Бахтыбаева А.С.
Карагандинский государственный
технический университет, Казахстан
Организация автоматизированного
мониторинга за подработанными бортами открытых карьеров
Оценка устойчивости
карьерных откосов немыслимо без организации маркшейдерского мониторинга.
Маркшейдерский мониторинг представляет собой инструментальное наблюдение за
деформационными процессами, протекающими на рассматриваемом объекте,
математическую обработку результатов наблюдений и анализ полученных данных с
целью прогнозирования устойчивости. Чаще всего традиционные способы организации
мониторинга сопряжены с рядом сложностей, таких как отсутствие доступа к
наблюдаемым участкам, большая трудоемкость работ, недостаточная штатная
численность работников маркшейдерской службы. Особенно остро данные проблемы
проявляются при организации мониторинга в зонах подработки подземными горными
работами. Для организации мониторинга на данных участках могут быть
использованы современные автоматизированные системы [1].
Автоматизированные
системы мониторинга позволяют:
– вести наблюдения в
труднодоступных местах без участия человека;
– фиксировать время и
параметры смещений наблюдательных точек непрерывно с необходимой
периодичностью;
– добиться наиболее
надежных результатов за счет постоянного мониторинга и полноты статистических
данных;
– при своевременной
установке отследить влияние подземных горных работ на устойчивость карьерных
откосов во времени;
– снизить ошибки
оператора за счет отсутствия человеческого фактора;
– сократить время
необходимое для организации мониторинга;
– снизить затраты на
выполнение измерительных работ.
Автоматизированная
система мониторинга представляет собой комплекс программно-аппаратных средств.
Особенностью организации автоматизированного мониторинга бортов карьера в зонах
влияния подземных горных работ заключается в следующем.
Подземные горные работы
могут оказывать влияние на формирование и развитие деформационных процессов
прибортового массива за счет изменения исходного напряженного состояния. На
подрабатываемых участках открытые горные работы прекращаются. Ограничен доступ
людям к участкам, подрабатываемым подземными горными работами. Поэтому все
наблюдательные станции должны быть заложены предварительно до начала подземных
горных работ. Могут наблюдаться локальные оползни, оседания или иные деформации
не характерные для бортов открытых карьеров за счет наличия пустот в результате
подземных очистных работ. Необходимо организация наблюдений с поверхности за
барьерными целиками, ограждающими подземные и открытые горные работы.
Учитывая вышеприведенные
особенности организации мониторинга, процесс автоматизации мониторинга будет
отличаться от традиционных автоматизированных систем наблюдений. Принято
выделять две подсистемы автоматизированных систем [1] и аппаратную часть:
монитор; анализатор.
Для
организации мониторинга в зоне подработки подземными горными работами данная
система может быть недостаточной. Учитывая особенности деформирования
подработанного массива необходимо выполнить предварительный анализ состояния
массива, на основе которого произвести
проектирование размещения реперных точек.
На данном этапе
необходимо выполнить прогнозирование ожидаемых смещений и проектирование
триангуляционной сети. В основу модуля прогнозирования ожидаемых смещений могут
быть положены геоинформационные системы позволяющие моделировать
напряженно-деформированное состояние массива. Подробнее о программных
обеспечениях, позволяющих моделировать напряженно-деформированное состояние
массива, было описано в первой главе данной работы.
На основании
разработанной численной модели проектируется триангуляционная сеть размещения
реперов (отражателей). Для построения триангуляционной сети используется
разработанное в ходе исследований программное обеспечение Point finder
1.01 и описанное ранее. Как было ранее отмечено, основное преимущество,
предоставляемое программным обеспечением возможность перестроение
триангуляционной сети в случае отсутствия какой-либо точки, с минимальными потерями
точности измерения.
Подсистема
монитор обеспечивает сбор данных, контроль измерений и измерительного цикла,
проверку допустимых значений, мониторинг сообщений. Анализатор в свою очередь
выполняет анализ измеренных данных, составляет отчеты, редактирует и
обрабатывает данные.
Аппаратная
часть может быть представлена:
–
роботизированными тахеометрами;
–
GPS или ГЛОНАС системами;
–
метеорологическими
сенсорами (датчики температуры, давления, влажности, калибровщик учитывающий
влияние осадков).
Кроме
того необходимо обеспечить минимальные технические условия для работы
автоматизированной системы. Выбрать место размещения измерительного
оборудования и организовать измерительную будку. Измерительные будки могут быть
как открытыми так и закрытыми (рисунок 1). Выбор того или иного типа будки
зависит от погодно-климатических условий. Измерительная будка защищает
инструмент от влияния окружающей среды, способствует установлению микроклимата
вблизи измерительного инструмента. В свою очередь при выборе места расположения
будки необходимо учитывать видимость всех точек и целей.
Рисунок 1 – Измерительная будка
В
будке устраивается стойка. Основное требование к стойке – ее неподвижность.
Опорная стойка состоит из анкерного столба, стальной стойки с резьбой для
крепления прибора.
Конструкция стойки приведена на рисунке 2.
Рисунок
5.2 – Конструкция опорной стойки
Существует различное
оборудование для осуществления мониторинга. Одним из способов организации
автоматизированного мониторинга за состоянием массива горных пород является
мониторинг с помощью роботизированных тахеометров. Роботизированный тахеометр –
это высокоточное измерительное оборудование, позволяющее в автоматическом
режиме осуществлять мониторинг за деформациями различных объектов. В настоящее
время существует большое количество роботизированных тахеометров
В качестве отражателей
на контрольных и наблюдаемых точках устанавливаются либо призмы, либо пленочные
отражатели.
Реперы должны
удовлетворять следующим требованиям:
- прочное закрепление в
массиве горных пород;
- сохранность репера на
весь срок организации наблюдений;
- отчетливость центра
наблюдаемой поверхности репера;
- устойчивость репера к
изменениям температуры и влажности окружающей среды;
- устойчивость репера к
воздействию солнечных лучей.
Вся система объединена
единым программным обеспечением. Программное обеспечение контролирует количество
наблюдательных точек, позволяет передавать данные по различным каналам связи
USB, LAN, WLAN или Internet. Широкий инструментарий позволяет выполнять
графический анализ. Кроме того программой предусмотрено экспорт и импорт данных
(XLS, XLSX, ASCII,
DGN, WMF). Отличительной
особенностью программного обеспечения является возможность перестроения
триангуляционных связей в случае отсутствия ранее снятой точки.
Литература
1 Низаметдинов Ф.К., Портнов В.С., Низаметдинов
Н.Ф. Современные способы инструментальных наблюдений за состоянием карьерных
откосов. Караганда, 2007. 77 с.