CC BY
28
УДК 622 + 550.3
ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ КОНТРОЛЯ ГЕОМЕХАНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ МАССИВОВ ГОРНЫХ ПОРОД
Владимир Иванович Востриков
Институт горного дела им. Н. А. Чинакала СО РАН, 630091, Россия, г. Новосибирск, Красный проспект, 54, кандидат технических наук, зав. лабораторией горной геофизики, тел. (383)205-30-30, доп. 117, e-mail: [email protected]
Никита Сергеевич Полотнянко
Институт горного дела им. Н. А. Чинакала СО РАН, 630091, Россия, г. Новосибирск, Красный проспект, 54, инженер лаборатории горной геофизики, тел. (383)205-30-30, доп. 314, e-mail: [email protected]
Андрей Сергеевич Трофимов
Управление Удачнинского ГОКа, 678188, Республика Саха, Мирнинский район, г. Удачный, зам. главного инженера, тел. (41136)5-34-12, e-mail: [email protected]
Андрей Анатольевич Потака
Управление Удачнинского ГОКа, 678188, Республика Саха, Мирнинский район, г. Удачный, ведущий инженер, тел. (41136)5-34-12, e-mail: [email protected]
В Институте горного дела СО РАН разработан и изготовлен экспериментальный вариант многоканального измерительного комплекса «Карьер - Л» для мониторинга геомеханического состояния массивов горных пород на карьерах алмазаносных трубок. Измерительный датчик построен на принципе лазерного измерения расстояний. Передача информации осуществляется по глобальной сети Интернет. Комплекс в режиме долговременного мониторинга прошел проверку работоспособности на руднике трубки «Зарница» в республике Саха. Приведены результаты мониторинга контролируемого участка «дневная поверхность -кромка борта». Анализ результатов показывает, что смещение массива на участке контроля делится на два этапа: смещение опорной точки, основного массива горных пород, которое зависит от уровня существенных дождевых осадков в осенний период года, и смещение кромки борта карьера, которое происходит при возникновении режима «замораживание -оттаивание - замораживание».
Ключевые слова: измерительный комплекс, массив горных пород, бортовой откос, геомеханическое состояние, карьер.
MEASUREMENT COMPLEX TO CONTROL GEOMECHANICAL STATE OF ROCK MASSES
Vladimir I. Vostrikov
Chinakal Institute of Mining SB RAS, 630091, Russia, Novosibirsk, 54 Krasny prospect, Ph. D., Head of Mining Geophysics Laboratory, tel. (383)205-30-30, extension117, e-mail: [email protected]
Nikita S. Polotnyanko
Chinakal Institute of Mining SB RAS, 630091, Russia, Novosibirsk, 54 Krasny prospect, Engineer, Mining Geophysics Laboratory, tel. (383)205-30-30, extension 314, e-mail: [email protected]
Andrey S. Trofimov
Administration of Udachninsky Mining Complex, 678188, Republic Sakha, Mirninsky raion, Udachny, Deputy Engineer-in-Chief, tel. (41136)5-34-12, e-mail: [email protected]
Andrey A. Potaka
Administration of Udachninsky Mining Complex, 678188, Republic Sakha, Mirninsky raion, Udachny, Leading Engineer, tel. (41136)5-34-12, e-mail: [email protected]
A prototype of multichannel measurement complex «Kar'er-L» is developed and manufactured at Chinakal Institute of Mining, SB RAS, to monitor geomechanical state of rock masses at diamond pipe open pit mines. The measurement sensor operates on the principle of laser distance measurement with data communication through global Internet. The measurement complex was tested at the long-term monitoring mode in «Zarnitsa» Mine, Republic of Sakha. The monitoring data on the experimental «daylight surface - pit wall edge» area are reported. According to the analytical evidence the displacement of the control rock mass develops at two stages: shift of are fer-ence point in a host rock mass due to season rain precipitation in autumn and displacement of the pit wall edge provided that «"freezing-thawing-freezing mode is in progress».
Key words: measurement complex, rock mass, slope pit wall, geomechanical state, open pit
mine.
Глубокие карьеры в прочных массивах горных пород, в частности, карьеры ал-мазаносных трубок, характеризуются блочно-иерархическим строением горного массива. Блоки разделены трещинами и расщелинами, размер ширины которых имеет диапазон значений от десятых долей сантиметров до нескольких десятков сантиметров. Система [1] состоит из центрального блока сбора информации и восьми измерительных узлов, связь между которыми осуществляется по радиоканалу. Система [2, 3] характеризуется малыми измерительными расстояниями, исчисляемыми несколькими сантиметрами. Передача информации оператору осуществляется по радиоканалу. Инструментальная система деформационного мониторинга [4] позволяет проводить измерения с большой базой, достигающей нескольких метров. Измерительные точки физически соединяются при помощи тросика, что не совсем удобно при развертывании системы и ее перестановки. Информация накапливается в блоке памяти, что требует ее обслуживания для съема данных.
Для регистрации геомеханического состояния таких сложно-построенных массивов горных пород с точки зрения обвалоопасности в Институте горного дела СО РАН разработан экспериментальный вариант многоканального измерительного комплекса под общим названием "Карьер-МТЛ", состоящий из трех систем: "Карьер-М", "Карьер-Т" и "Карьер-Л", отличающихся типом датчика. Каждая система может работать самостоятельно, в зависимости от поставленных задач, или же объединяться с использованием общих блоков. Все системы работали на карьерах "Удачный" и "Зарница" в жестких климатических условиях Крайнего Севера.
Для контроля устойчивости участка "дневная поверхность - кромка борта" северо-восточного борта карьера "Зарница" была применена система "Карьер - Л".
1. Введение
Разработка системы "Карьер - Л" определялась задачами контроля геомеханического состояния массивов горных пород на карьере "Зарница", прилегающих к борто-
вому откосу, в частности, опасных участков в обвалоопасном отношении в районе северо-восточного разлома.
В измерительной системе "Карьер - Л" реализован лазерный принцип измерения расстояния, основанный на импульсном методе. Система работает в автономном режиме. Передача информации осуществляется по радиоканалу в пункт сбора и обработки информации в г. Удачный.
В августе 2016 г. система в составе одного датчика была развернута на опасном участке дневной поверхности северо-восточного борта отм. + 425.
На участке карьера в северо-восточном направлении на дневной поверхности на границе с бортом выделяются три широкие трещины, которыми поверхность разделена на три характерных выступа, угол которых близок к 90°. Вид участка снизу представлен на рис. 1. Задача контроля устойчивости этого участка предопределила развертывание здесь измерительной станции "Карьер - Л" в составе одного датчика. Схема установки представлена на рис. 2. Расстояние Ь составило 13 011,5 мм.
Рис. 1. Обвалоопасный участок бортового откоса карьера «Зарница»
Лазерный датчик системы регистрирует подвижки границы "дневная поверхность - край борта" относительно основного массива горных пород, где установлен лазерный модуль. Эта точка принимается за точку отсчета.
Рис. 2. Схема установки датчика
2. Описание измерительного датчика системы "Карьер - Л". Функциональная схема измерительного датчика представлена на рис.3. Основу датчика составляет лазерный измеритель расстояния LEICA DISTRO 0110, для управления которым разработан модуль управления. Для исключения погрешности от температуры воздуха в лазерный датчик встроен датчик температуры. Период съема информации - 30 мин.
Рис. 3. Общая функциональная схема датчика
На фотографиях рис. 4 представлены отдельные компоненты установленной системы.
б
Рис. 4. Компоненты установленного датчика: а) мишень (отражатель); б) лазерный модуль
а
На рис. 5 приведен график показаний датчика за период 24.08.2016 по 5.10.2016. По оси ординат приведено не абсолютное значение расстояния, а его изменение. За этот период изменение расстояния составило 6,7 мм. При этом изменение температуры составило от 9°С до -13°С.
Нисходящая ветвь графика соответствует подвижке основного массива горных пород. Восходящая ветвь соответствует подвижке кромки борта, под действием режима "замерзание - оттайка", с последующей стабилизацией положения при замерзании.
Между карьером «Зарница» и Управлением ГОК в г. Удачный расстояние составляет около 30 км. Передача данных осуществляется при помощи GSM-связи.
О I-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1111--1-1-1-1--1-1-1-1--1-1—г
23.08.16 31.08.16 08.09.16 16.09.16 24.09.16 02.10.16
Дата Б (день, месяц, год)
Рис. 5. График результатов измерений за период 24.08.2016 по 5.10.2016
3. Заключение.
Система "Карьер - Л" в составе одного лазерного датчика была установлена на поверхности карьера "Зарница" в конце августа 2016 г. и включена в режим долговременного мониторинга. За период более чем месячной работы показал способность измерения деформаций массива горных пород и ее передачу в пункт сбора и обработки.
Результаты измерений контролируемого участка «дневная поверхность - борт» карьера на северо-восточном направлении показали, что смещения этого участка можно разделить на два этапа:
- достаточно малые смещения основного массива, 0,6 мм, определяемые повышением водонасыщенности слоя дневной поверхности от интенсивных дождевых осадков и его движение относительно границы вечной мерзлоты;
- существенные подвижки кромки борта, достигающие значений 7,5 мм, в период "замерзание - оттайка" горных пород.
Система "Карьер - Л" имеет несомненное удобство при развертывании - не надо протягивать физические линии связи между измерительными опорными точками, и передача информации осуществляется по радиоканалу.
Работа выполнена в рамках НИР проект: «Разработка методов и измерительных средств для создания комплексных мониторинговых систем геомеханико-геодинамической безопасности горнодобывающих предприятий Сибири. Геомеханика и физика формирования и развития очаговых зон катастрофических событий, разрушения горных пород в природных и горнотехнических системах».
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Димаки А. В., Псахье С. Г. Распределенная измерительная система для мониторинга смещений по границам раздела блочных сред на базе комплекса "Сдвиг 4МР" // ФТПРПИ. — 2009. — № 2, С. 110-117.
2. Востриков В.И., Ружич В.В., Федеряев О.В. Система мониторинга обвалоопасных участков бортов глубоких карьеров // ФТПРПИ. - 2009. - № 6, С. 118-127.
3. Vostrikov V.I., Oparin V.N. Multichannel Instrumentation System for Strain and Displacement Measurements, Proceeding of the 2009 International Symposium on Mechatronic and Biomedical Engineering and Applications. Taiwan, November 5, 2009, С. 13-17.
4. Борняков С. А., Салко Д. В. Инструментальная система деформационного мониторинга и ее апробация в кимберлитовом карьере // ФТПРПИ. - 2016. - № 2, С. 172-178.
© В. И. Востриков, Н. С. Полотнянко, А. С. Трофимов, А. А. Потака, 2017
