Оценка и прогноз устойчивости уступов карьеров в массивах скальных пород на основе геоинформационных технологий Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

© В.А. Дунаев, H.A. Годовников, 2014

УДК 550.8.055:519.688

В.А. Дунаев, Н.А. Годовников

ОЦЕНКА И ПРОГНОЗ УСТОЙЧИВОСТИ УСТУПОВ КАРЬЕРОВ В МАССИВАХ СКАЛЬНЫХ ПОРОД НА ОСНОВЕ ГЕОИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

Дана характеристика разработанной авторами геоинформационной системы оценки и прогноза устойчивости уступов карьеров в массивах скальных пород. Ключевые слова: массив скальных пород, трещина, карьер, уступ, призма обрушения, моделирование, расчет устойчивости, геоинформационная система.

Практическая реализация экономически обусловленного стремления недропользователей к укручению бортов карьеров немыслима без решения связанной с этим проблемы безопасности горных работ, главной составляющей которой является оперативная и достоверная оценка устойчивости уступов на предельном контуре карьера. Отсюда следует актуальность выполненной авторами разработки специализированной геоин-

формационной системы (ГИС Устойчивость), способной давать такую оценку. Система ориентирована на решение двух основных задач. Первая из них заключается в 3с1-моделировании потенциальных призм обрушения уступов любой конфигурации и автоматизированном расчете их устойчивости. Вторая задача - прогноз устойчивости уступов на нижележащих горизонтах карьера, планируемых к постановке на предельный контур. Предметная

Ядро специализированной ГИС Устойчивость

Базовый ф\икииоаал ГЕОМИКС

Прогн оэир ов анн е деформаций уступов

Моделирование и расчет устойчивости потенциальных призм обрушения уступов

Растровый редактор

Редактор макетов

СУБД(*?>Г etB as е)

Векторный картотра фическнй

редактор

j -

Работа с поверхностно! карьера

СУБД (PostgreSQL +PostGIS>

Ii

Вспомогательные программные компоненты системы

Работа с оазон данных Моделирование геометрии решётки трещиноватасти

Трассирование следа пересечения трещин с поверхностью карьера Определение сдвиговых характеристик по трещинам методом обратных расчетов

L-

Рис. 1. Архитектура специализированной ГИС Устойчивость

Рис. 2. Блок-схема алгоритма моделирования потенциальных призм обрушения

методология функционирования системы базируется на том, что в массиве скальных пород определяющим фактором устойчивости уступов карьеров являются разноориентирован-ные разрывные нарушения (трещины), которые при определенных пространственных взаимоотношениях между собой и поверхностью карьера формируют потенциальные призмы обрушения той или иной конфигурации [1].

ГИС Устойчивость создана на базе горно-геологической ГИС ГЕОМИКС [2] и наследует ее функциональные возможности. Архитектура системы разработана, исходя из сформулированных выше задач, и с учетом использования в ней базового функционала ГИС ГЕОМИКС. Система состоит из трех блоков: ядра, вспомогательных программных компонентов и СУБД Ро81дгеЭдЬ + Ро81СБ (рис. 1). Ядро включает базовый функционал ГИС ГЕОМИКС и два авторских программных компонента, один из которых обеспечивает моделирование и расчет

устойчивости потенциальных призм обрушения, а другой - прогнозирование деформаций уступов. Базовый функционал представлен тремя редакторами (растровым, векторным, макетов), СУБД Не1ВаБе и программным компонентом, предназначенным для работы с поверхностями карьера. СУБД Не1Ваве служит для хранения и обработки алфавитно - цифровой и картографической информации.

Блок вспомогательных программных компонентов системы предназначен для работы с базой данных, моделирования геометрии решетки трещино-ватости породного массива, трассирования следа пересечения трещин с поверхностью карьера, определения сдвиговых характеристик по трещинам путем обратных расчетов. СУБД специализированной ГИС является клиент-серверная и объектно-реляционная PostgreSQL с расширением Ро81С1Б [3], что гарантирует хранение и обработку больших массивов пространственно-координированных данных.

Рис.3. Блок - схема алгоритма вероятностного прогноза деформаций уступов

Моделирование потенциальной призмы обрушения уступов заключается в получении объемной фигуры, грани которой образуются при пересечении между собой трешин и элементов уступа (откоса и бермы), уча-ствуюших в формировании этой призмы (рис. 2). Расчет объема призмы, необходимого для определения ее веса, выполняется методом трехгранных призм по авторскому алгоритму. Автоматизированный расчет коэффициента запаса устойчивости (КЗУ) призмы любого типа осушествляется по известным формулам [4].

Детерминированный прогноз деформаций уступов на еше не вскрытых горизонтах карьера заключается в последовательном нахождении следов пересечения трешин, установленных в уступах, уже поставленных на предельный контур, с расположенной глубже нижней границы этого контура

проектной поверхности карьера, моделировании на основе полученных результатов потенциальных призм обрушения и автоматическом расчете их устойчивости.

Вероятностный прогноз устойчивости уступов на предельном контуре еше не вскрытых горизонтов карьера осушествляется по следуюшему алгоритму (рис. 3). Вначале выполняется имитационное моделирование, суть которого заключается в итерационном изменении элементов залегания тре-шин, ограничиваюших вертикальные призмы обрушения, и автоматическом расчете устойчивости призм с после-дуюшим отбором тех из них, КЗУ которых ниже критериального (обычно 1,2). В результате получаются значения элементов залегания трешин, которые сами по себе или в сочетании друг с другом формируют призмы обрушения того или иного типа. Полюсы

этих трешин показывают на круговой диаграмме, построенной для заданного участка карьера по запросу к базе данных, и по относительной доле таких трешин от обшего числа трешин, участвуюших в построении диаграммы, оценивается вероятность проявления деформаций уступов на участках еше не вскрытых горизонтов, по которым выполнено указанное выше имитационное моделирование.

1. Теоретические основы инженерной геологии. Механико-математические основы / Под ред. Е.М. Сергеева. - М.: Недра, 1986. - 254 с.

2. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2004612469 Горно-геологическая информационная система ГЕОМИКС (ГИС ГЕОМИКС). 9.11.2004.

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ_

Большинство узлов рассматриваемой специализированной ГИС разработаны и в виде компьютерных технологий внедрены на руднике «Железный» ОАО «Ковдорский ГОК», завершается программная реализация алгоритма вероятностного прогноза деформаций уступов, включая имитационное моделирование потенциальных призм обрушения.

- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

3. СУБД PostgreSQL [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.postgresql. org/ (дата обращения: 10.01.2014).

4. Попов В.И., ШпаковП. С., Юнаков Ю.Л. Управление устойчивостью карьерных откосов. - М.: МГГУ, изд-во Горная книга, 2008. - 683 с. ЕШЗ

Дунаев Владимир Александрович - доктор геолого-минералогических наук, профессор, заведующий отделом геологии и геоинформатики, e-mail: lggt@mail.ru, ОАО «ВИОГЕМ», Годовников Ииколай Алексеевич - аспирант, e-mail: godovnikov.nikolay@gmail.com, Белгородский государственный национальный исследовательский университет.

UDC 550.8.055:519.688

THE ESTIMATION AND FORECAST OF THE OPEN PIT LEDGES STABILITY IN THE ROCK MASSIF ON A BASIS GEOINFORMATION TECHNOLOGIES

Dunaev V.A., Doctor of Geological and Mineralogical Sciences, Professor, Head of Department of Geology

and Geoinformatics, e-mail: lggt@mail.ru, JSC «VIOGEM»,

Godovnikov N.A., Graduate Student, e-mail: godovnikov.nikolay@gmail.com,

Belgorod National Research University.

Geoinformation system the estimation and forecast of the open pit ledges stability in the rock massif characteristic have been given.

Key words: rock massif, crack, open pit, berm, prism of a collapse, modeling, stability calculation, geoin-formation system.

REFERENCES

1. Teoreticheskie osnovy inzhenernoj geologii. Mehaniko-matematicheskie osnovy, Pod red. E.M. Sergeeva (Theoretical basis of engineering geology. Mechanical-Mathematical Fundamentals, E.M. Sergeev (Ed.)), Moscow, Nedra, 1986, 254 p.

2. Svidetel'stvo o gosudarstvennoj registracii programmy dlja JeVM № 2004612469 Gorno-geologich-eskaja informacionnaja sistema GEOM1KS (GIS GEOM1KS) (Computer Program State Registration Certificate 2004612469. Mining-and-Geology Information System GEOMIKS (GIS GEOMIKS)). 9.11.2004.

3. SUBD PostgreSQL, available at: http://www.postgresql.org/ (accessed: 10.01.2014).

4. Popov V.N., Shpakov P.S., Junakov Ju.L. Upravlenie ustojchivost'ju kar'ernyh otkosov (Pitwall stability control), Moscow, MGGU, izd-vo Gornaja kniga, 2008, 683 p.