CC BY
39
УДК: 622.83:[528.2:629.78]
ГЕОДИНАМИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ И МОДЕЛИРОВАНИЕ
ПОЛЯ ДЕФОРМАЦИЙ НА КОРКИНСКОМ УГОЛЬНОМ
МЕСТОРОЖДЕНИИ
А.А. Панжин, Б.Т. Мазуров, Н.А. Панжина
Дана характеристика горномеханической обстановки Коркинского угольного месторождения. Отмечается важность использования прямых геодезических методов наблюдений сдвижений земной поверхности вблизи разреза для обеспечения промышленной безопасности. На Коркинском месторождении в настоящее время проводятся инструментальные наблюдения, в том числе и геодезические измерения координат пунктов, расположенных в пределах области влияния горных работ, в результате обработки которых определяются смещения пунктов геодезической сети. Измерения, проводимые комплексом ГНСС, показали свою высокую эффективность для решения задач геомеханики, результаты наблюдений анализируются с использованием современных приемов визуализации.
Ключевые слова: Коркинское месторождение, геодинамический мониторинг, спутниковые геодезические системы, моделирование, лазерное сканирование, геодинамические полигоны, напряжённо-деформированное состояние.
Введение. При разработке месторождений твердых полезных ископаемых открытым способом нарушение устойчивости прибортового массива, откосов и уступов бортов карьера приводит к аварийным ситуациям: оползневым процессам, разрушению транспортных магистралей, потере горнодобывающего оборудования. При этом аварийные ситуации нередко сопровождаются человеческими жертвами. Большую роль в устойчивости бортов карьера играет начальное напряженно-деформированное состояние массива, изменяющееся как под воздействием техногенных факторов (выемки руды и породы, отсыпке отвалов в непосредственной близости от прибортового массива), так и под влиянием природных факторов - современным геодинамическим движениям по тектоническим нарушениям [1, 2].
Глобальные навигационные спутниковые геодезические системы (ГНСС) широко используются при проведении геодинамического мониторинга движений и деформаций земной поверхности [3-5], иных природно-технических систем [6]. Также ГНСС востребованы при решении глобальных, региональных и локальных геодинамических задач [7-10]. В последнее время для решения задач геодинамики, востребована информация космической съемки, в том числе высокого пространственного разрешения [11]. Прогрессивным и универсальным методом получения трёхмерных данных о различных объектах и решения иных задач при мониторинге природно-технических систем является лазерное сканирование, наземная
фотограмметрия и фотограмметрия с использованием беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) [12, 13].
В районах масштабной эксплуатации месторождений полезных ископаемых, с целью исследования сдвижений и деформаций земной поверхности, создаются геодинамические полигоны (ГДП). На них проводятся регулярные дискретные и непрерывные комплексные наблюдения, в том числе геофизические и геодезические. Результатом многоцикловых геодезических измерений является определение смещений центров, реперов геодезической сети и реперов наблюдательной станции, развитой в пределах разрабатываемых месторождений. По полученным геопространственным данным возможно понимание деформационных и гравитационных полей, блоковой структуры и количественных характеристик их динамики во времени.
Визуализация смещений точек земной поверхности [14] по результатам цикловых геодезических и гравиметрических измерений позволяет более обоснованно выделять активные геологические структуры, блоки, тектонические разломы. Это необходимо для прогнозирования мест возможных сейсмических событий и принятия соответствующих профилактических мер для обеспечения безопасности населения, промышленных объектов и др.
Теория и методы исследования. Задачи геодинамического мониторинга, в зависимости от поставленных целей, глубине пространственно -временного охвата и периодичности могут отличаться требованиями к точности пространственных определений, методическими и организационными подходами к их решению. Локальные движения и деформации техногенного характера, в отличие от природных тектонических, имеют высокую скорость - до дециметров в год. Наличие, как правило, рядом с объектом геодинамического мониторинга месторождений полезных ископаемых, производственной, жилой и административной инфраструктуры предъявляет дополнительные требования по частоте и точности измерений. Этим требованиям соответствует ГНСС, при этом необходимо отметить, что ГНСС не являются самыми точными средствами геодезических измерений, но обладают неоспоримыми технологическими преимуществами - возможностью ведения наблюдений с дискретностью до долей секунд интервалы времени, дистанционного контроля и автоматизации измерений.
В условиях активной эксплуатаций месторождений полезных ископаемых необходим непрерывный мониторинг изменений окружающей среды, напряженно-деформированного состояния и выявление других отрицательных факторов. Не менее важными задачами являются исследование закономерностей размещения полезных ископаемых с целью поиска новых месторождений и оценки рациональности применяемых методов добычи и транспортировки полезных ископаемых. Одним из способов,
значительно облегчающих решение этих задач, является применение методов дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ). В настоящее время благодаря совершенствованию бортовой съемочной аппаратуры, развитию цифровых методов обработки данных и обеспечению высокой периодичности съемки наиболее востребованными стали методы ДЗЗ из космоса [11]. Информационные технологии используют данные ДЗЗ как среднего и низкого пространственного разрешения (10...1000 м), так и данные высокого пространственного разрешения (0,4.3 м).
Появление в 2012 году группировки российско-белорусских космических аппаратов высокого пространственного разрешения типа «Канопус -В» и «БКА» дает возможность российским организациям использовать в своей работе качественные отечественные космические снимки. Космические снимки с данных космических аппаратов хорошо зарекомендовали себя при выполнении работ по мониторингу ландшафтных изменений природного и техногенного характера.
Лазерное сканирование является одним из самых современных видов съёмки, позволяющих получить пространственную информацию о местности с высокой точностью и плотностью облака точек. По данным лазерного сканирования выполняются построение топографических планов, трёхмерных моделей, метод находит применение в строительстве, автодорожной отрасли, архитектуре, горнодобывающей и нефтегазовой отраслях и др. В состав системы наземного сканирования первоначально входил только лазерный сканер, впоследствии во многие модели стали встраивать GPS-приёмники, позволившие получать данные сразу во внешней системе координат как в режиме реального времени, так и в режиме постобработки. Системы воздушного и мобильного лазерного сканирования принципиально более сложны, требуют дополнительной предварительной обработки данных, их точность ниже, чем у систем наземного лазерного сканирования. В состав системы воздушного лазерного сканирования, как правило, входит сам лазерный сканер, системы GPS и IMU, цифровая камера, блок управления.
Решение о том, какой именно вид лазерного сканирования применять, зависит от поставленной задачи и от желаемой точности получаемых данных. Самым точным является наземное лазерное сканирование, с точностью 2.5 мм на пространственных базах до одного километра, мобильное обладает точностью в пределах 5 см, точность воздушного лазерного сканирования достигает 15.20 см. Наземное лазерное сканирование следует использовать, когда необходимо получить трёхмерные модели различных объектов с миллиметровой точностью, например, при оценке деформации пролетов мостов, плотин, лифтовых шахт, башен, откосов бортов карьеров и др. [12, 13]. Точность данных мобильного и воздушного лазерного сканирования может быть увеличена, например, точность мобильного лазерного сканирования может быть улучшена до 1 см при ис-
пользовании опорных точек - специальных опознавательных знаков, призм, сфер, каждые 50...100 м. Точки, координаты которых получены традиционными геодезическими методами, также могут использоваться как контрольные, т.е. применяться не для процедуры уравнивания, а только для оценки точности уравнивания данных сканирования.
Геодинамическо-геомеханические движения земной поверхности и породных массивов на рудниках и шахтах являются следствием сильных техногенных воздействий и изменения напряженно-деформированного состояния массива. Необходим комплексный подход к их изучению, позволяющий решать как прямые задачи, так и в некоторых случаях, снять часть неоднозначностей, неизбежно появляющихся при решении обратных задач [15]. Примерами таких геодинамических полей могут служить взаимосвязанные техногенные изменения земной поверхности и локального поля силы тяжести Земли. Эксплуатация нефтегазовых месторождений сопровождается опусканием земной поверхности до 10 см в год, горизонтальными смещениями до 6 см в год, что сопровождается изменением локального поля силы тяжести. В техногенной сфере часто возникают ситуации ощутимого изменения локального поля силы тяжести в относительно короткие периоды времени (годы, месяцы, недели). Изменения уровня водохранилища крупных ГЭС могут вызывать как вертикальные смещения прилегающей территории, так и изменения силы тяжести до 10 мкгал (10-7 м/с ) Но еще более значительные воздействия на приповерхностный слой Земли и поле силы тяжести вызываются перемещениями больших масс пород при крупномасштабных горных работах (выемка руды, формирование отвалов и др.) [16-17]. В России имеется ряд месторождений, для которых характерно перемещение больших масс руд и пород. Например, за более чем 60 лет извлечено и перемещено более 1 млрд м фосфатных руд в Хибинском массиве, причем ежегодно извлекается и перемещается 160 млн т. руд и пород. Глубина горных работ на большинстве месторождений составляет 600.700 метров, на ряде рудников глубины перешагнули километровую отметка. Город Мирный (Якутия) обязан своим возникновением и собственно именем известному алмазному карьеру «Мир» с глубиной отработки 525 метров и объемом отгруженной горной массы 168,7 млн м .
Проведение исследований. С целью мониторинга деформационных процессов на территории техногенных объектов - месторождениях полезных ископаемых, мульде сдвижения, прибортовом массиве карьеров и т.п. закладываются специальные геодинамические полигоны (ГДП), включающие в себя пункты государственных и опорных маркшейдерских сетей, реперы наблюдательных станций, геофизические, гидрогеологические пункты и павильоны. По результатам выполненных на них инструментальных измерений, возможен надежный и оперативный, в том числе в режиме реального времени, контроль изменения состояния приповерхностных геологических структур и размещенных на них сооружений, а
также изучение развития этих явлений во времени. При этом контроль должен базироваться на комплексном подходе, включающем геодезические, геофизические, гидрогеологические и другие методы исследований [17, 18]. В работе рассматривается геодинамический полигон, расположенный на угольном разрезе «Коркинский», в Челябинской области. Коркин-ский разрез (рис. 1) является самым глубоким в Евразии и вторым в мире угольным разрезом, он находится рядом с г. Коркино в 35 км от Челябинска. Глубина разреза составляет более 500 метров, в настоящее время карьер не работает, чаша карьера готовится к заполнению отходами обогащения Томинского ГОКа.
Рис. 1. Территория ГДПразреза «Коркинский»
Восьмидесятилетний период эксплуатации Коркинского разреза внес серьезные нарушения в экологическое, гидрогеологическое и геодинамическое равновесие окружающей среды в районе его размещения. Они коснулись многих природных факторов, в том числе, связанных с животным миром, со средой их обитания. Также все чаще возникают проблемы нарушения природного изостатического равновесия в массиве горных пород в районах ведения горных работ, которые нередко инициируют опасность нарушения устойчивости подработанных локальных участков, а в тяжелых случаях могут вызвать явления наведенной или техногенной сейсмичности с экономическим ущербом и человеческими жертвами. Вынутые из недр объемы пород и перемещенные в отвалы составляют около 3 миллиардов тонн и вызывают вертикальные и горизонтальные смещения массива горных пород и земной поверхности, исчисляемые в пределах первых метров, что сопоставимо со смещениями, наблюдаемыми в районах крупных землетрясений. В соответствии с положениями механики сплошной среды, система неуравновешенных сил, приложенная к бесконечному упругому полупространству - массиву горных пород, имеет неограниченную сферу влияния, а затухание деформаций пропорционально расстоянию от точки приложения нагрузки. Фактически же область деформирования будут меньше: 7,3.12,0 размеров области техногенных объектов (карьера и отвалов).
На Коркинском ГДП, охватывающем площадь 1444 км , расположен 31 пункт государственной геодезической сети, несколько десятков пунктов опорной маркшейдерской сети и реперов наблюдательных станций. На ГДП были проведены инструментальные наблюдения, в том числе и геодезические измерения координат пунктов, расположенных как в пределах месторождения, так и на удалении от него на расстояние от 3 до 18 км. На каждом пункте выполнены цикловые измерения пространственных координат координат методом спутникового позиционирования. В результате камеральной обработки результатов измерений и математического анализа определены смещения пунктов геодезической сети. Измерения, проводимые комплексами ГНСС, показали свою высокую эффективность для решения задач геомеханики на горнодобывающих предприятиях Урала и Казахстана, благодаря их применению стали возможными не только дискретные измерения, но и регулярный мониторинг деформаций и напряжений, происходящих в земной коре.
Пространственная координатная привязка пунктов геодинамического полигона осуществлялась 5 одновременно работающими двухси-стемными (GPS-ГЛОНАСС) двухчастотными и приемниками геодезического класса Sokkia GRX-1, паспортная и фактическая точность которых соответствует 3-5мм+1ррт в плане и 5-7мм+1ррт по высоте. Для контроля замыкания геодезических построений также использовались данные постоянно действующих ГНСС станций, расположенных в г. Челябинск.
Измерения проведены в режимах статики с дискретностью накопления данных 2 секунды способом непосредственных измерений, когда одновременно работают приемники на пунктах, ограничивающих каждую сторону сети. По полученным разностям пространственных координат вычислены изменения длин линий и превышений между пунктами геодезической сети, отстроены полные векторы смещений пунктов, отражающие произошедшие за этот период трендовые движения и вызванные ими деформации. Для уравнивания геодезических построений использовалось два метода: центрирование и ориентирование сети по «условно-неподвижному» пункту, и свободное уравнивание сети с её центрированием и ориентированием по методу наименьших квадратов, с соблюдением условия минимальной суммы квадратов значений векторов сдвижений.
Трендовые геодинамические движения определяются как разность пространственных приращений координат (векторов) АХ, ДY, А7 между пунктами геодезических сетей или реперов наблюдательных станций, выполненными в промежутках между повторными циклами измерений. Использование комплексов спутниковой геодезии ГНСС 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, величины и направления векторов сдвижений, с использованием математического аппарата механики сплошной среды могут быть преобразованы в тензорное представление деформационного поля с выделением главных компонентов тензора деформаций. 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 1ТЯБ [3].
Векторы смещений (рис. 2) являются достаточно информативными данными о деформационных процессах, позволяющими далее расчетным определить все необходимые параметры деформаций.
Результаты моделирования. Используя метод конечных элементов и математический аппарат механики сплошной среды, создана интерполяционная картина горизонтальных движений территории Коркинского ГДП (рис. 3,а) и поля деформаций (рис. 3,б).
Рис. 2. Векторы смещений пунктов геодезической сети
Обращает внимание, что движения земной поверхности на данном участке носят вращательный, «вихревой» характер, при этом наблюдается ярко выраженное закручивание векторов по часовой стрелке вокруг самого разреза. Необходимо обратить более пристальное внимания на этот тип геодинамического движения и тщательного изучения его характерных проявлений с использованием математического аппарата функции ротора поля, а также актуальности исследования роли так называемой «вихревой геодинамики» в подготовке геодинамических процессов.
Сдвижения земной поверхности соответствуют величинам деформаций порядка 1-10-5 - 1-10-4, что согласуется со значениями, полученными в результате моделирования техногенного воздействия карьера и отвалов на окружающий породный массив [19-21].
а б
Рис. 3. Векторы смещений (а) и тензоры деформации района
Коркинского разреза (б)
При моделировании и визуализации обращает на себя концентрация деформаций на северо-западной границе исследуемого участка и в районе южного борта Коркинского разреза (рис. 3,б), при этом наблюдается мозаичная картина распределения поля горизонтальных деформаций. На втором этапе моделирования была выполнена детальная визуализация поля сдвиговых деформаций (рис. 4).
Поскольку сдвиговые деформации, как правило, приводят к реализации деформаций в виде подвижек породного массива, в том числе внезапных, по поверхностям ослабления (тектоническим нарушениям), их концентрация на ограниченной территории города Коркино, на которой расположены важные промышленные объекты, ответственные сооружения инфраструктуры и жилые кварталы - вызывает беспокойство.
Для контроля развития геомеханической ситуации необходима организация периодического мониторинга, осуществляемого прямыми геодезическими методами. При этом целесообразно организовать на ГДП площадные наблюдения, по результатам измерений на которых возможно получение параметров не только векторов сдвижений, но и тензора деформаций.
Визуализация вертикальных сдвижений земной поверхности дала возможность выделить активные геологические структуры, блоки, тектонические разломы. Значительные вертикальные опускания на северо-западе района могут быть также связаны с наличием отвалов горной породы. Анализ результатов визуализации позволяет спрогнозировать места возможных сейсмических событий и, соответственно, принять меры про-
филактики для обеспечения безопасности населения и самих объектов. Условно, на Коркинском ГДП выделяются три вытянутых участка (кластера), обусловленные наличием крупных тектонических нарушений меридионального направления.
Рис. 4. Визуализация поля деформаций сдвига южного борта
Коркинского разреза
Схемы контролирующих геодезических построений постоянно уточняются благодаря расширению состава измерений спутниковыми определениями. Так, в связи с заполнением чаши Коркинского разреза хвостами обогащения Томинского ГОКа приводит к необходимости организации мониторинга за карьерным пространством и прибортовым массивом.
Организация мониторинга. Выполнение инструментальных полевых измерений в зоне активных оползневых процессов связано с риском для наблюдателя, поэтому доступ людей в эту зону должен быть ограничен. При этом необходимо выбирать метод дистанционных измерений, обеспечивающий безопасность исследователя и применяемого для съемки оборудования, а также обеспечивающий точное, полное и оперативное определение параметров деформационных процессов.
Применение классического геодезического метода прямых угловых и полярных засечек осложнено необходимостью наличия на теле исследу-
емого объекта надежно определяемых пунктов. Как показывает практика, обеспечить их сохранность (также, как и в случае с маяками или реперами наблюдательной станции) в течение всего периода мониторинга крайне затруднительно, а зачастую невозможно.
Одним из методов дистанционного зондирования является метод лазерного сканирования, который не требует непосредственного нахождения наблюдателя в зоне опасного влияния горных работ, а также наличия контрольных точек на объекте мониторинговых измерений. Высокая точность лазерных сканеров, а также большая скорость сканирования позволяют оперативно выполнять мониторинг деформационных процессов. Одновременно с наблюдениями за состоянием бортов карьера, метод наземного лазерного сканирования позволит контролировать состояние вышележащих горизонтов и прибортовой полосы без необходимости обустройства специальных маркшейдерских наблюдательных станций.
Таким образом, для обеспечения безопасности процессов ликвидации разреза «Коркинский» и использования его для складирования хвостов обогащения Томинского ГОКа необходимо выбрать оптимальные и доступные методы и средства контроля геомеханического состояния прилегающего массива горных пород, которые обеспечат своевременное предупреждение о наступлении критических состояний породного массива, а также получение пространственно-временных характеристик процесса деформирования массива в зоне влияния разреза.
В соответствии с результатами анализа деформационных процессов, для мониторинга их развития в период ликвидации разреза, в том числе под воздействием затопления, рекомендуется запроектировать и создать комплексную наблюдательную станцию, состоящую:
- из грунтовых реперов, объединенных в профильные линии, и площадные наблюдательные станции, предназначенные для инструментальных наблюдений традиционными геодезическими методами;
- из специальных реперов, распределенных по всех площади мониторинга - прибортовому массиву, предназначенных для инструментальных наблюдений с использованием технологий спутниковой геодезии;
- из специальных опорных реперов, предназначенных для осуществления наблюдений методами наземного лазерного сканирования, при этом координаты данных реперов должны периодически переопределяться, поскольку они находятся непосредственно на деформируемом породном массиве.
Заключение. Система мониторинга современной геодинамической активности территории в области влияния Коркинского разреза направлена на изучение трендовых и цикличных короткопериодных движений с помощью спутниковых систем ГНСС и представляет собой наблюдательную станцию многоуровневой структуры, строящуюся по принципу от общего к частному. В случае выявления на локальных участках исследуемой тер-
ритории аномальных деформационных процессов необходима организация специальных наблюдательных станций с более густым расположением реперов и комбинированием спутниковых и традиционных геодезических видов измерений.
Для облегчения процесса экспертной оценки исследуемого геодинамического объекта и последующей выработки оптимальных организационных решений по обеспечению промышленной безопасности необходима геоинформационная система визуализации деформационных процессов в виде векторов сдвижений, тензоров деформаций, производных деформационных полей (ротора поля и дивергенции) - для изучения трендовых и цикличных короткопериодных движений. Для случая мониторинга геомеханического состояния исследуемого объекта методом наземного лазерного сканирования, геоинформационная система дополнительно включает визуализацию деформационных процессов в трехмерном пространстве с выделением структурных элементов породного массива.
Источник финансирования: Работа выполнена в рамках государственного задания № 075-00581-19-00. Тема № 0328-2019-0005.
Список литературы
1. 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. 2G12. № 6. С. 46-55.
2. Tатаринов В.Н., Tатаринова TA. Учет масштабного эффекта при наблюдениях за деформациями земной поверхности спутниковыми навигационными системами // Маркшейдерский вестник. 2G12. № 5. С. 15-18.
3. Bock Y., Macdonald T., Merts J., Bock L., Fayman J. Epoch-by-Epoch® Real-Time GPS Positioning in High Dynamics and at Extended Ranges // The ITEA Journal of Test and Evaluation. 25:3. 2004. Sept/Oct. Р. 37-45.
4. Kaftan V. I., Tatevian R. A. Local control network of the fiducial GLONASS/GPS station, IAG, Section I — Positioning, Comission X — Global and Regional Networks, Subcommission for Europe (EUREF), Publication No 9. Munchen 2000. Р. 333-337.
5. McCaffrey R. Block kinematics of the Pacific-North America plate boundary in the Southwestern United States from inversion of GPS, seismologi-cal, and geologic data/Journal of Geophysical Research. 2005. V. 110. B07401. DOI: 10.1029/2004JB003307.
6. ^фтан В. И., Устинов А. В. Применение глобальных навигационных спутниковых систем для мониторинга деформаций гидротехнических сооружений // Гидротехническое строительство. 2G12. № 12. С. 1119.
7. Кафтан В. И., Устинов А. В. Повышение точности локального геодинамического мониторинга средствами глобальных навигационных спутниковых систем // Горный журнал, 2015, № 10. С. 32 - 38.
8. Kaftan V.I., Ustinov A.V. Use of global navigation satellite systems for monitoring deformations of water-development works // Power Technology and Engineering. 2013. Т. 47. № 1. С. 30-37.
9. Chen G., Cheng X., Chen W., Li X., Chen L. GPS-based slope monitoring systems and their applications in transition mining from open-pit to underground // International Journal of Mining and Mineral Engineering. 2014. Vol. 5. No 2. Р. 152-163.
10. Gao J., Liu Ch., Wang J., Li Z., Meng X. A new method for mining deformation monitoring with GPS-RTK // Transactions on Nonferrous Metals Society of China. 2011. Vol. 21. Р. s659-s664.
11. Копылов В.Н., Кочергин Г.А., Полищук Ю.М., Хамедов В.А. Использование данных ДЗЗ при решении региональных задач рационального природопользования. // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2009. Т. 6. № 1. С. 33-41.
12. Устинов А.В., Тверитин А.Л. Исполнительная съемка гидроэнергетических сооружений с применением технологии лазерного сканирования // Международный научно-технический и производственный журнал «Науки о Земле». 2015. № 1 (13). С. 137-140.
13. Середович В.А., Алтынцев М.А., Попов Р.А. Особенности применения данных различных видов лазерного сканирования при мониторинге природных и промышленных объектов // Вычислительные технологии. 2013. Т. 18. С. 141-144.
14. Панжин А.А., Мазуров Б.Т., Силаева А.А. Визуализация характеристик деформационных полей по данным геодезических наблюдений // Проблемы недропользования. 2015. № 3 (6). С. 13-18.
15. Мазуров Б.Т., Некрасова О.И. Аппроксимация гравитационного влияния локального рельефа по его цифровым моделям // Геодезия и картография. 2014. № 7. С. 2-4.
16. Corkum A. G., Damjanac B., Lam T. Variation of horizontal in situ stress with depth for longterm performance evaluation of the Deep Geological Repository project access shaft // International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences. 2018. Vol. 107. P. 75-85.
17. Strunk S., Houben B., Krudewig W. Controlling the Rhenish opencast mines during the transition of the energy industry // World of Mining - Surface & Underground. 2016. Vol. 68. No. 5. P. 289-300.
18. Scholz C. H. The Mechanics of Earthquakes and Faulting. 3rd ed. Cambridge: Cambridge University Press, 2018. 519 p.
19. Biagi L., Grec F. C., Negretti M. Low-Cost GNSS Receivers for Local Monitoring: Experimental Simulation, and Analysis of Displacements // Sensors. 2016. Vol. 16. Iss. 12. 2140. DOI: 10.3390/s16122140
20. Mining-induced ground deformation in tectonic stress metal mines: A case study / Kaizong Xia [and others] // Engineering Geology. 2016. Vol. 210. P. 212-230.
21. Karakus M., Zhukovskiy S., Goodchild D. Investigating the Influence of Underground Ore Productions on the Overall Stability of an Existing Open Pit // Procedia Engineering. 2017. Vol. 191. P. 600-608.
Панжин Андрей Алексеевич, канд. техн. наук, уч. секретарь, panzhin@,igduran.ru, Россия, Екатеринбург, Институт горного дела Уральского отделения Российской академии наук,
Мазуров Борис Тимофеевич, д-р техн. наук, проф., btmazurov@,mail.ru, Россия, Сибирский государственный университет геосистем и технологий,
Панжина Наталия Александровна, мл. науч. сотр., panzhinaabk.ru, Россия, Екатеринбург, ФГБУН Институт горного дела Уральского отделения Российской академии наук
GEODYNAMIC MONITORING AND MODELING OF THE DEFORMATION FIELD
A T THE KORKINSKY COAL DEPOSIT
A. A. Panzhin, B. T. Mazurov, N. A. Panzhina,
The characteristics of the mining and mechanical conditions of the Korkinsky coal deposit are given. The importance of using direct geodetic methods for observing displacements of the earth's surface near the section to ensure industrial safety is noted. At the Korkinskoye deposit, instrumental observations are currently being carried out, including geodetic measurements of the coordinates of points located within the area of influence of mining operations, as a result of which the displacements of points of the geodetic network are determined. The measurements carried out by the GNSS complex have shown their high efficiency for solving the problems of geomechanics, the observation results are analyzed using modern visualization techniques.
Key words: Korkinskoye coal deposit, geodynamic monitoring, satellite geodetic systems, modeling, laser scanning, geodynamic polygons, stress-strain state.
Panzhin Andrey Alekseevich, candidate of technical sciences, scientific secretary, panzhinaigduran. ru, Russia, Ekaterinburg, Institute of Mining of Ural branch of RAS,
Mazurov Boris Timofeevich, doctor of technical sciences, professor of department, btmazurov@mail. ru, Russia, Novosibirsk, Siberian State University of Geosystems and Technologies,
Panzhinа Nataly Alexandrovna, researcher, panzhinaa bk.ru, Russia, Ekaterinburg, Institute of Mining of Ural branch of RAS
Reference
1. Panzhin A. A., Panzhina N. A. On the features of geo-dynamic monitoring in the development of mineral deposits in the Urals using satellite geodesy complexes // Physico-technical problems of mineral development. 2012. No. 6. pp. 46-55.
2. Tatarinov V. N., Tatarinova T. A. Accounting for the scale effect in observations of the Earth's surface deformations by satellite navigation systems. 2012. No. 5. pp. 15-18.
3. Bock Y., Macdonald T., Merts J., Bock L., Fayman J. Epoch-by-Epoch® RealTime GPS Positioning in High Dynamics and at Extended Ranges. The ITEA Journal of Test and Evaluation, 25:3. 2004. Sept/Oct. P. 37-45.
4. Kaftan V. I., Tatevian R. A. Local control network of the fiducial GLONASS / GPS station, IAG, Section I-Positioning, Commission X-Global and Regional Networks, Subcommission for Europe (EUREF), Publication No 9. Munchen 2000. p.333-337.
5. McCaffrey R. Block kinematics of the Pacific-North America plate boundary in the Southwestern United States from inversion of GPS, seismological, and geologic data/Journal of Geophysical Research. 2005. V. 110. B07401. DOI: 10.1029/2004JB003307.
6. Kaftan V. I., Ustinov A.V. Application of global navigation satellite systems for monitoring deformations of hydraulic structures. 2012. No. 12. pp. 11-19.
7. Kaftan V. I., Ustinov A.V. improving the accuracy of local geodynamic monitoring by means of global navigation satellite systems // Mining journal, 2015, № 10. P. 32 - 38.
8. Kaftan V. I., Ustinov A. V. Use of global navigation satellite systems for monitoring deformations of water-development works Power Technology and Engineering. 2013. Vol. 47. No. 1. pp. 30-37.
9. Chen, G., Cheng, X., Chen W., Li X., Chen L. GPS-based slope monitoring systems and their applications in transition mining from open-pit to underground // International Journal of Mining and Mineral Engineering. 2014. Vol. 5. No 2. R. 152-163.
10. Gao J., Liu Ch., Wang J., Li Z., Meng X. A new method for mining deformation monitoring with GPS-RTK // Transactions on Nonferrous Metals Society of China. 2011. Vol. 21. p. s659-s664.
11. Kopylov V. N., Kochergin G. A., Polishchuk Yu. M., Khamedov V. A. The use of remote sensing data in solving regional problems of rational nature management. // Modern problems of remote sensing of the Earth from space. 2009. Vol. 6. no. 1. pp. 33-41.
12. Ustinov A.V., Tveritin A. L. Executive survey of hydro-power structures using laser scanning technology // International scientific, technical and production journal "Earth Sciences". 2015. No. 1 (13). pp. 137-140.
13. Seredovich V. A., Altyntsev M. A., Popov R. A. Features of the application of data of various types of laser scanning in the monitoring of natural and industrial objects // Computing technologies. 2013. Vol. 18. p. 141-144.
14. Panzhin A. A., Mazurov B. T., Silaeva A. A. Visualization of the characteristics of deformation fields according to geodetic observations // Problems of subsurface use. 2015. No. 3 (6). pp. 13-18.
15.Mazurov B. T., Nekrasova O. I. Approximation of the gravitational influence of local terrain by its digital models // Geodesy and cartography. 2014. No. 7. pp. 2-4.
16. Corkum A. G., Damjanac B., Lam T. Variation of horizontal in situ stress with depth for longterm performance evaluation of the Deep Geological Repository project access shaft // International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences. 2018. Vol. 107. P. 75 -85.
17. Strunk S., Houben B., Krudewig W. Controlling the Rhenish opencast mines during the transition of the energy industry // World of Mining - Surface & Underground. 2016. Vol. 68. No. 5. P. 289-300.
18. Scholz C. H. The Mechanics of Earthquakes and Faulting. 3rd ed. - Cambridge: Cambridge University Press, 2018. - 519 p.
19. Biagi L., Grec F. C., Negretti M. Low-Cost GNSS Receivers for Local Monitoring: Experimental Simulation, and Analysis of Displacements // Sensors. 2016. Vol. 16. Iss. 12. 2140. DOI: 10.3390/s16122140
20. Mining-induced ground deformation in tectonic stress metal mines: A case study / Kaizong Xia [and others] // Engineering Geology. 2016. Vol. 210. P. 212-230.
21. Karakus M., Zhukovskiy S., Goodchild D. Investigating the Influ-ence of Underground Ore Productions on the Overall Stability of an Existing Open Pit // Procedia Engineering. 2017. Vol. 191. P. 600-608.
УДК 331.45
АНАЛИЗ СПОСОБОВ БОРЬБЫ С МЕЛКОДИСПЕРСНОЙ РЕСПИРАБЕЛЬНОЙ ФРАКЦИЕЙ ПЫЛИ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ
ВЗРЫВНЫХ РАБОТ
Г.И. Коршунов, А.М. Каримов
Приведены результаты анализа эффективности различных способов борьбы с респирабельной пылью, которые могут быть использованы при выборе средств и способов пылеподавления при ведении взрывных работ, а также для снижения пылеобра-зования с целью предупреждения развития легочных заболеваний у горнорабочих.
Ключевые слова: пыль, респирабельная фракция, взрывные работы, угольный разрез, открытые горные работы, экология.
Введение. Особенностью современного развития горных работ является интенсификация всех технологических процессов связанных с добычей и переработкой полезных ископаемых. Открытый способ ведения горных работ на сегодняшний день получил широкое распространение, его доля в мире составляет 70 %. Глубина разработки современных карьеров обычно не превышает 400 м, но в перспективе это величина возрастёт до 450.600 м [1]. Использование высокопроизводительного мощного оборудования на различных этапах приводит к повышению концентрации пыли и вредных газов, в то время как большая глубина карьеров ограничивает воздухообмен и возможность эффективно их проветривать.
Буровзрывные работы ведутся на горных предприятиях для подготовки пород к погрузочно-разгрузочному этапу ведения работ, прочные скальные и смерзшиеся породы необходимо взрывать для дальнейшей погрузки и транспортирования.
При проведении массового взрыва единовременно выделяется в атмосферу пыль и продукты взрывной реакции. Выделение в атмосферу различных оксидов азота приводит к выпадению кислотных осадков, что в
