CC BY
41
© Ф.Я. Умаров, 2013
УДК 614.841.345 Ф.Я. Умаров
МОНИТОРИНГ СОСТОЯНИЯ откосов БОРТОВ ГЛУБОКОГО КАРЬЕРА
Важность систематизации огнезащитных мероприятий на НПК обусловлена важностью и сложностью пожарной безопасности в целом по стране как одного из видов осуществления общественной безопасности в целом. Пожары>1 причиняют невосполнимый ущерб природе и обществу.
Ключевы>1е слова: огнезащита, огнестойкость, воздушное распы>шение, пожарная безопасность, тушение пожара.
Требования к обеспечению длительной устойчивости бортов карьера возрастают при увеличении глубины отработки. Деформации откосов бортов карьера могут привести к разрушению инженерных сооружений и представляют опасность для жизни работающего персонала. Поэтому для обеспечения безопасного ведения горных работ на глубоких карьерах, необходим прогноз, осуществление которого определяется, главным образом, установлением причин, условий, времени и места образования деформаций.
Анализ причин деформирования откосов карьера Мурунтау, поставленных в предельное положение показывает, что характер и величины разрушающих деформаций зависят от глубины, угла наклона бортов карьера, физико-механических свойств и структурных особенностей горного массива. Основными причинами деформаций являются тектонические нарушения с ослабленным контактом по глинке трения, а также интенсивная трещиноватость горных пород. В общем количестве зарегистрированных деформаций на карьере оползни составляют 18%, обрушения - 82%, при этом объемы на-
рушенных пород варьируют в пределах от - 0,9 тыс.м3 до - 230 тыс.м3. Анализ характера деформаций, имевших место на карьере, показывает, что технологическая схема заот-коски уступов укороченными вертикальными скважинами на отдельных участках карьера не обеспечивает надежную защиту законтурного массива от вредного влияния сейсмовзрывных волн, что вызывает заколообразова-ние по верхней бровке уступа. Это объясняется тем, что параметры схемы заоткоски были определены без учета характерных горно-геологических условий уступа, где производиться заоткоска. Длина всех разрушающих деформаций по фронту, как правило, превышает высоту деформированного уступа в 2 - 5 раз. Время устойчивого существования откоса колеблется от 2 месяцев до 6-7 лет.
На основании обработки, систематизации и анализа деформаций определены основные причины деформирования откосов бортов карьера; создана геомеханическая модель, в которой проведено районирование карьерного поля по участкам, потенциально опасным по возникновению деформаций. Определены характеристики (тип, объемы и скорость развития)
Таблица 1
Прогнозные оценки объемов деформации бортов карьера Мурунтау от возможного землетрясения интенсивностью 8 баллов по шкале МБК
Параметры Значение
Высота борта, уступа, отвала или склада на карьере, м 20 30 40 60 80 100
Резонансная частота слоя { рез, гц 6,8 4,8 3,9 3,0 2,4 2,1
. Частотный диапазон выделения максимума энергии колебаний, { гц 5.8-7.8 3.8-5.8 2.9-4.9 2 1.4-3.4 1.1-3.1
Средняя спектральная плотность смещения системы в резонансном диапазоне частоты Бшрез, мм •с 0,52 0,47 1.0 1.7 2,6 3,2
Объемы возможных оползней, 3 тыс.м 10-50 7,5-45 70-400 3001200 8001600 13002500;
Вид оползня мелкие и средние вид деформации - оползни откосов или'? оползни основания откосов
Рис. 1. Номограмма для определения прогнозных объемов деформации
предполагаемых деформаций, что позволяет оценить их возможное воздействие на ведение горных работ и прогнозировать меры для поддержания необходимого уровня безопасности персонала карьера и оборудования. Знание потенциально опасных
по деформациям участков месторождения позволяет еще на стадии планирования и проектирования горных работ установить места возможных деформаций и принять меры по их предотвращению. С учетом районирования карьерного поля по участкам
т ео
«о ^ к —
| 5 за ф а
г в за д * ю
ш о „
I] 0
£ | -ш
е -20
<->
I с -30
6 -40
.Л л^'
5 -Л" \|П Щ, СЙ ¡К > Чел ш ей | у гч/—'^г" Ъ) я}..' > О -В ф О 1 о о Л' р о о о ■ Т" ^ |Ц— -Ч- ^ у в?" т 8 \&/ £ Йь Е ю С г |0 /сп е^Уг^ 1 □ О О ООО" О О О О С5 О <
РЙД1
■Ряд:
время
Рис. 2. График изменения напряженности массива горных пород по параметру Як для глубин порядка 56 м (ряд 1) и 100 м (ряд 2)
Рис. 3. Схема прогноза состояния откосов бортов карьера
вероятного деформирования уступов бортов созданная для полигономет-рии сеть из опорных пунктов и рабочих реперов в дальнейшем может
быть использования в качестве базовой для получения координат рабочих реперов методом спутниковой геодезии с применением спутниковых
навигационных систем (GPS - систем) позволяющие определять приращение координат между опорным пунктом и рабочими реперами с точностью до U2 см.
При общей протяженности бортов на карьере Мурунтау, которая измеряется десятком километров, своевременное обнаружение признаков начинающихся масштабных деформаций представляет собой весьма сложную и трудоемкую задачу.
Для установления продолжительности устойчивого состояния отработанных участков месторождения, находящихся в этих, выявленных предварительной диагностикой потенциально опасных по деформациям участках, организовано наблюдение средствами мониторинга, предусматривающего несколько последовательных этапов работы , которые позволят развивать и дополнять методы интерпретации результатов наблюдений и прогнозирования устойчивости прибортового массива. При этом, решающее значение в оценке состояния массива горных пород принадлежит аппаратурному контролю. В основу действия разработанной аппаратуры положены различные физические принципы и используются как контактно-механические, так и бесконтактные геофизические методы, использующие электромагнитные и сейсмические поля.
Сейсмические исследования, основанные на изучении спектра колебаний пород, слагающих борта карьера , позволяют не только ранжировать участки бортов по степени риска возникновения деформаций, но и определять возможные объемы деформаций по величинам линейных размеров неустойчивых участков для заданных резонансных частот.
Так проведение комплекса геофизический исследований методами
сейсмометрии позволило определить взаимосвязь высоты борта Н с резонансной частотой ^ резонансной частоты f со спектральной плотностью Э и спектральной плотности Э с объемом деформации V при внешнем воздействии равном 7-8 бальному землетрясению (табл. 1).
При этом взаимосвязи отраженные в номограмме (рис. 1) описываются следующими выражениями: Н=57.474! 0 7228 Б=3.9293! 05226 У=13.002е 23036й
Методы электроразведки (вертикальные электрические зондирования) позволяют выделять потенциальные поверхности ослабления, определять вертикальные и горизонтальные границы неустойчивых тектонических блоков. Профильные наблюдения на специально оборудованных геодинамических полигонах проводятся раз в 3-5 лет с целью прогнозирования геодинамической активности зон разломов и выявления границ подвижных блоков.
Режимные наблюдения в пределах выделенных неустойчивых участков блоков проводятся 1 раз в 2 месяца с целью заблаговременного выявления тенденций роста напряженности в массиве по параметру кажущегося сопротивления Нк (рис. 2).
В целом, система геодинамического мониторинга приконтурного массива создается на базе высокопроизводительной вычислительной техники с использованием современных информационных технологий и средств связи и используется в качестве инструктажа для интеграции фундаментальных исследований в области геомеханики с практическими задачами прогноза, контроля и управления состоянием горных массивов при разработке карьера.
Данная методика является результатом выполненных теоретических и экспериментальных исследований с использованием физических закономерностей деформаций, а также опыта практической оценки состояния откосов на карьере Мурунтау.
Задача прогнозирования и предотвращения деформаций сводится к определению характеризующих состояние массива горных пород прогностических признаков, и разработке на этой основе долгосрочного, краткосрочного и оперативного прогноза. Главным, в прогнозировании деформаций на конкретном участке месторождения, является слежение за изменением геомеханической ситуации в нем во времени, что позволит достоверно оценить устойчивость откосов бортов карьера, своевременно предвидеть возможные опасные последствия для обеспечения безопасного ведения горных работ. При этом, оценка состояния откосов бортов карьера поставленных в предельное положение устанавливается с использованием комплексных данных инструментальных маркшейдерских наблюдений, наземной стереофото-грамметрической съемки деформи-
рующихся откосов на карьере, использованием методов аналитической аэрофотограмметрии, методом поли-гонометрии.
На рис. 3 представлена схема прогноза состояния откосов бортов карьера используемая для наблюдений и оценки состояния горного массива во времени и в пространстве. Использование схемы позволяет определить место и время деформаций, используя совокупность информативных параметров и комплекс наблюдений по обеспечению прогноза.
Таким образом, мониторинг состояния откосов бортов карьера и управление информативными параметрами в процессе ведения горных работ позволяют решать проблемы предсказания, предупреждения и предотвращения деформации. Об этом свидетельствует достаточно удовлетворительная сходимость данных мониторинга с технологическими ситуациями в натурных условиях карьера Мурунтау. Мероприятия же, направленные на предотвращение, следует начинать с выделенных мониторингом опасных по деформациям участков бортов карьера.
КОРОТКО ОБ АВТОРЕ -
Умаров ФарходбекЯркулович-кандидат экономических наук, декан, Ташкентский государственный технический университет, [email protected]
А
