За последние 20 лет динамичное развитие науки и техники привело к появлению нового метода спутникового определения координат в геодезии и маркшейдерии, а также современных технологий и программных комплексов. В статье рассмотрена методика ведения наблюдений за деформациями бортов карьера современной аппаратурой и программными комплексами, в результате чего маркшейдеры добиваются контроля устойчивости бортов карьеров и создают карты их устойчивости.
Ключевые слова: борта карьера, деформации, устойчивость борта, маркшейдерские наблюдения, система GPS, электронные тахеометры, 3D-моделирование.
Over the past 20 years, the dynamic development of science and technology has led to the emergence of a new method of satellite determination of coordinates in geodesy and surveying, as well as modern technologies and software systemsThe article discusses the methodology for observing deformations of the sides of a quarry modern equipment and software systems, as a result of which surveyors achieve control over the stability of quarry sides and create maps of their stability.
Keywords: quarry boards, deformations, Board stability, surveying observations, GPS system, electronic total stations, 3D modeling.
Введение. В мире добыча полезных ископаемых производится в основном открытым способом, на долю которого приходится 75 % извлекаемой из недр минеральной продукции, и известно, что этот уровень будет поддерживаться и в будущем. В процессе развития открытого способа добычи полезного ископаемого наблюдается увеличение глубины, объемов и производственных мощностей карьеров.
Деформации карьерных откосов наносят значительный материальный ущерб горному предприятию, нарушая правильное и безопасное ведение горных работ, вызывая потери полезного ископаемого, которые становятся особо значимыми в условиях рыночной экономики. Поэтому проблема обеспечения устойчивости карьерных откосов является одной из важнейших в горном деле.
Одним из таких являются медные месторождения Казахстана, как Актогай, Бозшаколь, Айдарлы, Алмалы и др. Срок их эксплуатации более 50 лет. Проект по разработке руд входит в государственную программу индустриально-инновационного развития и группу KAZ Minerals.
Основное содержание Обязательным условием для безопасного ведения горных работ на карьерах является обеспечение устойчивости бортов карьеров [1].
Исходя из задач и функций управления устойчивостью породных массивов, особенно карьерных откосов при разработке месторождений полезных ископаемых, характеризуемых разнообразием и изменчивостью геологического строения, необходимо постоянно проводить исследования, направленные на получение достоверной информации о структурных особенностях прибортового массива, его прочностных свойствах, гидрогеологических условиях и т. д. Такие исследования должны проводиться на всех этапах формирования карьерных откосов (строительство карьера, освоения проектной мощности, начало оформления постоянных бортов карьера на предельном контуре, доработка карьера) в рамках единой системы.
Критерием правильности ранее принятых технологических решений по параметрам карьерных откосов является маркшейдерский инструментальный контроль за состоянием бортов карьеров и отвалов, поэтому его также необходимо включить в единую систему маркшейдерских наблюдений и исследований.
Инструментальные маркшейдерские наблюдения являются основным средством получения информации о деформациях бортов карьеров и отвалов и наиболее надежной основой для прогноза их устойчивости (рис. 1). Рекомендации по созданию наблюдательных станций и методикам наблюдений изложены в разработанной ВНИМИ «Инструкции по наблюдениям за деформациями бортов, откосов уступов и отвалов на карьерах и разработке мероприятий по обеспечению их устойчивости» [2].
Рис. 1. Методы наблюдений за устойчивостью бортов карьера
Анализ методов инструментальных наблюдений за состоянием карьерных откосов показывает необходимость их дальнейшего совершенствования с использованием современных геодезических средств на примере лазерного сканирования, электронной тахеометрии, фотограмметрии, глобальных спутниковых систем, современных информационных технологий и радарной интерферометрии.
Широкое внедрение в практику маркшейдерско-геодезических работ электронных тахеометров и спутниковых GPS приборов (рис. 2), дает уникальную возможность быстро и точно определить параметры сдвижения массива горных пород и вести регулярные, непрерывные наблюдения за изменением этих параметров во времени.
Рис. 2. GPS-наблюдения на карьере
Среди современных методов маркшейдерских наблюдений широкое распространение получил метод лазерного сканирования, здесь можно выделить: наземное лазерное и воздушное сканирование. Лазерное сканирование позволяет создать цифровую модель всего окружающего пространства, представив его набором точек с пространственными координатами. Для наблюдений за деформациями рекомендуется использовать архитектурный сканер типа Leica HDS3000 с точностью сканирования 6 мм. Для исследования структуры целесообразно использовать горный сканер типа Leica HDS4400, имеющий высокую производительность и специальное программное обеспечение для изучения элементов залегания. Для повышения эффективности наблюдений можно совместно использовать GPS-системы и 3D-сканер [3, 4].
Параллельно инструментальными наблюдениями проводится расчеты для построения трехмерной модели карьера с оценкой устойчивости, отрисовки горизонтов и нанесения ситуационного плана. Создание карты устойчивости карьера осуществляется в программном комплексе, обладающими возможностью работы с 3D компьютерными объектами и имеющем возможности графического представления результатов интерполяции. Такой технологией является программа «Борт», разработанной ВНИИцветмет [5].
При расчете устойчивости бортов используется веер сечений с постоянным углом поворота относительно друг друга для получения равномерной картины по всему карьеру. Сечения намечались по возможности вкрест простирания борта. Определенные для расчета в программном комплексе «Борт» сечения показаны на рис. 3.
Рис. 3. Расчетные сечения для построения карты устойчивости
Для каждого сечения через дробь указаны азимут направления сечения относительно дна карьера и генеральный угол борта в соответствующем сечении.
Далее эти сечения последовательно загружались в программный комплекс «БОРТ», где выполнялась их обработка. Результаты расчета программного комплекса «Борт» по всем сечениям карьера экспортируются в геоинформационную систему Surpac. Полученная объединенная модель карьера с результатами расчета в программном комплексе «Борт» представлена на рисунке 4.
Анализ результатов и карта устойчивости карьера показывает, что по состоянию на. 09.2019 г. борт карьера находился в устойчивом состоянии, что подтверждается отсутствием серьезных обрушений на реальном карьере. Коэффициент запаса по всем рассчитанным сечениям превышает η>1,3. Только на юго-восточном борта карьера получено минимальное значение (η=1,24) приходится на юго-восточный борт карьера (сечение азимута 112,5°).
Рис. 4. Карта устойчивости карьера
Выводы . Внедрение в производство высокопроизводительных методов инструментальных наблюдений за состоянием прибортовых массивов на карьерах, основанные на использовании глобальной системы спутникового позиционирования, электронных тахеометров и 3D сканера позволяет обеспечить безопасные условия труда и бесперебойный режим работы горнодобывающего предприятия. Разработанные карты устойчивости позволили выявить потенциально опасные с точки зрения устойчивости зоны карьера и выработать рекомендации по снижению опасности обрушения бортов карьеров.
Исследование выполнено при финансовой поддержке Комитета Науки Министерства науки и высшего образования РК (ГФ ИРН № АР23489269).
Литература:
- Нурпеисова, М., Рысбеков К. Б., Касымканова Х. М., Кыргизбаева Г., Солтабаева С Инновационные методы мониторинга деформационных процессов Жиландинских групп месторождений// Труды международного маркшейд. форума «Геопространственная цифровая инженерия в геодезии, маркшейдерии и геомеханике»,.2023. г. Караганда: КарТУ-С. 42–47.
- Нурпеисова М. Б., Рысбеков К. Б., Кыргизбаева Г. М. Инновационные методы ведения комплексного мониторинга на геодинамических полигонах. –Алматы: КазНИТУ, 2015.- 215 с.
- Nurpeisova M. B., Rysbekov K. B., Kasymkhanova Kh.M., Kirgizbaeva G. M., Soltabayeva S. T. Comprehensive monitoring of geodynamic polygon of deposits in central kazakhstan// The 18th International Congress for Mine Surveying in Xuzhou, China from October 24th till October 29th 2023.рр.11–19.
- Проходов В. В., Ананин А. И. Карта устойчивости карьера — инструмент для выявления потенциально опасных по устойчивости зон карьеров. Материалы VII Междун.конференции «Повышение технологического уровня горно-металлургических предприятий на основе инновационных технологий». — Усть-Каменогорск, «ВНИИцветмет»,2013.- С 84–88.
