CC BY
368
УДК 622.83
ИННОВАЦИОННЫЕ МЕТОДЫ МОНИТОРИНГА СОСТОЯНИЯ УСТОЙЧИВОСТИ ГОРНЫХ ПОРОД И ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ
Сергей Георгиевич Ожигин
Карагандинский государственный технический университет, 100027, Казахстан, г. Караганда, Б. Мира, 56, доктор технических наук, декан горного факультета, профессор кафедры маркшейдерского дела и геодезии, тел. (7212)56-26-27, e-mail: [email protected]
Фарит Камалович Низаметдинов
Карагандинский государственный технический университет, 100027, Казахстан, г. Караганда, Б. Мира, 56, доктор технических наук, профессор, зав. кафедрой маркшейдерского дела и геодезии, тел. (7212)56-26-27, e-mail: [email protected]
Светлана Борисовна Ожигина
Карагандинский государственный технический университет, 100027, Казахстан, г. Караганда,
Б. Мира, 56, кандидат технических наук, доцент кафедры маркшейдерского дела и геодезии, тел. (7212)56-26-27, e-mail: [email protected]
Дмитрий Сергеевич Ожигин
Карагандинский государственный технический университет, 100027, Казахстан, г. Караганда, Б. Мира, 56, магистр, докторант кафедры «Разработка месторождений полезных ископаемых», тел. (7212)56-26-27, e-mail: Qzhigin.dima@mail. ru
В статье представлены краткий обзор результатов многолетних исследований и примеры внедрения инновационных методов мониторинга состояния устойчивости горных пород и земной поверхности на территории Казахстана, проводимых специалистами Карагандинского государственного технического университета.
Ключевые слова: мониторинг состояния устойчивости карьерных откосов, система GEOMOS, космическая радарная интерферометрия.
INNOVATIVE METHODS OF MONITORING OF THE CONDITION OF STABILITY OF ROCKS ANDTERRESTRIAL SURFACE
Sergey G. Ozhigin
The Karaganda state technical university, 100027, Kazakhstan, Karaganda, 56 Mira Blvd, doct. of tech. sci., dean of Mining faculty, professor of «Mine survey and geodesy» department, tel. 8(7212)56-26-27, e-mail: [email protected]
Farit K. Nizametdinov
The Karaganda state technical university, 100027, Kazakhstan, Karaganda, 56 Mira Blvd, doct. of tech. sci., director of «Mine survey and geodesy» department, professor, tel. 8(7212)56-26-27, e-mail: [email protected]
Svetlana B. Ozhigina
The Karaganda state technical university, 100027, Kazakhstan, Karaganda, 56 Mira Blvd, cand. of tech. sci., associate professor of «Mine survey and geodesy» department, tel. (7212)56-26-27, e-mail: [email protected]
Dmitriy S. Ozhigin
The Karaganda state technical university, 100027, Kazakhstan, Karaganda, 56 Mira Blvd, master, Ph.D. candidate of «Development of mineral deposits» department, tel. (7212)56-26-27, e-mail: [email protected]
In article are presented the short review of results of long-term researches and examples of introduction of innovative methods of monitoring of a condition of stability of rocks and a terrestrial surface on the territories of Kazakhstan which are carried out by specialists of the Karaganda state technical university.
Key words: monitoring of a condition of stability of open pits slopes, GEOMOS system, space radar interferometry.
Республика Казахстан занимает заметное положение в мировом минерально-сырьевом балансе, имеет высокий потенциал дальнейшего развития и повышения влияния на мировом минерально-сырьевом рынке. Разработка большинства месторождений в настоящее время осуществляется открытым способом. Интенсивно ведутся открытые горные работы на более 50 крупных месторождениях таких как: Жезказганское, Коунрадское, Николаевское, Акжальское, Васильковское, Сарбайское, Соколовское, Качарское, Куржункульское, Ломоносовское, Экибастузское, Шубаркольское и т.д. Масштабы современного горнодобывающего производства требуют углубленного изучения и постоянного контроля за происходящими в недрах геомеханическими процессами, на основе мониторинга состояния карьерных откосов, который предусматривает системный подход к решению всех составляющих задач, комплексный учет и анализ всех природных и техногенных факторов.
Система мониторинга бортов карьеров и отвалов включает в себя: периодические маркшейдерские и инженерно-геологические наблюдения за состоянием откосов; исследования прочностных характеристик, состава и свойств горных пород; изучение структурных особенностей прибортового массива; оценку и прогноз геомеханических процессов; определение параметров устойчивых откосов; разработку рекомендаций по управлению параметрами карьерных откосов [1].
Маркшейдерская школа члена-корреспондента НАН РК Попова И.И. (научно-исследовательская лаборатория «Маркшейдерия геомеханика и геометризация недр» кафедры «Маркшейдерское дело и геодезия» (МДиГ) Карагандинского государственного технического университета (КарГТУ) имеет многолетний опыт работы по обеспечению устойчивости откосов уступов, бортов и отвалов на крупнейших карьерах Казахстана, который позволил разработать и внедрить в практику горного дела прогрессивные методы исследований по обеспечению устойчивости стационарных откосов [2].
Системы геомеханического мониторинга состояния устойчивости карьерных откосов созданы специалистами КарГТУ на более 30 карьерах Казахстана: «Ушкатын-III», «Западный», «Жомарт», «Тур», «Восточный камыс», «Николаевский», «Соколовский», «Сарбайский», «Качарский»,
«Конырат», «Варваринский Центральный», «Алпыс», «Абыз», «Космурун», «Акчий Спасский», «Малый Спасский», «Акжалский», на Чиганакских карьерах №1 и №2, на Дальнезападных карьерах №1 и №2; на угольных разрезах «Богатырь», «Молодежный», «Куу-Чекинский», «Каражыра», на Шубаркольских разрезах «Центральный» и «Западный»; дамбе золоотвала ГРЭС (Топар) и т.д [3,4].
Опыт маркшейдерских инструментальных наблюдений за состоянием прибортовых массивов карьеров на ряде месторождений Казахстана (более 150 наблюдательных станций) позволил разработать и внедрить методику высокоточных наблюдений с использованием современного электронного оборудования.Новый подход к проводимым кафедрой научным исследованиям осуществляется на Васильковском карьере ТОО «Алтынтау Кокшетау», где была введена автоматизированная система GEOMOS для мониторинга состояния откосов в реальном времени, состоящая из 4 профильных линий на южном и западном бортах карьера. На всех мониторинговых точках профильных линий (всего 28 точек) установлены отражатели для автоматического снятия отчетов системой GEOMOS (рис. 1, 2) [2].
Для исследования состояния прибортовых массивов карьера применяются новые методы изучения структуры горного массива с помощью 3D -сканера фирмы «Leica» (Швейцария) (рис. 3) и георадара «Mala» (Швеция).
Рис. 1. План наблюдательных станций системы GEOMOS
| о.«00 н _ _
'К-Г
1опдКийпа1 0|$р1эзтег1 [т] ! 1 Г'ГТГ -__ -1-
я ян
^ 3 ■о— ■хгу ^
V
_ '2 Т'04 - — Т" -ЁГ" Т" -: — Т - - -.г
а- горизонтальные смещения б -вертикальные смещения
Рис. 2. Графики горизонтальных и вертикальных смещений реперов
а - трещины в откосе уступа; б - элементы залегания трещин;
Рис. 3. Определение элементов залегания трещин на карьере «Васильковский» с применением технологии 3Э-сканирования
При решении вопросов обеспечения устойчивости карьерных откосов исходной информацией являются физико-механические характеристики горных пород. Наиболее надежным и достоверным способом определения прочностных характеристик пород является метод обратных расчетов оползней. На основе известного графоаналитического способа разработана усовершенствованная методика расчета показателей сопротивления пород сдвигу по результатам съемок оползней с использованием численно-аналитического метода, основанного на интегрировании элементарных сил по поверхности скольжения [3].
Для решения ряд задач по обоснованию рациональных параметров карьерных откосов в различных горно-геологических условиях разработан
программный комплекс «Устойчивость карьерных откосов» с использованием которого, разработаны рекомендации по обеспечению устойчивости прибортовых массивов: на карьерах «Николаевский», «Конырат», «Алпыс», «Васильковский», «Варваринский Центральный», «Абыз», «Космурун», «Итауз», «Акжалский», «Качарский», «Ушкатын-III», на Чиганакских карьерах №1 и №2; на разрезах «Богатырь», «Молодежный», «Куу-Чекинский», «Каражыра», «Шубаркольский» и т.д. [3,4].
На ряде карьеров натурное обследование откосов уступов и бортов выполняется по специально разработанной в КарГТУ методике с использованием: цифровой видеокамеры с увеличением в 40х, устанавливаемой на противоположном борту карьера, для производства видеозаписи панорамы борта карьера и ее анализа; цифрового фотоаппарата с увеличением не менее 20х, для фотографирования видимых деформаций непосредственно в зоне натурного обследования состояния карьерных откосов; электронного тахеометра и отражателя для координатной привязки обнаруженных деформаций и их нанесения на план горных работ; раций для связи между наблюдателем деформаций, находящимся непосредственно в зоне натурного обследования и оператором, производящим видеосъемку на противоположном борту карьера и электронную тахеометрическую съемку деформаций, а также для записи комментариев наблюдателя, описывающего видимые им деформации откосов. В результате натурного обследования состояния устойчивости откосов по данной методике получена наиболее полная информация о наличии локальных деформаций откосов уступов, бортов карьеров с описанием их параметров и координатной привязкой на плане горных работ. На основе данного обследования определяется объем работ по инструментальному контролю за состоянием устойчивости карьерных откосов и обеспечению безопасности работ в карьере.
С 2012 года специалисты кафедры МДиГ (КарГТУ) успешно ведут научные работы по исследованию состояния подработанных территорий угольных шахт Карагандинской области с применением инновационной технологии - спутниковой радарной интерферометрии. Космический радарный мониторинг сдвижения поверхности Земли осуществляется по 25 снимкам со спутника ENVISAT от Европейского космического агентства ECA. Обработка снимков проводится в программе ENVI (модуль SARscape). Получены первые результаты определения сдвижения земной поверхности на подработанной территории г. Караганды в районе шахты им. Костенко. Результаты, полученные по интерферограмме, показали высокую сходимость с результатами традиционного метода расчета сдвижения земной поверхности [5].
Вывод: проблема обеспечения устойчивости прибортовых массивов карьеров, контроля сдвижения горных пород и земной поверхности может быть решена только на основе комплексного подхода, включающего в себя решение всех составляющих задач геомеханического мониторинга, и внедрения прогрессивных методов инструментальных исследований и
геодезического контроля за состоянием горных пород и земной поверхности.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Ожигин С.Г. Маркшейдерско-геологический мониторинг состояния устойчивости карьерных откосов //Новости науки Казахстана. - Алматы: НЦНТИ, 2007. - С. 12-16.
2. Низаметдинов Ф.К., С.Г. Ожигин С.Г., Низаметдинов Р.Ф., Ожигина С.Б., Низамет-динов Н.Ф., Е.Н. Хмырова Е.Н. Состояние и перспективы развития геомеханического обес-печения открытых горных работ// XV International ISM Congress 2013 (International Society for Mine Surveying), Septebtr 16-20, 2013, Eurogress Aachen, С. 338 - 349.
3. Низаметдинов Ф.К., Ожигин С.Г., Ожигина С.Б. Управление устойчивостью бортов карьеров // Интерэкспо ГЕО-Сибирь-2012. VIII Междунар. науч. конгр. : Междунар. науч. конф. «Геодезия, геоинформатика, картография, маркшейдерия» : сб. материалов в 3 т. (Новосибирск, 10-20 апреля 2012 г.). - Новосибирск: СГГА, 2012. Т. 3. -С. 30-34.
4. Низаметдинов Ф.К., Ожигин С.Г., Ожигина С.Б., Ожигин Д.С. Мониторинг устойчивости бортов карьеров Казахстана//Маркшейдерский вестник.- 2013.- №3.- С. 1924.
5. Мозер Д.В., Сатбергенова А.К., Туякбай А.С., Нагибин А.А. Применение спутнико-вой радарной интерферометрии в Казахстане// XV International ISM Congress 2013 (Interna-tional Society for Mine Surveying), Septebtr 16-20, 2013, Eurogress Aachen, С. 213-221.
© С. Г. Ожигин, Ф. К. Низаметдинов, С. Б. Ожигина, Д. С. Ожигин, 2014
