CC BY
249
УДК 634.722:581.4
МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ПОРОДНЫХ ОТВАЛОВ УГОЛЬНЫХ ШАХТ
Д. О. Прохоров
Изложены основные положения методики определения геометрических параметров породных отвалов угольных шахт с использованием картографического веб-сервиса и ГИС технологий на примере террикона шахты Западно-Щекинская 17-бис.
Ключевые слова: терриконы, отвалы, рекультивация, геометрические параметры, цифровая модель.
Промышленная добыча бурого угля в Подмосковном угольном бассейне началась в 20-х годах прошлого века. Максимальная добыча в бассейне была достигнута в шестидесятые годы - более 40 млн тонн в год. Добыча в основном была сосредоточена в Тульской области. Помимо угля шахты выдавали на поверхности пустые породы в объеме порядка 10-20 % от добычи. На территории Тульской области располагалось более 130 действующих шахт, возле каждой из которых вырастали терриконы. За период с 1929 по 1994 годы, на территории Подмосковного бассейна, накопился большой объем пустой породы - примерно 160-180 млн м , который занимает более 500 га земельных угодий, а с учетом ареалов загрязнений - 5-6 тыс. га. Терриконы шахт Подмосковного угольного бассейна представляют собой серьезную экологическую проблему, решением которой надо заниматься безотлагательно [1, 2, 3].
Кроме отчуждения огромных площадей земельных угодий породные отвалы угольных шахт являются экологически опасными объектами, т.к. под влиянием ветровой и водной эрозии негативно воздействуют на окружающую среду, прежде всего на почву, воздушный и водный бассейны. Изменение и преобразование природных ландшафтов - это еще одна проблема, возникающая из-за складирования пустых пород угольных шахт на дневной поверхности.
Особая важность вопроса создания малозатратных и эффективных методов определения геометрических параметров породных отвалов связана с тем, что угольные шахты закрыты, а рекультивационные или кон-сервационные мероприятия на отвалах не проведены. Рано или поздно в каждом конкретном случае будет необходимо определять методы борьбы с негативным влиянием терриконов на окружающую среду (полная разборка, рекультивация или консервация террикона) или выбирать технологию разборки террикона, направления рекультивации или способ консервации, при этом надо основываться, прежде всего, на данных о геометрических характеристиках породных отвалов.
Основными направлениями рекультивации земель, занятых терриконами угольных шахт, являются природоохранное и лесохозяйственное, реже сельскохозяйственное и рекреационное. На выбор направления рекультивации влияет множество причин и параметров. Геометрические параметры терриконов являются одними из решающих при выборе направления восстановления земель. Определение геометрических параметров терриконов угольных шахт также необходимо для разработки проекта восстановления земель от негативного влияния размещения на них породных отвалов [4, 5].
Помимо экологии, проблемы терриконов угольных шахт занимают особое место в таких сферах как: землеустройство и кадастр (определение границ терриконов и нарушенных вокруг них земель, контроль изменений этих границ), горная промышленность (в качестве потенциальных техногенных месторождений, использование пород терриконов в качестве закладочного материала для выработанного пространства карьеров при их рекультивации).
При определении геометрических параметров терриконов нельзя останавливаться на углах откосов, высотах, площадях и объемах отвалов, необходимо создавать цифровые модели терриконов, что даст возможность комплексно подходить к выбору технологий и методов борьбы с негативным влиянием породных отвалов угольных шахт на окружающую среду.
Построение цифровых моделей терриконов достаточно сложная задача и ее решение традиционными геодезическими методами потребует значительных финансовых затрат и займет длительное время. На начальном этапе у использования для этих целей современных ГИС технологий и картографических веб-сервисов нет альтернативы.
Опыт реализации подобных задач с помощью картографического сервиса Google Earth есть в Донецке и Луганске [6, 7, 8].
Для реализации методики определения геометрических параметров породных отвалов угольных шахт мы предлагаем свой подход в использовании картографического сервиса Google Earth [9], и для построения поверхностей участков местности, на которых расположены терриконы, используем программу Surfer от компании Golden Software.
Методика определения геометрических параметров породных отвалов угольных шахт состоит из пяти основных этапов.
Рис. 1. Этапы создания цифровой модели породного отвала
Первый этап - это работа с картографическим сервисом Google Earth, а именно:
1. Построение контура породного отвала с определением координат точек контура. На спутниковом снимке террикона по его контуру с помощью инструмента «Полигон» строится многоугольник. При сохранении данных многоугольника формируется KML-файл, в котором содержаться определенные координаты точек контура террикона.
2. Определение координат и высот точек поверхности породного отвала и прилегающей к нему территории. На спутниковом снимке террикона производится построение необходимого количества окружностей с помощью инструмента «Круг». Окружности строятся как вокруг контура террикона, так и внутри. При сохранении данных окружностей формируется KML-файл, в котором содержаться координаты и высоты точек окружностей, т.е. координаты и высоты точек поверхности террикона и прилегающей к нему местности.
Рис. 2. Построение контура породного отвала шахты Западно-Щекинская 17-бис и определение координат и высот точек
поверхности
На втором этапе данные полученных KML-файлов преобразуются для построения поверхностей:
1. Из точек окружностей по известным координатам в сравнении с координатами точек многоугольника контура террикона выделяются точки принадлежащие поверхности террикона.
2. Точки, не вошедшие в контур террикона, используются для построения поверхности прилегающей к террикону местности.
Учитывая, что по данным спутниковых снимков при резком перепаде высот точек местности на небольшой площади высоты определяются с искажениями, на третьем этапе необходимо произвести масштабирование высот точек поверхности террикона. Для этого надо иметь снимки отвала сбоку. На таких снимках определяются: горизонтальные расстояния между известными точками (эти точки должны быть видны на спутниковом снимке) основания террикона; вертикальные расстояние от подошвы террикона до его вершины. Сопоставление горизонтального расстояния между точками основания террикона на спутниковом снимке с расстоянием между теми же точками на снимке сбоку и определение высоты террикона на снимке сбоку позволяет рассчитать коэффициент масштабирования для корректировки высот точек поверхности породного отвала, полученных в Google Earth.
Рис. 3. Боковой снимок отвала шахты Западно-Щекинская 17-бис с измерениями для расчета коэффициента масштабирования
Четвертый этап заключается в построении ЗБ-поверхностей террикона и прилегающей к террикону местности в используем программе Surfer.
Рис. 4. ЗБ-поверхность террикона
На пятом этапе получаем информацию об объеме и площади поверхности породного отвала путем вычитания ЭБ-поверхности прилегающей к террикону местности из ЭБ-поверхности террикона.
Volumes!
n
Z Scale-Factor: ->
H
Total-Volumes-t>y:l
H
Trapezoidal-Rule: Simpson's-Rule: -» Simpson's-3/8-Rule: -»
H
Cut-fc-Fill-Volumesl
H
Pos iti veVolu me{Cirt]: -» Negative-Volume-[Fill]: Net Volume [Cut-Fill] H
n
Areasf
n
Planar-Areas!
H
Positiveflanar Area [Cut]: Negative-Planar- Area- [Fill]: ■■ Blanked-Planar-Area: ■ -» Total Planar-Area: ■ -»
H
Surface-Areasi
H
Positive-Surface-Area[Cut] :■ Negative-Surf ace-Area-[Fill]: 1
11
568029.926774341 568064.372010971 568065.153924671
596480.730893911 28452..Э753667411 568027.75552717*[
■ 47473.1518443531 >12014.2031556481 01
60287.3550000021
«49993.1095777231 -13033.8637796241
Рис. 5. Фрагмент отчета о вычислении объема террикона
Такой подход позволяет не только производить анализ экологической обстановки на территориях расположения терриконов, но и дает ценную информацию для оценки геомеханических ситуаций при проектировании рекультивационных мероприятий с целью выбора оптимальных технологий [10].
Список литературы
1. Проблемы экологической безопасности освоения месторождений при подземной добыче угля / Н.М. Качурин, А.П. Соломатин, Л.Л. Рыбак, В.Л. Рыбак // Известия Тульского государственного университета. Сер. Науки о Земле. Вып. 2. 2012. С. 17-Э1.
2. Экологически рациональное освоение угольных месторождений / В.И. Сарычев, В.В. Факторович, Е.К. Мосина, Л.Л. Рыбак // Известия Тульского государственного университета. Сер. Науки о Земле. Вып. Э. 2014. С. 22-Э0.
3. Породные отвалы угольных шахт России / С.З. Калаева, С.М. Богданов, Н.О. Лукин, А.А. Огер. // Известия Тульского государственного университета. Сер. Науки о Земле. Вып. 1. 2016. С.Э-2Э.
4. Тимакова М.С. Историко-географические особенности и современные проблемы развития Подмосковного угольного бассейна (на примере территории Тульской области). Известия Тульского государственного университета. Сер. Науки о Земле. Вып. 2. 201Э. С.1Э6-146.
69
5. Соколов Э.М., Качурин Н.М., Мелехова Н.И. Рекультивация отвалов отработанных шахт подмосковного бассейна. Известия Тульского государственного университета. Сер. Науки о Земле. Вып. 1. 2010. С.102-105.
6. Гавриленко Ю. Н., Гавриленко Д. Ю., Карпова Е. А. Создание кадастра терриконов угольных шахт на основе ГИС и Интернет технологий. Разработка рудных месторождений, Кривой Рог, 2011. № 94. С. 128 - 134.
7. Харламов А. В. Оценка площадей терриконов по данным спутниковых снимков. Сборник трудов международной научной конференции, №11, Луганск, 2011. С. 24-29.
8. Бураков О.В., Адамов В.Г. Компьютерная система оценки параметров породных отвалов. - Режим доступа: http:// www.sworld.com.ua/ konfer37/732.pdf.
9. Официальный сайт приложения Google Earth. - Режим доступа: http://www.google.ru/intl/ru/earth/.
10. Прохоров Д. О. Геомеханическое обеспечение горных работ при рекультивации терриконов угольных шахт. Известия Тульского государственного университета. Сер. Науки о Земле. Вып. 1. 2016. С. 163-171.
Прохоров Дмитрий Олегович, канд. техн. наук, [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет
METHOD OF DETERMINING GEOMETRIC PARAMETERS OF WASTE DUMPS
OF COAL MINES
D.O. Prokhorov
Fundamentals of methodology of determination of geometric parameters of waste dumps of coal mines with use of web mapping services and GIS technologies on the example of the mine waste heaps Zapadno-Shchekinskaja 17-bis.
Key words: waste heap, dump, reclamation, geometrical parameters, digital model.
Prokhorov Dmitrii Olegovich, candidate of technical science; [email protected], Russia, Tula, Tula State University
Reference
1. Problemy jekologicheskoj bezopasnosti osvoenija mestorozhde-nij pri podzemnoj dobyche uglja / N.M. Kachurin, A.P. Solomatin, L.L. Rybak, V.L. Rybak // Izvestija Tul'skogo gosudarstvennogo universite-ta. Ser. Nauki o Zemle. Vyp. 2. 2012. S. 17-31.
2. Jekologicheski racional'noe osvoenie ugol'nyh mestorozhde-nij / V.I. Sarychev, V.V. Faktorovich, E.K. Mosina, L.L. Rybak // Izve-stija Tul'skogo gosudarstvennogo univer-siteta. Ser. Nauki o Zemle. Vyp. 3. 2014. S. 22-30.
3. Porodnye otvaly ugol'nyh shaht Rossii / S.Z. Kalaeva, S.M. Bogdanov, N.O. Lukin, A.A. Oger. // Izvestija Tul'skogo gosudarstven-nogo universiteta. Ser. Nauki o Zemle. Vyp. 1. 2016. S.3-23.
4. Timakova M.S. Istoriko-geograficheskie osobennosti i sovre-mennye problemy razvitija Podmoskovnogo ugol'nogo bassejna (na primere territorii Tul'skoj oblasti). Izvestija Tul'skogo gosudar-stvennogo universiteta. Ser. Nauki o Zemle. Vyp. 2. 2013. S.136-146.
5. Sokolov Je.M., Kachurin N.M., Melehova N.I. Rekul'tivacija otvalov otrabotannyh shaht podmoskovnogo bassejna. Izvestija Tul'-skogo gosudarstvennogo universiteta. Ser. Nauki o Zemle. Vyp. 1. 2010. S.102-105.
6. Gavrilenko Ju. N., Gavrilenko D. Ju., Karpova E. A. Sozdanie kadastra terrikonov ugol'nyh shaht na osnove GIS i Internet tehno-logij. Razrabotka rudnyh mestorozhdenij, Krivoj Rog, 2011. № 94. S. 128 - 134.
7. Harlamov A. V. Ocenka ploshhadej terrikonov po dannym sputnikovyh snimkov. Sbornik trudov mezhdunarodnoj nauchnoj konfe-rencii, №11, Lugansk, 2011. S. 24-29.
8. Burakov O.V., Adamov V.G. Komp'juternaja sistema ocenki pa-rametrov porod-nyh otvalov. - Rezhim dostupa: http:// www.sworld.com.ua/konfer37/732.pdf.
9. Oficial'nyj sajt prilozhenija Google Earth. - Rezhim dostupa: http://www.google.ru/intl/ru/earth/.
10. Prohorov D.O. Geomehanicheskoe obespechenie gornyh rabot pri rekul'tivacii terrikonov ugol'nyh shaht. Izvestija Tul'skogo gosudarstvennogo universiteta. Ser. Nauki o Zemle. Vyp. 1. 2016. S. 163-171.
УДК 631.483
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПОДМОСКОВНОГО УГЛЯ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ОРГАНИЧЕСКИХ УДОБРЕНИЙ, СНИЖАЮЩИХ СОДЕРЖАНИЕ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В РАСТЕНИЯХ
В.П. Сафронов, В.В. Матыченков, Е.А.Бочарникова, С.И.Носенко
Одним из наиболее распространенных направлений повышения плодородия почв является внесение гуминовых веществ. Гуматы получают путем щелочной экстракции из различных углерод содержащих соединений. В качестве активной формы органического вещества бурый уголь может быть использован непосредственно. Повышенное содержание в угле некоторых загрязняющих веществ можно снизить путем смешивания бурого угля и концентрированной монокремниевой кислоты, что приводит к образованию кремний-органического препарата, оказывающего положительное воздействие не только на рост растений, но и на снижение подвижности таких тяжелых металлов как свинец и ртуть непосредственно в почвенной матрице.
Ключевые слова: уголь, углерод, кремний, свинец, ртуть, кукуруза, подсолнечник.
Развитие продуктовой базы России с целью замещения импорта предполагает увеличение производства отечественных сельскохозяйственных продуктов. Для эффективного производства продуктов земледелия требуется плодородная почва. Одним из наиболее распространенных направлений повышения плодородия почв является внесение гуминовых ве-
