Использование технологии лазерного сканирования для наблюдения за состоянием устойчивости прибортовых массивов Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

УДК 622.142.5

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ЛАЗЕРНОГО СКАНИРОВАНИЯ ДЛЯ НАБЛЮДЕНИЯ ЗА СОСТОЯНИЕМ УСТОЙЧИВОСТИ ПРИБОРТОВЫХ МАССИВОВ

Фарит Камалович Низаметдинов

Карагандинский государственный технический университет, 100027, Республика Казахстан, г. Караганда, Бульвар Мира, 56, доктор технических наук, профессор, зав. кафедрой маркшейдерского дела и геодезии, тел. (7212)56-26-27, e-mail: mdig_kstu@mail.ru

Елена Николаевна Хмырова

Карагандинский государственный технический университет, 100027, Республика Казахстан, г. Караганда, Бульвар Мира, 56, кандидат технических наук, доцент кафедры маркшейдерского дела и геодезии, тел. (701)825-24-53, e-mail: hmyrovae@mail.ru

Ольга Газисовна Бесимбаева

Карагандинский государственный технический университет, 100027, Республика Казахстан, г. Караганда, Бульвар Мира, 56, кандидат технических наук, доцент кафедры маркшейдерского дела и геодезии, тел. (701)244-99-15, e-mail: bog250456@mail.ru

Наиль Фаритович Низаметдинов

Карагандинский государственный технический университет, 100027, Республика Казахстан, г. Караганда, Бульвар Мира, 56, кандидат технических наук, доцент кафедры маркшейдерского дела и геодезии, тел. (7212)56-26-27, e-mail: mdig_kstu@mail.ru

Елена Алексеевна Олейникова

Карагандинский государственный технический университет, 100027, Республика Казахстан, г. Караганда, Бульвар Мира, 56, преподаватель кафедры маркшейдерского дела и геодезии, тел. (705)1403-778, e-mail: panasenkoelena@mail.ru

В статье предложено использование мультисистемного тахеометра с функцией сканирования MultiStation Leica Nova в результате, которого можно получить высокоточное 3D сканирования, широчайшие возможности тахеометра, цифровые изображения и GNSS подключения. Революционное решение с использованием новейших технологий измерений, обеспечивая безо всяких оговорок точность и качество, просто в использовании в беспрецедентном спектре применения.

Ключевые слова: моделирование, программный комплекс, база данных, модель, облако точек, карьер, пласт, трещина, запасы.

USE LASER SCANNING TECHNOLOGY FOR MONITORING THE STATUS OF SUSTAINABLE MASSIF

Farit K. Nizametdinov

Karaganda state technical university, 100027, Kazakhstan Republic, Karaganda, 56 Mira avenue, Head of Mine surveying and geodesy department, doc. of tech. sci., prof., tel. (7212)56-26-27, e-mail: mdig_kstu@mail.ru

Elena N. Hmyrova

Karaganda state technical university, 100027, Kazakhstan Republic, Karaganda, 56 Mira avenue, Candidate of Technical Sciences, professor of mine surveying and geodesy department, tel. (7212)72-26-65, e-mail: hmyrovae@mail.ru

Olga G. Besimbaeva

Karaganda state technical university, 100027, Kazakhstan Republic, Karaganda, 56 Mira St., associate professor of mine surveying and geodesy department, cand. tech. sci., tel. (7212)56-26-27, e-mail: bog250456@mail.ru

Nail F. Nizametdinov

Karaganda state technical university, 100027, Kazakhstan Republic, Karaganda, 56 Mira avenue, associate professor of mine surveying and geodesy department, cand. tech. sci., tel. (7212)56-26-27, e-mail: mdig_kstu@mail.ru

Elena А. Oleynikova

Karaganda state technical university, 100027, Kazakhstan Republic, Karaganda, 56 Mira avenue, Teacher of mine surveying and geodesy department, tel. (7212)56-26-27, e-mail: panasenkoelena@mail.ru

The article suggested the use of multi-system instrument with scanning function Multistation Leica Nova as a result, which you can get high-precision 3D scanning, the broadest possible instrument, digital images and GNSS connection. The revolutionary solution using the latest measurement technology to provide without reservation accuracy and quality, easy to use in an unprecedented range of applications.

Key words: modeling, software system, the database, model, cloud point, quarry, reservoir, crack, stocks.

Обеспечение устойчивости карьерных откосов - важная задача для эффективного и безопасного ведения горных работ. Современные способы наблюдений за происходящими геомеханическими процессами в бортах карьеров весьма разнообразны. Наиболее перспективными из них являются способы с использованием современного электронного оборудования.

Анализ полученных результатов наблюдений за сдвижением прибортовых массивов на примере карьера «Кентобе» выполнен на основе результатов измерений локальных участков карьера Кентобе. Для определения состояния устойчивости откосов уступов и бортов карьера необходимо произвести сравнение как минимум двух «сканов» локальных участков.

Технология лазерного сканирования становится неотъемлемой частью работы маркшейдерско-геодезических предприятий за счет получения в кратчайшие сроки полной и достоверной информации о деформациях, оползнях и обрушениях на основе цифровой модели карьера.

На горнодобывающих предприятиях маркшейдерская служба должна внедрять современные методы контроля и проведения геомониторинга за состоянием устойчивости бортов карьеров. Как говорил один из выдающихся стратегов «кто предупрежден, тот вооружен», и, исходя из этого принципа, были созданы технологии на базе использования современных маркшейдерско-

геодезических приборов, позволяющие осуществлять мониторинг объектов с высокой точностью в реальном времени для предупреждения различного рода катастроф и аварий [3].

Производство инструментальных наблюдений на карьере имеет важное значение для безопасной отработки месторождения полезного ископаемого.

Инструментальный контроль состояния прибортовых и отвальных массивов на карьере «Кентобе» с использованием лазерного сканера необходимо проводить не реже 2-ух раз в год в соответствии с маркшейдерской инструкцией. При обнаружении деформации массива инструментальные наблюдения должны выполняться ежедневно, изменение скорости движения массива в сторону уменьшения позволит пересмотреть периодичность наблюдений [1].

На карьере «Кентобе» использовался Тахеометр Leica NOVA MS50 (рисунок 1) новый высокоточный сканирующий тахеометр, реализующий полный функционал тахеометра + возможность фотографирования + 3D сканирование.

Принцип работы использованного лазерного сканера аналогичен принципу работы безотражательного электронного тахеометра и заключается в измерении времени прохождения лазерного луча от излучателя до отражающей поверхности и обратно до приёмника. Путём деления этого времени на скорость распространения лазерного луча определяется расстояние до объекта.

Для производства работ не нужен непосредственный доступ к объекту, не нужны отражатели или другие приспособления, необходима лишь прямая видимость. Конечно, любой объект не будет виден целиком с одной точки. Чем сложнее поверхность, тем больше нужно точек, с которых будет производиться сканирование.

Leica Nova MS50 совмещает обычную съемку с возможностью создания 3D облаков точек. Технология позволяет собирать и визуализировать данные топосъемки и создавать детальные высокоточные сканы.

Рис. 1. Производство сканирования локальных участков карьера Кентобе

Полная автоматизация процесса съемки. Наличие камеры обзора и оптического 30-кратного увеличения с автоматической фокусировкой позволяет получать непрерывный видеопоток в реальном времени с высочайшим качеством

изображения. MS50 обладает широкоугольным объективом, что делает его незаменимым для мониторинга широко разнесенных объектов городской застройки. Программа позволяет производить съемку по заданным заранее точкам, после чего программное обеспечение, интегрированное в тахеометр, обработает данные и автоматически построит модель.

Leica Nova MS50 интегрирует облако точек 3D измерений в стандартный технологический поток съемочных операций. Это позволяет накапливать и визуализировать данные топографической съемки совместно с подробными высокоточными сканами. Благодаря контролю данных на целостность и достоверность экономятся время и средства средства на повторные полевые съемки.

Методика выполнения измерений с помощью лазерного сканера производится в следующей последовательности:

а) устанавливают тахеометр (лазерный сканер) над опорным пунктом с известными координатами;

б) центрируют на точку с использованием оптического центрира;

в) горизонтируют прибор благодаря встроенному электронному компенсатору, который значительно повышает точность горизонтирования;

г) выполняют настройку лазерного сканера;

д) вводят название и координаты точки стояния сканера, высоту инструмента;

е) название и координаты точки ориентирования сканера;

ж) выполняют ориентирование прибора;

з) заходят в режим измерения программы, где выделяют область сканирования прибора и производят запуск измерения.

Получение цифровой модели прибортовых массивов карьера возможна благодаря использованию программного комплекса «MaptekI-SiteStudio», где вычисляются значения элементов залегания трещин: азимута простирания, углов падения и размеров породных блоков. При этом цифровая модель содержит полную информацию о прибортовом массиве горных пород. Используя программу по обработке данных трещиноватости пород, выделяются системы трещин, размеры блоков для использования их в паспорте прочности применительно к массиву.

Используя такую модель, возможно создание любых сечений, моделей отдельно взятых элементов и измерение любых геометрических параметров. И, конечно, составление обычных топографических планов.

Результаты локального участка на карьере «Кентобе» (рис. 2).

Получаемые с каждой сканпозиции облака точек объединяются в единую систему координат, в результате чего формируется единая высокодетальная точечная трехмерная модель карьера. Предварительная обработка данных начинается с фильтрации данных, т.е. удаляются точки, не принадлежащие моделируемому объекту съемки. Для этого используются различные фильтры. После проведения фильтрации данных строится цифровая модель рельефа в виде то-поповерхности представленной сетью треугольников.

а)

б)

Рис. 2. Станция 1 для северо-западного борта: а) фото северо-западного борта сделанное сканером; б) облако точек северо-западного борта

Конечным результатом сканирования является трехмерная модель, которую можно рассмотреть со всех сторон: наклонить, покрутить вокруг своей оси, передвигать, масштабировать и т.д. Благодаря интегрированной фотокамере совместно со сканированием ведется фотосъемка объекта, что позволяет раскрасить создаваемую модель карьера в реальные цвета.

Полученные с одних и тех же точек в разные промежутки времени сканы сопоставляются друг с другом, на основании чего делаются выводы о динамике происходящих деформационных процессов, откосов уступов и бортов карьера. Такой подход позволит разработать новый способ обнаружения смещений отдельных участков горного массива прибортовых массивов на карьере.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Методические указания по наблюдениям за деформациями бортов, откосов уступов и отвалов на карьерах и разработке мероприятий по обеспечению их устойчивости. Согласованы приказом Комитета по государственному контролю за чрезвычайными ситуациями и промышленной безопасностью Республики Казахстан от «22» сентября 2008. № 39;

2. Инструкция по наблюдениям за сдвижением горных пород, земной поверхности и подрабатываемыми сооружениями на угольных и сланцевых месторождениях. - М.: «Недра», 1989.

3. Проект разработки месторождения «Кентобе» по доработке запасов руды в проектных контурах карьера согласно показателям Рабочей программы к Контракту недропользования// Челябинск, 2012.

© Ф. К. Низаметдинов, Е. Н. Хмырова, О. Г. Бесимбаева, Н. Ф. Низаметдинов, Е. А. Олейникова, 2016