CC BY
21
© К.В. Морозов, В.И. Экгарт, 2015
УДК 622.831.1
К.В. Морозов, В.И. Экгарт
ПЕРВЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЛУАТАЦИИ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ ПОДЗЕМНОГО ДЕФОРМАЦИОННОГО МОНИТОРИНГА МАССИВА ГОРНЫХ ПОРОД НА РУДНИКЕ «ГЛУБОКИЙ» ОАО «ППГХО»
На месторождениях ОАО «ППГХО» проводятся работы по созданию многоуровневой системы комплексного геодинамического мониторинга, использующей различные методы (аналитические, расчетные, физические) исследований и контроля состояния массива горных пород. Создание такой системы позволит выделять региональные и локальные предвестники динамических явлений. В статье рассмотрены основные вопросы, связанные с организацией системы деформационного мониторинга на руднике «Глубокий». Приведены первые результаты мониторинга деформаций массива пород, находящегося в зоне влияния горных работ.
Ключевые слова: подземный мониторинг, массив, деформации, глубинные репера, результаты, критерии.
В районе производственной деятельности ОАО «ППГХО» отработка жильно-штокверковых урановых руд постепенно опускается на всё более глубокие горизонты. Сочетание факторов неоднородности строения геологического разреза и геомеханических свойств пород, а также нарушения естественного напряжённого состояния горного массива в результате техногенного воздействия приводит к увеличению рисков возникновения проявлений динамических явлений, негативно влияющих на безопасность отработки месторождений.
Учитывая это обстоятельство и необходимость обеспечения устойчивого развития ОАО «ППГХО», на предприятии предусмотрено создание многоуровневой системы (далее система) комплексного геодинамического мониторинга, которая объединит целый ряд физических методов исследования мас-
сива горных пород, таких как сейсмический, деформационный, геоакустический, геодезический, тектонофизический.
Создание системы и организация наблюдений позволит выделять региональные и локальные предвестники динамических явлений разного энергетического уровня в горных массивах и обосновать комплекс мер по эффективному освоению месторождений полезных ископаемых с учетом геодинамических и техногенных процессов в горных массивах.
Комплексная система геодинамического мониторинга должна включать следующие методы оценки и контроля геомеханического состояния горного массива [1]:
— Геодинамическое районирование месторождения — изучение тектонической структуры, выделение блоков и оценка подвижности их границ, оценка напряженного состояния геолого-структурными и аналитическими методами.
— Моделирование напряженно-деформированного состояния разрабатываемого массива горных пород, в том числе методами конечных элементов или граничных интегральных уравнений, построение прогнозных карт напряженного состояния участков горного массива.
— Инструментальная оценка и контроль напряженного состояния и удароопасности горного массива геофизическими, деформационными и другими методами.
Для реализации данных методов в проект были привлечены следующие организации: ИГЕМ РАН (геодинамическое районирование), ИГД ДВО РАН (сейсмоакустический мониторинг), ГоИ КНЦ РАН (численное моделирование напряженно-деформированного состояния), НМСУ «Горный» (деформационный мониторинг). Координация работ лежит на специалистах ОАО «ППГХО».
Результаты всех исследований и наблюдений объединены в трехмерной горно-технологической модели месторождения, обеспечивающей прогноз напряженно-деформированного состояния массива горных пород. Результаты прогноза используются для обоснования геомеханической безопасности горных работ.
В рамках проекта специалистами Горного университета была разработана и внедрена на руднике «Глубокий» автоматизированная система контроля горного давления (АСКГД). Система обеспечивает автоматизированный сбор данных по де-
формациям массива, зафиксированных глубинными реперами, для получения характеристик процесса деформирования пород в районе влияния очистной добычи.
За основу АСКГД была принята система наблюдения за деформациями гидротехнических сооружений, разработанная ОАО «Авангард» — одним из базовых предприятий Минпром-торга РФ. Измерительным устройством является деформационная станция с потенциометрическим датчиком перемещения ММБ33-К-50ТР «Медо1:гоп». Диапазон измеряемой деформации от -20 до +20 мм. Приведенная основная погрешность измерений — не более 1%.
Кроме датчиков в состав системы входят:
— устройства преобразования и передачи информации, обеспечивающие питание и опрос измерительных устройств (датчиков), передачу результатов измерений в блок координатора;
— координатор, отвечающий за опрос сети датчиков деформации; сбор и хранение полученной информации с привязкой по времени и адресу датчика; передачу данных по проводному каналу связи на компьютер оператора; настройку режимов работы сети и индивидуально каждого блока измерений деформаций.
Деформационные станции (павильоны) смонтированы на XIII и XIV горизонтах вблизи рабочих ортов в специально пройденных нишах. Расположение ниш обусловлено нахождением в зоне влияния очистных работ и максимальной близостью к рудному телу.
В каждом павильоне деформации массива измеряются по данным смещений пар глубинных реперов, пробуренных по направлениям главных нормальных напряжений. В каждой паре репера закрепляются в торце скважины на глубине 8 и 5 м, соответственно в длинной и короткой скважине (рис. 1). Таким образом, база измерения составляет 3 метра, находится за зоной влияния краевой части выработки и ориентирована по направлению одного из главных напряжений.
Всего на двух рабочих горизонтах было оборудовано 5 деформационных павильонов, в которых пробурено 30 скважин и установлено 15 деформационных датчиков. Внутри па-
вильона данные от датчиков передаются по радиоканалу. Между павильонами и горизонтами, а также на поверхность к компьютеру оператора проложен специальный защищенный кабель.
Данные мониторинга хранятся на специально выделенном сервере. К нему организован удаленный доступ, позволяющий следить за процессом деформирования массива из любого компьютера сети интернет, наделенного специальным доступом.
Информация об измеряемых величинах может быть предоставлена в табличной или графической форме, в виде изменения абсолютных или относительных значений деформаций и их скоростей во времени.
На рис. 2 показан пример зафиксированного всплеска деформаций растяжения вкрест простирания рудного тела у орта 1300. Черная линия — тренд, построенный по усредненным показателям за каждые 3 часа наблюдений.
Рис. 1. План и разрезы ниши (павильона) деформационной станции [3]
17.12.2013 1S.12.2013 19.12.2013 20.12.2013 21.12.2013 22.12.2013 23.12.2013 24.12.2013 25.12.2013 26.12.2013 27.12.2013
Рис. 2. Характер деформирования массива вблизи орта 1300 [3]
На графике прослеживается рост деформаций в период с 20 по 24 декабря примерно на 100 мкм, что составляет около 3 Ч 10-5 в относительных величинах.
На рис. 3 приведены данные по энергии и количеству сейсмических событий, зафиксированных сейсмостанцией в этот же период наблюдений. Сравнение данных деформационного и сейсмического мониторинга позволяет выделять временной интервал в районе 22 декабря, в котором наблюдался рост как деформаций, так и сейсмической активности. Причем, на деформационных кривых более явно (чем по данным сейсмики) выделяется рост деформаций растяжения, позволяющий предположить начало периода трещино-образования.
За весь период работы АСКГД службой УПГУ рудника динамических проявлений горного давления зафиксировано не было. Поэтому при выработке критериев опасного состояния массива, в настоящее время, мы можем опираться только на косвенные оценки, приведенных, например, в работе [2]. Так, если относительные деформации при устойчивом состоянии массива имеют порядок 10-5, то опасным могут быть величины порядка 5-7 х10-3. В ряде случаев деформации достигали 1-2х 10-3. При этом приборами локального контроля удароопасности определялась категория «Не опасно», но в кровле выработки наблюдалось заколообразова-ние.
22.11 27.11 2.12 7.12 12.12 17.12 22.12 27.12 1.1 6.1 11.1
♦ Энергия Количество событий
Рис. 3. Распределение энергии и числа зафиксированных сейсмосо-бытий [3]
Предварительные выводы, которые можно сделать на основании отчётного периода наблюдений, сводятся к следующему:
— Все датчики показывают значимые изменения деформаций во времени в пределах от 10-5 до 10-4 и более, что свидетельствует о корректном выборе аппаратного комплекса измерений.
— Уровень «шума» в показаниях датчиков варьируется в пределах 10-15 мкм, что является вполне удовлетворительным и соответствует заданным требованиям.
— Максимальные значения деформаций в массиве отмечаются вкрест простирания рудного тела. Вертикальные значения незначительны и немного превышают погрешность измерений. Наблюдаются как деформации сжатия, так и растяжения.
— На графиках изменения деформаций отмечаются пиковые значения, связанные с конкретными временными отметками. В настоящее время проводится сопоставление этих данных с показателями сейсмического и акустического мониторингов.
— Знание деформаций в глубине массива существенно дополняет данные маркшейдерского и сейсмического контроля геодинамической обстановки. Величины растягивающих напряжений указывают на стадию развития процессов необратимого деформирования массива, вероятность потери устойчи-
вости кровли горных выработок, снижения несущей способности целиков. Сжимающие деформации в глубине массиве за пределами зоны непосредственного влияния выработок указывают на накопление упругой энергии и вероятность возникновения опасных геодинамических явлений.
Дальнейшие исследования предполагается проводить по следующим направлениям:
— Накопление данных и их анализ совместно с результатами сейсмического, акустического мониторинга и развитием горных работ на руднике.
— Разработка новой конструкции датчиков деформаций, существенно упрощающих процессы устройства деформационных павильонов (вплоть до полного отказа от таковых) и монтажа датчиков.
— Разработка форм и интерфейса представления данных для интеграции результатов мониторинга АСКГД в единую корпоративную информационную систему планирования, проектирования и сопровождения горных работ ОАО «ППГХО».
- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Рассказов И.Ю. Контроль и управление горным давлением на рудниках Дальневосточного региона. - М.: Издательство «Горная книга», 2008. 329 с.
2. Инструкция по безопасному ведению горных пород на рудниках и нерудных месторождениях, объектах строительства подземных сооружений, склонных и опасных по горным ударам (РД 06-329-99)- М.: ГП НТЦ по безопасности в промышленности Госгортехнадзора России, 2000. - 66 с.
3. Разработка и внедрение подземной автоматизированной системы сбора данных для получения пространственно-временных характеристик процесса деформирования пород в районе влияния очистной добычи на руднике «Глубокий» ОАО «ППГХО». Отчет о НИР. - СПб.: НМСУ «Горный», 2014. - 62 с. ЕШ
КОРОТКО ОБ АВТОРЕ -
Морозов Константин Валентинович — заместитель директора Научного центра геомеханики и проблем горного производства, [email protected], Национальный минерально-сырьевой университет «Горный». Экгарт Виктор Иванович - доктор технических наук, профессор, e-mail : [email protected]
UDC 622.831.1
THE FIRST RESULTS OF OPERATION OF THE AUTOMATED SYSTEM FOR MONITORING THE DEFORMATION OF THE UNDERGROUND ROCK MASS AT THE MINE «GLUBOKY» OF «PPGHO."
Morozov Konstantin Valentinovich, Deputy Director of the Research Centre of the Geome-chanics and Mining, e-mail: [email protected], National mineral resources university «University of Mines», Russia,
Eckhart Viktor Ivanovich, doctor of technical sciences, professor, e-mail: v. [email protected], National mineral resources university «University of Mines», Russia
On the mines of «PPGHO» are working on creating a multi-level complex geodynamic monitoring system consisting of different methods (analytical, computational, physical) research and control of rock mass. Creating system will allocate regional and local harbingers of dynamic manifestations of rock pressure. The article describes the main issues related to the organization of the deformation monitoring at the mine «Gluboky». The first results of the monitoring of deformations of the rock mass are given.
Key words: underground monitoring, rock mass, deformation, depth repers, results, criteria.
REFERENCES
1. Rasskazov l.Ju. Kontrol' i upravlenie gornym davleniem na rudnikah Dal'nevostoch-nogo regiona (Control and management of rock pressure in mines of the Far Eastern region). Moscow: Izdatel'stvo «Gornaja kniga», 2008. 329 p.
2. Instrukcija po bezopasnomu vedeniju gornyh porod na rudnikah i nerudnyh mestorozhdenijah, obektah stroitel'stva podzemnyh sooruzhenij, sklonnyh i opasnyh po gornym udaram (RD 06-329-99) (Instructions for the safe conduct of rocks in mines and non-metallic deposits of underground construction sites, slopes and dangerous impacts on mountain (RD 06-329-99)). Moscow: GP NTC po bezopasnosti v promyshlennosti Gos-gortehnadzora Rossii, 2000. 66 p.
3. Razrabotka i vnedrenie podzemnoj avtomatizirovannoj sistemy sbora dannyh dlja poluchenija prostranstvenno-vremennyh harakteristik processa deformirovanija porod v ra-jone vlijanija ochistnoj dobychi na rudnike «Glubokij» OAO «PPGHO» (Development and implementation of an underground automated data collection system for spatio-temporal characteristics of the process of deformation of rocks in the area of influence of the cleaning of production at the mine «Gluboky» of «PPGHO»). Otchet o NIR. SPb.: NMSU «Gornyj», 2014. 62 p.
