О ПРИМЕНЕНИИ РЕЗУЛЬТАТОВ ГЕОДЕЗИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ ЗЕМНОЙ КОРЫ ПРИ ОСВОЕНИИ УГОЛЬНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ КУЗБАССА

Соловицкий А. Н.

ORCID: 0000-0001-7483-3484, Кандидат технических наук, Кузбасский государственный технический университет имени Т.Ф. Горбачева

О ПРИМЕНЕНИИ РЕЗУЛЬТАТОВ ГЕОДЕЗИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ ЗЕМНОЙ КОРЫ ПРИ ОСВОЕНИИ УГОЛЬНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ КУЗБАССА

Аннотация

Разработана теория применения результатов геодезического мониторинга при освоении угольных месторождений, основным отличием которой является обеспечение информационного взаимодействия между геодезией, геодинамикой, геомеханикой и геотехнологией освоения недр на общей теоретической основе и единых параметрах. В качестве основного метода решения поставленной задачи предложено зонирование. Для расширения практического применения результатов геодезического мониторинга при освоении угольных месторождений предлагается проведение зонирования, как по степени опасности развития  деформаций блоков земной коры, так и  функционального. Такой подход обеспечивает не только многократность и комплексность использования информации, но и повышение её достоверности.

Ключевые слова: Блок земной коры, геодинамическое явление, деформация.

Solovitskiy А. N.

ORCID: 0000-0001-7483-3484, PhD in Engineering, Kuzbass State Technical University named T.F. Gorbachev

THE APPLICATION OF RESULTS OF GEODETIC MONITORING CRUSTAL DEFORMATION IN CASE OF DEVELOPMENT OF COAL DEPOSITS

Abstract

The theory of using geodetic monitoring results in case of development of coal deposits was developed, the main difference of which is to ensure information exchange between geodesy, geodynamics, geomechanics and geotechnology development of mineral resources on a common theoretical basis and common parameters. The zoning objectives is The main method of solving this problem for enhance the practical application in the development of coal deposits geodetic monitoring results proposed zoning, both in terms of the danger of deformation of crustal blocks, as well as functional. This approach not only provides the multiplicity and complexity of using information, but also increase its accuracy.

Keywords: The blocks of the Earth’s crust, dynamic phenomenon, deformation. Результатами повторных геодезических наблюдений при освоении месторождений являются амплитуды и скорости движений поверхности земной коры, которые наиболее часто представляются в виде: таблиц, графиков, векторных схем, карт [1, 2]. Разработанный автором геодезический мониторинг напряженно-деформированного состояния земной коры (ГМНДСЗК) предлагается применять с учетом современных требований, предъявляемых к информации. Целью такого применения является обеспечение информационного взаимодействия между геодезией и смежными науками о Земле, прежде всего, геодинамикой, геомеханикой и геотехнологией освоения недр на общей теоретической основе и единых параметрах [2, 3]. Применение ГМНДСЗК ориентировано на освоение угольных месторождений Кузбасса. Комплексность информации Обеспечение комплексного использования результатов разработанного автором ГМНДСЗК предлагается осуществить на основе зонирования, которое является универсальным методом в науках о Земле. Для обеспечения информационного взаимодействия между геодезией и геодинамикой на общей теоретической основе и единых параметрах предложено зонирование блоков земной коры по степени опасности развития их деформаций (ЗБЗКСОРД) [2, 3], которое подразделяется на четыре класса и обозначается римскими цифрами: I, II, III и IV. Теоретической основой такого ЗБЗКСОРД является учет результатов исследований ученых Института Физики Земли о пренебрежимо малых скоростей деформаций земной коры [2]. ЗБЗКСОРД устанавливается по величине изменений во времени деформаций, которые соответственно равны менее 3·10^-6 год^-1 (I);  более  3·10^-6 год^-1 (II); от 15·10^-6  до 22,4·10^-6 год^-1 (III); более 22,4·10^-6 год^-1 (IV)  [2, 3]. Основным критерием ЗБЗКСОРД является отнесение к классу 2, который предложен автором в виде следующего неравенства [2]: Vе_ii [t−t₀]≥3Vе_n [t−t₀ ], (1) где Vе_ii [t−t₀] − скорость деформации исследуемого блока земной коры в год; Vе_n [t−t₀ ] − скорость деформации земной коры, не приводящая к проявлению геодинамических явлений, равная 1•10^-6 год^-1. Предложенный автором метод функционального зонирования развития деформаций блоков земной коры направлен на обеспечение информационного взаимодействия между геодезией и геотехнологией освоения недр на общей теоретической основе и единых параметрах для решения, которого предложена типизация прикладных геодинамических исследований следующего вида: • определение зон взаимодействия; • разворот осей главных направлений деформаций блоков земной коры; • влияние изменений во времени деформаций блоков земной коры разных рангов; • контроль формирования очага геодинамического явления (ГДЯ) [2, 3]. Достоверность и существенность информации Информация, полученная по результатам ГМНДСЗК, не может быть получена на основе повторных наблюдений в триангуляции, полигонометрии, створов или сдвигов. Качественным отличием получаемой информации является разработка новой модели геодезического построения ГДП. Ранее элементарной ячейкой таких построений являлся треугольник – плоская геометрическая фигура. При проведении ГМНДСЗК повторные наблюдения предлагается проводить, используя объемную фигуру в виде тетраэдра. Мобильные пункты этой модели не могут использоваться по одному, а только при определенной схеме закрепления: в вершине блока и в узлах пересечения ограничивающих его разломов. При этом глубина их заложения должна быть соизмерима с глубиной проникновения указанных разломов. Такая модель обеспечивает переход от плоской деформации к объемной, что свидетельствует об учете структуры земной коры и обеспечивает расчет параметров для конкретного её центра тяжести. Кроме этого повышается достоверность регистрации проявлений ГДЯ [2, 3]. Существенность информации заключается в оценке возможного риска проявления ГДЯ и разработке профилактических мер для его снижения. Это важно для Кузбасса, на территории которого эксплуатируется более 130 горнодобывающих предприятий. При этом предлагаемые системы мониторинга на них не реализованы. Своевременность и оперативность информации Оперативность получения информации определяется современными возможностями геодезической техники, а своевременность связана со временем проявления геодинамической активности, согласно условию (1). Удобный вид для дальнейшего использования информации Предлагаемый подход исключает неоднозначность амплитуд движений поверхности земной коры и параметров плоской её деформации, которые зависят от ранга блока земной коры и размеров исследуемой ячейки построений. Поэтому предлагается результаты ГМНДСЗК представлять и использовать в ином виде. Скорости движений блоков земной коры также неоднозначны. Для блоков земной разных рангов они являются разными при постоянстве значений скоростей изменения во времени деформации. На взгляд автора наиболее оптимальными для этого являются изменения во времени деформаций блоков земной коры и последовательно определяемые по ним изменения во времени других компонентов [2, 3]. Экономичность получения информации Затраты на сбор, обработку, передачу и хранение информации по возможности должны быть минимальными. Это подтверждают и реальные объемы затрат. Так для шахты с добычей угля 750 000 т и при его цене в 2100 рублей за тонну возможный ущерб при 3 % уровне риска равен 47 млн рублей, а затраты на создание и функционирование ГМНДСЗК экспертно оцениваются в 5 − 8 млн рублей [2, 3]. Выводы На основании результатов выполненных исследований сделаны следующие выводы. 1. Коренное отличие практического применения результатов ГМНДСЗК при освоении угольных месторождений Кузбасса заключается в особенностях получаемой при его проведении информации, удовлетворяющей требованиям комплексности, достоверности, актуальности и экономичности. 2. Предложен новый подход представления результатов наблюдений, обеспечивающий информационное взаимодействие смежных наук о Земле. 3. Предложенное зонирование блоков земной коры позволяет многократно использовать информацию, полученную при проведении ГМНДСЗК при освоении угольных месторождений Кузбасса, что не может быть осуществлено при проведении повторных наблюдений на пунктах триангуляции, полигонометрии.

Литература

1. Кафтан, А. И. Графическое представление результатов определения движений и деформаций земной поверхности средствами глобальных навигационных спутниковых систем / А. И Кафтан, Р. И. Красноперов, П.П. Юровский   [Текст] // Геодезия и картография. – 2010.−  № 1. − С. 2 −7.
2. Соловицкий, А. Н. Интегральный метод контроля напряженного состояния блочного массива горных пород. − Кемерово: ГУ КузГТУ, 2003. − 260 с.
3. Карпик, А. П. Технология изучения изменений во времени деформаций блоков земной коры при освоении месторождений Кузбасса [Текст] / А. П. Карпик,  А. И. Каленицкий, А. Н. Соловицкий // Вестник ССГА.–2013. –  № 4(24). – С. 3–11.

References

1. Kaftan, A. I. Graphical representation of the results of the determination of movements and deformations of earth's surface by means of global navigation satellite systems / A. Kaftan, R. I. Krasnoperov, P. P. Jurowski // Geodesy and Cartography. – 2010.− No. 1. − P. 2 −7.
2. Solovitskiy, А. N. Integral Method for monitoring the state of stress of a block of rock mass. – Kemerovo, State University KuzSTU, 2003. − 260 p.
3. Karpik, A. P., Kalenitskiy, A. I., Solovitskiiy, A. N., 2013. The technology of studying the changes of the deformations of the earth crust blocks in time during the development of deposits of Kuzbass. Vestnik of SSGA. №4.