CC BY
36
УДК 622.33 А.Н. Соловицкий
ЗАДАЧИ МАРКШЕЙДЕРИИ ПРИ ИЗУЧЕНИИ СОСТОЯНИЯ РЕГИОНАЛЬНОГО БЛОЧНОГО МАССИВА ГОРНЫХ ПОРОД
Семинар № 2
Проблема изучения состояния регионального блочного массива горных пород на основе традиционного маркшейдерского контроля в настоящее время не решена. Решение данной проблемы автором предлагается проводить на основе результатов повторных комплексных инструментальных наблюдений наземными и космическими средствами.
Основной целью изучения изменения во времени состояния регионального блочного массива горных пород в районе месторождения полезных ископаемых является определение пространственно-временных характеристик его состояния.
Для этого необходимо решение следующих задач.
1. Геометр изапия и иденти-фикапия блочной структуры земной коры в районе освоения месторождения .
Геометризация (выделение) блочной структуры земной коры в районе освоения месторождения выполняется методом геодинамического районирования месторождений полезных ископаемых [1].
Идентификация блоков - это определение их границ на дневной поверхности и в горных выработках. Идентификация блоков земной коры проводится двумя методами:
- визуально;
- инструментально.
Визуальный метод заключается в их опознавании на местности и в горных выработках по их качественным признакам. Методика визуального метода и описания качественных признаков разломов приведены в Методических указаниях [1].
Инструментальные методы идентификации блоков земной коры применяются при отсутствии на местности или в горных выработках явно выраженных признаков разломов. При этом предлагается применение геодезического метода, когда выделение разлома не вызывает сомнений. Если его выделение вызывает сомнения, то рекомендуется использовать гравиметрический метод.
2. Построение спепиальных сетей геодинамического полигона (ГДП) с учетом структурной ап-проксимапии блоков земной коры.
При создании специальных сетей ГДП учитывается форма и пространственное положение блоков земной коры, для этого каждый блок предлагается аппроксимировать объёмной моделью. При этом наибольшая отметка является его вершиной. Исходя из особенностей блочного строения земной коры и её выраженности в рельефе земной поверхности, рекомендуется следующая схема расположения пунктов, обеспечивающая структурную аппроксимацию блоков
Схема расположения пунктов ГДП
земной коры построениями на ГДП (рисунок).
Такая методика аппроксимации блоков земной коры построениями ГДП позволяет оценивать изменения во времени деформаций не в какой-то плоскости при одноосном сжатии (растяжении), а на глубине Ь, характеризующей центр тяжести этого построения, при всестороннем воздействии. Обеспечение аппроксимации блоков земной коры построениями ГДП коренным образом меняет подход к созданию традиционных маркшейдерских опорных сетей.
Данная методика аппроксимации блоков земной коры построениями ГДП реализует метод конечных элементов, в котором каждом каждый блок является бесконечно малым элементом.
3. Переход к комплексным повторным высокоточным
наблюдениям.
Маркшейдерско-геодезические наблюдения являются относительными, традиционные методики их проведения чаще регистрируют влияние тех-
ногенных процессов. Регистрацию взаимодействия блоков земной коры в районе месторождения данные методики обеспечить не могут. Переход к комплексным наблюдениям заключается в сочетании видов и методов.
Основными критериями проведения комплексных повторных инструментальных наблюдений (наземных, подземных и спутниковых) являются:
- их точность, необходимая для выявления малых скоростей деформаций земной коры (1-10-4-1-10-6 в год), не приводящих к проявлению геодинамических явлений;
- регистрация вертикальных и горизонтальных движений блоков земной коры, обусловленных как техногенной деятельностью, так и геодина-мическими процессами;
- комплексность повторных наблюдений.
Средние квадратические погрешности высокоточных комплексных наземных или спутниковых наблюдений на ГДП т, необходимые для выявления малых скоростей деформаций земной коры V Е [1-10 ], не приводя-
Средние квадратические погрешности угловых и линейных измерений, необходимых для выявления малых скоростей деформаций земной коры 1-10'5
Период времени, в годах Погрешности угловых Погрешности
наблюдений, сек линейных измерений
1 0,2 1/1 800 000
5 0,9 1/370 000
щих к проявлению геодинамических явлений, зависят от периода времени проведения исследований 1-10 , вида
наблюдений А, геометрии блоков (построений) Ь и имеют общий вид:
т < ^Е [1-1 о]; А; Ь; 1-1 о). (1)
Средние квадратические погрешности т на ГДП (таблица) на порядок и более точнее, чем аналогичные величины, используемые при традиционном маркшейдерском обеспечении освоения недр.
4. Совершенствование математической обработки результатов комплексных повторных высокоточных наблюдений.
Совершенствование математической обработки результатов комплексных повторных высокоточных наблюдений включает:
• отказ от раздельных и многогрупповых уравнительных вычислений, характерных для маркшейдерских опорных сетей;
• переход к строгим методам уравнивания;
• учет влияния изменений во времени характеристик гравитационного поля на результаты повторных высокоточных наблюдений на ГДП;
• учет влияния негеодинамиче-ских факторов.
5. Определение количественных характеристик состояния регионального блочного массива горных пород в районе освоения месторождения.
Связь вектора изменений координат пунктов АХ[1-10 ] с тензором второго ранга Е[1-10 ]:
Х[1 о ]Е[1-1 о ] = -АХ[1-1 о ], (2)
где Х[1 о ] - координаты пунктов ГДП.
Для нахождения неизвестных необходимо иметь минимально двенадцать уравнений, так как для одного пункта можно составить три уравнения, то для определения всех неизвестных необходима сеть, состоящая минимум из четырех пунктов.
В общем виде решение системы линейных уравнений (2) равно
Е[1-1 о ]=Х[1 о ]-1 АХ[1-1 о ], (3)
где Х[1 о ]-1 - обратная матрица Х[1 о ].
Полученные величины тензора второго ранга (3) будут отнесены к центру тяжести пространственной геометрической фигуры, составленной этими пунктами.
Представление (2) и его решение (3) в матричном виде целесообразно при использовании ПЭВМ.
По полученным величинам тензора второго ранга определяется тензор изменений во времени деформаций блока земной коры, а затем компоненты (главные компоненты и их направления) деформаций (напряжений) по программе ВМ [2], которые являются едиными характеристиками его состояния.
6. Анализ и прогноз изменений во времени деформапий регио-
нального блочного массива горных пород в районе освоения месторождения.
Для анализа и прогноза изменений во времени состояния регионального блочного массива горных пород в районе освоения месторождения предлагается динамическая модель определения деформаций (напряжений) е г [1] блока земной коры 1 от инструментально регистрируемых на ГДП изменений температуры Т г [1-10],
движений Д1 [1-10] и перераспределения плотности масс П1 [1- 10]) имеет вид:
е1 [1]= -ф(е)е] [10]+Р1 (е)Т [1-10] +
+в 2 (е)Д г [1-10] + в 3 (е)П] [1- 10], (4)
где е г [10] - компоненты деформаций блока земной коры 1 в начальную эпоху; ф(е) - коэффициент динамики;
1. Геодинамическое районирование недр. - Л: ВНИМИ, 1990. - 129 с.
2. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 200461 0007. (ВМ) Определение интегральным ме-
в г- (е), - коэффициенты влияния параметров Т] [1- 10], Д] [1- 10] и П] [1- 10].
Представление связи региональных полей деформаций е] [1] блока земной коры ] с его движениями и изменениями геофизических полей (гравитационного и теплового) (4) позволяет не только получить единые количественные характеристики его состояния, но осуществлять прогноз.
Для решения данных задач автором разработан метод изучения изменения во времени состояния регионального блочного массива горных пород, который представляет оптимально спроектированную систему, базирующуюся учете геометрии и иерархии его строения, кинематики блоков земной коры, гравитационного и теплового полей, обеспечивающую получение единых количественных характеристик, необходимых учета его влияния.
------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
тодом напряженного состояния блочного массива горных пород, обусловленного взаимодействием блоковых структур [Текст] / А. Н. Соловицкий. - М.: Роспатент, 2004.
-1с. И'.ц=1
— Коротко об авторах-------------------------------------------------------------
Соловицкий А.Н. - ГУ КузГТУ.
Доклад рекомендован к опубликованию семинаром № 2 симпозиума «Неделя горняка-2007». Рецензент д-р техн. наук, проф. В.Н. Попов.
