CC BY
124
УДК 622.271
МОНИТОРИНГ СОСТОЯНИЯ УСТОЙЧИВОСТИ КАРЬЕРНЫХ ОТКОСОВ
Светлана Борисовна Ожигина
Карагандинский государственный технический университет, 100027, Республика Казахстан, г. Караганда, Бульвар Мира, 56, кандидат технических наук, доцент кафедры «Маркшейдерское дело и геодезия», тел. (7212)56-26-27, e-mail: [email protected]
Анатолий Дмитриевич Сашурин
Институт горного дела УрО РАН, 620219, Россия, г. Екатеринбург, ул. Мамина-Сибиряка, 58, доктор технических наук, профессор, зав. отделом геомеханики, тел. (950)630-01-91, e-mail: [email protected]
Сергей Георгиевич Ожигин
Карагандинский государственный технический университет, 100027, Республика Казахстан, г. Караганда, Бульвар Мира, 56, доктор технических наук, декан горного факультета, профессор кафедры маркшейдерское дело и геодезия, тел. (7212)56-26-27, e-mail: [email protected]
Дмитрий Сергеевич Ожигин
Карагандинский государственный технический университет, 100027, Республика Казахстан, г. Караганда, Бульвар Мира, 56, магистр, докторант кафедры «Разработка месторождений полезных ископаемых», тел. (7212)56-26-27, e-mail: о[email protected]
Дмитрий Александрович Кулыгин
Карагандинский государственный технический университет, 100027, Республика Казахстан, г. Караганда, Бульвар Мира, 56, студент кафедры «Маркшейдерское дело и геодезия», тел. (7212) 56-26-27, e-mail: [email protected]
На примере Соколовского карьера в статье представлена система мониторинга прибор-товых и отвальных массивов, включающая геомеханические исследования состояния карьерных откосов на основе инструментальных наблюдений с использованием современного геодезического оборудования.
Ключевые слова: мониторинг, инструментальный контроль, наблюдательная станция, профильная линия, опорный (рабочий) репер.
MONITORING SYSTEM STABILITY OF OPEN PIT SLOPES
Svetlana B. Ozhigina
Karaganda state technical university, 100027, Kazakhstan Republic, Karaganda, 56 Mira avenue, cand. of tech.sci., associate professor of «Mine survey and geodesy» department, tel. (7212)56-26-27, e-mail: [email protected]
Anatoly D. Sashourin
The Institute of Mining UB RAS, Russia, Yekaterinburg, Mamin-Sibiryak st., 58, Doctor of technical sciences, the head of geo-mechanics department, tel. (950)630-01-91, [email protected]
Sergey G. Ozhigin
Karaganda state technical university, 100027, Kazakhstan Republic, Karaganda, 56 Mira avenue, doct. of tech.sci., dean of Mining faculty, professor of «Mine survey and geodesy» department, tel. (7212)56-26-27, e-mail: [email protected]
Dmitriy S. Ozhigin
Karaganda state technical university, 100027, Kazakhstan Republic, Karaganda, 56 Mira avenue, master, Ph. D. candidate of «Development of mineral deposits» department, tel. (7212)56-26-27, e-mail: [email protected]
Dmitriy A. Kulygin
Karaganda state technical university, 100027, Kazakhstan Republic, Karaganda, 56 Mira avenue,
student of «Mine survey and geodesy» department, tel. (7212)56-26-27, e-mail: [email protected]
In article is presented for example of Sokolovsky career, the monitoring system stability of boards and dump massif , including research geomechanical state - open pit slope based on instrumental monitoring using modern surveying tools.
Key words: monitoring, tool supervision, monitoring station, profile line, base point.
Увеличение глубины и объемов открытых горных работ, усложнение инженерно-геологических условий разработки месторождений определяют качественно новый подход к обеспечению устойчивости бортов карьеров и формируемых отвалов [1].
Масштабы современного горнодобывающего производства (рис. 1) требуют углубленного изучения и постоянного контроля за происходящими в при-бортовых массивах геомеханическими процессами, вызванными нарушением равновесия в земной коре, во избежание неконтролируемых катастрофических проявлений в карьерах, таких как крупные оползни и обрушения [2].
Рис. 1. Общий вид Соколовского карьера
Проблема обеспечения и контроля устойчивости откосов уступов и бортов глубоких карьеров в современных условиях горнодобывающего производства является актуальной. Решение этой проблемы обеспечивается комплексными исследованиями состояния прибортовых массивов горных пород.
Современные способы наблюдений за геомеханическим состоянием бортов карьеров весьма разнообразны. В последние годы актуальными являются методы дистанционного зондирования Земли с применением спутниковой радарной интерферометрии [3]. В настоящее время наиболее перспективными являются способы с использованием современного электронного оборудования, основанные на определении отклонения координат рабочих реперов наблюдательных станций от их начального положения.
Инструментальный маркшейдерско-геодезический контроль состояния устойчивости карьерных откосов выполняется путем создания сети наблюдательных станций в виде профильных линий реперов, закладываемых на приборто-вой полосе, на бермах уступов или на отвалах, перпендикулярно верхней бровке карьера (откосу яруса отвала) на наиболее неблагоприятных по устойчивости участках, и производства высокоточных инструментальных наблюдений по ним [4].
На основе геомеханического исследования прибортовых и отвальных массивов Соколовского карьера сотрудниками научно-исследовательской лаборатории «Маркшейдерия, геомеханика и геометризация недр» КарГТУ создана система мониторинга состояния устойчивости карьерных откосов, состоящая из 7 наблюдательных станций (19 профильных линий), включающих 311 реперов, из них 14 опорных.
Наблюдательная станция I заложена в районе трещин (гор. -40/-125м) на западном борту карьера, является площадной и состоит из девяти профилей, включающих 2 опорных и 140 рабочих реперов. В районе трещин отрыва заложена специальная наблюдательная станция TR (как часть наблюдательной станции I), имеющая две профильные линии. Профильная линия TRV расположена на верхней площадке уступа у трещин (гор. - 50 м), на нижней площадке уступа у трещин на гор. -80м заложена профильная линия ТЯМ Каждая профильная линия включает в себя по 4 рабочих репера. Данный локальный участок станции I предназначен для контроля состояния горного массива непосредственно в районе трещин (рис. 2).
Станция II расположена в районе деформаций на западном борту карьера (гор. +174м/+120м), состоит из двух профильных линий, включающих 40 рабочих и 4 опорных реперов, и предназначена для ведения контроля устойчивости борта карьера над железнодорожно-транспортной бермой.
Станция III проходит через деформацию на северном борту карьера (гор. + 168м/+ 154 м), включает один профиль из 18 рабочих и 2-х опорных реперов.
В связи с развитием горных работ на юго-восточном борту карьера станция IV заложена на двух верхних горизонтах карьера (до гор. + 170м) и земной поверхности. В дальнейшем, по мере постановки юго-восточного борта карьера в стационарное положение предусматривается ее реконструкция. Станция IV состоит из одного профиля, включающего 2 опорных и 20 рабочих реперов.
Наблюдательная станция V предназначена для контроля устойчивости ярусов в районе деформации северной части Центрального отвала и состоит из двух профильных линий и Vе, включающих каждая по 13 рабочих реперов. Закладка опорных реперов в настоящее время невозможна из-за скопления воды в основании отвала.
Рис. 2. Наблюдательная станция TR (гор. -40/-125м)
Станция VI заложена в районе деформации в восточной части Центрального отвала, состоит из двух профильных линий VIА (16 рабочих реперов) и VIе (17 рабочих реперов), включает 33 рабочих и 2 опорных репера.
Наблюдательная станция VII предназначена для контроля устойчивости ярусов в районе деформации в южной части Центрального отвала у пруда накопителя и состоит из двух профильных линий VIIА и VIIе, включающих 2 опорных и 20 рабочих реперов.
Инструментальные маркшейдерско-геодезические наблюдения за состоянием устойчивости прибортовых и отвальных массивов Соколовского карьера выполняются с использованием роботизированного электронного тахеометра ТСА1201, ОРБ-систем 1200, 3Б - лазерного сканирования.
По мере создания наблюдательных станций системы мониторинга на Соколовском карьере в период с 2009 по 2015 годы выполнены до 10 серий инструментальных наблюдений за состоянием устойчивости карьерных откосов. На основе анализа результатов инструментальных наблюдений по состоянию на 20.09.2015 года сделаны следующие выводы:
На станции I деформации борта карьера в целом не обнаружены, имеются локальные вывалы породных блоков и осыпи, имеются локальные деформации откосов уступов верхних горизонтов +120,0м и +164,0м, произошедшие из-за избытка влаги. Дренажная система на данном участке не функционирует должным образом. Для предотвращения развития деформаций необходимо восстановить дренажную систему и не допускать обводнения данного участка.
На станциях II, IV, V, IV смещения реперов не обнаружены.
На станции III в период между 8й (21.04.2014г.) и 10й (20.09.2015 г.) сериями наблюдений были выявлены деформации в виде оползня откосов уступов между горизонтами +155,0м и +165,0м. Зона деформирования горного массива находится между реперами II-15 и II-19. Максимальное оседание репера II-16 составило 1868мм. Его горизонтальное смещение в сторону выработанного пространства - 3988 мм. Причиной возникновения деформаций на данном участке является увлажнение массива горных пород из-за нарушения функционирования дренажной системы.
На станции VII в период между 4й (21.04.2014г.) и 5й (20.04.2015г.) сериями наблюдений установлено смещение реперов на горизонтах +190,0м и +210,0м. Максимальные оседания проявились у репера VIIA-11 и составили 216 мм. Горизонтальное смещение репера VIIA-11 - 44 мм. Скорость деформирования - 0,6 мм/сут (<1 мм/сут).
В период с 20.04.2015 г. (5я серия) по 20.09.15 г.(6я серия) максимальные оседания репера VIIA-11 составили 42 мм. Скорость деформирования -0,3 мм/сут (<1 мм/сут), что свидетельствует о постепенной стабилизации состояния отвала на исследуемом участке. Причина возникновения данных деформаций - избыточное увлажнение основания отвала.
Анализ результатов наблюдений за сдвижением карьерных откосов Соколовского карьера показал, что устойчивое состояние бортов и отвалов карьера в целом обеспечивается, имеются локальные деформации на отдельных участках отвала и карьера, связанные с увлажнением основания отвала и откосов уступов из-за нарушения функционирования дренажной системы в карьере.
Вывод: создание системы геомеханического мониторинга за состоянием устойчивости прибортовых и отвальных массивов Соколовского карьера дает возможность установить характер деформаций карьерных откосов, спрогнозировать развитие их во времени и пространстве, что в свою очередь позволяет наметить мероприятия по устранению причин их развития и повысить безопасность разработки месторождения открытым способом.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Низаметдинов Ф.К., Ожигин С.Г., Ожигина С.Б. Управление устойчивостью бортов карьеров // Интерэкспо ГЕО-Сибирь-2012. VIII Междунар. науч. конгр. : Междунар. науч. конф. «Геодезия, геоинформатика, картография, маркшейдерия» : сб. материалов в 3 т. (Новосибирск, 10-20 апреля 2012 г.). - Новосибирск : СГГА, 2012. Т. 3. - С. 30-34.
2. Низаметдинов Ф.К., Ожигин С.Г., ОжигинаС.Б., Ожигин Д.С. Мониторинг устойчивости бортов карьеров Казахстана // Маркшейдерский вестник. - 2013. - № 3. - С. 19-24.
3. Мозер Д. В., Сатбергенова А. К., Туякбай А. С., Нагибин А. А. Применение спутниковой радарной интерферометрии в Казахстане// XV International ISM Congress 2013 (International Society for Mine Surveying, Aachen, Septebtr 16-20, 2013). - Aachen, 2013. - С. 213 - 221.
4. Ожигина С.Б., Урдубаев Р.А., Ожигин Д.С., Ожигин С.Г. Мониторинг состояния бортов глубоких карьеров АО «ССГПО» // Интерэкспо ГЕО-Сибирь-2015. XI Междунар. науч. конгр. : Междунар. науч. конф. «Геодезия, геоинформатика, картография, маркшейдерия» : сб. материалов в 2 т. (Новосибирск, 13-25 апреля 2015 г.). - Новосибирск : СГУГиТ, 2015. Т. 1. -С. 210-215.
© С. Б. Ожигина, А. Д. Сашурин, С. Г. Ожигин, Д. С. Ожигин, Д. А. Кулыгин, 2016
