ГИС мониторинга подработанной территории

Панжин Андрей Алексеевич, старший научный сотрудник, Усанов Сергей Валерьевич, младший научный сотрудник, Институт горного дела УрО РАН, Екатеринбург

В данной статье показан один из путей решения проблемы использования территорий, подработанных подземными горными разработками. В условиях неполной подработки земной поверхности допускается ведение горных работ под охраняемыми объектами в случае осуществления прогнозных расчетов и выполнении особых мер безопасности, включающих, в том числе, деформационные измерения. Для решения вопросов использования подработанных территорий, полученные данные необходимо увязывать во времени и в пространстве с горными работами. Эта задача решена путем создания специальной ГИС мониторинга подработанной территории.

В последнее время все более актуальной становится проблема использования территорий, подработанных горными разработками. Особенно остро эта проблема стоит на уральских подземных рудниках, где экономически освоенные и застроенные территории подработаны как старыми, 18-19 веков, так и современными горными выработками. Необходимость современной подработки объектов, расположенных на земной поверхности, диктуется как экономическими, так и экологическими причинами. С одной стороны, выемка запасов из предохранительных целиков экономически более выгодна, чем освоение новых месторождений, а с другой стороны, действующий закон об охране недр требует как можно более полной выемки полезного ископаемого.

Действующими нормативными актами [1] допускается выемка полезного ископаемого под объектами различных категорий охраны, при условии неполной подработки земной поверхности и осуществлении соответствующих прогнозных расчетов и выполнении особых мер безопасности при ведении горных работ. В условиях неполной подработки земной поверхности, когда процесс сдвижения горных пород не развивается в полной мере, необходимо иметь точные сведения об изменении напряженно-деформированного состояния (НДС) подрабатываемой территории. Традиционно изменения параметров поля деформаций получали в результате наблюдений по специально закладываемым наблюдательным станциям, состоящим из профильных линий [2]. Однако такая конструкция наблюдательной станции более всего подходит при мониторинге процесса сдвижения, происходящего при полной подработке земной поверхности, когда имеют место зоны провала, трещин и выраженная мульда сдвижения, так как в этом случае необходимо определить границы зон с разной степенью деформирования. Параметры же НДС в этом случае будут получены в результате интерполяции данных, что снижает их достоверность. В случае же обоснованного решения вопросов подработки объектов с обеспечением их сохранности необходима точная информация о распределении поля деформаций по исследуемой территории.

Для получения реальных параметров НДС на промплощадке шахты "Эксплуатационная" в г. Нижний Тагил летом 2002 года была оборудована наблюдательная станция, состоящая как из профильных линий, так и стенных реперов, равномерно распределенных по всей площади. Площадка шахты охраняется от вредного влияния горных работ предохранительным целиком. Однако в связи с тем, что запасы шахты заканчиваются, целик, начиная с 1990 года, был частично подработан по трем горизонтам. В 1999 году граница целика была перенесена и площадь охраняемой поверхности сократилась. Развитие процесса сдвижения при этом происходило без значительных деформаций, а после начала отработки запасов, вынесенных за пределы целика, процесс сдвижения принял дискретный характер, и здание адмбыткомбината претерпело значительные деформации с образованием трещин в стенах и полу. Кроме того что целик частично подработан, с трех сторон он окружен зоной обрушения, и морфологически выглядит как полуостров в море зоны обрушения, а также ситуация усугубляется наличием на территории дизъюнктивных нарушений, пересекающих целик под углами, близкими к углам сдвижения.

В настоящее время Институт горного дела располагает большим парком современного геодезического оборудования, позволяющем на качественно новом уровне фиксировать изменения НДС на исследуемых территориях. При помощи комплексов спутниковой геодезии Trimble и Sokkia и лазерных рулеток Disto Pro с миллиметровым уровнем точности определяется изменение планового положения реперов наблюдательной станции в пространстве и относительно друг друга. Изменение высотного положения реперов фиксируется с точностью порядка 0.1-0.2 мм высокоточным цифровым нивелиром Sokkia. Данные измерений записываются во внутреннюю память приборов и обрабатываются на компьютере. В результате обработки геодезических измерений становится доступным комплекс информации об изменении координат реперов наблюдательной станции, изменении полей вертикальных и горизонтальных деформаций и изменении полей напряжений, вызывающих эти деформации. Периодичность инструментальных наблюдений ИГД с выполнением полной программы измерений составляет не менее одного раза в год. Периодичность измерения деформаций, проводимых маркшейдерской службой шахты по сокращенной программе, составляет до 1 раза в месяц.

Как было отмечено выше, в результате геодезических измерений будет получено площадное распределение полей вертикальных и горизонтальных деформаций, определены основные закономерности изменения их во времени и рассчитаны изменения полей напряжений, вызывающие эти деформации. Для решения конкретных вопросов дальнейшей подработки территории промплощадки шахты и охраны ее соору