Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Состояние изученности вопроса 11
1.1 .Результаты исследований по определению трещиноватости и его влиянию на свойства пород 11
1.2. Необходимость изучения трещиноватости для решения инженерных задач 21
1.3. Фотодокументация обнажений на карьере 23
1.3.1. Методика фотосъёмки на карьере 25
1.4. Преимущества дистанционного изучения параметров трещиноватости .27
1.5. Параметры устойчивого борта разреза 30
1.5.1. Методы расчета устойчивости бортов карьеров 32
1.6. Об учете трещиноватости при расчете устойчивости бортов карьера 36
Выводы по главе 41
Глава 2. Методика исследований 45
2.1. Фотографическая съемка и ее метрическая обработка 45
2.2. Основы компьютерной технологии обработки результатов съёмки 51
2.3. Компьютерная технология оценки степени трещиноватости 59
2.3.1. Дистанционное изучение плитчатой отдельности на песчаном
карьере Печурки 65
2.4. Определение параметров трещиноватости по фотоснимкам в программной среде Maplnfo Professional 69
Выводы по главе 77
ГЛАВА 3. Разработка методики оценки устойчивости борта карьера с учетом его трещиноватости 80
3.1. Исходная геологическая информация и результаты фотоизучения 81
3.2. Уточнение прочностных параметров породных массивов с учетом трещиноватости 83
3.3. Моделирование процесса деформирования пород с учетом трещиноватости 90
3.3.1. Учет трещиноватости при моделировании напряженно деформированного состояния образца горной породы 90
3.4. Моделирование влияния трещиноватости на напряженно-деформированное состояние приконтурного массива 100
Выводы по главе 106
ГЛАВА 4. Реализация разработанной методики на практических примерах 107
4.1. Описание объекта исследований 107
4.2. Моделирование НДС борта карьера Новосергеевский 114
4.3. Исследование оползневого процесса на карьере "Медвежий ручей" 121
4.4. Прогнозирование затрат на ликвидацию чрезвычайных ситуаций 124
4.5. Перспективы развития разработанной методики 134
Выводы по главе 137
Заключени 139
Список использованной литературы 144
- Необходимость изучения трещиноватости для решения инженерных задач
- Основы компьютерной технологии обработки результатов
- Моделирование процесса деформирования пород с учетом трещиноватости
- Моделирование НДС борта карьера Новосергеевский
Введение к работе
Актуальность темы исследования. Современный этап развития технологии добычи полезных ископаемых открытым способом характеризуется значительными глубинами извлечения, которые могут составлять несколько сотен метров. В этих условиях возрастают требования к обеспечению устойчивости бортов карьеров. Оползневые деформации уступов приводят к большим финансовым затратам на устранение последствий аварийных ситуаций, но, главное, они могут происходить с человеческими жертвами. Вместе с тем обоснованное увеличение угла борта карьера даже в пределах градуса ведет к существенной экономии горных работ. В этой связи весьма актуальными являются исследования по уточнению, как исходных расчетных параметров, так и методик расчета устойчивости борта карьера. Значительный вклад в решение этой проблемы внесли следующие ученые: Г.Л. Фисенко, В.В. Соколовский, С.С. Голушкевич, Э.Л. Галустьян, В.И. Борщ-Компаниец, А.Б. Фадеев, Ю.И. Туринцев, А.М. Мочалов, Т.К. Пустовойтова, П.С. Шпаков, Ф.К. Низаметдинов и др.
Несмотря на значительные достижения в области оценки устойчивого состояния бортов карьеров, до настоящего времени не разработана методика оперативной оценки интенсивности трещиноватости приконтурного массива и ее учета при расчете коэффициента запаса устойчивости борта. В то же время благодаря исследования
М.М. Протодьяконова, Ю.М. Либермана, И.А. Турчанинова, Э.В. Каспарьяна, М.В. Раца, С.Н. Чернышева, Ф.С. Ясинского, Н.Н. Куваева, В.В. Галахова, Ю.М. Карташева, Р.А. Такранова, П.Н. Панюкова, А.И. Барона и др. в значительной мере определена степень влияния трещиноватости на прочностные свойства пород.
Отсутствие экспресс-методик оценки степени трещиноватости откоса уступа и введения полученных данных в расчетные схемы для уточнения параметров устойчивого борта приводит к принятию не оптимальных параметров устойчивости. Уточнению таких параметров на основе учета степени трещиноватости массива горных пород и посвящена данная диссертационная работа.
При расчетах устойчивости борта карьера, как правило, используют методику расчета, базирующуюся на теории предельного равновесия. На ее основе разработано множество решений для различных горнотехнических и горно-геологических условий освоения месторождений полезных ископаемых.
Прочностные показатели ряда литотипов, которыми сложены породные комплексы, в достаточной мере известны применительно к размеру образцов. Какие коэффициенты использовать при расчетах массива горных пород - весьма актуальный вопрос.
На наш взгляд, коэффициент структурного ослабления пород можно определять с использованием фотоснимков обнажений пород (поверхностей уступов) и далее по уточненным показателям прочности пород решать вопрос об устойчивости борта карьера.
При наличии мощных программных комплексов, позволяющих многовариантное моделирование напряженно-деформированного состояния приконтурного карьерного породного массива применение экспресс-методик оценки степени трещиноватости пород обеспечивает уточнение параметров надежность устойчивых параметров борта карьера.
Таким образом, актуальность настоящей работы обоснована наличием ряда исследований по установлению существенного влияния трещиноватости на прочностные свойства массива горных пород, существованием современных мобильных цифровых средств визуализации горных обнажений, разработанностью математического аппарата моделирования напряженно-деформированного состояния массива горных пород с многообразием компьютерных технологий его реализации, а также недостаточной проработкой рассматриваемого вопроса в нормативных документах.
Цель диссертационной работы состоит в повышении надежности оценки устойчивости бортов карьеров на основе разработки методики дистанционного определения трещиноватости пород.
Основные задачи исследований:
1. Анализ нормативной и технической литературы;
2. Разработка технического способа дистанционного определения трещиноватости обнажений;
3. Разработка методики компьютерной обработки результатов измерений;
4. Разработка алгоритма учета трещиноватости при оценке устойчивости борта карьера;
5. Моделирование НДС прибортового массива с учетом его трещиноватости;
6. Реализация дистанционного способа оценки трещиноватости в натурных условиях.
Идея работы заключается в использовании цифровой фотоаппаратуры для съемки карьерных обнажений, компьютерной технологии обработки данных о трещиноватости и их интерпретации для получения скорректированных прочностных параметров, используемых при моделировании устойчивости бортов карьеров.
Методы исследований. При выполнении исследований использовался комплекс методов: анализ и обобщение результатов ранее выполненных исследований, в том числе представленных в нормативно-методических документах; инструментальные наблюдения в натурных условиях, математическая обработка результатов экспериментальных данных, компьютерное моделирование напряженно-деформированного состояния прибортового массива.
Научная новизна:
1. Разработана компьютерная технология обработки материалов фотографической съёмки прибортового массива горных пород, позволяющая существенно ускорить определение интенсивности трещиноватости.
2.Установлены зависимости сцепления прибортового массива горных пород от степени его трещиноватости, на основе которых определяются исходные параметры для оценки устойчивости борта карьера.
Научные положения, выносимые на защиту:
1) При разработке месторождений полезных ископаемых открытым способом оценку трещиноватости как фактора, существенно влияющего на прочностные свойства пород, эффективно выполнять с использованием цифровой фотосъемки, при этом за счет применения разработанной методики компьютерной обработки снимков достигается оперативность получения прочностных величин, которые сопоставимы по точности с традиционными трудоемкими и затратными по времени способами.
2) Оперативный учет трещиноватости на основе использования разработанной методики позволяет проводить оценку прочности пород и текущего состояния устойчивости борта карьера.
Практическая значимость состоит в разработке методики оперативной оценки текущего состояния устойчивости борта карьера с учетом его трещиноватости.
Реализация результатов работы. Полученные результаты могут быть использованы в проектных организациях горного профиля, учебных учреждениях и на карьерах (разрезах), а так же в специализированных организациях, изучающих свойства трещиноватости горных пород.
Апробация работы. Основное содержание диссертации докладывалось на Всероссийской конференции-конкурсе студентов выпускного курса 2009 г. (г. Санкт-Петербург), Международной научно-практической конференции «Проблемы недропользования» (г. Санкт-Петербург, 2009г.), на Научно-практической конференции “Инновационное развитие горно-металлургической отрасли” (г. Москва, 2009 г.), на 5-й международной научно-практической конференции на базе AGH (Краков, 2011) и на заседаниях кафедры Маркшейдерского дела. Элементы теоретических и методических разработок диссертации внедрены в учебный процесс в Национальном минерально-сырьевом университете “Горный” для студентов специальности Маркшейдерское дело.
Личный вклад автора. Автор самостоятельно выполнил постановку задач и разработку общей методики исследований, анализ научно-технической литературы по теме диссертационных исследований, разработал методику аналитических и экспериментальных исследований, реализовал полевые работы.
Публикации. Основное содержание работы отражено в 5 публикациях, из них 2 в журналах, включенных в перечень ведущих рецензируемых научных журналов и изданий, определяемый ВАК Минобрнауки России.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка (70 литературных источников), изложенных на 151 странице машинописного текста, содержит 12 таблиц, 64 рисунка.
Автор выражает глубокую признательность научному руководителю проф. М.Г. Мустафину за помощь в определении общей идеи работы и направления исследований, коллективу кафедры маркшейдерского дела Национального минерально-сырьевого университета “Горный” за ценные замечания и внимание к работе, проф. Р.А. Такранову и проф.В.Н. Гусеву за постоянную поддержку и полезные советы при написании диссертации.
Необходимость изучения трещиноватости для решения инженерных задач
Последние могут рассматриваться как трещины только в региональном плане, протяженность их может составлять десятки и сотни километров и заведомо больше линейных размеров проектируемых сооружений [46].
Таким образом, предметом рассмотрения являются трещины с размерами от 0,1 до 100 м. Очевидно, верхний предел протяженности трещин до 100 м относится к анализу деформируемости больших породных массивов (например, при подработке перекрывающей породной толщи и т. д.), что является предметом специальных исследований. При анализе процессов деформирования и разрушения вокруг горных выработок целесообразно верхний предел протяженности трещин ограничивать 10 м.
В зависимости от взаимной ориентации трещин различают упорядоченную и неупорядоченную (хаотическую) трещиноватость. При упорядоченной трещиноватости всегда можно выделить одно или несколько направлений преимущественного распространения трещин. В свою очередь, упорядоченную трещиноватость подразделяют на системную (при наличии нескольких систем трещин) и полигональную, состоящую из одной системы трещин и множества трещин, перпендикулярных одной общей оси.
Неупорядоченная трещиноватость характеризуется тем, что в ней нельзя выделить направление преимущественного распространения трещин. Для количественной оценки трещиноватости используются линейный, площадной и объемный коэффициенты интенсивности трещиноватости. Они представляют собой соответственно отношение единиц длины, площади и объема к среднему расстоянию между соседними трещинами, к площади и объему части массива между соседними трещинами.
Для структурной характеристики массива и учёта влияния трещиноватости при решении горных задач имеют значение следующие геометрические показатели трещиноватости: ориентировка, раскрытие, размеры, густота трещин. Ориентировка трещины - пространственное положение её в массиве горных пород - характеризуется угловой величиной. Размеры и частота (встречаемость) трещин характеризуется линейными величинами: протяжённостью по нормали к напластованию и расстоянием по нормали между двумя соседними трещинами одной и той же системы.
Густоту трещиноватости часто характеризуют линейным или площадным коэффициентом трещиноватости - количеством трещин, отнесённых к единице длины или площади соответственно. Крупные трещины графически изображаются на планах в соответствующих масштабах, мелкие -документируются, учитываются, характеризуются по средним значениям показателей, определённых статистическими методами.
Степень трещиноватости линейно характеризуется средним кратчайшим расстоянием между соседними трещинами (Р), или густотой (количеством трещин в 1 м), называемой интенсивностью И=1/Р, тр/м. Степень трещиноватости зависит от состава и свойств горных пород, от тектонической дислоцированности, от мощности слоя, в пределах которого распространяются трещины.
Густоту трещиноватости часто характеризуют линейным или площадным коэффициентом трещиноватости - количеством трещин, отнесённых к единице длины или площади соответственно.
Крупные трещины графически изображаются на планах в соответствующих масштабах, мелкие - документируются, учитываются, характеризуются по средним значениям показателей, определённых статистическими методами.
При наблюдении трещиноватости одновременно производят измерения ориентировки, частоты и описание наблюдаемых трещин. Крупные трещины графически изображаются на планах в соответствующих масштабах, мелкие - документируются, учитываются, характеризуются по средним значениям показателей, определённых статистическими методами. При наблюдении трещиноватости одновременно производят измерения ориентировки, частоты и описание наблюдаемых трещин.
При оценке трещиноватости наиболее распространен метод непосредственных натурных измерений, заключающийся в подсчёте количества трещин на единицу длины, либо замеры всех расстояний между трещинами на участке изучения складным метром, рулеткой. Для определения элементов залегания трещин на участке обнажения производят измерения элементов залегания трещин (азимута и угла падения трещин, расстояние между трещинами, раскрытие трещин).
Такие измерения в пределах выбранного участка производят для 80-120 трещин. Измерение азимута и угла падения трещин производят горным компасом, расстояния между трещинами и их раскрытие — линейкой или рулеткой. В случае наличия магнитных масс для определения ориентировки трещин используют угломерные приборы, основанные на принципе измерения углов между плоскостью трещины и каким-либо характерным направлением, азимут которого известен.
Область изучения при использовании метода непосредственных натурных измерений ограниченна ростом исполнителя. Высота уступов современных карьеров достигает 10-15, иногда до 40 метров (сдвоенные уступы). В этом случае до 90% откоса уступа остаётся неизученным, к тому же такие замеры непосредственно по откосу уступа сопряжены с грубым нарушение техники безопасности [58, 60, 69, 70].
К недостаткам этого способа относится большой объем измерений в полевых условиях, для каждой трещины (а их 80-120 трещин) необходимо горным компасом или угломерным прибором произвести измерения азимута простирания и угла падения плоскости трещины, расстояний между трещинами и величины их раскрытия [47, 53, 55, 57]. Также трудоемкость обработки результатов полевых измерений (составление сводных таблиц данных измерений, построение диаграмм и решёток трещиноватости по отдельным участкам).
Существуют методики дистанционного изучения трещиноватости по фотоснимкам [1, 17, 18, 19, 20, 22, 23, 26]. Логично заключить, что площадные измерения в условиях карьера не представляются возможными, поэтому ещё в 1960 г. Барон Л.И. [6] предложил предварительно фотографировать поверхность развала горной массы для определения негабарита по фотоснимкам, данный способ был назван фотопланиметрическим.
Так же различными авторами [9, 28, 29] описываются методы дистанционных исследований, но они не удовлетворяют требованиям времени, т.е. многие способы и приборы на данный момент можно считать устаревшими, фотограмметрические методы, предлагаемые некоторыми авторами, рассматривающие использование редкого оборудования (фототеодолиты, стереокамеры, и т.д.), очевидно значительное отставание методик изучения строения горного массива от научно-технического прогресса, производства фотоцифровой и компьютерной техники и технологий. При проведении дистанционного изучения подобными методами исполнителю необходимо производить замеры по готовым отпечатанным фотоснимкам вручную, приводить замеры к истинному значению, учитывая масштаб снимка.
Основы компьютерной технологии обработки результатов
Основная задача обработки данных о трещиноватости массива горных пород, полученных посредством фотосъёмки - упрощение процесса решения горнотехнических задач, связанных с изучением свойств горного массива, а также объектов маркшейдерской съемки.
Обработка изображений - семейство методов и задач, где входной и выходной информацией являются изображения. Примеры: устранение шума в изображениях, улучшение качества изображения, усиления полезной и подавления нежелательной (в контексте конкретной задачи) информации.
Изображения обрабатываются с целью улучшения изображения для восприятия человеком и компьютером, упрощения последующего распознавания объектов [10].
Цифровое изображение получается следующим образом: свет, падая на светочувствительный элемент, преобразуется в электрические сигналы, которые оцифровываются, превращаются в массив чисел.
Как правило, актуальная граница предмета на фотографии отображается сильным перепадом яркости (границей на изображении, далее просто границей) между двумя сравнительно однотонными областями. Граница объекта (край, edge) - резкое изменение яркости на изображении, часто соответствует границам объектов на изображении (рис.10).
Причины возникновения: резкое изменение нормали поверхности, резкое изменение глубины цвета, резкое изменение цвета поверхности или освещённости (рис. 11). Нас интересуют области резкого изменения яркости -нахождение таких областей можно организовать на основе анализа первой и второй производной изображения [11, 21].
Резкое изменение нормали поверхности Резкое изменение глубины сцены Резкое изменение цвета поверхности Резкое изменение освещенности
Различным объектам на изображениях соответствуют области с более или менее одинаковыми значениями яркости. На границах же яркость существенно меняется. Мерой изменения некоторой величины является ее производная. На изображении величина яркости изменяется в пространстве. Пространственная производная — это градиент, который кроме величины имеет еще и направление, т.е. представляет собой вектор.
Градиент (от лат. gradiens, род. падеж gradientis — шагающий, растущий) — вектор, показывающий направление наискорейшего возрастания некоторой величины, значение которой меняется от одной точки пространства к другой. Будучи двухмерным вектором, градиент яркости в каждой точке характеризуется длиной и направлением [12, 15]. Величина или модуль вектора градиента определяет "силу" границы, т.е. насколько в данной точке границы отличаются яркости объекта и его окружения. Направление вектора градиента показывает направление наибольшего изменения яркости, т.е. этот вектор направлен перпендикулярно границе (рис.12).
Алгоритм Canny давно придуман, но и сейчас используется очень широко. Последовательность действий: убрать шум и лишние детали из изображения, рассчитать градиент изображения, сделать границы тонкими и связать их в контуры (рис.13).
Рассмотрим процессы компьютерной обработки посредством алгоритма Canny на примере откоса вскрышного уступа. Карьер "Степной" ПО "Экибастузуголь". Фотоматериал предоставлен проф. Такрановым Р.А.
При выделении границ на изображении остается достаточно много ненужных линий, которые не только не подчеркивают силуэт, но и мешают при дальнейшей обработке изображения. Для решения этой проблемы можно использовать пороговую бинаризацию. Бинаризация позволяет создавать монохромные растровые изображения.
Суть алгоритма состоит в следующем. Выделяется ряд подклассов (у нас их будет 256 - по количеству оттенков серого), которые разделяются на два класса. Порог будет определять границу двух классов и те оттенки, что будут ниже заданного порога выставляются в 0, а остальные в 1. После бинаризации на изображении должно остаться только два цвета.
Демонстрация работы объединенной программы бинаризации и нахождения границ на изображении:
Исходное загруженное изображение и его бинаризация Рис. 18. Итоговое изображение после бинаризации и фильтрации 2.3. Компьютерная технология оценки степени трещиноватости
Исходная информация данного раздела диссертации предоставлена проф.Такрановым Р.А. из материалов многочисленных НИР, проведенных им на крупных карьерах Экибастуза и южного Кузбасса. Основу НИР составили опытные взрывы в промышленном масштабе.
Р.А.Такранов являлся руководителем и исполнителем исследований, включающих геолого-маркшейдерское обеспечение эффективной технологии БВР с оценкой результата взрыва по гранулометрическому составу и производительности при экскавации взорванной массы. Соответствующие методические разработки результатов НИР запатентованы Такрановым Р.А.
Проф. Такрановым Р.А. были предоставлены первичные материалы по проведенным НИР с целью реализации исследований, направленных на оптимизацию дистанционного определения блочности (степени трещиноватости) посредством фотосъемки откосов с разработкой оперативной методики метрической обработки фотоизображений.
Автором проведена адаптация известных программных средств для метрической обработки фотоизображений блочно-трещиноватого строения массива на участках опытных взрывов.
Для контроля компьютерной обработки автору переданы результаты непосредственных замеров в натурных условиях, выполненные Такрановым Р.А.
Автор выражает глубокую признательность проф. Такранову Р.А. за предоставленные материалы фотосъемки и результаты замеров блочности и кусковатости на карьерах "Центральный", "Степной" и "Междуреченский". Для доказательства правомерности изучения фотоснимков для количественной оценки трещиноватости массива горных пород были проведено сравнение результатов традиционных ручных натурных измерений с данными, полученными в ходе изучения фотоснимков тех же участков. Площадные и линейные измерения блочности массива и кусковатости взорванной массы были проведены на пяти участках карьеров Экибастуза и Междуреченска общей протяжённостью 440 м: карьер Центральный (Экибастуз) опытный взрыв №1 (рис.19), карьер Центральный (Экибастуз) ПК 39,40. Пластопересечение 0303 (рис.20), карьер Центральный (Экибастуз) Пластопересечение 0310 (рис.21), Междуреченск, взрыв №1 2001 год. (рис.22), карьер Степной (Экибастуз) (рис.23). к Гранулометрический состав блочности массива и кусковатости горной массы подсчитывался в процентах по заданным интервалам крупности. На примере карьера Центральный (Экибастуз) опытный взрыв №1 рассмотрим процесс подсчёта гранулометрии. Фотоснимки подвергались необходимой подготовке для метрической обработки изображения на компьютере.
Моделирование процесса деформирования пород с учетом трещиноватости
Заполнив диалог регистрации нового изображения, мы зарегистрировали растровое изображение в заданной проекции. В дальнейшем эта информация будет храниться в файле таблицы. Когда будет необходимо открыть файл с растровым изображением повторно, регистрировать его не придётся. Таким образом, регистрировать растровое изображение нужно только один раз. Зарегистрированное изображение (рис.29) готово к последующей обработке и проведению измерений в программе Maplnfo 10.0. Программа позволяет извлекать информацию о площадях (рис.30), что пригодится нам на следующем этапе работы.
При помощи редактора карты оконтуриваются блоки и куски взорванной массы по каждому участку, все построения выполняются в соответствующих слоях. В случае если требуется поместить объекты в новый слой, редактируется косметический, а косметика сохраняется как новый слой, которому присваивается соответствующее имя. + +
Чтобы объект на карте можно было выбирать, он должен лежать на доступном слое. Чтобы сделать слой доступным, в меню Карта, нужно выбрать подменю Управление слоями. В окне Управление слоями, нажать пиктограмму "Доступный", чтобы сделать слой доступным к выбору. При наличии нескольких доступных слоев в окне Карты Maplnfo Professional выбирает объекты с самого верхнего из них.
Допустим, в окне Карты доступными являются слои площадных измерений блочности и линейных измерений кусковатости. Если слой измерения блочности лежит выше, то Maplnfo Professional выбирает объекты с него. И, наоборот, если выше лежит слой измерения кусковатости, Maplnfo Professional производит выбор с этого слоя.
Выбор является основной операцией в Maplnfo Professional. Инструмент Выбор представляет одно из средств, с помощью которого осуществляется выбор. Для того чтобы использовать инструмент, его надо сначала активизировать. Для этого нужно нажать на панели "Операции" соответствующую кнопку. Кнопка фиксируется в нажатом положении, а картинка указателя принимает определенный вид. В случае инструмента Выбор указатель имеет форму стрелки.
Для того чтобы выбрать единственный объект на Карте или в Отчете нужно нажать кнопку Выбор панели Операции и указать на объект. При выборе следующего объекта предыдущий из выборки исключается. Для того, что бы выбрать сразу несколько объектов из таблицы или карты, необходимо воспользоваться инструментом Выбор, удерживая нажатой клавишу Shift.
Для того, что бы извлечь информацию о площадях оконтуренных блоков, в соответствующей таблице создаётся новая колонка, например S, при помощи последовательности команд таблица - изменить - перестроить, задаётся тип данных в этой колонке, после чего, используя функцию "обновить колонку", задаём значение Area (obj, "sq m"), т.е. площадь в м2, после чего в колонку S запишутся площади всех блоков.
Данные из таблицы можно скопировать для дальнейшей обработки в Excel. Используя функцию расположения в порядке возрастания, сортируем значения для удобства разбиения на классы крупности. Данная функция значительно упрощает подсчёты.
Для замеров блочности площадным способом оконтуриваются все блоки, при помощи функции Area извлекают площади блоков, по сумме площадей всех блоков считают выход соответствующего класса в процентах.
Для определения гранулометрического состава линейным методом замеры производят по нескольким контрольным створам: поперёк и вдоль навала. Для замера кусковатости чертятся створы известной длины: один вдоль навала и несколько поперёк него. В отдельных слоях для каждого створа строятся отрезки, соединяющие точки пересечения куска взорванной массы со створом. Данные по длине отрезков извлекаются из таблиц, по длине створа вычисляют выход каждого класса крупности в процентах
Измерения для подсчёта гранулометрического состава блочности аналогичны. Безусловно, одним из преимуществ программы Maplnfo Professional 10.0 является возможность массового извлечения нужных данных посредством таблиц. Из соответствующих слоев извлекаются координаты точек, площади объектов, длины отрезков и т.д. Программа позволяет производить вычисления, объединять различные таблицы и их части, создавать диаграммы и поверхности и пр.
Моделирование НДС борта карьера Новосергеевский
Отчет о научно-исследовательской работе "Исследование устойчивости и разработка мероприятий по обеспечению устойчивости бортов карьера "Медвежий ручей" (восточная часть месторождения "Норильск-1") выполнен при научно-исследовательском институте горной геомеханики и маркшейдерского дела министерства топлива и энергетики России. Научный руководитель работы ст.науч.сотр., к.т.н. Мочалов A.M.[35].
Объектом исследований явился северо-западный борт карьера "Медвежий ручей", пораженный крупным оползнем. Необходимость в проведении исследований устойчивости северо-западного борта карьера была вызвана возникшим в феврале 1992 г. на этом борту крупным оползнем, представляющим угрозу для безопасного ведения добычных работ на примыкающих к оползню добычных горизонтах.
С возникновением оползня появилась реальная угроза катастрофического срыва огромной массы скальных пород объемом 6,5 млн.мЗ. В сложившихся условиях фронт добычных работ резко сократился, что привело к значительному сокращению объемов добычи рудника, доработка запасов руды в проектных контурах стала невозможной.
Принятая периодичность наблюдений за деформациями (1 раз в год) не позволила зафиксировать момент активации деформаций борта и начало формирования оползня.
Особенность геологического строения пород на предельном контуре карьера характеризуется тем, что в нижней части геологического разреза, представленного, в основном, высокопрочными породами, залегает неоднородная слоистая толща осадочных пород тунгусской серии, представленная алевролитами, песчаниками, аргиллитами и углями.
Слоистая толща осадочных пород отличается высокой степенью трещиноватости. Особенностью структуры этого комплекса пород является литологическая неоднородность пород, обусловленная тонким переслаиванием алевролитов, аргиллитов с углями и высокопрочных песчаников.
Наличие в нижней части борта толщи слабых пород, для которых характерны ослабленные контакты, является наиболее существенным фактором, отрицательно влияющим на устойчивость бортов.
Одной из главных причин возникновения аварии можно назвать завышенные параметры сцепления массива, принятые в расчетах. По данным замеров, проведенных в откосах уступов, сложенных скальными породами, размеры элементарных структурных блоков, ограниченных трещинами, колеблются от 0,2 м до 1,5 м. В среднем для расчета коэффициента структурного ослабления массива размеры структурных блоков принимались в пределах 0,2-0,5 м.
Анализируя результаты исследования, описанного в предыдущем разделе, можно сделать заключение, что коэффициент запаса устойчивости при среднем размере структурных блоков 0,2 м отличается от аналогичного при среднем размере отдельности 0,5 м в 1,2 раза.
Соответственно, необходимо более детальное изучение блочно-трещиноватого строения горного массива для корректного определения коэффициента структурного ослабления и, как следствие, коэффициента запаса устойчивости.
Одним из главных факторов, оказывающих влияние на устойчивость откосов уступов и бортов карьера, являются физико-механические свойства массива горных пород. От достоверности определения свойств массива пород в значительной степени зависит надежность расчетов устойчивости откосов на карьерах.
Известно, что основными характеристиками физико-механических свойств массива, используемых в расчетах устойчивости откосов являются угол внутреннего трения и сцепление.
Однако, если угол внутреннего трения, полученный в ходе лабораторного испытания пород, может быть с достаточной надежностью быть принят для характеристики внутреннего трения в массиве, то сцепление в массиве существенно отличается от значений, полученных в ходе испытания образцов.
Правильное решение вопросов обеспечения устойчивости откосов на карьерах, своевременное предупреждение возникающих деформаций откосов и корректировка углов откосов в зависимости от изменяющейся горногеологической обстановки являются необходимым условием безопасной и эффективной работы карьера и невозможны без постоянного контроля со стороны геолого-маркшейдерской службы горных предприятий за состоянием откосов уступов, бортов и отвалов карьеров.
Ущерб от нарушения устойчивости откоса - стоимость дополнительных работ по ликвидации последствий нарушения устойчивости; удорожание работ, вызванное снижением производительности добычных и транспортных средств; ухудшение качества полезного ископаемого в результате его разубоживания деформированными массами.
Документации подлежат нарушения устойчивости уступов, бортов и отвалов, рабочих площадок, предохранительных и транспортных берм, нарушающие режим работы горного предприятия и создающие угрозу безопасности ведения работ; документируются все нарушения устойчивости откосов карьеров объемом свыше 1 тыс. м3 и захватывающие площадь более 500 м2; документируются также нарушения устойчивости природных склонов, прилегающих к карьерному полю [98].
Если обрушения или оползни повлекли за собой человеческие жертвы, травмы, повреждения механизмов, оборудования, сооружений, то составляются соответствующие акты согласно существующим положениям, а их копии прилагаются к паспорту нарушения устойчивости откоса.
