Nmexpertiza.ru

НМ Экспертиза
1 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Определение угла откоса уступа карьера

Условия рациональной работы карьерных самосвалов

Вопрос правильного установления высоты уступов является одним из важных для обеспечения эффективной работы карьерных экскаваторов. При определении высоты уступов принимаются во внимание многие конкретные особенности и факторы: условия залегания и свойства вынимаемых горных пород; необходимая интенсивность отработки месторождения; календарный план вскрышных работ; требуемое качество выдаваемого, из карьера полезного ископаемого; параметры буро-взрывных работ; условия работы экскаваторов и условия транспортирования пород.

Основным условием правильного выбора высоты уступа является устойчивость последнего в процессе работы карьера, обеспечивающая безопасность ведения горных работ. Углы откоса рабочих уступов в процессе эксплуатации зависят от характера пород, принятых способов отработки уступов и параметров буровзрывных работ. Учитывается также возможность работы экскаваторов с углами откосов рабочего уступа, соответствующими траектории движения ковша.

Высота уступов, определенная по условиям устойчивости, в подавляющем большин-стве случаев получается большей, чем это необходимо исходя из других факторов.

Важно при установлении высоты и отметок уступов учитывать условия залегания горных пород. Желательно, чтобы уступ был сложен однородными горными породами и в добычном уступе было как можно меньше пустых пород, а во вскрышном – полезного ископаемого. Отметки кровли и подошвы уступов по возможности должны совпадать с контактами различных пород. Должна также учитываться возможность их селективной выемки.

Мощность наносов, покрывающих полезную толщу, определяет как высоту, так и отметки верхних уступов. Мощность горизонтально залегающего пласта учитывается при установлении высоты добычных уступов. Ошибки в определении отметки подошвы уступов оказывают негативное воздействие на работу карьера.

Высота уступа существенно влияет на скорость подвигания экскаваторных забоев, фронта работ и на сроки вскрытия и подготовки новых горизонтов.
Скорость подвигания заходки Vз и рабочего фронта уступа VФ

, м/мес. (1)

, м/год (2)

где L – длина фронта работ на добычном горизонте, м; h – высота уступа, м; Q – эксплуатационная производительность экскаватора, м 3 /мес.; A – ширина заходки экскаватора, м.

Следовательно, с увеличением высоты уступа уменьшается скорость подвигания фронта работ.

Объем работ по вскрытию и подготовке горизонта пропорционален соответственно кубу и квадрату высоты уступа. Значит, при увеличении высоты уступа значительно увеличивается объем траншейных работ и, следовательно, увеличиваются сроки подготовки новых горизонтов.

С другой стороны, достижимая скорость углубки карьера определяется механизацией и организацией горных работ при вскрытии и подготовке новых горизонтов. Высота уступов существенно влияет на скорость углубки карьера. При уменьшении высоты уступов с 20 до 10 м, т. е. в два раза, достижимая скорость углубки увеличивается в полтора раза.

Для сокращения величины капитальных вложений и срока их окупаемости важно сократить период строительства карьера и сроки освоения производственной мощности. Поэтому целесообразно высоту верхних уступов принимать небольшой, что обеспечит более интенсивное развитие работ в первый период эксплуатации, а ниже, когда карьер перейдет к нормальной работе, высота уступов может быть увеличена.

При установлении высоты уступов необходимо иметь в виду, что она влияет на годовые объемы вскрышных работ и текущий коэффициент вскрыши – с уменьшением высоты уступов увеличивается коэффициент вскрыши при разработке карьеров.

В зависимости от высоты уступов изменяются объемы теряемой руды и примешиваемой пустой породы. Потери и разубоживание прямо пропорциональны высоте уступов, и если известны допустимые уровни потерь и разубоживания, то есть возможность правильно выбрать высоту уступов.

Между высотой уступа и параметрами буровзрывных работ существует тесная взаимосвязь. С увеличением высоты уступа (при применении вертикальных скважин и угла откоса уступа меньше 90°) увеличивается сопротивление по подошве.

Метод наклонных скважин, параллельных откосу рабочего уступа, позволяет резко увеличить высоту уступа без изменения диаме-тра скважин. От параметров буровзрывных работ и высоты уступа зависят размеры развала породы после взрыва и выход негабаритных кусков. Эти показатели значительно влияют на эффективность работы экскаваторов.

В некоторых случаях при трещиноватых породах бурить глубокие скважины затруднительно из-за застревания бурового ин-струмента в скважине. В этом случае нужно принимать небольшую высоту уступов. Исследования показали, что с увеличением высоты уступа себестоимость 1 м 3 взорванной горной массы снижается.

Условия работы экскаваторов являются одним из главнейших факторов, влияющих на высоту уступа. Прежде всего, высота уступа должна обеспечивать наполнение ковшей экскаваторов, а поэтому она не принимается меньше 2/3 высоты расположения напорного вала механической лопаты.

Максимальная высота уступа в нескальных породах ограничивается условием безопасности работы экскаватора от падающих кусков породы. Поэтому, в соответствии с Едиными правилами безопасности при разработке месторождений полезных ископаемых открытым способом (ПБ 03-498-02), рекомендуется принимать высоту уступа не больше высоты черпания экскаватора.

Выбор модели экскаватора для ведения добычных и вскрышных работ осуществляется с учетом физико-механических свойств горных пород, заданной высоты уступа и установленной высоты развала.
При черпании горных пород из развала взорванной горной массы высота развала (НР) должна быть увязана с высотой черпания экскаватора (H max ), рис. 1.

Рис. 1. Параметры забоя экскаватора-мехлопаты

Величина высоты развала Hp должна отвечать условиям

,где Ннв – высота расположения напорного вала экскаватора, м; Нmax – максимальная высота черпания экскаватора, м.

Высота расположения напорного вала экскаватора

При разработке горных пород открытым способом применяется многорядное короткозамедленное взрывание (КЗВ). Высота развала взорванных пород при КЗВ в зависимости от количества рядов скважин, схемы инициирования взрывной сети и условий взрывания HР = (0,7-1,2)h. Высота развала может превышать высоту уступа при производстве взрывных работ в зажатой среде (с подпорной стенкой), специальных схемах инициирования зарядов взрывчатых веществ (врубовой, порядной и др.), взрывах на выброс, каскадном взрывании смежных по высоте блоков и др.

Ширина экскаваторной заходки

, м (3)

где RУ – радиус черпания экскаватора на уровне стояния, м.

Ширина развала породы после взрыва В, для обеспечения наилучшего использования экскаватора, должна содержать целое число заходок А экскаватора, т. е.

В = nА , м (4)

где n – число заходок (n = 1; 2 или 3).

, м (5)

где С – коэффициент, учитывающий ширину развала (С = 1,0-3,0).

Ширина развала (от линии первого ряда скважин)

, м (6)

где h – высота уступа, м; q – удельный расход ВВ, кг/м 3 ; W – линия сопротивления по подошве, м.

С увеличением высоты уступов до h = 15 м себестоимость экскавации снижается, затем стабилизируется, а начиная с 20 м – повышается (рис. 2). Применительно к одному типу экскаваторов с увеличением высоты уступа себестоимость экскавации снижается.

Рис. 2. График зависимости удельных затрат на экскавацию от высоты уступа для различных типоразмеров экскаваторов.

1 – емкость ковша Е = 2 м 3 ; 2 – Е = 2,5 м 3 ; 3 – Е = 5 м 3 ; 4 – Е = 8 м 3 ; 5 – Е = 10 м 3 ; 6 – Е = 12 м 3 ; 7 – Е = 14 м 3 ; 8 – Е = 20 м 3 .

С точки зрения наилучшей организации транспорта в карьере целесообразнее принимать уступы большей высоты. При этом сокращается число горизонтов в карьере и уменьшается объем путевых работ. Только в случае коротких карьеров высота уступа ограничивается возможной длиной наклонных съездов. Для всех рассмотренных карьеров с увеличением высоты уступов себестоимость транспортирования снижается.

В настоящее время на большинстве карьеров приняты уступы высотой 12×15 м для экскаваторов с ковшами емкостью 5×10 м 3 .

В последнее время на ряде крупных карьеров высота уступов принята 17 м для экскаваторов с ковшами емкостью 10 м 3 и более. Так, на крупнейшем карьере мраморизованного известняка компании Nordkalk, расположенном в г. Лаппеенранта (Финляндия), глубиной 150 м применяются 15-метровые уступы, а уступы в конечном положении сдваиваются до 30 м. На карьере используется транспортная система разработки поперечными заходками с углубкой, рис. 3. Конечная глубина карьера может достичь 300 м, с последующим переходом на подземную разработку месторождения.
Таким образом, при проектировании процессов открытых горных работ и выборе выемочно-погрузочного оборудования допустимо превышение высоты развала над высотой черпания экскаватора на 20% (без разработки специальных мер по понижению высоты развала), то есть высота черпания может быть ниже высоты забоя максимум в 1,2 раза.

Читать еще:  Как называются материалы для откосов

Рис. 3. Карьер мраморизованного известняка компании Nordkalk (фото автора)

Длительный опыт эксплуатации экскаваторов ЭКГ-8И и ЭКГ-10 с высотой черпания 13,5 м на карьерах, имеющих высоту рабочих уступов 15 м, свидетельствует об их соответствии горнотехническим условиям разработки.
Некоторые предприятия приобретают экскаваторы ЭКГ с удлинённым рабочим оборудованием для работы с погрузкой горной массы выше стояния экскаватора или для специфических условий разработки, но их доля незначительна.

Рассмотрение основных факторов, влияющих на высоту уступов, показало, что их влияние противоречиво. Для повышения экономической эффективности технологических процессов следует стремиться к увеличению высоты уступов.

Фомин С.И., Иванов В.В., СПГГИ (ТУ),
Донченко Т.В., ОМЗ

Горные Карьеры. Лекции по горному делу.

Продолжаю выкладывать лекции по горному делу

Возможно, это будет интересно читателям Блога о камне
Сегодня пост посвящен вводной лекции по горным карьерам.

Основные понятия и определения

Карьер – горное предприятие, осуществляющее добычу полезного ископаемого открытым способом (открытыми горными работами).

Карьер – выемка в земной коре, ограниченная искусственно созданной поверхностью, являющаяся результатом работ по добыче полезного ископаемого открытым способом.
В практике открытой разработки угольных и россыпных месторождений термин карьер принято заменять соответственно терминами разрез и прииск.
Вскрыша – выемка пород, покрывающих полезное ископаемое, для обеспечения к нему полного доступа. Вскрыша осуществляется горизонтальными или слабонаклонными слоями, при этом боковая поверхность карьера приобретает уступную форму. для вскрыши чаще всего применяются экскаваторный или гидравлический способы.
Уступ – часть боковой поверхности карьера, имеющая форму ступени.

Рисунок 1 – основные элементы уступа:

1 – верхняя площадка уступа.
2 – нижняя площадка уступа.
3 – откос уступа.
4 – верхняя бровка уступа.
5 – нижняя бровка уступа.
6 – забой уступа.
h – высота уступа.
& — угол откоса уступа.

Рабочая площадка уступа – площадка уступа, на которой размещается основное оборудование для его отработки Ширина рабочей площадки уступа превышает его высоту в 2 –4 раза.
Берма – площадка, на которой работа не производится. Различают предохранительные и транспортные (соединительные) бермы.
Откос уступа — наклонная поверхность, ограничивающая уступ со стороны выработанного пространства.
Угол откоса – угол, образуемый плоскостью уступа и горизонтальной плоскостью.
Забой уступа – часть уступа, служащая объектом воздействия горного оборудования.

Особенности открытого способа:

необходимость удаления из карьера значительных объемов вкрышных пород, затраты на разработку которых составляют основную часть общих затрат на добычу полезного ископаемого;
необходимость соблюдения определенного порядка отработки слоев – выемку нижних слоев можно начинать только после отработки (выемки) вышележащих слоев;
неограниченная возможность использования крупногабаритного высокопроизводитель-ного специального горного оборудования, обеспечивающего комплексную механизацию и автоматизацию всех производственных процессов.

Преимущества открытого способа:

возможность обеспечения высокого уровня автоматизации и механизации горных работ;
высокая производительность труда;
низкая себестоимость полезного ископаемого;
более безопасные условия труда;
более полное извлечение полезного ископаемого;
меньшие капитальные затраты.

Недостатки открытого способа:

зависимость некоторых параметров технологии от климатических условий;
значительный экологический ущерб при ведении горных работ.
Основные показатели открытых горных работ:
годовая производительность карьера по полезному ископаемому и вскрыше;
коэффициент вскрыши;
месячная производительность труда рабочего по полезному ископаемому;
затраты на 1 м3 вскрыши;
производственная и полная себестоимость полезного ископаемого;
капитальные затраты на 1т (1 м3) полезного ископаемого;
годовая прибыль и рентабельность карьера.

Для сравнения различных вариантов проектирования карьера используются приведенные затраты

[ad#blok_ssilok]
Зп=(С+Ен К)Q, руб
где С – себестоимость 1 т полезного ископаемого, руб/т;
Ен – нормативный коэффициент эффективности капитальных вложений = 0,1 – 0,2;
к – капитальные затраты на 1 т полезного ископаемого, руб;
Q – годовой объем добычи полезного ископаемого, т.

Понятие о коэффициенте вскрыши

Коэффициент вскрыши определяется отношением объемного или весового количества вскрыши к количеству добытого или подлежащего добыче полезного ископаемого. В зависимости от размерности коэффициент вскрыши называется весовым (т/т), объемным (м3/м3) и смешанным (вскрыша/полезное ископаемое м3/т).
Различают средний, текущий, контурный, граничный и плановый коэффициенты вскры-ши.
Средний коэффициент Кср определяется отношением объема Vв вскрыши к объему Vи полезного ископаемого в конечных контурах карьера

Текущий коэффициент вскрыши Кт определяется отношением объема Vв.т вскрыши, пе-ремещенного из карьера или в пределах его границ за определенный промежуток времени (год, квартал, месяц) к объему Vи.т полезного ископаемого, добытого за тот же про-межуток времени
Кт = Vв.т/ Vи.т
Контурный коэффициент вскрыши Кк определяется отношением объема вскрыши к объ-ему полезного ископаемого, извлекаемому при изменении конечных контуров карьера.
Граничный коэффициент вскрыши Кгр характеризует удельный максимальный объем перемещаемых пород, при котором затраты на добычу единицы полезного ископаемого открытым способом не превышают аналогичных затрат Сп при подземном способе, т.е.

Значения коэффициентов вскрыши являются важными показателями открытых горных работ. Они служат для определения экономически целесообразных границ открытых горных работ и глубины карьеров при разработке наклонных и крутых залежей, зале-гающих на значительной глубине, а также для планирования и регулирования производ-ства карьера и себестоимости добываемого угля.

Карьер и его элементы. Определение параметров элементов карьера

Карьерное поле – месторождение или его часть, предназначенная для отработки одним карьером. Под этим термином следует понимать геометрическое тело сложной конфигу-рации, заключенное в конечных контурах карьера.
Борт карьера – боковая поверхность, ограничивающая карьер.
Подошва карьера – поверхность, ограничивающая карьер снизу.
Верхний и нижний контуры карьера – линии пересечения борта карьера соответственно с дневной поверхностью и подошвой.
Угол откоса борта карьера – угол, образуемый бортом карьера и горизонтальной плоско-стью, проходящей через его подошву.
Рабочий борт карьера – борт, на котором в настоящий момент ведутся горные работы.
Глубина карьера – усредненное расстояние между подошвой и усредненной отметкой дневной поверхности.
Конечные контуры карьера – контуры, соответствующие моменту окончания открытых горных работ. Им соответствуют конечная глубина карьера и конечные размеры в плане. Конечный контур на дневной поверхности называется также технической границей карьера.

К главным параметрам карьера относятся объем горной массы в контурах, конечная глубина, размеры по подошве, углы откосов бортов, запасы полезного ископаемого в конту-рах и размеры на уровне дневной поверхности.
Объем Vг.м горой массы в контурах карьера, характеризующий масштаб горных работ. срок существования и производительность карьера можно определить по формуле чл.-кор. АН СССР В.В. Ржевского:

и решив квадратное уравнение относительно Hк получим формулу для определения промежуточной глубины карьера, при которой текущий коэффициент вскрыши будет равен граничному коэффициенту

Аналитические методы расчета конечной глубины карьеров являются достаточно при-ближенными, так как они не могут учесть всех горно-геологических, топографических и других особенностей месторождения. Для более точного решения этой задачи применя-ются другие методы – графические, графо-аналитические и метод вариантов. Технико-экономические расчеты показывают, что ряд месторождений страны целесообразно разрабатывать до глубины 700 – 800 м.
Балансовые запасы – запасы, отвечающие требованиям кондиций, разработка которых экономически целесообразна при современном уровне развития техники и технологии.
Забалансовые запасы – запасы, разработка которых экономически нецелесообразна при современном уровне развития техники и технологии.
Промышленные запасы – часть балансовых запасов, подлежащая извлечению из недр.
Проектные потери – часть балансовых запасов, проектируемая к безвозвратному оставлению в недрах. На карьерах потери составляют 3 – 10 %.

Зависимость открытых горных работ от природных факторов

Обоснование экономической целесообразности использования открытого способа горных работ и выбор их технологии и механизации зависит от:
рельефа топографической поверхности месторождения;
положения залежи относительно поверхности;
угла падения, мощности и формы залежи;
климатических и гидрогеологических условий.
Рельеф поверхности может представлять равнину, склон, возвышенность, холмистую поверхность, водную поверхность.
В зависимости от положения залежи относительно поверхности она может быть:
поверхностной – мощность покрывающих пород 25 –30 м;
глубинной — мощность покрывающих пород более 30 м;
высотной – выше господствующего уровня топографической поверхности;
глубинно-высотной.

По углу падения различают следующие залежи:
горизонтальные;
пологие – угол падения 0 – 12о;
наклонные — угол падения 13 – 30о;
крутые – угол падения более30о.
По мощности различают залежи:
пологие по вертикальной мощности
весьма малой мощности – 3-5 м;
малой мощности – 6 –20 м;
средней мощности – 20-40 м;
мощные более 40 м.
наклонные и крутые – по горизонтальной мощности
весьма малой – 15 –20 м;
малой – 25-75 м;
средней – 75 – 100 м;
большой мощности более 100 м.

Читать еще:  Лента для откосов 100 мм

По строению различают простые, сложные и рассредоточенные залежи.

Простые залежи имеют однородное строение.
Сложные залежи содержат прослойки пустых пород и некондиционного полезного ископаемого.
Рассредоточенные залежи содержат прослойки полезного ископаемого в виде тел, распределенных в массиве вмещающих пород.

Кстати, посмотрите фотоотчем архитектора, который побывал на самом крупном подземном Мраморном карьере

Хотите узнать больше и получать новый статьи прямо на свое e-mail, тогда подпишитесь на обновления

Способ определения естественного срабатывания бермы уступа

Номер патента: 1452991

Текст

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК а) 4 Е 21 С 41/02 ГОСУДАРСТ 8 ЕННЫЙ КОМИТЕПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТПРИ ГКНТ СССР и Е.»:,;,»,:1;.;Ьс.й,». » г ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИА ВТОРСНОМУ СВИД=ТЕЛЬСТВУ Ъ,(21) 4197615/22-03(71) Якутский научно-исследовательский и проектный институт алмазодобывающей промышленности(56) Перегудов М.А, и др, Маркшейдерские работы на карьерах и приисках, — М.: Недра, 1980, с, 102-110,Инструкция по наблюдениям за деформациями бортов, откосов уступов и отвалов на карьерах и разработка мероприятий по обеспечению их устойчивости. — Л.; ВНИМИ, 1971, с. 63-66. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЕСТЕСТВЕННОГО СРАБАТЫВАНИЯ БЕРМЫ УСТУПА(57) Изобретение относится к открытым горным работам. Цель — повышение безопасности работ по определению величины осыпания бермы уступа путем исключения нахождения людей на верхних бровках уступа. На борту карьера, про 1452991 А 1 тивоположном от осыпи, .выбирают опорную точку, на которой устанавливают теодолит. Выбирают вторую опорную точ» ку на другом борту карьера. Измеряют горизонтальный уголмежду направлением на вторую точку и на точку верха осыпи. Измеряют вертикальный угол Ы между горизонтом и направлением на верхнюю бровку уступа. Измеряют уголмежду горизонтом и направлением на точку верха осыпи. Определяют высоту Н уступа, горизонтальную проекцию Б расстояния между опорной точкой и верхней бровкой уступа, задо. жение уступа в плоскости визирования х, коэффициент разрыхления осыпи, угол откоса уступа и угол естественного откоса осыпи, Определяют высоту Ь осыпи: Ь = Н — 8(8(3 — М о)3 : г 8 (90-) /г 8 (90 — Р )1+ 1, где= агсе 8 (Н/х). По полученным результатам определяют величину осыпания бе 1 мы из выражения, приведенного в изобретении. 3 ил.В М проекцияопорной точк на борту карь бровки уступа= агсС 8(Н/х),гд а до верхнем;х-эаложение Изобретение относится к открытым горным работам и можем быть использовано при ведении маркшейдерских работ по наблюдению эа состоянием уступов карьеров.5Цель изобретения — повышение безопасности работ по определению величины осыпания бермы при инструментальной съемке путем исключения нахождения людей на верхних бровках уступа.На Фиг. 1-3 приведена схема осуществления способа,Способ реализуют следующим образом. 15На борту карьера, противоположном от осыпи, выбирают опорную точку 1 (фиг. 1), на которой устанавливают теодолит. Выбирают вторую опорную точку 2 на другом борту карьера. Из меряют горизонтальный угол 3 () между направлением на точку 2 и на точку верха осыпи 4. Измеряют вертикальный угол 5 (о ) между горизонтом и направлением на верхнюю бровку 25 уступа 6 (фиг. 2). Измеряют угол 7 () между горизонтом и направлением где- угол естественного откоса,град;К — коэффициент разрыкления осыГпи, доли ед;Н — высота уступа, м;Г — угол откоса уступа, гРад. 40Способ позволяет определить величину сработки бермы без применения сложного и дорогостоящего фотограмметрического оборудования или трудоемких работ в выработанном пространстве карьера. рмула изобретения Способ определения естественного срабатывания бермы уступа, включающий определение угла естественного откоса осыпи и угла откоса уступа, проведение инструментальной съемки уступа, осыпи и определение по полученным ре 55 зультатам величины осыпания бермы уступа, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения безопасности (работ по определению величины осыпана точку верха осыпи 4. Определяют высоту уступа, горизонтальную проекцию расстояния от опорной точки на борту карьера до верхней бровки откоса, заложение уступа в плоскости визирования, коэффициент разрыхления осыпи, угол откоса уступа и угол естественного откоса осыпи.Определяют высоту Ь) осыпи 8 (фиг. 2) по формуле Б(8 ) — 8 о )М(90-)/д(90-)+ 1 ф где Б — горизонтальная проекция расстояния 9 от опорной точкина борту карьера до верхнейтупака мф= агсй(Н/х), где х -заложение уступа в плоскостивизирования,(на фиг, 3 пунктиром обозначено положение уступа до осыпания) .Определяют величину сработки бермы уступа 10 (В) по формуле к(н(1 — КВ + кн Г ния бермы уступа путем исключениянахождения людей на верхних бровкахуступа, инструментальную съемку уступа и осыпи производят с опорных гочек, расположеннык на противоположном борту карьера, измерением угловмежду горизонтом и направлением наверхнюю бровку откоса и между горизонтом и направлением на верхнююбровку осыпи, определяют высоту уступа, горизонтальное расстояние между опорной точкой и верхней бровкойуступа и заложение уступа в плоскости визирования, а высоту осыпи Ь находят из выражения Б(йд — сд с ) ц(90- Г ) /к(90- р ) + де Н — высота уступа Б — горизонтальна расстояния от1452991уступа в плоскости визирования;Ы — угол между горизонтом и направлением на верхнюю бровку уступа, град;- угол между горизонтом и направлением на верхнюю бровку осыпи, град,определяют коэффициент разрыхления5 осыпи, а величину осыпания бермы уступа В определяют из выражения где б — угол естественного откоса, град; 15 К- коэфФициент разрыхления осыпи, доли ед;Ч — угол откоса уступа, град. юг,21452991 тор С. Пека Заказ 7146/25 Тираж 449 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям пр113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 ГКНТ ССС оизводственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Составитель С. АгаТехред М.Ходанич в Корректор Н. Король

Заявка

ЯКУТСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ И ПРОЕКТНЫЙ ИНСТИТУТ АЛМАЗОДОБЫВАЮЩЕЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

ВАЛУЕВ ЕВГЕНИЙ ПАВЛОВИЧ, РОДЬКИНА МАРГАРИТА ВИКТОРОВНА

Оценка смещений уступов и бортов карьера по данным лазерного сканирования

Горные предприятия применяют различные системы наблюдения за состоянием уступов карьера, чтобы своевременно выделить наиболее неустойчивые их участки и оперативно разработать мероприятия, позволяющие безопасно вести отработку месторождений полезных ископаемых. Эти участки выделяют посредством изучения трещиноватости породного массива и выявления потенциальных деформаций уступов карьера, коэффициент запаса устойчивости которых ниже критериального, регламентируемого нормативными документами. На выделенных участках организуется мониторинг [3,4]. Таким образом, оперативное выявление опасных с точки зрения устойчивости участков карьера является важной задачей, от решения которой зависит выбор схемы мониторинга. Наиболее полные и достоверные сведения о строении массива могут быть получены при комплексном геолого-структурном картировании уступов карьера с применением натурных исследований прибортового массива и дистанционных методов выявления потенциально опасных участков прибортового породного массива [1,2]. По итогам исследования выделяют опасные участки карьера на которых организуется мониторинг смещений горной породы.

Авторами статьи предложена методика наблюдений за смещениями бортов карьеров, реализованная путем обработки результатов лазерного сканирования уступов карьера по алгоритму, представленному на рис. 1.

Начальным этапом мониторинга является лазерное сканирование уступов карьера. Сканированию подлежит все карьерное поле. Для обеспечения максимальной точности сканирования выполнять съемку необходимо в ясную погоду при минимальной запыленности. Чем ближе будет располагаться точка съемки к объекту изучения, тем большую точность будет обеспечивать сканер. Исходя из требований к точности, выбирают расстояние от точки съёмки до исследуемого объекта. В настоящее время современные сканеры позволяют делать замеры с точностью до миллиметра на расстоянии 100-130 м и до 15 мм с расстояния 2-4 км [6,7]. Если сканер оснащается фотокамерой, то рекомендуется во время сканирования сделать фотоснимок исследуемого участка, что позволит окрасить облако точек в естественные цвета. Эта окраска упрощает навигацию по карьерному полю и позволяет визуально выделять опасные участки карьера (рис. 2).

Частоту сканирования выбирают из следующих соображений. На первом этапе выделяют наиболее проблемные с точки зрения устойчивости участки карьера. Для этого сканирование карьерного поля выполняют ежемесячно. После 3-4 серий съемки на плане карьера устанавливают очаги сдвижения и оценивают их скорость. Если скорость смещения не превысит 30 мм в месяц и затухнет, то интервалы съемки увеличивают до одного раза в квартал и более, но не реже 2 раз в год. При постоянной скорости смещения 15-30 мм в месяц съемку производят ежемесячно. Если скорость смещения увеличивается до 100 и более мм в месяц, то интервал съёмки сокращают до нескольких недель, а в крайних случаях дней [3].

Читать еще:  Чем обработать внешние откосы

Результаты сканирования, обрабатывают в специализированном программном обеспечении, поставляемом со сканером (RiScan Pro, Leica Cyclone). Сканы очищаются от шумов (ЛЭП, карьерная техника, облака пыли и т.д.), окрашиваются в естественные цвета, переводятся в местную систему координат, а затем сохраняются в формате LAS_1.3 или выше. Полученные данные импортируются в программу «Мониторинг 3D», реализованную на базе АСНИ «Облако 3D» [5].

Алгоритм работы программы заключается в следующем. Облако точек Q – это множество координат точек Q=<(xi;yi;zi)>, i= 1,2,…,n, где n – общее число точек в облаке. Облако точек Q(k), k=0, от которого будут измеряться смещения, назовём базовым, а все последующие Q(k) (где k=1,2,…,kmax – номер снимка) – промежуточными. Выберем также в пространстве координат 3D снимка базовую точку C=(xc;yc;zc), от которой будут рассчитываться расстояния до поверхности облаков точек. Произвольно взятую точку P=(x;y;z) можно спроецировать на регулярную сетку размером m × n ячеек, образованную значениями угла относительно горизонтали β и азимута (alpha) вектора (vec), определив индексы ячейки, в которую попадает точка P, следующим образом:


где (vec) – вектор направления от базовой точки на точку P; (alpha) – азимут вектора (vec); (beta ) – угол относительно горизонтали вектора (vec); m – размер сетки по углу относительно горизонтали; n – размер сетки по азимуту; atan2(y,x) – функция «двухаргументный арктангенс» [8], возвращающая азимут направления (x,y); (left |alpha right | ) – число (alpha), округлённое до ближайшего целого в сторону –(infty); i – номер ячейки по вертикали, в которую попадает точка P; j – номер ячейки по горизонтали, в которую попадает точка P.

Для каждого из анализируемых облаков точек Q(k) алгоритмом (рис.4) строится карта глубин – матрица Dkm × n=, содержащая средние расстояния от базовой точки C до точек P=(x;y;z), P(in)Q, попадающих в ячейку с индексами ij, определяемые по формуле (1). Размеры сетки m,n выбираются таким образом, чтобы в каждой клетке содержалось количество точек, обеспечивающее достаточную точность оценки среднего расстояния (не менее 15-18 точек).

Для определения смещений между снимками вычисляется разность карт
глубин:

где D(u) – карта глубин u-го снимка; D(v) – карта глубин v-го снимка; u,v – номера снимков (в диапазоне от 0 до kmax); S(u,v) – матрица смещений между снимками u,v. Матрица смещений, каждая ячейка которой содержит величину смещения для соответствующих участков двух снимков, раскрашивается по цветовой шкале и отображается на экране для дальнейшего анализа.

По итогам описанного выше анализа строится объемная модель карьерного поля, которая служит основой для оценки смещений. Рассмотрим алгоритм выделения обрушений и оценки динамики смещений на примере карьера «Комсомольский» АК «Алроса» (ПАО). На первом этапе по итогам сравнения облаков точек строится объемная модель, представляющая собой чашу карьера, окрашенную по шкале смещений (рис. 5).

Этот тип представления информации необходим для оценки общей ситуации на изучаемом объекте. Программа позволяет перемещаться по виртуальному карьеру, выявлять участки с наибольшими и наименьшими смещениями, оценивать их направление развития, устанавливать границы области распространения, получать координаты локализации, по заданному условию подсвечивать участки с определенными величинами смещения.

Визуализация смещений реализована цветовой шкалой. Синим цветом визуализированы участки карьера, на которых произошло смещение точек съемки в сторону карьерной выемки. В рамках рассматриваемого объекта смещение в направление карьерного поля вызвано – отсыпкой карьерных дорог, под уступами – выпавшей из массива горной породой. Красным цветом отображены точки со смещением в сторону массива. Такие смещения характеры для обрушений (при локализации в уступе), участков транспортных берм (при изменении конструкции транспортной бермы), горизонтов активного ведения горных работ (углубление чаши и разноска бортов карьера). Зеленым цветом показаны участки с незначительными смещениями. Как правило, эти смещения в связаны с погрешностью измерения и криогенным выветриванием, которое в условиях многолетней мерзлоты неизбежно приводит к разрушению даже крепких пород (известняки, доломиты).

По итогам изучения объемной модели выделяют участки с наибольшими величинами смещений и строят для них фронтальные проекции уступов карьера. Она может быть построена как для одного уступа, так и для группы, в зависимости от требований к предоставлению данных мониторинга. Фронтальная проекция состоит из квадратных ячеек, окрашенных по цветовой шкале смещений, а в центре каждой ячейки отображается величина смещения промежуточного облака относительно базового (рис. 6).

Алгоритм оценки смещений на практике показал достаточно высокую точность определения границ развития деформации. На рис. 6 видно, что контуры обрушения, выделенные программой (рис. 6а) повторяют границы обрушения в уступе (рис. 6б). Кроме того, на проекции отчетливо видно, что горная масса, выпавшая из уступа, аккумулируется у подножья.

Полученные проекции рассекаются сетью наблюдательных профилей, которые регламентируются действующими нормативными документами и в отличии от фронтальных проекций должны предоставляться к отчетам о смещениях горной породы [3,4]. Наблюдательный профиль строят субперпендикулярно откосу через участки с наибольшей величиной смещения (рис. 7).

По итогам сравнения облаков точек формируется журнал наблюдения за изменением профиля уступа (таблица 1). Оценка изменения формы профиля уступа выполняется по ячейкам, высота которых зада`тся в параметрах сравнения облаков точек, а ширина ограничивается расстоянием от базового профиля до промежуточного.

Таблица 1 – Журнал визуальных наблюдений за изменением профиля уступа +455÷505 м:

Наблюдательный профиль I-II
№ ячейкиИмя базового профиляСмещения относительно базового профиля, м
27.09.201628.03.201711.12.201728.03.201828.03.2018
1234567
110.03.20160,27
210.03.2016-0,20
310.03.20160,68
410.03.20161,64
510.03.20162,01
610.03.20161,95
710.03.2016-1,48
810.03.2016-3,44
910.03.2016-3,07
1010.03.2016-2,47
1110.03.2016-0,67
1210.03.2016-0,09

Примечание: знак «-» показывает на сколько ячейки приблизился к центру карьера, «+» – удалились

Выводы:

  • Мониторинг смещений горной породы является актуальной и важной задачей при разработке месторождений полезных ископаемых, так как позволяет управлять экономическими и производственными рисками, своевременно выявлять потенциально опасные участки карьера с точки зрения устойчивости и принимать меры по обеспечению безопасности работы персонала и горной техники.
  • Разработанная методика мониторинга базируется на сравнении облаков точек лазерного сканирования и позволяет дистанционно выделять опасные участки карьера и оценивать скорость их смещения посредством авторской программы «Мониторинг 3D», реализованной на базе АСНИ «Облако 3D».
  • Методика апробирована в условиях карьера «Комсомольский» АК «Алроса» (ПАО) и показала свою состоятельность на практике.
  • Визуализация смещений реализована в виде трехмерной модели карьера, фронтальной проекции уступов и наблюдательных профилей, окрашенных по шкале смещений. Количественные параметры смещений сводятся в журнал наблюдений за изменением профиля откоса.

Литература

  1. Агарков И.Б. Годовников Н.А. Применение методики количественной оценки степени гладкости откосов уступов карьера для выявления потенциально опасных с точки зрения устойчивости его участков.// Научные ведомости БелГУ, вып. 33 с. 137-142
  2. Дунаев В.А., Игнатенко И.М. Методика геолого-структурного обеспечения открытой разработки месторождений железистых кварцитов.// Научные ведомости БелГУ 2011 г, вып. 16 с. 121-131
  3. Инструкция по наблюдениям за деформациями бортов, откосов уступов и отвалов на карьерах и разработке мероприятий по обеспечению их устойчивости. – ВНИМИ, Минуглепром СССР, 1971
  4. Методическое пособие по определению углов откосов уступов и углов наклона бортов карьеров, сложенных многолетнемерзлыми породами. – Л.: Печатный цех ВНИМИ, 1972. – 107 с.
  5. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2016610687 Автоматизированная система научных исследований Облако 3D. 18.01.2016 г
голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector