авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 | 2 ||

«ДЕПАРТАМЕНТ УГОЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЭНЕРГЕТИКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ НАУЧНО – ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ГОРНОЙ ГЕОМЕХАНИКИ И ...»

-- [ Страница 3 ] --

Приложение к Руководству по геодинамическому районированию шахтных полей утвержденному приказом Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору от «_» _ 2012 г. № ОРГАНИЗАЦИЯ ГЕОДИНАМИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА НА ТЕРРИТОРИЯХ ШАХТНЫХ ПОЛЕЙ Геодинамический мониторинг шахтных полей заключается в организации и проведении режимных наблюдений за проявлениями движений и деформаций земной поверхности и выделенных на их территории геодинамически активных структур, а также динамики изменения физических полей, отражающих изменения подстилающей геологической среды, в связи с оценками рисков проявления негативных геодинамических процессов.

Геодинамические полигоны создаются с целью уточнения пространственного положения геодинамические активных структур и геодинамического режима недр в границах шахтных полей и являются элементами системы контроля состояния горного массива. Построение и организация функционирования геодинамических полигонов выполняется в соответствии с требованиями п.41 «Правил безопасности в угольных шахтах» в рамках создания многофункциональных систем безопасности угольных шахт.

Мониторинг геодинамических процессов организуется на основе использования современных систем и аппаратурных комплексов проведения режимных сейсмических, геофизических и геомеханических наблюдений.

Комплектация, архитектура и конструктивное исполнение системы мониторинга устанавливается с учетом реально существующих природных и техногенных рисков, выделенных по материалам районирования и способных реально привести к аварийным ситуациям.

Методическое обеспечение функционирования этих систем осуществляет ВНИМИ на основе рекомендаций (заключений) и подготавливаемых нормативных документов.

Требования к построению системы контроля безопасного состояния горного массива предусматривают осуществление мониторинга геодинамических и техногенных процессов, сопутствующих подземной добыче, комплексной оценки рисков развития негативных геодинамических процессов, осуществления на этой основе регионального и перспективного прогноза удароопасности.

Исходя из имеющегося опыта построения аналогичных систем на многочисленных горнодобывающих объектах РФ, ВНИМИ выработаны стандартные условия их рационального конструктивного исполнения и эффективного функционирования, обеспечиваемого оптимальными (по составу и объемам) конфигурациями сетей, а также рационально скомплектованным составом и качественным техническим оснащением элементов создаваемых многофункциональных систем безопасности.

Как и системы контроля состояния горного массива в целом, входящие в их состав геодинамические полигоны, предусматривают трхуровневое построение систем мониторинга геодинамических и техногенных процессов, с обеспечением региональных, зональных и локальных оценок мер геодинамических рисков;

обеспечение периодического режима регистрации контролируемых процессов и параметров;

обеспечение адаптационной модели конструктивного исполнения и функционирования систем с учетом изменяющихся горно-геологических и горнотехнических условий;

обеспечение аппаратурной совместимости используемых подсистем;

диспетчеризация функций контроля с визуализацией и выводом контролируемых параметров на рабочие места;

«обучаемый» режим функционирования систем, обеспечивающий условия постоянной наработки и уточнения критериев для оценки характера и мер геодинамических рисков;

разработку алгоритма принятия решений по обобщенным параметрам проводимого мониторинга;

обеспечения научного сопровождения функционирования систем мониторинга и метрологического контроля используемых в нем технических средств.

В составе подсистемы в базовом варианте ВНИМИ рекомендовано использовать трехуровневую подсистему мониторинга, объединяющую подсистемы регионального, перспективного и локального контроля геодинамических процессов.

В соответствии с общим принципом построения системы контроля состояния горного массива рассматриваются задачи мониторинга на различных масштабных уровнях изучения элементов геологической среды.

К задачам первого ранга относятся задачи оценки влияния крупных геодинамически активных и сейсмогенных структур, а также формируемых под влиянием подземных горных работ участки геодинамической нестабильности вокруг созданных выработанных пространств, оказывающих влияние на состояние безопасности подземных горных работ. Для решения этих задач предусматривается организация наземных геодинамических полигонов и наземных систем сейсмологического мониторинга для контроля за активностью развития деформационных процессов в масштабах шахтных полей в налегающей геологической толще и на земной поверхности.

К задачам второго ранга отнесены задачи контроля за развитием геодинамических и геомеханических процессов на отрабатываемых пластах, охватывающих площади выемочных столбов лав, междупластий в свитах отрабатываемых пластов, размеры выработанных пространств, уклонных полей, зон распространения опорного давления и разгрузки, зон сдвижения горных пород. Развитие геодинамических процессов на рассматриваемом масштабном уровне в основном, происходит инерционно с фазами нарастания и спада их интенсивности, в связи с чем они диктуют ритмы активизации геодинамической и микросейсмической активности, периодическое повышение уровней горного давления и развитие «толчкообразных» форм деформаций массива (по И.М. Петухову, 2004) [15] по мере изменения пространственных границ территории угледобычи.

Для решения этих задач используются комплексные системы подземного сейсмодеформационного мониторинга за развитием геодинамических процессов периодически вызывающих повышение горного давления, активизацию развития процессов сдвижения горных пород, развитие дискретных (блоковых) деформаций в зонах влияния геологических нарушений.

К задачам третьего ранга отнесены задачи непосредственного контроля за состоянием горного массива в зонах влияния геодинамических активных структур в рабочих зонах отрабатываемых пластов (забой лавы, выработки), по оценке уровней действующих в массиве напряжений.

Для решения этих задач используются системы деформационного и геофизического контроля за развитием процессов деформирования массива в ответственных конструктивных элементах систем разработок и оценки качественного характера связанных с ними негативных геодинамических и геомеханических процессов.

Деформационная система мониторинга конструктивно состоит из элементов разветвленной маркшейдерско-геодезических сети и закрепленных на местности постоянных геофизических профилей. При необходимости она дополняется элементами привязки базовых пунктов и «постов» контроля специализированных (по факторам риска) параметров геологической среды газодинамических, гидрогеологических, геохимических и др.

В «базовом» варианте система деформационного мониторинга включает следующие элементы сетей, размещенных на пространственно рассредоточенных участках территории контроля:

опорную базовую GPS-сеть (или опорную геометрическую сеть);

звенья цепей микротриангуляции (трилатерации);

поверхностные профильные линии реперов в зонах сдвижения;

микропрофили вдоль простирания геодинамически активных структур (в том числе линии временных или эпизодических наблюдений).

подземные профильные линии на участках осуществляемых горных работ;

датчики деформационного контроля за развитием деформаций предохранительных целиков в зонах влияния геодинамически активных структур.

Требования к построению опорной базовой GPS-сети (или опорной геометрической сети). Опорная базовая GPS-сеть (или опорная геометрическая сеть) строится как система постоянных пунктов геодезической сети, привязанная к пунктам государственного геодезического обоснования. Как правило опорная сеть «комплектуется» на основе существующих на территории шахтного поля пунктов сетей триангуляции, полигонометрии, высокоразрядных нивелирных сетей или пунктов ранее созданного поверхностного съемочного обоснования. Пункты опорной базовой GPS–сети конфигурируются в виде полигона, построенного по периферии горного отвода.

Конструкция пунктов опорной сети должна обеспечивать стабильность их положения с учетом требований ГОСТа, Инструментальные наблюдения в опорной GPS-сети производят в начале каждого цикла наблюдений в маркшейдерско-геодезических сетях мониторинга с периодичностью, установленной для условий и текущего состояния геодинамической обстановки, но не реже 2-х раз в год. Численное количество пунктов опорной сети должно гарантировать геометрическую целостность сети даже при проявлении геодинамических смещений части опорных реперов (за счет стабильного положения остальных).

В фазы активного развития геодинамических процессов участки шахтных полей даже за границей зоны сдвижения, эпизодически могут испытывать небольшие смещения и деформации земной поверхности, Эти движения могут наблюдаться, также, вдоль крупных геологических нарушений и осевых поверхностей складок.

Для обеспечения требуемой надежности опорной сети (стабильного положения е пунктов) при решении задач повышенной точности обычно рекомендуется выносить место заложения е пунктов за зону вторичного техногенного влияния подземной добычи на удаление до 1 км от подработанной территории. Однако решение это влечет пропорциональную потерю точности привязки к ним сетей мониторинга в каждом цикле наблюдений, и в этом смысле является нежелательным.

В связи с этим, для решения задач геодинамического мониторинга ВНИМИ рекомендует создание компактных GPS-сетей, закладываемых вплотную к границам подработанной территории, но с «избыточным» числом пунктов, построение которых основывается на следующих принципах:

1. Опорная GPS-cеть должна иметь не менее чем 2-хкратное превышение числа опорных пунктов по отношению к номинально рекомендованному количеству трансформационных пунктов, равномерно рассредоточенных по периметру полигона;

2. Пункты сети располагаются за границей зоны подработки на тех участках, где возможно проявление лишь редких, эпизодических подвижек земной поверхности;

3. Сеть имеет привязку к пунктам Государственной Геодезической Сети, обеспечивающую возможность е перенаблюдения в случаях одновременного проявления смещений более чем на 3-4-х пунктах сети (например, в случае резкой активизации геодинамических процессов);

4. Периодичность наблюдений в опорной GPS-сети предусматривает проведение не менее 2 циклов наблюдений в год при соблюдении единой схемы и организации их проведения.

Таким образом, решением вопроса сохранности опорных сетей при данном подходе является «избыточность» числа опорных пунктов, рассредоточенных по периметру территории контроля. Проявления подвижек пунктов опорных сетей выявляется тестовой проверкой расстояний между всеми парными комбинациями пунктов и выявлением пунктов, нарушающих условия неизменности этого расстояния в различных циклах наблюдений. Для выявленных по указанному признаку пунктов сети пересчитываются новые координаты и в следующих циклах наблюдений эти пункты участвуют с новыми координатами как элементы «скорректированной» опорной сети.

Сеть GPS-трилатерации. При решении задач оценки кинематических особенностей движения выделенных геодинамически активных блоков на основе опорной полигональной GPS-сети строится заполняющая е сеть GPS трилатерации. Расположение пунктов этой сети должно обеспечить деление всей поверхности шахтного поля на отдельные треугольные элементы со стороной треугольников не более 2-3 км. В каждом из этих треугольников по результатам определения координат пунктов сети в каждом цикле мониторинговых наблюдений рассчитываются эллипсоиды деформаций земной поверхности по формулам:

Методика определения параметров горизонтальных тензоров деформаций в сетях GPS-трилатерации данным геодезического мониторинга. По результатам осуществляемого на полигоне геодезического мониторинга могут быть рассчитаны эллипсоиды деформаций земной поверхности в каждом из треугольников сети после каждого очередного цикла измерений. Этот расчет может выполняться как непосредственно для последнего периода наблюдений, так и в накопительном порядке - для всего периода производства мониторинговых наблюдений. Целесообразно осуществлять оба этих расчета, поскольку в них наиболее наглядно проявлена динамика изменения геодинамического режима шахтных полей.

При выполнении указанных расчетов берутся результаты соответствующих серий наблюдений для выбранных интервалов времени (предыдущий-последний, базовый-последний). По результатам каждой из указанных серий наблюдений рассчитываются координаты точек сети и вычисляются значения длин Lij и дирекционных углов всех сторон ij составляющих эту сеть треугольников на моменты производства n-ой серии наблюдений.

Расчетные формулы для вычисления длин сторон Lki-kj между i-той и j-той точками k-ого треугольника сети и их дирекционных углов имеют вид:

ki-kj X ki ) 2 Yki ) L ki (X kj (Yki kj Ykj Yki Arctg ki kj X kj X ki По разности координат dXki, dYki точек сети в двух сериях наблюдений вычисляются деформации сторон k-ого треугольника сети по формулам:

(Yk 2 Yk1 )(dYk 2 dYk1 ) (X k 2 X k1 )(dX k 2 dX k1 ) k1 k (Yk 2 Yk1 ) 2 (X k 2 X k1 ) (Yk 3 Yk 2 )(dYk 3 dYk 2 ) (X k 3 X k 2 )(dX k 3 dX k 2 ) k 2 k (Yk 3 Yk 2 ) 2 (X k 3 X k 2 ) (Yk1 Yk 3 )(dYk1 dYk 3 ) (X k1 X k 3 )(dX k1 dX k 3 ) k 3 k (Yk1 Yk 3 ) 2 (X k1 X k 3 ) Где: Xk1, Yk1, Xk2, Yk2, Xk3, Yk3 - координаты точек 1, 2, 3, k-ого треугольника сети в последней серии наблюдений;

dXk1, dYk1, dXk2, dYk2, dXk3, dYk3 - разности координат точек 1, 2, 3, k-ого треугольника сети в двух анализируемых сериях наблюдений;

По вычисленным значениям деформаций сторон k-ого k1-k2, k2-k3, k1-k треугольника и их дирекционным углам вычисляются k1-k2, k2-k3, k1-k значения дирекционных углов направлений действия максимальных сжимающих деформаций в k-ом треугольнике по формуле:

Cos 2 k 3 k 2 ( k 2 k1 k1 k 3 ) Cos 2 k 2 k1 ( k1 k 3 k 3 k 2 ) Cos 2 k1 k 3 ( k 3 k 2 k 2 k1) tg 2 k Sin 2 k 3 k 2 ( k 2 k1 k1 k 3 ) Sin 2 k 2 k1 ( k1 k 3 k 3 k 2 ) Sin 2 k1 k 3 ( k 3 k 2 k 2 k1) С учетом найденных значений углов рассчитываются величины главных деформаций k1 и k2 в k-ом треугольнике сети по формулам:

Sin 2 ( Sin 2 ( k) k) k3 k 2 k3 k 2 k 2 k1 k 2 k k Sin 2 ( k) Sin ( k) k 2 k1 k3 k Cos 2 ( Cos 2 ( k) k) k 2 k1 k 2 k1 k3 k 2 k3 k k Sin 2 ( k) Sin ( k) k 2 k1 k3 k Разности углов ( и( в геометрическом отношении представляют собой значения углов между направлением действия максимальных сжимающих деформаций в k-ом треугольнике и участвующими в расчете сторонами этого треугольника. Приведенные формулы представляют собой решение соответственно систем уравнений 1 и 2:

1.

Sin 2 ( ( min ) i1 ) i1 max max Sin 2 ( ( min ) i2 ) i2 max max 2.

Cos 2 ( ( min ) i1 ) i1 min max Coc 2 ( ( min ) i2 ) i2 min max в принятых выше обозначениях k-ого треугольника сети.

Рассчитанные по указанным формулам компоненты деформаций земной поверхности представляет собой усредненные характеристики деформированного состояния элементов земной поверхности в границах соответствующего треугольника.

Построение сетей микротриангуляции (трилатерации) осуществляется по створным направлениям выявленных геодинамически активных структур включая узлы их сопряжения друг с другом. Пункты сетей, образующие вершины цепей треугольников размещаются по обе стороны геодинамически активных структур с таким расчетом, чтобы створное направление активной структуры занимало положение, близкое к осевой линии цепи микротриангуляции. Узел пересечения активных структур должен располагаться в средней (по протяженности) части этой цепи.

Рекомендуемое расстояние между пунктами микротриангуляции (трилатерации) составляет 200-300 м. Устанавливаемые на пунктах сети центры должны иметь бетонный якорь и закладываться на глубину, не менее 0,5 м ниже глубины промерзания, иметь на поверхности окопку и опознавательный знак. Допускается заглубление верхнего основания центра относительно отметки рельефа при наличии опасности повреждения выступающих над земной поверхностью частей. Не рекомендуется закладка пунктов на насыпных грунтах, над рекультивированной поверхностью, в обводненных участках, по обочинам дорог, а также на грунтах и основаниях, экранирующих движения подстилающей геологической толщи.

Для повышения точности определения координат пунктов сетей микротриангуляции рекомендуется использовать вставки GPS-пунктов сгущения в эти сети через каждые 3-4 стороны и осуществлять в каждом цикле промеры длин 2-3-х базовых интервалов сети с максимальными по условиям видимости расстояниями между пунктами.


Программа наблюдений должна обеспечивать точность координирования пунктов сети по удвоенной средней квадратической погрешности не ниже мм в наиболее удаленной точке сети. Практика показывает, что при соблюдении указанных условий производства наблюдений и конструкции сетей достаточная точность микротриангуляционных наблюдений обеспечивается тахеометром типа Т5 с пятисекундной точностью измерения углов.

В случае использования при съемочных работах GPS оборудования можно полностью заменить угловые наблюдения GPS-координированием точек, планируя периоды наблюдений в наиболее благоприятные интервалы времени по созвездиям спутников. Желательным условием для производства наблюдений является, также, воспроизводимость режима, схемы, технологии наблюдений и однотипность используемого оборудования.

Построение сетей поверхностных и подземных профильных линий реперов осуществляется для целей уточнения местоположения сместителей геодинамически активных структур на местности и в массиве и установления кинематической схемы движений их крыльев в вертикальной плоскости.

Профильные наблюдения позволяют оценить влияние геодинамически активных структур на развитие процессов сдвижения, ЗПГД, изменения базовых геомеханических параметров (размеров зон опорного давления, разгрузки, защищенных зон и др.). Требования к закладке профильных линий содержатся в «Инструкции…» по сдвижению.

Построение сетей микропрофилей как правило осуществляется для решения «оперативных» вопросов оценки развития деформационных процессов на конкретных участках проведения горных работ с неблагоприятным развитием геодинамической обстановки. Построение этих сетей осуществляется по мере возникновения необходимости решения конкретных задач. Применительно к задачам геодинамики – это уточнение положения геодинамически активных структур на участках планируемого развития работ (например вдоль подготавливаемого выемочного столба лавы), над участком произошедшего сейсмического события или проявления динамического и газодинамического явления и т. д. Применительно к задачам геомеханики – контроль за состоянием земной поверхности над зонами возможного провалообразования, развития оползней, деформаций дамб, просадок грунтов, образования террас в мульдах сдвижения и т.д.

Конструктивно микропрофили как правило представляют собой ряды грунтовых реперов с заложенными по краям постоянными реперами с бетонными якорями. Расстояние между реперами 8-15 м, протяженность отдельных микропрофилей зависит от решаемых задач мониторинга, но обычно не превышает 35-200 м. Наблюдения по ним в основном носят временный характер и после получения необходимого результата заканчиваются.

Методики производства наблюдений в системах деформационного мониторинга изложены в «Инструкции по производству маркшейдерских работ» и в «Инструкции по наблюдению за сдвижением земной поверхности».

Литература 1. Геодинамическое районирование недр. Методические указания./Под ред.

Петухова И.М., Батугиной И.М.- Л., ВНИМИ, 1990. – 129 с.

2. «Временные указания по выявлению и контролю зон риска возникновения аварий и чрезвычайных ситуаций при освоении недр и земной поверхности на основе геодинамического районирования недр» /Яковлев Д.В., Петухов И.М., Батугина И.М. и др. СПБ.: ВНИМИ, Л.,1997.

3. Правила безопасности в угольных шахтах (ПБ 05-618-03). М., 2003.

4. Инструкция по безопасному ведению горных работ на шахтах, разрабатывающих угольные пласты, склонные к горным ударам. М. 2000 г.

5. Геолого-промышленная карта Кузнецкого бассейна. Масштаб 1:10000.

Составители: А. З. Юзвицкий, А. И. Кузнецов, В. П. Шорин, В. И. Данилов, Г. П. Юзвицкая. Под ред. А. З. Юзвицкого. 2004 г.

6. Гайдук В. В., Прокопьев А. В. Методы изучения складчато-надвиговых поясов Новосибирск: Наука, 1999, 200 с.

7. В. В. Юдин. Шарьяж в Южном Донбассе // Доклады Академии наук. - 2005.

- Т. 402, N 4.

8. Шаклеин С. В., Башков И. П. Оценка достоверности прогноза дизъюнктивных нарушений угольных пластов // Горный вестник. - 1999. № 6. - С.136 -138.

9. Уломов В. И. Сейсмогеодинамика и сейсмическое районирование Северной Евразии 1997 г.

10.Уломов В. И., Шумилина Л. С. Комплект новых карт общего сейсмического районирования территории Российской Федерации. Сейсмостойкое строительство. 4, 1998, с. 30-34.

11.Лазаревич Т. И., Мазикин В. П., Малый И. А. и др. Геодинамическое районирование Южного Кузбасса. Монография. 184 с. Кемерово.

Редакционно-издательская фирма «Весть». 2006.

12.Мишин Н. И., Степина З. А., Панфилов А. Л. Структурная организация рудных полей. Изд-во: Акционер и К, с. 232, 13.Материал с сайта лаборатории тектоники консолидированной коры Геологического института РАН, размещенного на странице http://concrust.ginras.ru/metody_issledovaniy.htm. (2011 г.) 14.Положение о Порядке организации и контроля ведения горных работ в опасных зонах при подземной добыче угля. Л., ВНИМИ, 2012.

15.Петухов И.М. Горные дары на угольных шахтах. – 2-е изд., переработ. И доп.- СПб, «Наука», 2004 - 238 с.

16.«Геоморфология». Под ред. А.Н.Ласточкина и Д.В.Лопатина. СПбГУ, 2005.

519с.

17.Уфимцев Г.Ф., Онухов Ф.С.,Тимофеев Д.А. Терминолгия структурной геоморфологии и неотектоники. М.,.. Наука, 1979. 256с.

18.Геологический словарь. «Недра», М. 2007.

19.Лопатин Д.В. Дистанционные исследования криптоморфных геоморфологических структур. //Геоморфология, 2006, №2. С. 6-20.



Pages:     | 1 | 2 ||
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.