CC BY
34
© Я. Бялек, В. Сокола-Шевела, К. Опалка, 2006
УДК 621.317.7
Я. Бялек, В. Сокола-Шевела, К. Опалка
ЛАЗЕРНАЯ СИСТЕМА ДИСТАНЦИОННОГО НЕПРЕРЫВНОГО ИЗМЕРЕНИЯ СМЕЩЕНИЯ ТОЧЕК ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ*
Семинар № 2
Горнопромышленная деятель-
ность приводит к нарушению окружающей среды. В случае ведения подземной разработки возникают гео-механические превращения мас-сива горных пород и земной поверхности. С целью изучения хода этого процесса, а также более точного прогнозирования последствий разрабатываемой эксплуатации производится измерение деформации. Этот вопрос становится особенно важным, когда наряду с эксплуатацией наблюдается сейсмическая активность массива горных пород. Тогда, существующие до сих пор, способы геодезического измерения деформации являются недостаточными. Только применение современных способов и измерительных технологий позволяет расширить диапазон исследований и добиться достаточного количества наблюдений. За последний период времени разработано ряд новых решений, использующих лазерную технику [2, 3, 4, 5].
Институтом геотехнологии, геофизики горного дела и экологии промышленных зон, в рамках реализуемой в настоящее время исследовательской работы, целью которой является поиск зависимости между распределением дефор-
мации земной поверхности, а регистрированным уровнем сейсмической активности, индуцированной горными разработками, разработана лазерная система дистанционного непрерывного измерения смещения точек земной поверхности [1, 2]. Полученные с помощью системы результаты исследований, из-за их непрерывности в длительном промежутке времени, могут также послужить для повышения точности прогнозирования смещений и деформаций земной поверхности в районах эксплуатации, проводимой в условиях повышенной сейсмической активности.
Статья содержит описание системы и ее применение.
1. Лазерная система дистанционного непрерывного измерения смещения точек земной поверхности
При исследовании деформаций земной поверхности большое значение имеют непрерывные наблюдения, проводимые в длительном промежутке времени, позволяющие определять абсолютные векторы смещений точек земной поверхности, особенно в районах эксплуатации, проводимой в условиях повышенной сейсмической активности.
*Научно-исследовательская работа финансирована из средств Научно-исследовательского Комитета, реализована в период 2004-2007 гг. в качестве исследовательского проекта.
передающая станция приемная станция
Рис. 1. Система непрерывного измерения смещений точек
Институтом разработана технология и построен прототип установки использующей лазерную технику, которая вместе с видеозаписью создает систему, позволяющую проводить с больших расстояний непрерывное наблюдение за смещением точки земной поверхности подвергнутой влиянию горных разработок. Система состоит из двух секций (рис. 1).
Первую секцию, которая является передающей станцией, составляет лазерная установка, состоящая из лазерного устройства генерирующего излучение в диапазоне видимого света и с соответственно спроектированной оптической системы, обеспечивающей требуемую сходимость и круговую форму пучка на расстоянии в пределах от 500 м до 650 м. На расстоянии 650 м максимальный диаметр светового пятна составляет 13 мм. Установка обеспечивает также требуемую плотность мощности пучка. Возможна плавная регулировка мощности лазерного устройства. Лазерное излучение генерируется непрерывно. На оснащение установки складывается: труба, наводящие винты, сцепные болты а тоже трехконечник, позволяющий наводить трубу на приемник. Лазерная установка изображена на рис. 2. Кожух устройства обеспечивает безаварийную
Рис. 2. Лазерная передающая станция
работу станции в местных условиях.
Вторая секция, которую составляет приемная станция (рис. 1, 3), представляет собой систему детектирования лазерного пятна, состоящую из камеры ССD с разрешающей способностью 1280x1024, взаимодействующей с компьютером. Совместная работа камеры с компьютером осуществляется про-
граммным путем и не требует устройств сопряжения в виде контроллеров. Работает под управлением системы Windows 9x, Windows 2000. Детектирование нейтрального положения пятна происходит аппаратным путем. Существует возможность изменять параметры камеры и изображения в пределе: времени экспозиции, аналогового усиления, яркости, баланса белого цвета а также гаммы коррекции. Камера ССD в месте с экраном для наблюдений помещены в кожух, оснащенный крепящим зажимом, обеспечивающим соответствующие ус-
Рис. 3. Приемная станция - детектирование положения пятна
ловия детектирования пятна. Камера может работать в переменных условиях окружающей среды. Габаритные размеры экрана соответствуют виду применяемой камеры а также пределу измерения и составляют 450x450 мм. Применяется компьютер класса Pentium PC со станцией СD, жестким диском, портом USB и сетевой платой. Регистрация положения пятна происходит с помощью раз-работанной Институтом программы ЯШЕБТЯАГОК (РЕГИСТРАТОР) (рис. 3, 4). Эта программа позволяет изображать положение пятна на графике в табличном виде и в виде записи результатов измерений в дисковую память. Позволяет тоже изменять частоту детектирования положения, промежутка времени записи результатов измерений в дисковую память, а также основных параметров представления результатов наблюдений. По ходу регистрации программа автоматически генерирует график последних 24 часов измерений. Программа разработана на основе среды программирования Delрhi. Регистрация положе-
ния пятна происходит по местной схеме в пиксельной системе а затем результат пересчитывается в метрическую систему. Запись происходит автоматически. Формат записи обеспечивает полное использование результатов в стандартных вычислительных программах.
Приемная станция расположена на поверхности, непосредственно в рай-оне проводимой рудничной эксплуатации.
2. Применение лазерной системы непрерывного измерения смещений точек земной поверх-ности
Исследования деформации охватывают район проводимой на угольной шахте „Халемба” эксплуатации лавой 6 пласта 415/1. Длина лавы составляет 285 м, а длина выемочного участка 1070 м. Разрабатывается пласт мощностью до 3,5 м при оставлении слоя в почве толщиной около 0,9 м, на средней глубине около 600 м, системой разработки лавами с выемкой по простиранию пласта с обрушением кровли. Этот участок принадлежит к III
Data Czas Pomiai Y Pomiar X
1 06-01-14 15:57:12 158 605
2 06-01 14 15:57:13 155 Btife
3 06-01-14 15:57:13 150 602
4 06-01 14 15:57:14 153 БОЇ
5 06-01-14 15:57:14 155 603
В ОБ 01 14 15:57:15 152 596
7 06-01-14 15:57:15 148 601
8 06 01 14 15:57:16 150 607
Э 06-01-14 15:57:16 160 604
10 06 01 14 15:57:17 152 602
11 06 01 14 15:57:17 154 605
12 06-01-14 15:57:18 153 605
13 06-01 -14 15:57:18 156 607
14 06-01-14 15:57:19 152 604
15 06-01 14 15:57:19 148 БОО
16 06-01-14 15:57:20 153 602
17 ОБ 01 14 15:57:20 150 Б05
18 06-01-14 15:57:21 150 602
19
20 06-01-14 15:56:57 154 609
21 06-01 14 15:56:57 150 604
22 06-01-14 15:56:58 153 608
23 06 01 14 15:56:58 156 607
24 06 01 14 15:56:59 155 609
25 06-01-14 15:56:59 151 605
26 06-01 -14 15:57:00 156 Б05
27 06-01-14 15:57:00 154 608
28 06-01 14 15:57:01 152 БОБ
29 06-01-14 15:57:01 147 609
30 ОБ 01 14 15:57:02 148 Б04
31 06-01-14 15:57:02 152 604
32 ОБ 01 14 15:57:03 153 БОЗ
33 06-01-14 15:57:03 150 599
34 06-01 14 15:57:04 152 604
35 06-01-14 15:57:04 153 600
30 06-01-14 15:57:05 155 604
37 06-01 -14 15:57:05 152 602
1529
О точка линии наолюдения @ nocrGPS
Plik Konfiguracja Pomoc
Hejestruj I Zakoncz
аги I Podglad plar
Рис. З. Схема сети наблюдения
степени опасности по горным ударам и характеризуется высоким уровнем индуцированной сейсмичности. Пласт падает в южном направлении под углом 7. Зона, в которой проводятся исследования, расположена в г. Руда Сленска Верхнесилезского угольного бассейна.
Разработанная лазерная система непрерывного измерения используется для проведения комплексных наблюдений деформации земной поверхности в районе эксплуатации рассматриваемой лавы. Проводимые исследования включают также периодические измерения геодезическим способом оседаний и горизонтальных смещений вдоль наблюдательных линий.
Наблюдательная сеть составляет систему двух перпендикулярных наблюдательных линий, состоящих из 52 измерительных точек. Линия располо-
жена вдоль передвигания очистного забоя, содержит Зб точек. Линия, перпендикулярная к ней, состоит из 16 точек.
Вертикальные съемки производятся способом точного нивелирования, используя кодовые нивелиры.
С целью определения абсолютных векторов смещений горизонтальных точек периодически выполняются линейно-угловые измерения точек сети наблюдения и точек ситуационного примыкания с помощью электронных тахеометров. Для определения координат точек примыкания периодически используется технология GPS. Частота наблюдений соответствует скорости под-вигания фронта очистных работ. Схема сети наблюдений представлена на рис. 5.
Непрерывные наблюдения осуществляются с помощью описанной в главе 2 лазерной системы дистанционного из-
мерения смещения точек земной поверхности. Передающая станция (рис. 6) расположена за пределами влияния горных разработок в околоствольной выработке в районе охранного целика шахтных стволов Северный I, Северный II, угольной шахты «Халемба». Вторая секция, которую составляет приемная станция, расположена на поверхности непос-редственно в районе влияния горных работ (рис. 7).
Очистные работы, проводимые в районе наблюдаемой лавы 6 начались 21.12.2004 года. Измерения при помощи описываемой системы начались в феврале 2005 года. Определены параметры детектирования пятна, частота регистрации положения пятна 4 Гц а с начала
файл. Табличное представление определено для 70-ти измерений. До начала наблюдений, как и по их ходу, определяется высоту точки передающей и приемной станций. Периодически проводится контроль соответствия результатов детектирования с результатами геодезических съемок. Одновременно регистрируются погодные условия, в том числе температура, осадки, влажность, давление и облачность.
Замечена некоторая суточная периодичность изменений регистриро-ванных значений, которая связана с термическими факторами но они не влияют на изменение окончательного смещения точки.
На рис. 8 представлен график, на ко-
Вертикальное смещение при отсутстсвии зарегистрированной сейсмической - 05.12.2005
время
Рис. 8. Вертикальное смещение точки - отсутствие регистрированной сейсмической активности
июня 2 Гц а также 2-х минутный ин- тором показаны результаты детек-
тервал записи результатов измерений в тирования вертикального смещения
Рис. 6. Передающая станция - расположена на объекте
во время наблюдений проводимых 05.12.2005 года при отсутствии зарегистрированной сейсмической активности. Отмеченные максимальные значения амплитуд смещений составляют около +/-5 пикселей. Влияние условий
рабочей среды учитывалось во время обработки результатов измерений.
Наблюдаемые результаты детектирования, полученные в промежутках времени, в которых произошли толчки со значительной силой, показывают значительные величины ампли-туд смещений. После завершения толчка детектирование пятна возвра-щает к пределу амплитуд, который имел место до его появления.
Результаты наблюдений показывают оседание точки на значения, сопоставляемые со значениями, полученными при нивелировке. В период регистрации до 05.12.2005 года установлено оседание точки, составляющее около 124 мм. В настоящее время выполняется основная часть измерений связанная с приближением и затем переходом фронта очистных работ в район лавы 6 прямо под приемной станцией.
Рис. 7. Приемная станция - расположена на местности
3. Резюме
В статье изложена, разработанная Институтом геотехнологии, геофизики горного дела и экологии промышлен-ных зон Силезского политехнического института в г. Гливице, лазерная сис-тема дистанционного измерения смещений точек земной поверхности.
Полученные результаты измерений проводимые на местности с помощью предметной системы показывают их соответствие с результатами геодезичес-ких съемок, что подтверждает обосно-
ванность ее использования для исследования деформации земной поверхности. Возможность идентифицировать время появления толчка обосновывает применение системы для исследования деформации земной поверхности с целью определения зависимости между регистрированной сейсмической активностью массива горных пород и распределением деформации земной поверхности.
Результаты исследований особенно могут способствовать повышению точности прогнозов смещений и деформаций земной поверхности в условиях повышенной сейсмической активности.
1. Bialek J., Sokola-Szewiola V., Opalka K.: Badania deformacji powierzchni terenu w rejonach eksploatacji prowadzonej w warunkach wysokiej aktywnosci sejsmicznej. V konferencja Naukowo-Techniczna. Ochrona Srodowiska na Terenach Gorniczych. Szczyrk, 2-4.06.2004.
2. Bialek J., Sokola-Szewiola V., Opalka K.: Giggle pomiary przemieszczen punktow powierzchni terenu w rejonach eksploatacji prowadzonej w warunkach wysokiej aktywnosci sejsmicznej. XI Mi^dzynarodowe Sympozjum „Geotechnika-Geotechnics 2004” Gliwice - Ustron. 2004.
3. Bochenek W., Passia H., Szade A.,
Kawala A., Sobaszek W.: Nowe metody
monitoringu wplywow eksploatacji gorniczej na wysokie obiekty na powierzchni. VIII Dni Miernictwa Gorniczego i Ochrony Terenow Gorniczych. GIG Katowice, Ustron 2005.
4.Jaskowski W., Pielok J.: Wyniki i aktulane
kierunki prac naukowo-badawczych
realizowanych w Zakladzie Geodezji Gorniczej AGH. Geodezja, t.9, z 2/1. Krakow 2003.
5.Jozwik M., Jaskowski W., Korbiel T.: Wyznaczenie parametrow dynamicznych wysokich obiektow i mostow z quasi-ci^glych pomiarow geodezyjnych. Geodezja, t.9, z 2/1. Krakow 2003.
— Коротко об авторах ---------------------------------------
Ян Бялек - доктор технических наук, профессор,
Виолетта Сокола - Шевела - кандидат технических наук, Кжиштоф Опалка - кандидат технических наук,
Силезский политехнический институт в г. Гливице, Польша
-------------------------------------------- © В.В. Руденко, Ю.А. Павлова,
2006
УДК 622.693.25:622.342.13.002.2 В.В. Руденко, Ю.А. Павлова
ВЛИЯНИЕ ИННОВАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ПЕРЕРАБОТКИ ТЕХНОГЕННЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ЗОЛОТОНОСНЫХ ПЕСКОВ НА ПОЛНОТУ И КАЧЕСТВО ИЗВЛЕЧЕНИЯ ИХ ЗАПАСОВ
Семинар № 2
Яепрерывное увеличение объёмов горного производства в течение десятков лет привело к образованию огромной массы отходов в виде отвалов и хвостохранилищ. В настоящее время техногенные месторождения представляют собой значительный резерв пополнения минерально-сырьевой базы. Фактическая доля добычи золота
из техногенных запасов составляет около 30 %. Запасы золота в техногенных отвалах России составляет не менее 18 % от запасов рассыпного золота.
Свыше 50 % техногенных запасов золота сосредоточены в отработках гидромеханизированным способом и 45 % в дражных, в том числе и в остаточно-
