запад-восток) в зависимости от серии наблюдений. Были установлены преобладающие частоты короткопериодных цикличных движений, которые определялись путем прове-
дения анализа Фурье пространственно-временных рядов смещений по осям координат. Были зафиксированы преобладающие частоты цикличных движений с гармониками средней и средней энергетики, соответствующие периоду 20 и 40 минут. Также четко выражена 120-минутная составляющая.
При проведении последующих серий инструментальных измерений основной упор был сделан на оценку геодинамической активности породного массива, выраженной в виде трендовых (криповых подвижек).
Трендовые движения определяются на основе анализа изменений пространственных приращений координат (векторов) AX, A Y, AZ между пунктами геодезических сетей или реперов наблюдательных станций, выполненных в промежутках между повторными циклами измерений. Использование комплексов спутниковой геодезии GPS и ГЛОНАСС позволяет определять сдвижения между пунктами мониторинговой геодинамической сети с точностью до 1-3 мм в разовом режиме, при долговременных непрерывных мониторинговых измерениях достигается точность до 0,1 мм/год. Полученные в результате инструментальных наблюдений деформации интервалов, с использованием математического аппарата механики сплошной среды могут быть преобразованы в тензорное представление деформационного поля с выделением главных компонентов тензора деформаций по методикам, приведенным в [22, 23].
В случае, если необходимо определение величин и направлений векторов трендовых движений, геодезическая привязка опорных реперов наблюдательной станции и их абсолютное позиционирование осуществляется от пунктов глобальной сети IGS, пространственное положение которых определяется в динамической системе координат ITRF [24].
На исследуемом участке расположен ряд пунктов геодезической сети, координаты которых были определены в 1989 г. (см. рис. 1). Пункты «Южный», «Александровский», «Центральный», 7281, 7833, 2629, 7916 находятся либо в пределах границ ожидаемой общей зоны влияния горных работ, либо в ее непосредственной близости. Пункт «Табанда» расположен вне области влияния горных работ Узельгинского месторождения. Кроме указанных пунктов геодезической сети, производилось координирование ряда реперов наблюдательной станции.
Методика полевых работ включала в себя координирование пунктов геодезической сети и реперов наблюдательной станции от исходного пункта - «Та-банда», исходные координаты которого были определены в 1988 г.
Для исследования собственных геодинамических движений исходного пункта триангуляции «Табанда», на который центрируются геодезические построения при исследовании процесса сдвижения на Узельгинском, Талганском и Западно-Озерском месторождении, была решена задача с использованием данных, полученных постоянно действующими GPS-ГЛОНАСС-станциями, ближайшими из которых являются станции, расположенные в городах Учалы, Белорецк и Магнитогорск.
Геодезическая привязка указанных постоянно действующих GPS-ГЛОНАСС-станций района Учалинского месторождения осуществлялась к пунктам глобальной сети IGS с использованием программного обеспечения Bernese Software. Для привязки постоянно действующих GPS-ГЛОНАСС-станций UTCH, MAGN, GU44 и GU48 использовались длительные серии непрерывных измерений - от 8 до 10 суток, поскольку длины векторов до ближайших IGS-станций превышают 1 000 километров. На втором этапе пункт «Табанда» встраивался уже в существующие геодезические построения.
В результате выполнения данного этапа работ были определены собственные движения пункта «Табанда», которые были учтены при выполнении геодезических измерений в мульде сдвижения Узельгинского месторождения. На этом же этапе выполнялся анализ собственных движений опорных пунктов сети и идентификация результатов геодинамических наблюдений [24]. На последующем этапе осуществлялось координирование реперов наблюдательной станции, расположенных в мульде сдвижения Узельгинского месторождения и на прилегающем массиве. Наиболее полно представлены измерения за период октябрь 2014 года - октябрь 2015 года. По трем выполненным сериям инструментальных измерений определены векторы полных сдвижений реперов наблюдательной станции.
В результате было установлено, что векторы сдвижений имеют небольшие величины, за период октябрь 2014 года - октябрь 2015 года они в основном не превышают 10 мм. Несколько выше величины сдвижений, полученные в период июнь 2015 года - октябрь 2015 года, которые достигают 20 мм по обеим осям координат. Характер сдвижения реперов различный, хотя в большинстве случаев наблюдается согласованное направление векторов, в основном в центральной части мульды сдвижения, но встречается и различающееся по азимуту. Причем в северной, западной и восточной частях исследуемого участка угол между векторами примерно равен 90°, в южной части наблюдается разнонаправленное движение реперов.
В целом, как и в подземных выработках, сдвижение реперов на земной поверхности происходит неравномерно, на небольших временных интервалах (5 месяцев) скорость перемещений высока, однако она стабилизируется при увеличении временного интервала, что связано как с особенностями дискретного деформирования блочного массива горных пород, так и с периодическими изменениями напряженно-деформированного состояния массива.
На рис. 2, 3 слева представлены результаты мониторинга за период июнь 2015 года - октябрь 2015 года, на рис. 2, 3 справа - за период октябрь 2014 года - октябрь 2015 года. Визуально на рис. 2 четко выделяются области повышенного уровня горизонтальных смещений, которые не только сохраняют свою пространственно-временную локализацию по амплитуде, но и имеют тенденцию к смене направления действия векторов. Это может быть обусловлено сменой направления действия главных напряжений на участке недропользова-
ния, данное явление рядом исследователей используется как индикатор подготовки геомеханического события [25].
Аналогичная картина распределения первого инварианта главных деформаций е1 + е2 отмечается на рис. 3, на котором основные области концентрации деформаций сохраняют свою стабильность между сериями инструментальных измерений, при этом в соседних областях отмечаются флюктуации напряженно-деформированного состояния, в том числе со сменой характера деформирования с растяжения на сжатие на западной и южной границах исследуемого участка.
Представление дискретно-мозаичного характера деформирования массива, визуализация важнейших характеристик (см. рис. 2, 3) могут быть созданы по методике, приведенной в [26]. Обращают на себя внимание величины деформаций, которые, несмотря на почти в два раза различающиеся величины векторов сдвижений, практически одинаковы для соседних измерений, что обусловлено во многом согласованным направлением взаимного действия векторов сдвижений. Кроме этого, четко выделяются области повышенных деформаций сжатия. Также наблюдается дискретно-мозаичный характер деформирования массива, области горизонтальных сжатий перемежаются с областями разгрузок. Проанализирован характер распределения деформаций сдвига, которые, несмотря на визуально схожий характер пространственного распределения, отличаются между сериями в два раза, что подтверждает высказанное выше предположение о том, что согласованные по направлению взаимного действия векторы сдвижений на Узельгинском месторождении реализуются в основном не в виде деформаций растяжения-сжатия, а преимущественно в виде деформаций сдвига.
Рис. 2. Полные перемещения реперов наблюдательной станции
Главная деформация 10
-5
\
- м , щ
< Сип
09
■ !°Ы
13- ■ Злч»
ОДв-»»»
^ |£=2
'V V'- -X х ■
<<4
о „О
I
о V ч Г ■
А "Л"" \
\ \ к
* \\ч"4 /Л * * ^ "/V
\ \ 4- -ь
! \* { \
»р!*-*' г \ \
' + X 1 /.
. у/ \ ",я~
Я049-Н С ^ • \
Главная деформация 10
-5
О I*-"
□□ и щ
^Н] □Во-.,-,
«ч ^ □ "о
-«.»-и
\ и / у
—1См«\ ( ' / |х
\ Уя-'^Ч / X
- *
1 \ \ (лммчц
Кр»4 II
X/
I
Рис. 3. Тензоры горизонтальных деформаций 81 + е2
Таким образом, в результате проведенной оценки геодинамической активности территории по результатам ОРБ-измерений были определены векторы горизонтальных сдвижений реперов наблюдательной станции, построены графики деформаций растяжения-сжатия и сдвиговых деформаций, установлен дискретно-мозаичный характер деформирования массива.
В результате проведенной оценки геодинамической активности территории по результатам ОРБ-измерений были определены векторы горизонтальных сдвижений реперов наблюдательной станции, построены графики деформаций растяжения-сжатия и сдвиговых деформаций, установлен дискретно-мозаичный характер деформирования массива. Установлено, что подвижки массива на малых временных промежутках реализуются в основном в виде сдвиговых деформаций, на больших временных базах скорость подвижек стабилизируется.
Прогнозируется, что отработка Узельгинского месторождения с применением твердеющей закладки в дальнейшем вызовет плавное развитие деформационных процессов сдвижения и образование на земной поверхности мульды сдвижения с деформациями, не превышающими допустимых для зданий и сооружений I категории охраны. Однако в реальном породном массиве, имеющем иерархически-блочное строение, не исключается формирование зон повышенных деформаций, вызванных процессами деструкции и самоорганизации. Реализация сдвижений в виде сдвиговых деформаций при встречном и согласованном направлении векторов перемещений будет способствовать возможности реализации подобного сценария, особенно в центральной и прилегающей к ней части мульды сдвижения.
Принятая методика инструментальных наблюдений - нивелировка по профильным линиям на земной поверхности и в массиве горных пород, определение горизонтальных деформаций по профильным линиям, нивелировка по стеновым реперам охраняемых зданий, промеры горизонтальных проложений между стеновыми реперами, определение векторов горизонтальных сдвижений по площадной наблюдательной станции - все это в комплексе позволяет осуществлять контроль на развитием процесса сдвижения и за сохранностью зданий и сооружений на высоком научно-техническом уровне и гарантировать геомеханическую безопасность отработки Узельгинского месторождения.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Мазуров Б. Т., Панкрушин В. К., Середович В. А. Математическое моделирование и идентификация напряженно-деформированного состояния геодинамических систем в аспекте прогноза природных и техногенных катастроф // Вестник СГГА. - 2004. - Вып. 9. - С. 30-35.
2. Мазуров Б. Т. Геодинамические системы (теоретические основы качественного исследования горизонтальных движений) // Вестник СГУГиТ. - 2016. - Вып. 1 (33). - С. 26-35.
3. Мазуров Б. Т. Модель системы наблюдений за вертикальными движениями земной поверхности и изменениями гравитационного поля в районе действующего вулкана // Изв. вузов. Горный журнал. - 2007. - № 3. - С. 93-97.
4. Мазуров Б. Т. Аппроксимация гравитационного влияния локального рельефа с использованием некоторых аналитических моделей и метода конечных элементов // Вестник СГУГиТ. - 2015. - Вып. 3 (31). - С. 5-15.
5. Каленицкий А. И. О необходимости комплексного применения гравиметрии и геодезических методов при мониторинге природной и техногенной геодинамики на месторождениях углеводородов // Вестник СГУГиТ. - 2015. - Вып. 1 (29). - С. 6-14.
6. Карпик А. П., Каленицкий А. И., Соловицкий А. Н. Новый этап развития геодезии -переход к изучению деформаций блоков земной коры в районах освоения угольных месторождений // Вестник СГГА. - 2013. - Вып. 3 (23). - С. 3-7.
7. Kendal S. L. Anintroduction to knowledge ehgineering / S. L. M. Green. - London: Springer, 2007. - 287 p.
8. Мазуров Б. Т., Николаева О. Н., Ромашова Л. А. Интегральные экологические карты как инструмент исследования динамики экологической обстановки промышленного центра // Изв. вузов. Геодезия и аэрофотосъемка. - 2012. - № 2/1. - С. 88-93.
9. Popovich V. Intelligent GIS Conceptualization // Information Fusion and Geografic Information Systems : Lecture Notes in Geoinformation and Cartography. - 2014. - P. 17-44.
10. Дышлюк С. С., Николаева О. Н., Ромашова Л. А. К вопросу формализации процесса создания тематических карт в ГИС-среде // Вестник СГУГиТ. - 2015. - Вып. 2 (30). - С. 78-85.
11. Мазуров Б. Т., Николаева О. Н., Ромашова Л. А. Совершенствование информационной базы региональных ГИС (РГИС) для инвентаризации и картографирования ресурсов // Изв. вузов. Геодезия и аэрофотосъемка. - 2012. - № 2/1. - С. 130-135.
12. Kraus K. Eine neue Methode zur Interpolations und Filterung mit Daten schieferFeherverteilung. - VGI85, 1997. - P. 25-30.
13. Briese C., Pfeifer N., Dotninger P. Application of the Robust Interpolation for DTM determination // IAPRS. - Graz., 2002. - Vol. 34, Part 3AA.
14. Сашурин А. Д., Мельник В. В., Панжин А. А. Решение задачи устойчивости бортов в целях защиты потенциально опасных участков транспортных берм карьеров // Инженерная защита. - 2015. - № 2 (7). - С. 80-86.
15. Сашурин А. Д., Панжин А. А. Организация геодинамического мониторинга на карьерах Качканарского ГОКа // Проблемы недропользования. - 2015. - № 1 (4). - С. 45-54.
16. Панжин А. А. Наблюдение за сдвижением земной поверхности на горных предприятиях с использованием GPS // Известия УГГА. Горное дело. - 2000. - № 11. - С. 196-203.
17. Панжин А. А. Пространственно-временной геодинамический мониторинг на объектах недропользования // Горный журнал. - 2012. - № 1. - С. 39-43.
18. Панжин А. А., Панжина Н. А. Об особенностях проведения геодинамического мониторинга при разработке месторождений полезных ископаемых Урала с использованием комплексов спутниковой геодезии // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. - 2012. - № 6. - С. 46-55.
19. Инструкция по наблюдениям за сдвижением горных пород и земной поверхности при подземной разработке рудных месторождений (утв. Госгортехнадзором СССР 03.07.1986). - М. : Недра, 1988. - 112 с.
20. Ручкин В. И., Коновалова Ю. П. Изменение напряженно-деформированного состояния геологической среды под воздействием комплекса естественных и техногенных геодинамических факторов на горнодобывающих предприятиях // Проблемы недропользования. - 2015. - № 1 (4). - С. 32-37.
21. Ручкин В. И., Желтышева О. Д. Влияние техногенной нагрузки на динамику напряженно-деформированного состояния массива горных пород // Проблемы недропользования. - 2015. - № 1 (4). - С. 26-31.
22. Ефремов Е. Ю., Желтышева О. Д. Метод определения напряжений на протяженных участках массива горных пород // Изв. вузов. Горный журнал. - 2013. - № 7. - С. 34-39.
23. Сашурин А. Д., Балек А. Е. Совершенствование методики натурных замеров напряженно-деформированного состояния больших участков горного массива // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Геология. Нефтегазовое и горное дело. - 2014. - № 11. - С. 105-120.
24. Панжин А. А. Решение проблемы выбора опорных реперов при исследовании процесса сдвижения на объектах недропользования // Маркшейдерия и недропользование. -2012. - № 2. - С. 51-54.
25. Тургахунов М. М., Крутиков А. В. Геомеханическое обеспечение горных работ на Соколовском подземном руднике АО «ССГПО» // Горный журнал Казахстана. - 2008. - № 2. -С. 25-27.
26. Панжин А. А., Мазуров Б. Т., Силаева А. А. Визуализация характеристик деформационных полей по данным геодезических наблюдений // Проблемы недропользования. -№ 3. - 2015. - С. 13-18.
Получено 10.10.2016
© А. А. Панжин, А. Д. Сашурин, Н. А. Панжина, Б. Т. Мазуров, 2016
GEODESIC SUPPORT OF GEODYNAMIC MONITORING OF OBJECTS OF SUBSURFACE USE
Andrey A. Panzhin
Institute of Mining of the Ural Branch of the RAS, 620075, Russia, Ekaterinburg, 58 Mamin-Sibiriak St., Ph. D., Science Secretary, tel. (343)350-44-46, e-mail: [email protected]
Anatoly D. Sashourin
Institute of Mining of the Ural Branch of the RAS, 620075, Russia, Ekaterinburg, 58 Mamin-Sibiriak St., D. Sc., Professor, Head of Department, tel. (343)350-37-48, e-mail: [email protected]
Nataly A. Panzhina
Institute of Mining of the Ural Branch of the RAS, 620075, Russia, Ekaterinburg, 58 Mamin-Sibiriak St., Junior Researcher, tel. (343)350-37-48, e-mail: [email protected]
Boris T. Mazurov
Siberian State University of Geosystems and Technologies, 630108, Russia, Novosibirsk, 10 Plakhotnogo St., D. Sc., Professor, Department Physical Geodesy and Remote Sensing, tel. (383)343-29-11, e-mail: [email protected]
Active exploitation of various mineral properties requires regular inspections of their condition. These works are carried out in the form of environmental monitoring. For mineral deposits the study is conducted within the framework of geodynamic monitoring. The most important method of carrying out geodynamic monitoring is a geodetic method. It allows with high precision to perform a quantitative assessment of the characteristics of the displacements, the stress-strain state of the surface layer of the undermined territories.
The method of instrumental geodynamic monitoring displacement of earth surface in Uzelginsky ore deposit, and the results of determination of deformation in the vertical and horizontal planes are presented. Re-observed the spatial coordinates of a reference frame and geodynamic geodetic networks stations using a complex of satellite geodesy. The parameters of the trend of modern geodynamic movements caused by the formation of the basin subsidence. The evaluation of geodynamic activity areas were identified spatial displacement vector of full frames observation station, the graphs of the stress-strain deformation and shear deformation, set discrete mosaic pattern of deformation of the array.
Key words: modern geodynamics, surface displacements, stress-deformed state, instrumental monitoring, observation station, surveying measurements.
REFERENCES
1. Mazurov, B. T., Pankrushin, V. K., & Seredovich, V. A. (2004). Mathematical modeling and identification of the stress-deformed state of geodynamic systems in the aspect of prediction of natural and man-made disasters. VestnikSGGA [VestnikSSGA], 9, 30-35 [in Russian].
2. Mazurov, B. T. (2016). Geodynamical system (the theoretical foundations of qualitative research horizontal movements. Vestnik SGUGiT [Vestnik SSUGT], 1(33), 26-35 [in Russian].
3. Mazurov, B. T. (2007). The system model and observations of vertical movements of the earth's surface and changes of the gravitational field in the center of an active volcano. Izvestia vuzov. Gornyjzhurnal[Mining journal], 3, 93-97 [in Russian].
4. Mazurov, B. T. (2015). Approximation of the gravitational influence of the local topography with the use of some analytical models and the finite element method. Vestnik SGUGiT [VestnikSSUGT], 3(31), 5-15 [in Russian].
5. Kalenickij, A. I. (2015). On the necessity of complex application of gravimetry and geophysical methods in monitoring of natural and technogenic geodynamics of hydrocarbon deposits/ Vestnik SGUGiT [Vestnik SSUGT], 1(29), 6-14 [in Russian].
6. Karpik, A. P., Kalenickij, A. I., & Solovickij, A. N. (2013). New stage of geodesy development: investigation of earth blocks deformation in regions of coal deposits development. Vestnik SGUGiT[Vestnik SSUGT], 3(23), 3-7 [in Russian].
7. Kendal, S. L. (2007). Anintroduction to knowledge ehgineering. S. L. M. Green (Ed.). London: Springer.
8. Mazurov, B. T., Nikolaeva, O. N., & Romashova, L. A. (2012a). Integrated environmental maps as a tool to study the dynamics of the environmental situation industrial center. Izvestia vusov. Geodeziya i aerofotos"emka [Izvestiya Vuzov. Geodesy and Aerophotography], 2-1, 88-92 [in Russian].
9. Popovich, V. (2014). Intelligent GIS Conceptualization. In Lecture Notes in Geoinformation and Cartography: Information Fusion and Geografic Information Systems.
10. Dyshljuk, S. S., Nikolaeva, O. N., & Romashova, L. A. (2015). To the question of formalization of the process of creating thematic maps in GIS environment. Vestnik SGUGiT. [Vestnik SSUGT], 2(30), 78-85 [in Russian].
11. Mazurov, B. T., Nikolaeva, O. N., & Romashova, L. A. (2012b). Improving the information base regional GIS (RGIS) inventory and mapping of resources. Izvestia vusov. Geodeziya i aerofotos"emka [Izvestiya Vuzov. Geodesy andAerophotography], 2-1, p. 130 [in Russian].
12. Kraus, K. (1997). Eine neue Methode zur Interpolations und Filterung mit Daten schieferFeherverteilung, VGI85.
13. Briese, C., Pfeifer, N., & Dotninger, P. (2002). Application of the Robust Interpolation for DTM determination. IAPRS, Vol. 34, Part 3AA, Graz.
14. Sashurin, A. D., Mel'nik, V. V., & Panzhin, A. A. (2015). Solution of the stability problem of the boards in order to protect the potentially dangerous areas of the transport berms quarries. Inzhenernaya zashchita [EngineeringProtection], 2(7), 80-86 [in Russian].
15. Sashurin, A. D., & Panzhin, A. A. (2015). Organization of geodynamic monitoring in quarries Kachkanar. Problemy nedropol'zovaniya [Problems of Subsoil Use], 1(4), 45 - 54 [in Russian].
16. Panzhin, A. A. (2000). Observation of the earth surface displacement in mining operations, using GPS. Izvestiya UGGGA. Gornoe delo. [Izvestiya USMGA. Mining], 11, 196-203 [in Russian].
17. Panzhin, A. A. (2012a). Space-time geodynamic monitoring of objects of subsoil use. Gornyy zhurnal [Mining journal], 1, 39-43 [in Russian].
18. Panzhin, A. A., & Panzhina, N. A. (2012). About the features of the geodynamic monitoring in the development of mineral deposits of the Urals with the use of satellite geodesy complexes. Fiziko-tekhnicheskie problemy razrabotki poleznykh iskopaemykh [Physical and Technical Problems of Mining], 6, 46-55 [in Russian].
19. Instructions for observing the displacement of rocks and earth's surface in underground mining of ore deposits. (1988). Approved Gosgortekhnadzor of the USSR of July 03, 1986. Moscow: Nedra. [in Russian].
20. Ruchkin, V. I., & Konovalova, Ju. P. (2015). The change in the stress-strain state of geological environment under the influence of complex natural and technogenic geodynamic factors in mining. Problemy nedropol'zovaniya [TopicalIssues of Subsoil Use], 1(4), 32-37 [in Russian].
21. Ruchkin, V. I., & Zheltysheva, O. D. (2015). Influence of anthropogenic load on the dynamics of the stress-strain state of rock massif. Problemy nedropol'zovaniya [Topical Issues of Subsoil Use], 1(4), 26-31 [in Russian].
22. Efremov, E. Ju., & Zheltysheva, O. D. (2013). Method of determining stress on long stretches of rocks. Izvestiya vuzov. Gornyy zhurnal [News of the Higher Institutions. Mining Journal], 7, 34-39 [in Russian].
23. Sashurin, A. D., & Balek, A. E. (2014). Improvement of methods for in situ measurements of stress-strain state of large areas of the mountain massif. Vestnik Permskogo natsional'nogo issledovatel'skogo politekhnicheskogo universiteta. Geologiya. Neftegazovoe i gornoe delo [Bulletin of Perm National Research Polytechnic University. Geology. Oil & Gas Engineering & Mining], 11, 105-120 [in Russian].
24. Panzhin, A. A. (2012b). Solution of the problem of reference frames in the study of the process of displacement for the objects of subsoil use. Marksheyderiya i nedropol'zovanie [Mine Surveying and Subsurface Use], 2, 51-54 [in Russian].
25. Turgahunov, M. M. & Krutikov, A. V. (2008). Geomechanical provision of mining operations at the Sokolovsky underground mine of JSC "SSGPO". Gornyj zhurnal Kazahstana [Mining Magazine of Kazakhstan], 2, 25-27. [in Russian].
26. Panzhin, A. A., Mazurov, B. T., & Silaeva, A. A. (2015). Visualization of the deformation characteristics of the fields according to geodetic observations. Problemy nedropol'zovaniya [TopicalIssues of Subsoil Use], 3, 13-18 [in Russian].
Received 10.10.2016
© A. A. Panzhin, A. D. Sashourin, N. A. Panzhina, B. T. Mazurov, 2016
