В статье производится анализ современной ситуации в осуществлении мониторинга геомеханического состояния прибортовых массивов глубоких карьеров, а также выделяется значимость осуществления постоянного поиска новейших принципов и методов анализа геомеханического состояния прибортовых массивов. Были обоснованы плюсы и минусы в решении данного вопроса на основе применения современных технологий, что является эффективным способом реализации осуществления безопасности проведения горных работ на карьерах.
Ключевые слова: карьер, прибортовой массив, мониторинг, геомеханическое состояние, напряженность, современные технологии, инновации, устойчивость, деформации
На сегодняшний день, в свете перехода к европейской и мировой интеграции нашего государства, развитие технологий во всех отраслях производства является ключевым моментом. Современные перемены в самой системе добывающей и перерабатывающей промышленности и новые условия к безопасности повлекут за собой потребность пересматривания основных концептуальных, содержательных и организационных элементов всего процесса.
В современном мире, где очень сильны процессы интеграции во всех сферах жизни общества, особую значимость приобрел поиск новейших методов и технологий проведения исследований геомеханического состояния прибортовых массивов карьеров.
Существует множество методов и принципов проведения исследования устойчивости прибортовых массивов карьеров, выделены расчетные методы обоснования устойчивости массивов [1, c.80]. И на базе этих методов вполне можно разработать новейшие методики на основе современных технологий расчета и применения инноваций во время проведения горных работ для обоснования устойчивости массивов горных пород. Для многих развитых горнопромышленных регионов, в том числе для Казахстана, социально-экономическое состояние и будущее развитие напрямую зависят от возможности эффективной отработки именно глубоких карьеров [2, c.17].
Следовательно, поиск новых методик обеспечения продолжительной устойчивости прибортовых массивов карьеров обладает особенной актуальностью на современном этапе развития, так как от этого зависит сама безопасность проведения горных работ, а также объемы добычи полезных ископаемых. Производство разработки прибортовых массивов в глубоком карьере всегда сопряженно с протеканием некоторых геомеханических процессов, которые происходят в прибортовых массивах карьеров по мере углубления и создания выработанного пространства.
Бесспорно, что обстоятельства проведения работ на карьерах малой глубины и глубоких, сверхглубоких карьеров значительно отличаются. При всем этом ключевые вопросы, объединяющие всю особенность и специфики геомеханических исследований в целях надежного и эффективного обоснования проекта и безопасной эксплуатации глубоких карьеров, методически все еще слишком мало проработаны. Имеющиеся требования к исследованию не делают большой разницы между карьерами разной глубины. При этом рассматриваются следующие вопросы: устойчивость откосов, несущая способность оснований, прогнозирование деформированных состояний массивов и контролирование. Выделим главные трудности, а также ключевые направленности геомеханического обеспечения осуществления горных работ на глубоких карьерах.
В течение последних лет в исследовательских институтах Казахстана и стран СНГ были проведены исследования в сфере геомеханического обеспечения горных работ, раскрывающие сам механизм деформирования массивов под влиянием внешнего и внутреннего гравитационно-тектонического поля напряжений, приводящие итоги о напряженно-деформированном состоянии (НДС) прибортовых массивов для осуществления точного прогнозирования устойчивости бортов глубоких карьеров и другие, показавшие новейшие подходы к проведению обоснования устойчивости бортов глубоких карьеров.
В геомеханике на современном этапе развития этой науки, был отмечен ряд определенных закономерностей, которые показывают основные свойства горных массивов, объясняющие в свою очередь их поведение, кардинально выделяющееся от поведения многих твердых пород. В связи с этим ключевое место отдано вопросам изучения проблематики закономерностей деформирования и разрушения горного массива карьеров, образования напряженно-деформированного состояния при проведении различных горных работ, а также проведения оценивания состояния горного массива и управления в последствие данным состоянием, учитывая все полученные показатели состояния. Большая часть таких задач геомеханики напрямую связано, с рядом факторов: увеличением уровня производительности разрушения горного массива, обеспечиванием надежной устойчивости естественных и техногенных породных обнажений на протяжении требуемого временного периода. Проведение разработки в случае глубоких карьеров значительно повышает уровень неравномерности многостороннего сжатия горных пород, приводящее к увеличению касательных напряжений прибортовых массивов, вероятности достижения ими максимальных значений, результатом чего считается возникновение разнообразных деформаций.
Многолетнее изучение состояний прибортовых массивов карьеров многих государств с развитой горнодобывающей промышленностью показал, что деформации разных объемов случаются фактически на любой высоте массива с различными параметрами данных деформаций, не завися от глубины этого карьера.
Используя классические системные инструментальные наблюдения за состоянием прибортовых массивов дают возможность определить количественные показатели деформаций отдельных участков, ограниченные по времени в определенных геологических условиях, и дальнейшего развития проведения работ. При этом более полные сведения могут быть получены при помощи наблюдения за происходящим смещением реперов, которые были заложены по профильным линиям массива, расположенные вкрест простирания прибортовых массивов.
На рисунке 1 приведена схема всего процесса проведения исследования геомеханических состояний прибортовых массивов.
Рис. 1. Процесс исследования геомеханических состояний прибортовых массивов глубоких карьеров
Исследование геомеханического состояния прибортовых массивов карьеров производится на всех этапах горных работ: от проекта и разведки, до вскрытия и выемки.
Становится ясным, что перспектива последующего увеличения глубины отработки карьера может повысить уровень требований к обеспечиванию продолжительной устойчивости прибортовых массивов, так как прогнозирование вероятно небезопасных по деформациям участков карьера даст возможность еще на стадии разработки планов проведения горных работ устанавливать места вероятных деформаций и принять своевременные меры по их предотвращению.
В соответствии с этим принципом на сегодняшний день осуществляется процесс исследования геомеханических состояний массивов практически на каждом карьере в Казахстане и в других странах СНГ.
Для выделения подходов в оценке, а также и верного их применения, следует определить, что же, именно такое геомеханика массива.
В геомеханике массив рассматривается как единое целое, сложенное структурными блоками горных пород, ограниченных системами трещин. Все системы трещин в массиве, независимо от генезиса, играют роль систем поверхностей ослабления и подлежат учету при решении вопросов сдвижения горных пород и устойчивости откосов [3, c.58].
Применяемые современные методы оценки состояний горных массивов, разделяемые на три основные группы:
1) традиционные инструментально-геодезические методы:
‒ метод точечных массовых замеров элементов залегания поверхностей ослабления;
‒ метод площадной структурной съемки;
‒ геометрического и тригонометрического нивелирования с измерениями расстояний дальномерами и другими мерными приборами и т. д.;
2) методы исследования с применением специальных автоматических приборов с дистанционным отбором информации в непрерывном или периодическом режиме:
‒ метод построения диаграмм трещиноватости с помощью компьютерной техники;
‒ метод оценки состояний массивов при помощи 3D-анализа и компьютерного моделирования;
‒ метод изучения спектрального сейсморазведочного профилирования;
‒ метод георадарного зондирования и т. д.;
3) фотограмметрические методы — основанные на данных дистанционных измерениях фотоснимков:
‒ изучение систем трещин с помощью лазерного сканера;
‒ построение профилей и фронтальных планов и т. д.
Хоть каждый в отдельности из этих подходов оценки геомеханических состояний прибортовых массивов успешно применяются на карьерах на практике, но есть и ряд недостатков, которые не позволяют объективно и точно оценивать состояние горных пород, и не дает обеспечить безопасность проводимых работ.
Вследствие этого требуется выделить подходы и методы оценки состояний прибортовых массивов, которые включали бы все положительные стороны существующих методов и быть информативными в полном объеме без непосредственного контакта с установкой всех существующих на карьере структурных элементов: трещины, нарушения, границы раздела литологических разностей, деформации и т. д., с получением их компьютерной модели и вставкой их в расчетные схемы геомеханических моделей прибортовых массивов.
Наиболее эффективными являются комплексные методы геомеханического мониторинга состояний прибортовых массивов карьеров, которые могут позволить более достоверно оценить состояние и обосновать применение тех или иных работ, учитывая все особенности и характеристики выявляемых деформаций [4, c.213].
По результатам комплексного анализа получаемых данных исследования геомеханических характеристик прибортовых массивов глубоких карьеров при помощи традиционных инструментально-маркшейдерских подходов с использованием спутникового 3D-анализа и моделирования возможно более точно выявить все опасные структурные неоднородности, закономерности и напряженности строения, которые весьма важно учитывать в процессе эксплуатации карьеров.
Возможности увеличения глубины отработки карьеров в будущем подразумевают повышение требований к обеспечиванию постоянной устойчивости прибортовых массивов [5, c.44].
Мониторинг и прогнозирование возможных опасных деформационных участков бортов дает возможность еще на стадии планирования проведения горных работ на карьерах определить места вероятных деформаций и, соответственно, вовремя принять меры по их предупреждению [6, c.18].
Таким образом, применение новых современных технологий исследования геомеханического состояния прибортовых массивов глубоких карьеров, считается одним из самых важных нюансов улучшения и оптимизации всего процесса мониторинга и эксплуатации карьеров, с обнаружением вовремя появляющихся деформаций горных пород. Организация постоянного мониторинга прибортовых массивов глубоких карьеров позволит сделать весь процесс более информативным и эффективным в плане безопасности.
Литература:
- Яковлев А. В. Геомеханическое обеспечение формирования бортов карьеров и отвалов. // Проблемы недропользования. — М., 2016. — № 4. — С. 75–80.
- Жиров Д. В., Мелихова Г. С., Рыбин В. В., Сохарев В. А., Климов С. А. Особенности инженерно-геологического изучения массивов скальных пород в целях проектирования глубоких карьеров. // ВЕСТНИК Кольского научного центра РАН 1/2016(24). — К., 2016. — № 24. — С. 15–25.
- Нурпеисова М. Б., Иофис М. А., Милетенко И. В. Геомеханика: Учебник для вузов. — Алматы: КазНТУ, 2014. — 275с.
- 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). — Eurogress Aachen, 2013. — С. 213–221.
- Салямова К. Д., Садинов Ш. М., Гасанова Н. Ю. Мониторинг деформирования прибортовых массивов скальных пород и управление геомеханическими процессами при отработке глубоких карьеров. // Инновационная деятельность: теория и практика. — Е., 2016. — № 6(2). — С. 44–49.
- Яковлев А. В., Ермаков Н. И. Методика изучения прибортовых массивов для прогнозирования устойчивости бортов карьеров. — Екатеринбург: ИГД УрО РАН, 2008. — 78 с.
