CC BY
33
© Л.В. Пихконсн, В.А. Родионов, А.Н. Ссргиснко, 2015
УДК 53.087.61
Л.В. Пихконен, В.А. Родионов, А.Н. Сергиенко
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МЕТОДОВ ГЕОМОНИТОРИНГА ДЛЯ ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ ЧРЕЗВЫЧАЙНЫХ СИТУАЦИЙ НА ОБЪЕКТАХ ПРЕДПРИЯТИЙ МИНЕРАЛЬНО-СЫРЬЕВОГО КОМПЛЕКСА
Представлены методы геомониторинга с использованием геодезических и геофизических методов и приборов: лазерно-сканирую-шего устройства и георадара.
Ключевые слова: геомониторинг, лазерный сканер, георадар.
Несмотря на совершенствование технологий горного производства добыча полезных ископаемых всегда связана с большими или меньшими рисками как для окружающей среды, так и для работающего персонала. Многие месторождения выработали свой ресурс;для других месторождений экономические показатели требуют иных технологических приёмов добычи или возникает необходимость работы горного предприятия на всё возрастающих глубинах, что значительно увеличивает риски уже техногенного характера. Ситуация усугубляется ещё и труднопредсказуемостью природных опасных факторов, таких как землетрясение, затопление, внезапные выбросы угля и газа, карстовые провалы и пр. Вследствие этого множество горных предприятий считаются объектами повышенной опасности.
Поэтому основными составляющими частями предупреждения чрезвычайных ситуаций (ЧС) является мониторингкрити-чески опасных объектовгорного производства и прогнозиро-ваниена основе его данных возможных аварий техногенного характера.
Под мониторингом критически опасных объектовпонима-ется процесс инструментального, чаще всего, автоматизиро-
ванного круглосуточного наблюдения за отдельными параметрами объектов. Целью мониторинга является предупреждение возникновения аварийных или чрезвычайныхситуа-ций, повреждения или разрушения потенциально опасных объектов.
Ещё одним видоммониторингаявляется мониторинг состояния недр (геологической среды)- система регулярных наблюдений, сбора, накопления, обработки и анализа информации, оценки состояния геологической среды и прогноза её изменений под влиянием естественных природных факторов, пользования недрами и другой антропогенной деятельности [1, 2].
Основным отличием этого вида мониторинга является то, что в процессе мониторинга отслеживаются деформации и сдвиги объекта и отдельных его элементов, что позволяет предотвратить наступление негативного события и проинформировать экстренные службы о случившемся чрезвычайном происшествии. Мониторинг осуществляется с помощью оптических, лазерных, радиометрическихприбо-ров и геофизических методов [2].
Работы по мониторингу и прогнозированию проводятся в соответствии с Государственным Стандартом Российской Федерации (ГОСТ Р 22.1.01-95), законами РФ «О недрах», «Об охране окружающей среды», «Водным кодексом» и другими нормативными документами [1].
В качестве объектов мониторинга состояния недр рассматриваются геологические, гидрогеологические, инженерно-геологические образования, а также приуроченные к ним проявления экзогенных геологических процессов, находящиеся в сфере жизненных интересов человека:
— мониторинг подземных вод;
— мониторинг опасных экзогенных геологических процессов;
— мониторинг месторождений твёрдых полезных ископаемых;
— мониторинг участков недр, не связанных с добычей полезных ископаемых;
— мониторинг участков недр, испытывающих воздействие хозяйственной деятельности, не связанной с недропользованием.
Каждый из перечисленных объектов мониторинга требует отдельного рассмотрения, так как, в той или иной степени объект мониторинга может быть источником возникновения
ЧС. В рамках статьи рассматривается мониторинг наиболее опасных с точки зрения возникновения ЧС природно-техногенных систем — геологических процессов, месторождений твёрдых полезных ископаемых, а также геомониторинг объектов поверхностного комплекса зданий и сооружений горного предприятия.
В этом случае под понятием «геомониторинг» в зависимости от выбранного метода наблюдения используется набор терминов: «геодезический мониторинг», «геофизический мониторинг», «геотехнический мониторинг», «геодинамический мониторинг» [3].
В состав работ при геодезическом мониторинге входят наблюдения за вертикальными и горизонтальными деформациями для выявления критических величин деформаций и установления их причины. Современные приборы позволяют проводить такой мониторинг с большой точностью, используя спутниковую систему определения координат и фиксировать результат как на плоских, так и на объёмных моделях.
Например, лазерно-сканирующая система Trimble TX5 позволяет пользователям получать не только высокоточные геометрические данные объекта, но и производить фотографирование без каких-либо дополнительных фотографических аксессуаров (рис. 1).
Основные технические характеристики лазерного сканера приведены в табл. 1.
Высокоскоростной лазерный сканер Trimble TX5 предназначен для выполнения детальной съёмки и документирования территории наблюдения. Сканер имеет быстрый процесс сканирования, который, при этом, даёт высокую точность измерений с привязкой к спутниковой системе координат и малые посторонние шумы.
При использовании сканера на промышленных площадках в комплексе с программным обеспечением, можно построить трёхмерные модели цехов, заводских территорий и оборудования, карьеров и пр. с дальнейшей передачей в наиболее распространённые программные пакеты. Получаемое изображение состоит из миллионов, измеренных в трёхмерном пространстве точек.
Таблица 1
Модель ТпшЫвТХ5
Макс. измеряемое расстояние 120 м
Мин. измеряемое расстояние 0,6 м
Точность измерения 2 мм
Скорость сканирования 122 000 / 244 000 / 488 000 / 976 000 точек/сек
Поле зрения 300° х 360°
Класс лазера 3Н, фазовый
Напряжение питания 19 В (при использовании внешнего источника); 14,4 В (при использовании встроенной батареи)
Потребляемая мощность 40 Вт (при использовании внешнего источника); 80 Вт (при использовании встроенной батареи и её зарядке
Время работы от батареи до 5 ч
Диапазон температур От +5 °С до +40 °С
Габаритные размеры 240 мм х 200 мм х 100 мм
Вес 5,0 кг
Рис. 1. Лазерно-сканируюшее устройство ТпшЫеТХБ
Использование сканера на промышленных объектах и в архитектуре позволяет получить данные высокой точности и детальности для создания точных 3Э моделей и чертеей. Благодаря лазерным технологиям сканер позволяет получать высокодетальные трёхмерные изображения местности и сложных промышленных сооружений всего за несколько минут.
Такие приборы могут использоваться для выявления оползневых явлений, наблюдением за перемещением сдвижения бортов карьеров и разрезов, осадками промышленных сооружений и зданий, плотин и других гидротехнических сооружений наблюдением за соседними объектами. Данные высоко-
точного геодезического мониторинга позволяют понять, какие деформации испытывает здания и сооружения поверхностного комплекса шахты или рудника и в данный момент, возможно, выявить их причины, и спрогнозировать поведение конструкций в будущем [4, 5].
Ещё один прибор, который может быть использован при комплексном наблюдении за потенциально опасными объектами — георадар ОКО-2. Онможет быть использован для:
— поиска людей в завалах и других закрытых пространствах на глубинах в несколько десятков метров;
— определения толщины ледяного покрова для предотвращения весенних паводковых наводнений;
— обследования водоёмов, затопленных объектов и картирования придонных отложений;
— определения мощности слоя сезонного промерзания/оттаивания, оконтуривание областей вечной мерзлоты, таликов для прогнозирования внезапных провалов построенных объектов;
— обследования строительных конструкций, в том числе железобетонных для выявления дефектов конструкций и степени разрушения от внешних воздействий;
— обследования автомобильных дорог, ж/д насыпей, взлётно-посадочных полос аэродромов;
— поискапотенциально опасных, погребённых локальных и протяжённых объектов;
— обследования инженерных сооружений;
— картирования геологических структури др.
Анализ прохождения испускаемых георадаром электромагнитных волн через толщу земли и подземные коммуникации позволяет посредством георадарного сканирования видеть скрытые под слоем породпустоты, возмущения, объекты и пр. на глубине до 100 м. Благодаря изменению частоты волны георадар позволяет фиксировать небольшие объекты на глубинах до 10 м и характер залегания протяжённых объектов при обследовании карьеров на больших глубинах.
Исполнение георадара может быть адаптировано под задачи исследования в виде переносной, мобильной модели на выносной консоли, в виде колёсной тележки, прицепляемой к автомобилю, управляемой самодвижущей тележке на аккумуляторах, в водонепроницаемом кожухе и пр. (рис. 2).
Рис. 2. Георадар ОКО-2 с колёсным вариантом исполнения для обследования дорожныгх покрытий
На рис. 3 показан пример сканирования профиля дна, полученного при обследовании водоёма компанией ООО «Логические системы» [6, 7].
Развитие и совершенствования георадарных технологий за последние годы открывает перспективу опера-тивногоих внедрения для мониторинга различного характера объектов с целью предупреждения чрезвычайных ситуаций.
Рис. 3. Профиль, полученный георадаром «ОКО» с антенным блоком АБ-400 (подводное исполнение) [7]
Санкт-Петербургский университет ГПС МЧС Россиина основе современной приборной базы планирует развивать перспективные направления применения методов геомониторинга для предупреждения чрезвычайных ситуаций на объектах предприятий минерально-сырьевого комплекса.Такие наблюдения и обследования возможны с использованием имеющихся приборов: высокоскоростного лазерного сканера Trimble TX5, георадаров ОКО-2, цифровых тахеометров Trimble, GPS при-ёмниковполевого исполнения Trimble R, оптических и спутниковых геодезических приборов и пр.
- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Требования к мониторингу месторождений твёрдых полезных ископаемых. Утв. Министерством природных ресурсов РФ от 04.08.2001.
2. Потемка Э.П. Рекомендации по ведению мониторинга состояния недр на объектах горнодобывающей промышленности (шахтах, карьерах и т.д.). — М.: ОМЭ ФГУП ВСЕГИНГЕО, 2011.
3. http://mwork.su/ — Маркшейдерское дело. Электронно-информационный журнал. № 4, 2012.
4. http://www.ceiis.ru/ — сайт Государственного бюджетного учреждения города Москвы «Центр экспертиз, исследований и испытаний в строительстве» Правительства Москвы ГБУ «ЦЭИИС».
5. Руководство пользователя лазерно-сканирующего устройства Trimble TX5. Компания Trimble Navigation Limited. 2013. С.128.
6. Иллюстрированное руководство пользователя программой GeoScan. ООО «ЁогиС». 2013. С.132.
7. http://www.geopribori.ru/ — сайт компании ЗАО «Геодезические Приборы». II '.'-13
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -
Пихконен Л.В. — кандидат технических наук, заведующий кафедрой горноспасательного дела и взрывобезопасности, [email protected], Родионов В.А. — кандидат технических наук, доцент, [email protected], Сергиенко А.Н. — преподаватель, [email protected], Санкт-Петербургский университет ГПС МЧС России.
UDC 53.087.61
THE USE OF GEO-MONITORING TO PREVENT EMERGENCIES ON UNITS OF MINERAL COMPLEX
Pikhkonen L.V., candidate of technical Sciences, head of the Department rescuers-tion of the case and explosion, [email protected] St. Petersburg University of state fire service of EMERCOM of Russia,
Rodionov V.A., candidate of technical Sciences, associate Professor, [email protected] St. Petersburg University of state fire service of EMERCOM of Russia,
Sergienko A.N., teacher, [email protected] St. Petersburg University University of state fire service of EMERCOM of Russia, Russia.
In the memoir presents the methods geomonitoring using geodetic and Geophysics-physical-methods and devices: laser-scanning device and GPR.
Key words: geomonitoring, aser Scanner, GPR.
REFERENCES
1. Trebovanija k monitoringu mestorozhdenij tvjordyh poleznyh iskopae-myh (The monitoring requirements deposits of solid minerals). Utv. Ministerstvom prirodnyh resursov RF ot 04.08.2001.
2. Potemka Je.P. Rekomendacii po vedeniju monitoringa sostojanija nedr na obektah gornodobyvajushhej promyshlennosti (shahtah, kar'erah i t.d.). (Recommendations for the management of mineral resources to monitor the status of mining facilities (mines, quarries, etc.)). Moscow: OMJe FGUP VSEGINGEO,
3. http://mwork.su/ — Markshejderskoe delo. Jelektronno-informacionnyj zhurnal. № 4, 2012.
4. http://www.ceiis.ru/ — sajt Gosudarstvennogo bjudzhetnogo uchrezhdenija goroda Moskvy «Centr jekspertiz, issledovanij i ispytanij v stroitel'stve» Pravitel'stva Moskvy GBU «CJeIIS».
5. Rukovodstvo pol'zovatelja lazerno-skanirujushhego ustrojstva Trimble TX5 (Manual laser scanner Trimble TX5). Kompanija Trimble Navigation Limited. 2013. p.128.
6. Illjustrirovannoe rukovodstvo pol'zovatelja programmoj GeoScan (Illustrated User Manual GeoScan). OOO «LogiS». 2013. p.132.
7. http://www.geopribori.ru/ — sajt kompanii ZAO «Geodezicheskie pri-bory».
2011.
