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 ||

«МИНИСТЕРСТВО ЭНЕРГЕТИКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ НАУЧНО – ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ГОРНОЙ ГЕОМЕХАНИКИ И МАРКШЕЙДЕРСКОГО ДЕЛА -МЕЖОТРАСЛЕВОЙ НАУЧНЫЙ ЦЕНТР ВНИМИ ...»

-- [ Страница 3 ] --

Местоположение активных структур по материалам деформационного мониторинга уточняется по признакам аномального поведения рабочих репе ров и пунктов сетей (аномально высокой величины или скорости смещений), резкого различия в характере движения смежных реперов, признакам «груп пового» поведения реперов. После выполнения заверочных работ пункты деформационного мониторинга могут быть использованы, как базовые для создания геодинамического полигона в соответствии с требованиями прило жени 4 «Инструкции…» по горным ударам.

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 ТЕР РИТОРИЯХ ШАХТНЫХ ПОЛЕЙ Геодинамический мониторинг шахтных полей заключается в организа ции и проведении режимных наблюдений за проявлениями движений и де формаций земной поверхности и выделенных на их территории геодинами чески активных структур, а также динамики изменения физических полей, отражающих изменения подстилающей геологической среды, в связи с оцен ками рисков проявления негативных геодинамических процессов.

Геодинамические полигоны создаются с целью уточнения простран ственного положения геодинамические активных структур и геодинамиче ского режима недр в границах шахтных полей и являются элементами си стемы контроля состояния горного массива. Построение и организация функционирования геодинамических полигонов выполняется в соответствии с требованиями п.41 «Правил безопасности в угольных шахтах» в рамках со здания многофункциональных систем безопасности угольных шахт.

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

Комплектация, архитектура и конструктивное исполнение системы монито ринга устанавливается с учетом реально существующих природных и техно генных рисков, выделенных по материалам районирования и способных ре ально привести к аварийным ситуациям.

Методическое обеспечение функционирования этих систем осуществля ет ВНИМИ на основе рекомендаций (заключений) и подготавливаемых нор мативных документов.

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

Исходя из имеющегося опыта построения аналогичных систем на мно гочисленных горнодобывающих объектах РФ, ВНИМИ выработаны стан дартные условия их рационального конструктивного исполнения и эффек тивного 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 трёхуровневое 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 кон тролируемых 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 мо ниторинга и метрологического контроля используемых в нем техниче ских средств.

В составе подсистемы в базовом варианте ВНИМИ рекомендовано ис пользовать трехуровневую подсистему мониторинга, объединяющую подси стемы регионального, перспективного и локального контроля геодинамиче ских процессов.

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

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

К задачам второго ранга отнесены задачи контроля за развитием геоди намических и геомеханических процессов на отрабатываемых пластах, охва тывающих площади выемочных столбов лав, междупластий в свитах отраба тываемых пластов, размеры выработанных пространств, уклонных полей, зон распространения опорного давления и разгрузки, зон сдвижения горных по род. 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 геодинамиче ской 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 про цессов периодически вызывающих повышение горного давления, активиза цию 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 каче ственного характера связанных с ними негативных геодинамических и гео механических процессов.

Деформационная система мониторинга конструктивно состоит из эле ментов 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 включа ет следующие элементы сетей, размещенных на пространственно рассредо точенных 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 предо хранительных целиков в зонах влияния геодинамически активных структур.

Требования к построению опорной базовой GPS-сети (или опорной гео метрической сети). Опорная базовая GPS-сеть (или опорная геометрическая сеть) строится как система постоянных пунктов геодезической сети, привя занная к пунктам государственного геодезического обоснования. Как прави ло опорная сеть «комплектуется» на основе существующих на территории шахтного поля пунктов сетей триангуляции, полигонометрии, высокоразряд ных нивелирных сетей или пунктов ранее созданного поверхностного съе мочного 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 нача ле каждого цикла наблюдений в маркшейдерско-геодезических сетях мони торинга 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 репе ров (за счет стабильного положения остальных).

В фазы активного развития геодинамических процессов участки шахт ных полей даже за границей зоны сдвижения, эпизодически могут испыты вать небольшие смещения и деформации земной поверхности, Эти движения могут наблюдаться, также, вдоль крупных геологических нарушений и осе вых поверхностей складок.

Для обеспечения требуемой надежности опорной сети (стабильного по ложения её пунктов) при решении задач повышенной точности обычно реко мендуется выносить место заложения её пунктов за зону вторичного техно генного 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 превыше ние 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 её перенаблюдения в случаях одновременно го 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, рассредо точенных по периметру территории контроля. Проявления подвижек пунктов опорных сетей выявляется тестовой проверкой расстояний между всеми пар ными комбинациями пунктов и выявлением пунктов, нарушающих условия неизменности этого расстояния в различных циклах наблюдений. Для выяв ленных по указанному признаку пунктов сети пересчитываются новые коор динаты 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 её 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 монито ринговых наблюдений рассчитываются эллипсоиды деформаций земной по верхности по формулам:

Методика определения параметров горизонтальных тензоров де формаций в сетях GPS-трилатерации данным геодезического мониторин га. По результатам осуществляемого на полигоне геодезического монито ринга могут быть рассчитаны эллипсоиды деформаций земной поверхно сти в каждом из треугольников сети после каждого очередного цикла из мерений. Этот расчет может выполняться как непосредственно для по следнего периода наблюдений, так и в накопительном порядке - для всего периода производства мониторинговых наблюдений. Целесообразно осу ществлять оба этих расчета, поскольку в них наиболее наглядно проявлена динамика изменения геодинамического режима шахтных полей.

При выполнении указанных расчетов берутся результаты соответ ствующих серий наблюдений для выбранных интервалов времени (преды дущий-последний, базовый-последний). По результатам каждой из указан ных серий наблюдений рассчитываются координаты точек сети и вычис ляются значения длин Lij и дирекционных углов ij всех сторон составля ющих эту сеть треугольников на моменты производства n-ой серии наблю дений.

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

L ki kj (X kj X ki ) 2 (Yki Yki ) Ykj Yki ki kj Arctg 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 тре угольника 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 k1-k2, k2-k3, k1-k3 сторон k-ого треугольника и их дирекционным углам k1-k2, k2-k3, k1-k3 вычисляются зна чения дирекционных углов направлений действия максимальных сжимаю щих деформаций в k-ом треугольнике по формуле:

Cos2 ( )Cos2 ( )Cos2 ( ) tg 2 k Sin2k 3k 2 ( k 2k1 k1k 3 )Sin2 k 2k1( k1k 3 k 3k 2)Sin2 k1k 3( k 3k 2 k 2k k1k 3 k 3k 2 k 2k1) k 3k 2 k 2k1 k1k 3 k 2k1 k1k 3 k 3k С учетом найденных значений углов рассчитываются величины глав ных деформаций k1 и k2 в k-ом треугольнике сети по формулам:

k 3 k 2 Sin 2 ( k 3 k 2 k ) k 2 k1 Sin 2 ( k 2 k1 k ) k Sin 2 ( k 2 k1 k ) Sin 2 ( k 3 k 2 k ) k 2 k1 Cos 2 ( k 2 k1 k ) k 3 k 2 Cos 2 ( k 3 k 2 k ) k 2 Sin 2 ( k 2 k1 k ) Sin 2 ( k 3 k 2 k ) Разности углов (и (в геометрическом отношении представляют собой значения углов между направлением действия макси мальных 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.

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

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

Рассчитанные по указанным формулам компоненты деформаций земной поверхности представляет собой усредненные характеристики деформиро ванного состояния элементов земной поверхности в границах соответствую щего 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 микротриан гуляции. Узел пересечения активных структур должен располагаться в сред ней (по протяженности) части этой цепи.

Рекомендуемое расстояние между пунктами микротриангуляции (трила терации) 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 опознаватель ный знак. Допускается заглубление верхнего основания центра относительно отметки рельефа при наличии опасности повреждения выступающих над земной поверхностью частей. Не рекомендуется закладка пунктов на насып ных грунтах, над рекультивированной поверхностью, в обводненных участ ках, по обочинам дорог, а также на грунтах и основаниях, экранирующих движения подстилающей геологической толщи.

Для повышения точности определения координат пунктов сетей микро триангуляции 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 видимо сти расстояниями между пунктами.


Программа наблюдений должна обеспечивать точность координирова ния пунктов сети по удвоенной средней квадратической погрешности не ни же 50 мм в наиболее удаленной точке сети. Практика показывает, что при со блюдении указанных условий производства наблюдений и конструкции се тей достаточная точность микротриангуляционных наблюдений обеспечива ется тахеометром типа Т5 с пятисекундной точностью измерения углов.

В случае использования при съемочных работах GPS оборудования можно полностью заменить угловые наблюдения GPS-координированием то чек, 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 репе ров осуществляется для целей уточнения местоположения сместителей гео динамически активных структур на местности и в массиве и установления кинематической схемы движений их крыльев в вертикальной плоскости.

Профильные наблюдения позволяют оценить влияние геодинамически ак тивных структур на развитие процессов сдвижения, ЗПГД, изменения базо вых геомеханических параметров (размеров зон опорного давления, разгруз ки, защищенных зон и др.). Требования к закладке профильных линий со держатся в «Инструкции…» по сдвижению.

Построение сетей микропрофилей как правило осуществляется для ре шения «оперативных» вопросов оценки развития деформационных процес сов на конкретных участках проведения горных работ с неблагоприятным развитием геодинамической обстановки. Построение этих сетей осуществля ется по мере возникновения необходимости решения конкретных задач.

Применительно к задачам геодинамики – это уточнение положения геодина мически активных структур на участках планируемого развития работ (например вдоль подготавливаемого выемочного столба лавы), над участком произошедшего сейсмического события или проявления динамического и га зодинамического явления и т. д. Применительно к задачам геомеханики – контроль за состоянием земной поверхности над зонами возможного прова лообразования, развития оползней, деформаций дамб, просадок грунтов, об разования террас в мульдах сдвижения и т.д.

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

Методики производства наблюдений в системах деформационного мо ниторинга изложены в «Инструкции по производству маркшейдерских ра бот» 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 возникнове ния аварий и чрезвычайных ситуаций при освоении недр и земной по верхности 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, разраба тывающих 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. Дани лов, 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 дизъюнк тивных нарушений угольных пластов // Горный вестник. - 1999. - № 6. С.136 -138.

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

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

11. Лазаревич Т. И., Мазикин В. П., Малый И. А. и др. Геодинамическое рай онирование Южного Кузбасса. Монография. 184 с. Кемерово. Редакцион но-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 Гео логического 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 геоморфо логических 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.