загрузка...

трусы женские
загрузка...
Реферати » Реферати з геодезії » Експериментальні дослідження масштабного техногенного впливу гірських розробок на ділянку літосфери

Експериментальні дослідження масштабного техногенного впливу гірських розробок на ділянку літосфери

Панжін Андрій Олексійович, науковий співробітник Інституту гірничої справи Уральського відділення РАН, Єкатеринбург

В даній статті узагальнюється досвід дослідження масштабного техногенного впливу гірських розробок на верхню частину земної кори. Розглядаються основні фактори техногенного впливу і ступінь їх впливу на масив гірських порід. Розглянута геомеханическая модель ділянки літосфери, схильного техногенному впливу і вироблені укрупнені розрахунки виникаючих деформацій в масиві гірських порід. Для перевірки модельних розрахунків були проведені експериментальні роботи з визначення величин техногенних деформацій. Виміри проводилися в зоні техногенного впливу гірничих робіт Киємбаєвського ГЗК. При проведенні геодезичних вимірювань за допомогою GPS-обладнання були отримані фактичні величини техногенних деформацій, які були зіставлені з величинами деформацій, отриманими в результаті моделювання на геомеханічних моделях.

Масштабна розробка родовищ корисних копалин пов'язана з потужним техногенним впливом на земну кору. Тривалі терміни експлуатації родовищ, великі обсяги переміщуваних порід, концентрація видобутку на обмежених територіях, все це сприяє порушенню первісного напружено-деформованого стану земної кори на обширних територіях. В результаті такого впливу поряд з природними Геомеханічна процесами, такими як тектонічні зрушення по структурним блокам, природні землетрусу виникають так звані наведених геомеханічних процеси, викликані техногенною діяльністю людини. Такі процеси за силою їх прояву співставні з природними, а їх небезпека посилюється тим, що вони відбуваються в областях концентрації економічної діяльності людини. Кожна з форм прояву наведених геомеханічних процесів здатна зробити серйозні порушення житлових і промислових об'єктів, в тому числі екологічно небезпечних, таких як атомні і теплові електростанції, хімічні підприємства. Актуальність досліджень викликана тим, що тільки в районі гірничопромислового Уралу існує на менш семи районів потенційно небезпечних по прояву однієї з форм наведених геомеханічних процесів внаслідок досягнутих масштабів виробництва [1].

Як фактори техногенного впливу людини на земну кору виступають або переміщення мас гірських порід - виїмка з кар'єрів і підземних розробок та складування розкривних порід і відходів збагачення у відвали, або порушення гідрогеологічного режиму в зв'язку з відкачуванням підземних вод. Джерелом формування наведених геомеханічних процесів є порушення початкового рівноваги в напруженому стані верхньої частини земної кори в результаті видобутку корисної копалини [2]. Вторинне поле напружень формується за рахунок утворення виїмок і пустот в гірському масиві і за рахунок ізостазіческого порушення рівноваги внаслідок переміщення великих обсягів гірських порід, особливо при відкритих розробках. При видобутку твердих корисних копалин супутніми чинниками виступають відкачування підземних вод, освіта депресійних лійок. При видобутку нафти і газу, масових откачках підземних вод ці чинники можуть виявитися ведучими.

При зовнішньої складності явищ, які в районі видобутку корисних копалин, геомеханическая модель деформування може бути представлена ??досить простими побудовами. Основним елементом моделі є зовнішнє відображення ділянки земної кори. Залежно від існуючих уявлень про будову верхньої частини земної кори геомеханическая модель її ділянки, схильного техногенному впливу може бути представлена ??або нижнім півпростором нескінченних розмірів за площею і глибиною (рис. 1а), або відповідно до глобальної тектоникой плит, у вигляді оболонки кінцевої товщини і нескінченних розмірів в плані, що знаходиться на в'язкому шарі астеносфери (рис. 1б).

Экспериментальные исследования масштабного техногенного воздействия горных разработок на участок литосферы

Рис. 1. Геомеханічна модель техногенного впливу на літосферу

а - ділянка земної кори представлений нижнім півпростором нескінченних розмірів;

Б - ділянка земної кори представлений у вигляді оболонки кінцевої товщини і нескінченних розмірів в плані

Граничні умови геомеханической моделі включають бічні горизонтальні сили і об'ємний вагу. У другому випадку на розділі між літосферою і астеносферой діють гідростатичні сили, що врівноважують вага плити літосфери. Бічні горизонтальні сили складаються з горизонтальних тектонічних сил, однакових за глибиною і бічного розпору від гравітаційних сил, пропорційних глибині. Техногенні сили відповідають вазі порід, переміщуваних при розробці. На ділянці видобутку, в кар'єрі або зоні підземного видобутку, відбувається розвантаження масиву, а на ділянці отвалообразования масив навантажується, викликаючи виникнення моменту сил в масиві.

Математичний апарат для дослідження поведінки геомеханической моделі грунтується на класичних рішеннях завдання Бусінеска для розрахунку моделі, представленої нескінченним півпростором [3] та розрахунку оболонок для розрахунку моделі, відповідної сучасним уявленням глобальної тектоніки плит [4]. Не виключається також і те, що на ділянці, схильній техногенному впливу будуть проявлятися в тій чи іншій мірі властивості обох моделей.

Укрупнені розрахунки по геомеханічних моделям, проведені на початкових етапах їх досліджень показали, що рівень вертикальних переміщень під техногенним навантаженням зіставимо з переміщеннями, отриманими за результатами геодезичних зйомок в районах потужних землетрусів, пов'язаних із заповненням великих водоймищ [ 1]. При цьому слід враховувати дві особливості навантажування земної кори при техногенному впливі від розробки корисних копалин. По перше, глибини кар'єрів в 2-2.5 рази перевищують глибини штучних водосховищ, що з урахуванням щільності порід викликає в 5-6 разів більші питомі навантаження. По друге, частина видобутих порід складується на прилеглих територіях, що викликає протилежні за спрямованістю навантаження. Земна кора піддається в цьому випадку моментному нагружению.

Сформульовані теоретичні положення, що розкривають природу і механізм прояву масштабного техногенного впливу гірських розробок на ділянку літосфери, пройшли експериментальну перевірку на гірничих підприємствах. Цікаві результати були отримані на ділянці розробки Киємбаєвського азбестового родовища (м Ясний, Оренбурзької обл.). Досліджуваний район має чіткі параметри техногенного впливу на літосферу. Обсяг кар'єрної виїмки склав на даний час близько 500-700 млн.тонн гірничої маси, третина обсягу якої була складирована у відвали порожніх порід, розташовані на північ від кар'єру. Також на досліджуваній ділянці є розвинена державна геодезичну мережу, обладнана в 1960 р перед початком розробки родовища. Таким чином, інструментальними вимірами було охоплено 11 пунктів державної геодезичної мережі 2-4 класів, розташованих на ділянці площею в 120 кв.км.

Відповідно до розробленої програми досліджень, у 1998-2001 р.р. в моніторинговому режимі були проведені повторні неодноразові перевизначення просторових координат пунктів державної геодезичної мережі. Перевизначення координат вироблялися із застосуванням комплексів супутникового геодезії [5] за спеціально розробленими методиками польових спостережень і камеральної обробки результатів [6]. Точність просторових координат становила 5-7 мм. За результатами зіставлення початкових і сучасних координат пунктів геодезичної мережі були визначені зміщення реперів в горизонтальній і вертикальній площині. План поверхні родовища, схема геодезичної мережі, вектора зміщень і ізолінії вертикальних зсувів наведено на малюнку 2 За результатами вимірювань було встановлено, що величина вектора зміщень у горизонтальній площині досягає 330 мм, що відповідає величинам деформацій 0.06 ? 10-3, амплітуда зміщень в вертикальної площині досягає 150 мм (на ділянці були зафіксовані як зони підняття, так і зони осідання земної поверхні), що відповідає величинам нахилу 0.05 ? 10-3. Зазначені величини зсувів сталися за 38-річний період розробки родовища. За час щорічних моніторингових інструментальних вимірів будь-яких значних змін координат пунктів мережі не відбулося.

Экспериментальные исследования масштабного техногенного воздействия горных разработок на участок литосферы

Рис. 2. Вектора горизонтальних зрушень і ізолінії вертикальних зсувів пунктів геодезичної мережі

Як видно з рисунка, змін координат за 38-річний період не зазнали тільки два пункти державної геодезичної мережі, розташовані на північно-західній околиці житлового селища . Решта ж 9 пунктів мережі зазнали більш-менш значні зміни просторових координат. Найбільш яскраво це зміна проявилося у вертикальній площині. Як і передбачалося, в зоні гірських розробок сталася розвантаження масиву і воздиманіе масиву на величину до 100 мм. У зоні отвалообразования, навпаки, масив був додатково прігружен і відбулося його просідання на величину до 40 мм. Співвідношення величин здіймання і просідання масиву становить 2.5, приблизно цієї ж величиною характеризується співвідношення вийнятої гірської маси до відсипаної у відвали. Не зовсім чітко ще пояснений характер розподілу векторів і величин горизонтальних зрушень. Найбільш імовірно в даному випадку вплив двох факторів: перерозподілу поля напруг і деформацій за рахунок утворення виїмки в тектонічно напруженому масиві гірських порід і впливу знакозмінних техногенних навантажень з виникненням моменту сил в масиві.

Таким чином, результати експериментальних даних підтверджують реальність висунутих наукових положень і дійсність комп'ютерного моделювання. Треба відзначити, що можливість передрозрахунку і моделювання ситуації надає певні можливості в управлінні процесом. Дійсно, якщо процес деформування масиву гірських порід залежить від технології, то, знаючи цю залежність, цілеспрямованими діями можна направити цей процес у потрібне русло. І тут виникає альтернатива, яке вибрати русло v або гуманне, спрямоване на запобігання небезпечної ситуації, або навпаки, з інших інтересів, провокує катастрофічну ситуацію.

Список літератури

1. Сашурін А.Д., Панжін А.А. Масштабне техногенний вплив гірських розробок на ділянку літосфери // Проблеми геотехнологии і недроведения (Мельниківські читання): Доповіді Міжнародної конференції 6-10 липня 1998-Єкатеринбург. Уро РАН, 1998.-C.170-178.

2. А.Д. Сашурін. Явища ізостазії при розробці родовищ корисних копалин // Додаток результатів дослідження полів напружень до вирішення задач гірничої справи та інженерної геології. - Апатити: Кольський філ. АН СРСР, 1985. - С.27-31.

3. А.І. Лур'є. Просторові задачі теорії пружності.-М .: Наука, 1955.

4. В.І. Корольов. Упругопластические деформації оболонок. - М .: Машинобудування, 1971.

5. Голубко Б.П., Панжін А.А. Маркшейдерські опорні й знімальні мережі на кар'єрах: Навчальний посібник // УГГГА.-Єкатеринбург: УГГГА, 1999.-55С.

6. Панжін А.А. Спостереження за зрушенням земної поверхні на гірничих підприємствах з використанням GPS. // Известия Уральської державної гірничо-геологічної

Сторінки: 1 2
загрузка...
ur.co.ua

енциклопедія  з сиру  аджапсандалі  ананаси  узвар