ГИС моніторингу подработанной території

ГИС моніторингу подработанной территории

Панжин Андрій Олексійович, старший науковий співробітник, Усанов Сергій Валерійович, молодший науковий співробітник, Інститут гірського справи УрО РАН, Екатеринбург В цій статті показаний одне із шляхів розв’язання проблеми використання територій, подработанных підземними гірськими розробками. У разі неповної заробітчанства земної поверхні допускається ведення гірських робіт під охоронюваними об'єктами в разі проведення прогнозних розрахунків й виконанні особливі заходи безпеки, які включають, зокрема, деформаційні виміру. Аби вирішити питань використання подработанных територій, отримані дані необхідно пов’язувати в часі та у просторі з гірськими роботами. Це завдання вирішене шляхом створення спеціальної ДВС моніторингу подработанной территории.

В нього дедалі актуальнішим стає проблема використання територій, подработанных гірськими розробками. Особливо гостро цю проблему слід за уральських підземних рудниках, де економічно освоєні і забудовані території подработаны як старими, 18−19 століть, і сучасними гірськими виробками. Необхідність сучасної заробітчанства об'єктів, розташованих на земної поверхні, диктується як економічними, і екологічними причинами. З одного боку, виїмка запасів з запобіжних цілин економічно вигідніший, ніж часом з’являтимуться нові родовищ, з другого боку, діючий Основний Закон про охорону надр вимагає максимально повної виїмки корисного ископаемого.

Действующими нормативними актами [1] допускається виїмка корисних копалин під об'єктами різних категорій охорони, за умови неповної заробітчанства земної поверхні і здійснення відповідних прогнозних розрахунків й виконанні особливі заходи безпеки під час гірських робіт. У разі неповної заробітчанства земної поверхні, коли процес зрушення гірських порід не розвивається у повною мірою, необхідно мати точні факти про зміну напружено-деформованого стану (ПДВ) підпрацьованої території. Традиційно зміни параметрів поля деформацій отримували у результаті спостережень по спеціально закладываемым спостережною станціям, що складається з профільних ліній [2]. Але така конструкція спостережної станції найбільше личить при моніторингу процесу зрушення, того що відбувається за цілковитої заробітчанству земної поверхні, коли мають місце зони провалу, тріщин і виражена мульда зрушення, позаяк у такому разі слід визначити кордону зон з різною мірою деформування. Параметри ж ПДВ у такому разі одержані результаті інтерполяції даних, що знижує їх достовірність. У разі обгрунтованого вирішення питань заробітчанства об'єктів із забезпеченням їхньої цілісності необхідна точна інформація розподілу поля деформацій по досліджуваної території.

Для отримання реальних параметрів ПДВ на проммайданчику шахти «Експлуатаційна «м. Нижній Тагіл влітку 2002 року обладнана спостережна станція, що перебуває що з профільних ліній, і стінних реперів, рівномірно розподілених у всій площі. Майданчик шахти охороняється від шкідливого впливу гірських робіт запобіжним повністю. Проте у про те, що запаси шахти закінчуються, цілик, починаючи з року, був частково подработан за трьома обріям. У 1999 кордон целика було покладено і площа охоронюваної поверхні скоротилася. Розвиток процесу зрушення при цьому відбувалося без значних деформацій, а від початку відпрацювання запасів, винесених межі целика, процес зрушення прийняв дискретний характер, і будинок адмбыткомбината зазнало значні деформації із заснуванням тріщин у за статтю. З іншого боку що цілик частково подработан, з трьох боків він оточений зоною завалення, і морфологічно виглядає як півострів у морі зони завалення, і навіть ситуація погіршується наявністю біля дизъюнктивных порушень, котрі перетинають цілик під кутами, близькими до кутках сдвижения.

В час Інститут гірського справи має великим парком сучасного геодезичного устаткування, що дозволяє на якісно новий рівень фіксувати зміни ПДВ на досліджуваних територіях. З допомогою комплексів супутникового геодезії Trimble і Sokkia і лазерних рулеток Disto Pro з миллиметровым рівнем точності визначається зміна планового становища реперів спостережної станції у просторі і щодо одне одного. Зміна висотного становища реперів фіксується з точністю порядку 0.1−0.2 мм високоточним цифровим нівеліром Sokkia. Дані вимірів записуються у внутрішню пам’ять приладів та обробляються за комп’ютером. Через війну обробки геодезичних вимірів стає доступним комплекс інформацію про зміні координат реперів спостережної станції, зміні полів вертикальних і горизонтальних деформацій і зміні полів напруг, викликають ці деформації. Періодичність інструментальних спостережень ИГД з виконанням повної програми вимірів становить менше разу на рік. Періодичність виміру деформацій, проведених маркшейдерської службою шахти по скороченою програмою, становить до 1 десь у месяц.

Как відзначалося вище, внаслідок геодезичних вимірів отримають майданне розподіл полів вертикальних і горизонтальних деформацій, визначено основні закономірності зміни їх в часі та розраховані зміни полів напруг, викликають ці деформації. Аби вирішити конкретних питань подальшої заробітчанства території проммайданчика й охорони її споруд необхідно одержану інформацію про зміну ПДВ масиву ув’язати у часу й у просторі з розташуванням охоронюваних об'єктів, розташуванням і порядком відпрацювання очисних блоків і виявленими дизъюнктивными порушеннями, які в чому визначають дискретність картини деформаційного поля.

Эта задачу вирішена з допомогою спеціальної ДВС моніторингу подработанной території, порушеною диз’юнктивної тектоникой. У цьому ДВС реалізовані завдання відображення графічної інформації, що характеризує геомеханическое стан масиву гірських порід у різні інтервали часу з прив’язкою її до геологічним і геолого-структурным планам родовища, ситуаційному плану поверхні, і погоризонтным планам ведення гірських робіт на необхідний момент часу.

Графической підвалинами даної ДВС є топографічні плани земної поверхні різних масштабів, погоризонтные плани гірських виробок, геологічні погоризонтные плани і вуглерозрізи й інша горно-графическая документація, які перебувають на паперових носіях інформації. Для використання цієї статті до ДІЗ треба її перетворити на цифровий вид, навіщо графічний матеріал сканується на сканерах з високим розрізненням форматів А3 і А4 із наступною зшивкою окремих фрагментів у єдиний растровий файл. Спотворення, неминуче виникаючі як із зберіганні графічного матеріалу на паперових носіях, так і за операціях сканування і зшивки окремих сканованих частин, усуваються спеціальним трансформированием растрового файла з допомогою спеціального програмного забезпечення. За основу беруться перекрестия ліній координатної сітки, яким жорстко призначаються реальні їх координати, по яким й відбувається трансформація растрового файла й усунення спотворень.

Подготовленный в такий спосіб матеріал векторизуется — тобто растровий файл, у якому, наприклад, є пряма лінія представляється як набору пикселей, перетворюється на векторний файл, у якому лінія представляється як точок її початку й кінця так і атрибутів, як-от колір, товщина тощо. На подальшому етапі робіт, до векторизованным об'єктах виробляється прив’язка відповідної атрибутивної і семантичної інформації. Як показало практика подібних робіт, досить зручним виявляється мати за верств до ДІЗ вихідного растрового матеріалу, прив’язаного до єдину систему координат проекту. У разі потреби, такий шар може або «включений », тобто графічний матеріал буде відображено через монітор, або «виключений », цьому він відображатись не будет.

Таким чином, після виконання завдання оцифровки вихідного графічного матеріалу для подальшої роботи з ДВС стає досяжною первинна інформація, яка розбита на тематичні верстви, які б поєднували розташовані ними об'єкти по якомусь ознакою. Відтоді ДВС вважатимуться працюючої. Подальше насичення ДВС інформаційним матеріалом відбувається в що свідчить автоматично, бо збору польового матеріалу використовується сучасне цифрове геодезичне устаткування, під час використання якого можливо видавати результати у необхідному обмінному форматі. Дані, одержувані розрахунковим шляхом, з допомогою спеціально розробленого програмного забезпечення, також видаються як і табличном вигляді, і у графічної формі, як окремих верств, подключаемых до ГИС.

В результаті перевизначення координат реперів спостережної станції з допомогою комплексів супутникового геодезії обчислюються зміни координат реперів, які сталися поточної період часу та визначаються повні просторові вектора зрушення реперів, які графічно відбиваються до ДІЗ як векторів, прив’язаних до відповідним пунктах спостережень, і у вигляді изолиний вертикальних зсувів. По величинам горизонтальних деформацій ліній обчислюються і графічно відбиваються тензоры зміни напруг, які ці деформації. Також, під час аналізу зміни площ постатей, утворених реперами спостережної станції, обчислюються і графічно відбиваються як изолиний величини пласкою дилатансии.

Данные, одержувані методами традиційної геодезії, такі як моніторинг деформацій по профільним лініях, також можуть бути графічно як розподілу поля деформацій по досліджуваної території. Також побудовані графіки розподілу деформацій з профільних лініях з допомогою OLE технологій прив’язуються до відповідним лініях на плані поверхні, і можуть бути активовані і проаналізовані у єдиній оболонці ГИС.

Кроме угруповання даних із профільним лініях, як це заведено в традиційних методах дослідження процесу зрушення, нами широко використовується базарною принцип побудови спостережної станції. У цьому значно збільшується щільність розподілу спостережних пунктів по досліджуваної території, а довжини ліній і перевищення вимірюються між всіма реперами, які у межах оптичної видимості. Оскільки величини вертикальних і горизонтальних деформацій інтервалів ставляться до серединам відповідних ліній, то результаті цих вимірів стає досяжною детальна інформація про основних закономірності зміни напружено-деформованого стану на досліджуваної площі, а за окремо обраним сечениям, як це робилося при вимірах традиційними методами.

Таким чином, реалізований практично комплекс заходів інструментального моніторингу ПДВ підпрацьованої території і що комп’ютерного опрацювання результатів з ув’язкою отриманої інформацією єдину систему ДВС дозволяє на якісно більш високий рівень збирання й аналізу даних про розвиток процесу зрушення, що дозволяє більш обгрунтовано приймати технічні рішення про заробітчанству ціликів проммайданчика й вести постійний моніторинг стану земної поверхні і є схоронності розташованих у ньому будинків та сооружений.

Список литературы

1. Правила охорони споруд й природних об'єктів від шкідливого впливу підземних розробок на родовищах руд чорних металів Уралу й Казахстану є: Утв. Минмет СРСР 02.08.90. -Свердловськ: ИГД Минмета СРСР, 1990. -64 с.

2. Інструкція за спостереженнями за сдвижением гірських порід і земної поверхні при підземної розробці рудних родовищ: Утв. Держгіртехнагляд СРСР, 1986. — М.: Надра, 1988. -113 з.

Для підготовки даної роботи було використані матеріали із російського сайту internet.