CC BY
102
УДК 622.1:622.271
МОНИТОРИНГ СОСТОЯНИЯ ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ НА ПОДРАБАТЫВАЕМЫХ ТЕРРИТОРИЯХ
Ольга Газисовна Бесимбаева
Карагандинский государственный технический университет, 100027, Республика Казахстан, г. Караганда, Бульвар Мира, 56, доцент кафедры маркшейдерского дела и геодезии, кандидат технических наук, тел. (7212)56-26-27, e-mail: bog250456@mail.ru
Елена Николаевна Хмырова
Карагандинский государственный технический университет, 100027, Республика Казахстан, г. Караганда, Бульвар Мира, 56, доцент кафедры маркшейдерского дела и геодезии, кандидат технических наук, тел. (7212)56-26-27, e-mail: hmyrovae@mail.ru
Валентина Владимировна Ефимова
Филиал РГКП «Казгеодезия» «Орталыкмаркшейдерия», 100027, Республика Казахстан, г. Караганда, ул. Чкалова, 8, маркшейдер 2-й категории, тел. (7212)41-51-90
Жадыра Алданыш
СООО Градостроительный Кадастровый центр г. Караганды, 100027, Республика Казахстан, г. Караганда, ул. Ленина 72/2, ведущий специалист, тел. (702)481-41-18
Вера Фаритовна Ярцева
Карагандинский государственный технический университет, 100027, Республика Казахстан, г. Караганда, Бульвар Мира, 56, магистрант кафедры маркшейдерского дела и геодезии, тел. (7212)56-26-27
В статье рассмотрены вопросы мониторинга состояния земной поверхности на подрабатываемых территориях путем создания системы постов наблюдательных станций и проведения серий инструментальных наблюдений.
Ключевые слова: оседания земной поверхности, наблюдательные станции, инструментальные наблюдения.
SYSTEM OF GEOMONITORING OF THE EARTH SURFACE ON UNDERMINED TERRITORIES
Olga G. Besimbaeva
Karaganda state technical university, 100027, Kazakhstan Republic, Karaganda, 56 Mira St., associate professor of Mine survey and geodesy department, cand. tech. sci., tel. (7212)56-26-27, e-mail: bog250456@mail.ru
Elena N. Khmyrova
Karaganda state technical university, 100027, Kazakhstan Republic, Karaganda, 56 Mira St., associate professor of Mine survey and geodesy department, cand. tech. sci., tel. (7212)56-26-27, e-mail: hmyrovae@mail.ru
Valentina V. Efimova
Branch of RGKP «Kazgeodezii» «Ortalykmarksheyderiya», 100027, Kazakhstan Republic, Karaganda, 8 Chkalov St., surveyor category 2, tel. (7212)41-51-90
Zhadyra Aldanysh
JLLC Town Planning Cadastre Centre of Karaganda, Kazakhstan, 100027, Karaganda, 72/2 Lenin St., a leading specialist, tel. (702)481-41-18, e-mail: zhadra.bota.90@mail.ru
Vera F. Yartseva
Karaganda state technical university, 100027, Kazakhstan Republic, Karaganda, 56 Mira St., master student of Mine survey and geodesy department, tel. (7212)56-26-27
The paper deals with the monitoring of the Earth's surface on the undermined territories through a system of observation posts and stations of the series of instrumental observations.
Key words: subsidence surface observing stations, instrumental observations.
Наиболее значимыми по опасности и интенсивности проявления на территории Карагандинской области являются инженерно-геологические процессы оседания земной поверхности за счет шахтной подработки и, частично, за счет осушения водоносных комплексов при шахтном водоотливе, а также подтопление участков г. Караганды, формирующиеся под действием комплекса природных и техногенных факторов [1].
Проявление процессов оседания земной поверхности происходит с различной активностью. Увеличение площади выработанных шахтных полей приводит к появлению новых мульд сдвижения и подтопленных участков [1]. По данным ведения мониторинга подземных вод интенсивно подтопленными являются северо-западный и северо-восточный районы города Караганды, ориентированные на подработанных полях ш. им. Кузембаева и ш. им. Костенко. Поэтому вопросы мониторинга состояния земной поверхности на подрабатываемых территориях является весьма актуальными.
Создание системы наблюдательных станций по изучению опасных геологических процессов на территории Карагандинской области было выполнено ТОО «Центрмониторинг» в 2008 году, а инструментальные наблюдения по профильным линиям проводились сотрудниками РГКП «Орталыкмаркшейдерия» в ноябре-декабре 2009 года и в период с января по август 2010 года [2].
При выборе районов наблюдения за оседанием земной поверхности руководствовались следующими факторами: однородностью геологического строения толщи пород, залегающих выше каменноугольных отложений; глубиной шахтной подработки в зависимости от мощности вышележащих комплексов пород; общностью геоморфологических и гидрогеологических условий; временным фактором проявления процессов, в зависимости от продолжительности шахтной деятельности; состояние шахтного производства (действующее, законсервированное, ликвидированное) [1].
По результатам анализа вышеперечисленных материалов сложился выбор двух районов месторождения - Карагандинского и Шерубай-Нуринского и выполнено создание 9 постов наблюдательных станций по изучению опасных геологических процессов, происходящих в результате ведения подземных горных работ.
Для решения поставленной цели выполнены следующие задачи:
-изучены данные о природных и техногенных факторах, обуславливающих возникновение процессов оседания земной поверхности и подтопления;
-выполнена специализированная инженерно-геологическая съемка площади опорных участков для обоснования границ и выбора точек заложения пунктов наблюдательных станций;
-произведена закладка и создание системы мониторинга;
-выполнена топогеодезическая съемка поверхности в границах опасных участков, аналитическая и высотная привязка опорных пунктов наблюдения;
-производство первой серии наблюдений;
- проведение серии систематических инструментальных наблюдений;
- обработка результатов наблюдений и определение величины деформаций и сдвижения земной поверхности;
- выявление опасных геологических процессов.
Объект состоит из 9 участков, первые 5 из которых расположены в пределах г. Караганды, участки 6, 7, 8, 9 расположены в Шахтинском промышленном районе Карагандинской области [2].
В связи с тем, что все 9 участков находятся в зоне подработки, возникала необходимость создания базовой GPS сети [3] для определения координат исходных пунктов наблюдательных станций (рис. 1). За исходные принимаются пункты триангуляции и реперы нивелирования, находящиеся вне города за территорией подработки.
На территории каждого из участков заложены грунтовые реперы в виде конверта - 4 репера по углам участка и один посередине. Грунтовые реперы заложены ниже уровня сезонного промерзания грунтов. На всех девяти постах заложены наблюдательные станции, которые представляют собой систему закрепленных реперов, заложенных в грунте. При этом методом «конверта» закладываются опорные (грунтовые) репера - 5 опорных реперов на одном посту, всего 45 реперов. Рабочие реперы закладываются через 200 метров между опорными. Всего на 9 постах заложено 195 репера [2]. На пунктах триангуляции стационарно устанавливались приемники GPS Trimble 4600 LS, а на определяемых пунктах (опорных реперах) приемники GPS Trimble R3.
Обработка наблюдений производилась с помощью программы Trimble Bassines Centre. Уравнивание производилось с помощью программы Trimble Geomatics Office.
Инструментальные наблюдения по профильным линиям выполнялись в следующем порядке. Электронный тахеометр (рис. 2), устанавливался на опорном репере, в него вводились координаты этого репера, определенные
спутниковым методом. Затем тахеометр ориентировали на заднюю точку (другой опорный репер), вводились координаты этого репера. На рабочих реперах устанавливались штативы с отражателями. Все измерения электронным тахеометром, для повышения точности и исключения грубых ошибок, выполняются несколькими приемами (3-6). Для введения поправок на каждой стоянке измеряется атмосферное давление и температура с точностью до 1мм рт.ст. и до ±1°С соответственно.
Рис. 1. Схема развития базовой GPS сети на участках № 6, № 7 и № 8
Рис. 2. Система наблюдательной станции 7 участка
190
Для исключения или уменьшения случайных и систематических ошибок необходимо соблюдение определенных условий и выполнение ряда последовательно выполняемых работ:
-увязка близлежащих опорных реперов в одну систему; -съемка рабочих реперов с одной станции методом повторений (не менее 3 раз) при обеспечении видимости и допустимой дальности;
-съемка рабочих реперов с другой стоянки с обязательной контрольной съемкой последних реперов, снятых с предыдущей точки стояния.
С помощью электронного тахеометра определяются координаты исходного положения реперов профильных линий и координаты тех же реперов при последующих наблюдениях [3]. По разнице координат реперов Ах, Ду, Дг относительно их исходного положения можно определить направление в пространстве вектора смещения в цифровом виде, а так же по разнице горизонтальных проложений Б между реперами относительно исходных значений можно судить об устойчивости или сдвижении земной поверхности.
Камеральная обработка результатов наблюдений производится непосредственно по окончании каждой серии измерений [2]. В табл. 1, 2 приведены результаты геомониторинга на 2 участках созданной системы.
Таблица 1
Результаты инструментальных измерений на участке № 6
Наименование Изменение координат реперов между 1 и 2 сериями Изменение между 1 и 7 координат сериями реперов
пунктов ДХ ДУ ДН ДХ ДУ ДН
Реп21 0,038 -0,024 -0,051 0,175 -0,127 -0,243
Реп22 0,055 -0,029 -0,064 0,273 -0,135 -0,314
Реп23 0,000 0,000 -0,088 -0,083 -0,008 -0,278
Реп24 0,075 -0,006 -0,073 0,197 -0,064 -0,262
Скв20 0,082 -0,019 -0,094 0,210 -0,122 -0,294
Таблица 2
Результаты инструментальных измерений на участке № 7
Наименование Изменение координат реперов между 1 и 2 сериями Изменение координат между 1 и 7 сериями реперов
пунктов ДХ ДУ ДН ДХ ДУ ДН
Реп17 0,037 -0,034 -0,062 0,151 -0,161 -0,312
Реп18 0,066 -0,050 -0,115 0,162 -0,211 -0,337
Реп19 0,084 -0,035 -0,101 0,210 -0,168 -0,303
Реп20 0,040 -0,026 -0,051 0,169 -0,119 -0,287
Скв19 0,082 -0,039 -0,104 0,226 -0,141 -0,319
В результате проведенных инструментальных геодезических измерений на исследуемых постах наблюдательных станций становятся доступны данные о
современном состоянии земной поверхности. Анализ результатов наблюдений за период с 2009 год по 2010 год показал, что происходит систематическое сдвижение и оседание земной поверхности на участках подработки, а также повышение уровня грунтовых вод по наблюдательным скважинам.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Инструкция по наблюдениям за сдвижением горных пород, земной поверхности и подрабатываемыми сооружениями на угольных и сланцевых месторождениях. - М.: «Недра», 1989.
2. Технический отчет о ведении наблюдений по геодезическим реперам и наблюдательным скважинам. Объект: «Создание и ведение наблюдений на 9 постах по изучению ОГП в Карагандинской области» / РГКП «Центрмаркшейдерия».- Караганда, 2010.
3. Бесимбаева О.Г., Хмырова Е.Н., Бесимбаев Н.Г. Анализ точности геодезических измерений // Изв. вузов. Геодезия и аэрофотосъемка. - 2014. - № 5. - С. 15-18.
© О. Г. Бесимбаева, Е. Н. Хмырова, В. В. Ефимова, Ж. Алданыш, В. Ф. Ярцева, 2015
