Прогнозирование позиции слабоустойчивых участков бортов карьера в массивах скальных пород на ранней стадии постановки их на предельный контур

При открытой разработке месторождений полезных ископаемых в массивах скальных пород постановка уступов карьера на предельный контур осуществляется, как правило, с применением технологии предварительного щелеобразования, обеспечивающей защиту законтурного породного массива от разрушения силой взрыва в процессе отработки предконтурного блока горных пород. Ниже зоны гипергенной дезинтеграции массива горных пород степень гладкости откосов таких уступов, выраженная характером прослеживания на их поверхности следов контурных скважин, изменчива по простиранию уступов: от хорошей (следы скважин прослеживаются почти непрерывно, исключая верхнюю часть уступа высотой до 3-5 м – зону перебура взрывных скважин на вышележащем горизонте) до плохой (следов скважин не видно или они прослеживаются локально, а в целом преобладает угловато-ломаный профиль откоса, создаваемый разноориентированными стенками трещин, по которым он сформировался) (рис.1).

Рис.1. Фотоснимки участков уступов карьера с различной степенью гладкости откосов, выраженной характером прослеживания контурных скважин (а – практически непрерывным, б – прерывистым, в – следы скважин отсутствуют)

Зачастую деформации уступов карьера приурочены к участкам, которые характеризуются слабовыраженными следами контурных скважин или практически их полным отсутствием. Как отмечено в работе [1], это явление не связано с какими-либо нарушениями технологии заоткоски, а имеет природную основу (массив горных пород как бы показывает свои проблемные с точки зрения устойчивости уступов участки), и поэтому с самого начала постановки уступов на предельный контур ниже зоны гипергенной дезинтеграции массива горных пород необходимо выделять и изучать такие участки с целью выявления факторов, обусловливающих деформации уступов (трещиноватость, напряжённо-деформированное состояние массива и других) и разработки мероприятий по предотвращению деформаций.

В данной статье изложена разработанная авторами на примере карьера рудника «Железный» ОАО «Ковдорский ГОК» методика установления позиции указанных выше проблемных участков, базирующаяся на дистанционной фиксации первичной информации в виде масштабированных фотопанорам бортов карьера и компьютерной технологии обработки этой информации с получением количественной оценки степени гладкости откосов уступов по периметру карьера.

Рис. 2. Блок-схема алгоритма оценки степени гладкости откосов уступов, поставленных на предельный контур. Пояснение символов Г,В,А дано в тексте

Методика получения масштабированных фотопанорам бортов карьера и необходимая для этого аппаратура подробно описаны в статьях [2,3]. Дальнейшая их обработка осуществляется с использованием созданной на базе горно-геологической ГИС ГЕОМИКС [4] специализированной ГИС Устойчивость [5] по следующему алгоритму (рис.2). Сначала все уступы разделяются по их простиранию на секторы длиной 20 м и на каждом уступе оконтуривается область, ограниченная сверху разрушенной зоной перебура взрывных скважин, а снизу – осыпью неподобранной кусковатой взорванной горной массы. Далее в границах указанной области векторизуются следы скважин, а затем оконтуриваются участки их проявления (рис.3). При этом верхние и нижние границы этих участков проводятся по соответствующим концам следов, а боковые на половине среднего значения расстояния между скважинами.

Рис.3. Фрагменты обработанной фотопанорамы откоса уступа: а – на этапе векторизации следов контурных скважин (показаны чёрными линиями); б – на этапе оконтуривания участков проявления следов скважин (выделенные участки залиты чёрным цветом)

Затем по каждому 20-ти метровому сектору осуществляется расчёт значений общей площади выделенной области и площадей оконтуренных участков со следами скважин. Эти значения, а также координаты х, y, z точки в центре каждого сектора на сводном маркшейдерском плане карьера, вносятся в базу данных (рис.4), содержащую всю информацию, необходимую для дальнейшей реализации алгоритма (см. рис.2).

По запросу к базе данных для каждого сектора производится расчёт степени гладкости откосов уступов (Г, %) по формуле:

где сумма площадей участков со следами скважин, SA – общая площадь сектора.

Рис.4. Структура базы данных степени гладкости откосов уступов

Полученные значения «Г» координатно привязываются к центру соответствующего сектора и вносятся в базу данных. Далее по запросу к ней автоматически строится сводный план карьера на его предельном контуре в изолиниях степени гладкости откосов. На рис. 5 показаны фрагменты такого плана, на которых чётко проявлена приуроченность свершившихся деформаций уступов к участкам западного, восточного и юго-восточного бортов карьера, характеризующихся низкими значениями степени гладкости откосов, и отсутствие деформаций в северном борту карьера, отличающимся высокими значениями указанного параметра.
Интегральную картину поведения этого параметра отражает диаграмма его изменчивости по периметру карьера (рис.6) в виде линейного графика. Для её построения находят среднее значение степени гладкости откосов по каждому 20-метровому сектору, включающему все уступы от нижней границы зоны гипергенной дезинтеграции горных пород до верхней границы рабочей зоны карьера.

Рис.5. Фрагменты сводного плана карьера в изолиниях степени гладкости откосов уступов, поставленных на предельный контур (плоские деформации показаны перекрестной штриховкой, клиновые – чёрным цветом)

На горизонтальной проекции этой границы откладываются значения расстояния по периметру карьера, а по перпендикуляру к простиранию его бортов – среднюю величину степени гладкости откосов в каждом секторе. Затем путём сглаживания с окном, равным 60 м, строится график изменчивости указанного параметра. На диаграмме по периметру карьера чётко выделились четыре сектора с минимальными значениями степени гладкости откосов уступов. Именно к этим секторам приурочены деформации уступов карьера, что доказывает целесообразность применения предлагаемой авторами методики выявления проблемных по устойчивости уступов участков карьера на ранней стадии постановки его на предельный контур ниже зоны гипергенной дезинтеграции массива горных пород.

Рис.6. Диаграмма изменчивости степени гладкости откосов (СГО) уступов по периметру карьера на его предельном контуре (секторы проявления деформаций залиты серым цветом, их характеристика дана в таблице)

Литература

1. Дунаев А.В. Типы и условия проявления деформаций стационарных уступов карьера при разработке Ковдорского апатит-магнетитового месторождения // Известия Тульского госуниверситета. Серия «Геомеханика. Механика подземных сооружений»: Сб. материалов VI межд. конф. – Тула, 2009. – С.56-59.
2. Яницкий Е.Б., Игнатенко И.М., Дунаев А.В. Применение фотометодов для изучения структуры массива скальных пород и состояния стационарных уступов в карьере // Геология, география и глобальная энергия. Научно-технический журнал №31 (32), 2009. – С.31-36.
3. Агарков И.Б., Игнатенко И.М., Яницкий Е.Б., Овсянников А.Н. Актуализация геолого-структурного плана карьера с применением фотопанорам его уступов // Материалы 12-го международного симпозиума «Вопросы осушения, геологии и геоинформатики, геомеханики, специальных горных работ и горных технологий». – Белгород, 2013. – С.369-374.
4. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2004612469 Горно-геологическая информационная система ГЕОМИКС (ГИС ГЕОМИКС). 9.11.2004.
5. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2014619048 Специализированная геоинформационная система Устойчивость (ГИС Устойчивость). 8.09.2014.