Главная О проекте Архив новостей Статьи Об авторах Конференции Форум Ссылки

ДИАГНОСТИКА ГЕОМЕХАНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ МАССИВА ГОРНЫХ ПОРОД ГЕОДЕЗИЧЕСКИМИ МЕТОДАМИ

А.А. Панжин

Институт горного дела УрО РАН, г. Екатеринбург

Работа выполнена при поддержке РФФИ

Аннотация: В данной публикации обобщается опыт успешного использования современных методов как традиционной, так и спутниковой геодезии в диагностике и мониторинге геомеханического состояния массива горных пород. Многолетние исследования деформаций породных массивов проводились не только на горных предприятиях Урала и Сибири, ведущих разработку месторождений как подземным, так и открытым способами, но и в массивах, не затронутых техногенным влиянием горных разработок.

Введение

В своей повседневной деятельности человек привык руководствоваться представлениями о Земле как о "безответной земной тверди". Сегодня всем известно о движении литосферных плит по таким живущим разломам как Сан-Андреас в Калифорнии, Северо-Анатолийский в Турции и др. А остальных своих частях Земля - как среда горного производства, подземных сооружений, основание для всех видов строительства и т.п. - представляется как нечто монолитное, статическое, незыблемое. Однако в последние десятилетия появилось бесчисленное количество доказательств, позволяющих говорить о постоянных и масштабных изменениях, происходящих как на поверхности Земли, так и в ее глубинах. Причем эти изменения происходят не только в сейсмоактивных районах, выявлены многочисленные интенсивные локальные аномалии движений земной поверхности в равнинно-платформенных асейсмичных областях [Кузьмин Ю.О., 1996; Sashourin A.D. el al., 2001]. Кроме того, техногенная деятельность человека во многих отраслях промышленности достигла таких масштабов, что способна радикально изменить состояние земной коры и вызвать серьезные катастрофы искусственного происхождения [Гупта Х., Растоги Б., 1979; Сашурин А.Д., Панжин А.А., 1998].

Все это приводит к тому, что изменению напряженно-деформированного состояния верхней части земной коры во многих отраслях современной науки отводится серьезное внимание. Основным, а зачастую и единственным источником данных об изменении напряженного состояния массива горных пород во времени являются экспериментальные измерения величин деформаций, которые взаимосвязаны с величинами и направлением главных нормальных напряжений, вызывающих эти деформации. Поскольку реальный массив горных пород имеет сложное иерархически-блочное строение, то для того, чтобы получить реальные приращения тензоров напряжений, необходимо учитывать неоднородность строения массива, и производить высокоточные измерения деформаций на достаточно больших базах, что возможно только с использованием современных методов геодезии.

Современные представления о массиве горных пород и его состоянии

При внешней сложности строения блочного массива горных пород, процессов и явлений, происходящих в нем, особенно в областях техногенного влияния масштабных горных разработок, геомеханическая модель участка литосферы может быть представлена довольно простыми построениями. Моделируемый элемент земной коры может быть рассмотрен в двух вариантах: либо в виде нижнего полупространства бесконечных размеров по площади и глубине, либо, основываясь на понятиях глобальной тектоники плит, в виде оболочки конечной толщины и бесконечных размеров в плане, соответствующей жесткой литосферной плите.

Граничные условия геомеханической модели включают боковые горизонтальные силы и объемный вес горных пород. Во втором случае на разделе между литосферой и астеносферой действуют гидростатические силы, уравновешивающие вес литосферной плиты. Боковые горизонтальные силы состоят из горизонтальных тектонических сил, одинаковых по глубине, первый инвариант которых оценивается величиной около 30 МПа [Сашурин А.Д., 1999; Леонтьев А.В., 2000], и бокового распора от гравитационных сил, пропорциональных по глубине. Среда модели при исследовании общих закономерностей деформирования представляется в виде квазиоднородного квазиизотропного материала, обладающего деформационными свойствами, определяемыми на больших участках массива горных пород.

Как отмечалось выше, реальный массив горных пород имеет сложное иерархически-блочное строение. Такое блочное строение массива с одной стороны, определяет анизотропный характер распределения его физико-механических свойств в пространстве, поскольку внутреннее строение и состав соседних структурных блоков могут быть совершенно различными, также различными могут быть интенсивность трещиноватости, раскрытие и материал заполнения межблоковых трещин, обводненность систем трещин и проч. С другой стороны, блочное строение массива определяет дискретный характер его деформирования, поскольку значительная часть деформаций реализуется на границах структурных блоков, образуемых трещиноватостью различных уровней иерархии.

В нетронутом массиве горных пород непрерывно происходят естественные деформации, наличие которых обусловлено его первоначальным напряженно-деформированным состоянием и особенностями иерархически-блочного строения. Во-первых, происходят медленные трендовые подвижки по структурным нарушениям, современные скорости движений которых, согласно традиционной точке зрения, достигают 5-10 мм/год в асейсмичных областях, и до 50 мм/год и более в сейсмоактивных районах. Во-вторых, при реализации достаточно больших величин накопленных деформаций за короткие промежутки времени происходят тектонические землетрясения различной магнитуды, которые имеют место как в сейсмоактивных районах, так и в асейсмичных областях, хотя достаточно редко и, как правило, небольшой магнитуды. Третьим видом деформаций, реализующихся по структурным нарушениям массива горных пород, являются недавно открытые и еще недостаточно изученные короткопериодные деформации земной поверхности в зонах платформенных разломов и дизъюнктивных нарушений [Кузьмин Ю.О., 1996; Sashourin A.D. el al., 2001]. Четвертый вид деформаций земной поверхности - карстовые явления, хотя и имеет экзогенную природу, но тесно связан со строением массива горных пород, поскольку движение подземных вод в нем происходит по существующей системе трещин, а следовательно, растворение и вынос материала происходит в первую очередь в межблоковом пространстве.

Расположенные на массиве горных пород объекты инфраструктуры, оказавшиеся в зоне влияния подвижных тектонических структур, неизбежно испытывают на себе влияние изменений поля естественных деформаций. Наиболее контрастно это проявляется на протяженных объектах, таких как магистральные нефтепроводы и газопроводы, подземные коллекторы и т.п., где нередки случаи многократных аварийных ситуаций, приуроченных к местам пересечения ими тектонических структур.

Освоение недр и масштабная разработка месторождений полезных ископаемых сопряжены с мощным техногенным воздействием на земную кору, что вызывает большие преобразования геологической среды. Длительные сроки эксплуатации месторождений, большие объемы перемещаемых горных масс, концентрация добычи на ограниченных территориях, все это способствует нарушению первоначального напряженно-деформированного состояния земной коры на обширных территориях. В результате такого воздействия наряду с естественными геомеханическими процессами возникают так называемые наведенные геомеханические процессы, вызванные техногенной деятельностью человека, которые по силе их проявления сопоставимы с естественными, но их опасность усугубляется там, что они происходят в областях концентрации экономической деятельности человека. В качестве основных факторов техногенного воздействия человека на земную кору выступают перемещения больших объемов горных масс - выемка из карьеров и подземных разработок и складирование вскрышных пород и отходов обогащения в отвалы; нарушение гидрогеологического режима в связи с массовой откачкой подземных вод и образованием депрессионных воронок; постоянное воздействие на породный массив сейсмической энергией массовых технологических взрывов. Источником формирования наведенных геомеханических процессов является нарушение первоначального равновесия в напряженном состоянии верхней части земной коры в результате добычи полезного ископаемого. Вторичное поле напряжений формируется за счет образования выемок и пустот в горном массиве и за счет нарушения изостазического равновесия вследствие перемещения больших объемов горных пород, особенно про открытых разработках. Откачки подземных вод и сейсмическое воздействие на окружающую среду энергии массовых взрывов выступают здесь сопутствующими факторами, в результате воздействия которых изменяются первоначальные физико-механические характеристики массива горных пород.

Техногенные нагрузки на участок земной коры в области влияния добычи полезных ископаемых весьма разнообразны. Их можно подразделить на два вида: уравновешенные силы, присущие непосредственной области ведения добычи, и неуравновешенные силы, связанные с нарушением равновесия за счет перемещения масс. Уравновешенные силы формируются на контурах горных выработок - карьеров, зон обрушения, выработанных пространств, областей активной фильтрации и дегазации. В соответствии с принципом Сен-Венана, их влияние ограничивается локальными областями, в 2-3 раза превышающими образуемые зоны техногенного нарушения равновесия [Безухов Н.И., 1961]. Неуравновешенные силы образуются весом перемещаемых породных масс - добытого полезного ископаемого, вскрышных пород, отходов обогащения, а также изменением гидрогеологического режима - откачкой подземных вод и образованием депрессионных воронок, затоплением. Влияние неуравновешенных сил, согласно классическим решениям задачи Бусинеска, теоретически распространяется на бесконечность [Безухов Н.И., 1961]. Практически же имеющиеся в настоящее время техногенные нагрузки от добычи полезных ископаемых инструментально могут быть зафиксированы на удалении первых десятков километров.

Таким образом, в массиве горных пород, подверженному техногенному воздействию масштабной добычи полезных ископаемых, кроме естественных деформаций имеют место техногенные деформации. Во-первых, в результате перемещения больших объемов горных масс, на участках добычи, в карьере или зоне подземной добычи, происходит разгрузка массива, а на участке отвалообразования и образования депрессионных воронок массив нагружается, вызывая возникновения момента сил в нем, в результате чего в зонах разгрузки происходит воздымание массива, а в зонах пригрузки - проседание. Величины вертикальных сдвижений, по результатам инструментальных измерений на горных предприятиях достигают десятков сантиметров. Во-вторых, в результате образования в напряженном массиве выемок у пустот происходит перераспределение первоначального поля напряжений и формирование вторичного напряженно-деформированного состояния, что сопровождается соответствующими деформациями массива горных пород. Особенности формирования вторичного поля напряжений определяются деформационными свойствами массива, его структурными особенностями и параметрами первоначального поля напряжений. При открытых горных разработках этот процесс проявляется в виде деформаций прибортового массива, а при подземных разработках - в виде формирования мульды сдвижения. Изменение гидрогеологического режима района месторождения, вызванное осушением массива горных пород при ведении горных работ и образованием депрессионных воронок играет двоякую роль в формировании геомеханической модели. С одной стороны, осушение месторождения вносит свой вклад в нарушение изостазического равновесия, поскольку из области разработки удаляются миллионы кубометров воды. С другой стороны, осушенные горные породы изменяют свои физико-механические и деформационные свойства, что приводит к усадкам и растрескиванию массива, переформированию поля напряжений, которое сопровождается соответствующими деформациями породного массива. Роль сейсмического воздействия массовых технологических взрывов в формировании геомеханической модели имеет второстепенное значение, достаточно локальные области воздействия и сводится, в основном, к расшатыванию и разупрочнению породного массива и переупаковке его структурных элементов, хотя и не исключается их роль в качестве инициатора возникновения геодинамических явлений в обширной зоне [Адушкин В.В., Спивак А.А., 1993].

Исследование и мониторинг геомеханического состояния массива горных пород

Геомеханические исследования изменений напряженно-деформированного состояния в изучаемом районе, проводимые с целью прогнозной оценки риска формирования очагов геодинамических явлений и разработки мер по их предотвращению предусматривают постановку комплексных исследований, которые включают в себя компьютерное моделирование процессов, происходящих в массиве горных пород при разработке месторождения, и экспериментальные исследования процесса деформирования массива на горных предприятиях. Основные параметры геомеханической модели участка земной коры, подверженной мощному техногенному воздействию горных разработок, были рассмотрены выше. Степень же отражения реальных процессов на принятых моделях оценивается по результатам инструментальных наблюдений за деформациями земной поверхности моделируемого участка.

Моделирование деформаций земной поверхности, возникающих при перераспределении техногенных нагрузок при разработке месторождений производится с использованием принятой геомеханической модели для обоих вариантов моделирования элемента земной коры. Теоретические и экспериментальные исследования обоих видов моделей свидетельствуют о незначительных различиях основных параметров их деформирования. Численные значения смещений земной поверхности для обоих моделей различаются на 20-25%, и принципиальные отличия отмечаются в характере и проявлении потери устойчивости массива под совместным воздействием техногенных и естественных сил. Математический аппарат для исследования поведения геомеханической модели основывается на классических решениях задачи Бусинеска для расчета модели, представленной бесконечным полупространством [Безухов Н.И., 1961; Лурье А.И., 1955] и расчета оболочек для расчета модели, соответствующей представлениям глобальной тектоники плит [Королев В.И., 1971]. Техногенная нагрузка соответствует весу пород и объему грунтовых вод, перемещаемых при разработке месторождения. Распределение нагрузки по площади производится по определенному математическому закону в зависимости от размеров и параметров реальных техногенных объектов.

Моделирование деформационных процессов, происходящих в локальных Сен-Венановских областях, производится в соответствии с общими положениями теории упругости [Мусхелишвили Н.И., 1966]. В данном случае образование в напряженном массиве открытых полостей - карьеров, зон обрушения, выработанных пространств приводит к перераспределению первоначального поля напряжений и формированию вторичного напряженно-деформированного состояния. При этом массив горных пород моделируется нижним полупространством, а возмущающая полость отображается кругом или эллипсом. С позиций теории упругости задача сводится к решению плоской задачи о распределении напряжений в бесконечной плоскости с эллиптическим отверстием. Параметры вторичного поля напряжений здесь зависят от величины и особенности соотношения главных нормальных напряжений, действующих в нетронутом массиве, а также формы и ориентации возмущающей полости.

Суммарное воздействие масштабных горных разработок на исследуемый участок земной коры определяется в соответствии с принципом суперпозиции путем суммирования влияния различных источников техногенных нагрузок. В некоторых случаях в геомеханической модели дополнительно учитывается влияние изменения гидрогеологического режима месторождения на формирование вторичного напряженно-деформированного состояния массива горных пород, однако это не всегда целесообразно, так учет дополнительных факторов не приводит к уточнению геомеханической модели. Это объясняется тем, что при ее создании допускалось большое число допущений и упрощений, принимались усредненные граничные условия, массив горных пород апроксимировался квазиизотропным и проч. Однако полученная геомеханическая модель достаточно полно описывает деформационные процессы, происходящие при масштабной добыче полезных ископаемых, и ее уже можно использовать для качественного прогноза развития процесса сдвижения.

Для более точного прогноза геомеханических явлений необходимо уточнить ряд параметров модели, таких как направления действий и величины главных тензоров тектонических напряжений, величин модуля деформации для отдельных участков массива горных пород, произвести оценку стабильности структурных нарушений, уточнить постоянно изменяющиеся геометрические параметры техногенных объектов и проч. Эти данные возможно получить только в результате экспериментальных исследований формирования реального поля деформаций в массиве горных пород на добывающих предприятиях и натурных замеров геометрических элементов геомеханической модели. Инструментальные измерения требуемой точности и с требуемой периодичностью возможно производить только с использованием современных высокопроизводительных геодезических комплексов. Для этой цели на базе ИГД УрО РАН был создан Уральский центр геомеханических исследований природы техногенных катастроф в районах добычи полезных ископаемых. В настоящее время Центр оснащен и продолжает оснащаться высокоточной геодезической аппаратурой. При производстве инструментальных измерений смещений и деформаций земной поверхности используется целый комплекс оборудования, который включает в себя одно- и двухчастотные GPS-приемники геодезического класса, позволяющие определять полные вектора смещений реперов наблюдательной станции с миллиметровым уровнем точности; прецизионные цифровые нивелиры, позволяющие производить нивелирование реперов по программе нивелирования I и II класса точности; высокоточные электронные тахеометры, позволяющие быстро и качественно производить цифровую съемку техногенных объектов и определять их параметры; точные лазерные дальномеры для определения линейных деформаций и проч.

Диагностика и мониторинг напряженно-деформированного состояния участка верхней части земной коры проводится путем регулярных многократных измерений смещений реперов специально оборудованных наблюдательных станций. Под наблюдательной станцией здесь понимается система наблюдательных пунктов, которые закладываются на земной поверхности, в толще горных пород и в конструктивных элементах зданий и сооружений. Конструкция наблюдательной станции выбирается в зависимости от поставленных задач и конкретных горно-геологических условий [Панжин А.А., 2000]. Изменение пространственных координат реперов наблюдательных станций следствием суммарного воздействия тектонических процессов в земной коре и техногенных факторов, определяющих формирование вторичного поля напряжений в области ведения масштабных горных работ. Для определения деформаций породных массивов используются современные геодезические технологии, позволяющие с высокой точностью измерять смещения точек земной поверхности в разовом режиме, в форме мониторинговых измерений и в режиме непрерывных измерений за короткопериодными деформациями массива горных пород [Панжин А.А., 2001]. Разработанные методики определения изменений напряженно-деформированного состояния породного массива условно можно разделить на четыре крупные категории:

1. Экспериментальные исследования деформаций, вызванных суммарным воздействием естественных природных процессов и техногенным воздействием масштабной добычи полезных ископаемых. В этом случае исследования деформаций массива производятся путем проведения геодезического мониторинга за изменением во времени пространственных координат пунктов государственной геодезической сети, оборудованных как в зоне влияния горных разработок, так и за ее пределами, и пунктами опорной маркшейдерско-геодезической сети, находящимся непосредственно в зоне ведения горных работ. При этом геодезическими измерениями охватываются области площадью более 100 км². Поскольку первоначальные координаты пунктов геодезической сети определялись до начала разработки месторождения, либо на первых этапах его освоения, повторные определения геометрических параметров геодезической сети горного предприятия дают богатейшую информацию о деформационных процессах, произошедших за достаточно продолжительные периоды времени, измеряемые десятками лет.

2. Экспериментальные исследования деформаций в локальной Сен-Венановской области влияния горных разработок, производятся непосредственно в мульде сдвижения при подземной разработке, и в прибортовом массиве при открытой разработке месторождений полезных ископаемых. В этом случае геодезическими измерениями охватывается массив горных пород, непосредственно примыкающий к зоне влияния горных разработок. Для проведения измерений используются как репера уже существующих наблюдательных станций, так и закладываются новые репера, для обеспечения равномерного покрытия измерениями всей области влияния горных разработок. В результате подобных измерений, проводящихся в мониторинговом режиме с периодичностью 1-2 раза в год, выявляются закономерности формирования вторичного поля напряжений; активные тектонические структуры невысокого ранга, по которым происходит реализация деформаций; участки с аномальным характером деформирования, на которых требуется произвести более детальные исследования.

3. Экспериментальные исследования деформаций породного массива при охране природных и искусственных объектов от вредного влияния горных разработок производятся непосредственно на промышленных площадках охраняемых объектов. В этом случае в конструктивных элементах охраняемых объектов и в непосредственной близости от них закладываются специальные наблюдательные станции, по которым производятся геодезические наблюдения за смещениями реперов. Периодичность таких наблюдений за изменением параметров поля деформаций широка варьирует в зависимости от поставленных задач и составляет от 1 до 2 раз в год. В результате этих работ не только решаются конкретные задачи по охране сооружений, но и с высокой степенью детальности исследуется процесс деформирования на небольших участках породного массива, которым зачастую присущ сложный дискретный характер изменения параметров напряженно-деформированного состояния.

4. Экспериментальные исследования короткопериодных знакопеременных деформаций массива горных пород в непрерывном режиме производятся, как правило, в зонах пересечения активными тектоническими нерушениями протяженных инженерных структур, таких как нефте- и газопроводов, подземных коммуникаций и др. Как показывает опыт эксплуатации подобного рода сооружений, многократные аварии на них часто приурочены к тектонически активным зонам. Сегодня во многих научных работах поднимается вопрос о флюктуациях параметров напряженно-деформированного состояния, особенно в связи со строительством и эксплуатацией экологически опасных объектов, аварии на которых могут сопровождаться экологическими катастрофами. В фундаментальной области данные о короткопериодной динамике тектонических нарушений связаны с углублением представлений о естественном напряженно-деформированном состоянии массива горных пород, поскольку к установленным сегодня гравитационным и тектоническим компонентам добавляется динамическая составляющая.

Таким образом, в результате проводимых инструментальных исследований высокоточными геодезическими измерениями охватывается протяженный участок горного массива, находящийся под техногенным влиянием масштабных горных разработок. При этом становятся доступными качественно новые данные об изменении во времени суммарного поля деформаций, которое формируется при наложении поля техногенных деформаций на поле естественных деформаций. Эти данные позволяют не только уточнить параметры принятой геомеханической модели разрабатываемого месторождения, но и уверенно прогнозировать развитие процесса сдвижения, оценить степень риска возникновения негативных геомеханических явлений и обоснованно решать вопросы охраны сооружений, попадающих в области влияния горных разработок.

Экспериментальные данные о состоянии массива горных пород

В результате проведенных инструментальных геодезических измерений на исследуемом участке массива и камеральной обработке полевого материала становятся доступны данные о современном состоянии земной поверхности и координатах реперов наблюдательной станции на момент проведения съемки. Исходные данные включают в себя каталоги современных пространственных координат пунктов геодезической сети и топографические планы с уточненными границами техногенных объектов. Изменения положения границ, размеров и геометрических параметров техногенных объектов определяются путем сопоставления современных топопланов местности с топографическими материалами, полученными из предыдущих съемок. Также на планах местности отмечается современное положение и состояние разрывных нарушений массива горных пород, таких как зоны трещино- и заколообразования, выход структурных нарушений на поверхность проч.

По изменению пространственных координат реперов наблюдательной станции вычисляются полные вектора сдвижения точек земной поверхности в зоне техногенного влияния горных разработок. По величине и направлению действия векторов смещения реперов определяются скорости сдвижения массива горных пород. Путем специального анализа векторной картина поля сдвижений делаются первоначальные выводы о наличие на исследуемом участке структурных нарушений и их активности, поскольку, как было отмечено выше, деформации породного массива реализуются именно по этим ослаблениям. Сопоставление современной картины распределения полных векторов смещений с картинами, полученными во время предыдущих серий измерений, позволяет также делать экстраполяцию фактических данных о процессе сдвижения и давать предварительные прогнозы о развитии процесса.

По изменению расстояний между реперами наблюдательной станции и превышений между ними определяются параметры пространственного поля вертикальных и горизонтальных деформаций, а также скорости их приращения. Путем специального анализа полученной картины распределения деформаций по исследуемому участку выявляются основные закономерности процесса сдвижения массива горных пород, выделяются участки с аномальными значениями поля деформаций, на которых в дальнейшем сгущается сеть наблюдательной станции, делаются прогнозные оценки о развитии деформационной обстановки на различные промежутки времени. По изменению во времени основных компонент поля пространственных деформаций вычисляются приращения тензоров поля естественных и техногенных напряжений. Путем специального анализа суммарные тензора приращения напряжений раскладываются на тензоры поля естественных и техногенных напряжений. Путем соответствующей группировки параметров тензоров напряжений в массиве выделяются основные блочные массивы и уточняются границы между ними. При совместном анализе полей напряжений и деформаций, полученных путем мониторинговых измерений в различные периоды времени, создается целостная картина закономерностей формирования вторичного напряженно-деформированного состояния исследуемого массива, что позволяет с одной стороны, получить принципиально новые фундаментальные знания о природе как естественных, так и наведенных техногенных деформационных процессов, происходящих в массиве, а с другой стороны, обоснованно решать различные прикладные задачи по безопасной эксплуатации месторождений полезных ископаемых и объектов инфраструктуры, попадающих в зону влияния горных разработок.

В результате непрерывного мониторинга короткопериодных знакопеременных деформаций в тектонически активных зонах становится доступной информация о амплитудах и частотах динамических деформационных процессов. На основании этих экспериментальных данных вычисляется динамическая составляющая суммарного поля напряжений, определяется число знакопеременных циклов нагружения конструкций, попадающих в область влияния активных нарушений и принимаются меры по предотвращению разрушения охраняемых объектов.

Полученные в результате экспериментальных работ данные о современном напряженно-деформированном состоянии массива горных пород и закономерностях его изменения во времени с одной стороны, дают новые фундаментальные знания о природе естественных деформационных процессов, протекающих в верхней части земной коры, и влиянии на формирование напряженного состояния массива масштабной техногенной деятельности при разработке месторождений полезных ископаемых. С другой стороны, полученные данные служат для прогноза развития процесса сдвижения и принятия целого комплекса технических решений по безопасной и эффективной разработке месторождений. К таким решениям относятся вопросы охраны и безопасной эксплуатации объектов, попадающих в область вредного влияния горных разработок, когда необходимо произвести полную выемку полезного ископаемого и сохранить объекты, находящиеся над рудными залежами; управления процессом сдвижения горных пород, когда специальным порядком отработки камер процесс сдвижения направляется в нужное направление и ликвидируются в массиве зоны концентрации напряжений, которые могут служить источником повышенной геомеханической опасности. Данные о фактическом состоянии массива горных пород используются при проектировании мест заложения горных выработок, параметров очистных выемок, выбора оптимальной системы разработки месторождения, а также при проектировании мероприятий по изменению гидрогеологического режима участка массива. В результате проведения геодезических измерений в мониторинговом режиме всегда доступна информация о современном состоянии маркшейдеско-геодезических сетей горного предприятия, что положительно сказывается на качестве маркшейдерского обслуживания. Также на основании полученных данных о короткопериодной динамики успешно решаются вопросы безаварийной эксплуатации инженерных объектов, пересекающих тектонически активные структуры.

Таким образом, вышеописанный комплекс мероприятий по диагностике и мониторингу напряженно-деформированного состояния массива горных пород современными геодезическими методами позволяет получить и в дальнейшем уточнить как модельные, так и фактические точные данные о геомеханическом состоянии горного массива в зоне техногенного влияния масштабных горных работ на любой промежуток времени разработки месторождения.

Заключение

В заключение следует отметить, что применение современных методов традиционной и спутниковой геодезии для наблюдений за процессом сдвижения земной поверхности на горных предприятиях позволило нам проводить исследования на качественно более высоком уровне. В настоящее время измерениями охвачена не только ближняя зона техногенного воздействия добычи полезных ископаемых, наблюдения в которой производились достаточно длительный период с использованием традиционных геодезических методов, но и дальняя зона, в которой ранее измерения либо не проводились совсем, либо проводились в недостаточных объемах по причине высокой трудоемкости подобных работ. Измерения, проводимые с использованием современных геодезических комплексов показали свою высокую эффективность для решения задач геомеханики, благодаря чему стали возможными не только дискретные измерения, но и регулярный мониторинг деформаций и напряжений, происходящих в земной коре.

Использованные источники:

1. Адушкин В.В., Спивак А.А. Геомеханика крупномасштабных взрывов. -М.: Недра, 1993.

2. Безухов Н.И. Основы теории упругости и пластичности. -М.: Высшая школа, 1961.

3. Гупта Х., Растоги Б. Плотины и землетрясения. М.: Мир. 1979.

4. Королев В.И. Упруго-пластические деформации оболочек. -М.: Машиностроение, 1971.

5. Кузьмин Ю.О. Современные суперинтенсивные деформации земной поверхности в зонах платформенных разломов. //Геологическое изучение и использование недр: Информационный сборник. №4. М., 1996. -С.43-53. http://www.yabloko.ru/Themes/SRP/Geo/srp-geo-2.html

6. Леонтьев А.В. Обзор и анализ напряженного состояния массива горных пород в основных горнодобывающих регионах СНГ. //Геомеханика в горном деле - 2000: Доклады международной конференции. -Екатеринбург, ИГД УрО РАН, 2000. -С.54-65.

7. Лурье A.И. Пространственные задачи теории упругости. -М.: Наука, 1955.

8. Мусхелишвили Н.И. Некоторые основные задачи математической теории упругости. Основные решения. Плоская теория упругости. Кручение и изгиб. -М.: Наука, 1966.

9. Панжин А.А. Наблюдение за сдвижением земной поверхности на горных предприятиях с использованием GPS. //Известия Уральской государственной горно-геологической академии. №11. -Екатеринбург. 2000 -С.196-203. http://igd.uran.ru/geomech/articles/paa_006/

10. Панжин А.А. Влияние короткопериодных деформаций разломных зон на протяженные инженерные сооружения. //Структура, вещество, история литосферы Тимано-Североуральского сегмента: Информационные материалы 10-й научной конференции. Сыктывкар: Геопринт, 2001. -С.144-147. http://igd.uran.ru/geomech/articles/paa_001/

11. Сашурин А.Д., Панжин А.А. Масштабное техногенное воздействие горных разработок на участок литосферы. //Проблемы геотехнологии и недроведения (Мельниковские чтения): Доклады Международной конференции. -Екатеринбург, ИГД УрО РАН, 1998. -C.170-178. http://igd.uran.ru/geomech/articles/sad_004/

12. Сашурин А.Д. Сдвижение горных пород на рудниках черной металлургии. Екатеринбург: ИГД УрО РАН, 1999.

13. A.D. Sashourin, A.A. Panzhin, N.K. Kostrukova, O.M. Kostrukov Experimental researches dynamics of displacements in faults zones //Rock Mechanics - a challenenge for society: Proceedings of the ISRM regional Symposium EUROCK 2001, Espoo, Finland. Balkema. Rotterdam. Brookfield. 2001. -P.157-162. http://igd.uran.ru/geomech/articles/sad_001/

© 2002 Андрей А. Панжин