Міністерство освіти і науки України

Криворізький технічний університет

Брусник Сергій Миколайович

УДК 622.1:622.235

РОЗРОБКА МЕТОДІВ ВИЗНАЧЕННЯ СТАНУ ЗЕМНОЇ

ПОВЕРХНІ ПРИ МАСОВИХ ВИБУХАХ У КАР’ЄРАХ

Спеціальність 05.15.01 – маркшейдерія

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Кривий Ріг – 2007

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Криворізькому технічному університеті Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник – доктор технічних наук, професор

Перегудов Володимир Володимирович,

Криворізький технічний університет

Міністерства освіти і науки України,

директор гірничорудного інституту,

завідувач кафедри геодезії.

Офіційні опоненти: – доктор технічних наук, професор

Ніколашин Юрій Михайлович,

Криворізький технічний університет

Міністерства освіти і науки України,

професор кафедри відкритих гірничих робіт; –

кандидат технічних наук

Феофанов Андрій Миколайович,

Український державний науково-дослідний

і проектно-конструкторський інститут гірничої

геології, геомеханіки і маркшейдерської справи

(УкрНДМІ) НАН України, м. Донецьк, старший

науковий співробітник відділу гірничого тиску.

Провідна установа – Національний гірничий університет Міністерства

освіти і науки України, кафедра маркшейдерії,

м. Дніпропетровськ

Захист відбудеться 19 квітня 2007 р. о 1400 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д .052.02 в Криворізькому технічному університеті за адресою: 50002, м. Кривий Ріг, вул. Пушкіна, 37, ауд. 300.

З дисертацією можна ознайомитись в бібліотеці Криворізького технічного університету за адресою: 50002, м. Кривий Ріг, вул. Пушкіна, 37.

Автореферат розісланий “15” березня 2007 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради,

доктор технічних наук, професор О. М. Голишев

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Перехід виробництва й народного господарства країни на інтенсивний шлях розвитку планується здійснити на основі прискорення науково-технічного прогресу, поліпшення використання основних виробничих фондів, забезпечення повного завантаження потужностей і устаткування, збільшення валового внутрішнього продукту й продуктивності праці. Вирішення цих завдань пов'язане з будівництвом, розширенням і реконструкцією промислових підприємств та цивільних об'єктів, нормальна, безаварійна робота яких багато в чому залежить від стійкості земної поверхні, на якій вони розташовані.

Характер і масштаби виробничої діяльності людини сьогодні є такими, що її результати впливають не тільки на повітряне і водне середовище, але й на земну поверхню. Наочним прикладом такої діяльності є район Криворізького залізорудного басейну, загальна площа міської території якого складає 42,5 тис. га, на 15,2 тис. га з яких розташовані гірничодобувні та переробні промислові підприємства й виробництва (за даними асоціації “Укррудпром”), при цьому 14,4 тис. га відносяться до підприємств, що видобувають корисні копалини відкритим способом з використанням масових вибухів у кар'єрах. Виконання маркшейдерсько-геодезичних спостережень у цих умовах висуває особливі вимоги до стійкості земної поверхні в зонах, де закладаються репери, котрі є вихідними (початковими) пунктами при виконанні робіт.

Тому завдання визначення стійкості, характеру й ступеня порушеності земної поверхні, раціонального використання територій, поліпшення екологічної обстановки, вирішення маркшейдерсько-геодезичних завдань і задач природокористування, а також перспективного будівництва в умовах масових вибухів у кар'єрах є актуальним.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дослідження виконано відповідно до Постанови Кабінету Міністрів України №391 від 30.12.1998 “Положення про державну систему моніторингу навколишнього середовища”, планів наукових досліджень кафедр маркшейдерії та геодезії Криворізького технічного університету.

Автор брав безпосередню участь у виконанні й методичному керівництві науково-дослідних тем “Дослідження стійкості інженерних споруд Криворізької ТЦ” (№ ДР 01860077731), “Розробка GPS-моніторингу геодинамічних процесів у складних умовах Криворізького гірничодобувного регіону” (№ ДР 0102U000729).

Мета і задачі дослідження.

Метою роботи є визначення, урахування й прогнозування впливу масових вибухів у кар'єрах на стійкість земної поверхні у віддалених зонах і результати маркшейдерсько-геодезичних спостережень.

Для досягнення поставленої мети визначено наступні задачі дослідження:–

на основі аналізу впливу масових вибухів у кар'єрах на стійкість земної поверхні обґрунтувати постановку інструментальних маркшейдерсько-геодезичних спостережень у відповідних умовах;– 

визначити вертикальні зміщення реперів, закладених в осадочну товщу, відносно глибинних, закладених у корінних породах, унаслідок впливу масових вибухів у кар'єрах;– 

дослідити вплив умов закладки реперів і параметрів масових вибухів на зміщення реперів;– 

визначити вплив масових вибухів на напружено-деформований стан осадочної товщі порід геофізичним методом;– 

визначити період стабілізації висотного положення реперів після проведення масових вибухів у кар'єрах;– 

розробити методику врахування впливу масових вибухів у кар'єрах на результати маркшейдерсько-геодезичних спостережень;– 

розробити методику маркшейдерсько-геодезичних спостережень за деформаціями земної поверхні, будівель та інженерних споруд в умовах проведення масових вибухів у кар'єрах.

Ідея роботи полягає у використанні особливостей вибухового впливу на стійкість корінних і осадочних порід.

Об'єкт дослідження – земна поверхня в зонах впливу відкритих гірничих робіт.

Предмет дослідження – стан земної поверхні у віддалених зонах в умовах проведення масових вибухів у кар'єрах.

Методи досліджень. Для вирішення поставлених задач у роботі використовувався комплексний метод досліджень, що включає аналіз літературних джерел, маркшейдерсько-геодезичної та інженерно-геологічної документації; маркшейдерсько-геодезичні спостереження на контрольних кущах реперів; обробку отриманих даних з використанням методів математичної статистики й сучасного програмного забезпечення; наукове узагальнення результатів досліджень.

Наукові положення, що виносяться на захист.

1. Маркшейдерсько-геодезичні репери в осадочній товщі гірських порід унаслідок впливу масових вибухів у кар'єрах зазнають підняття у віддалених зонах (>2,0 км) у межах від 0,2 мм до 1,3 мм, а закладені в корінних породах зберігають стабільне положення.

2. Стійкість земної поверхні у віддалених зонах при виконанні масових вибухів у кар'єрах залежить від потужності вибухів, відстані від місця вибуху, тривалості вибухового впливу, потужності й фізико-механічних властивостей осадочної товщі порід.

3. Контроль висотного положення опорних реперів при вирішенні маркшейдерсько-геодезичних задач забезпечується врахуванням часу між вибухом у кар’єрі та виконанням спостережень, а у випадку оперативного визначення зміщень земної поверхні, будівель та інженерних споруд – уведенням поправок у висотні відмітки реперів вихідної опорної основи.

Наукова новизна отриманих результатів:– 

уперше встановлено величини зміщень реперів у осадочній товщі порід у віддалених зонах від масових вибухів у кар'єрах відносно глибинних реперів, закладених у корінних породах;– 

установлено залежності зміщень пруткових і ґрунтових реперів від параметрів масових вибухів і умов закладки маркшейдерсько-геодезичних пунктів;– 

обґрунтовано можливість застосування геофізичного методу для оцінки напружено-деформованого стану осадочної товщі гірських порід в умовах масових вибухів у кар'єрах;– 

уперше встановлено час стабілізації висотного положення реперів після вибуху;– 

обґрунтовано необхідність урахування впливу масових вибухів у кар'єрах на висотне положення пунктів опорних маркшейдерсько-геодезичних мереж.

Обґрунтованість і достовірність наукових положень, висновків і рекомендацій забезпечується:– 

використанням фундаментальних положень теорії зрушення гірських порід і земної поверхні, механіки гірських порід, структурної геології, математичної статистики;– 

представницьким обсягом маркшейдерсько-геодезичних спостережень на контрольних кущах реперів у різних гірничо-геологічних умовах (4 кущі контрольних реперів), що використано для узагальнення й установлення основних закономірностей;– 

задовільною збіжністю результатів промислових досліджень і теоретичних розрахунків з похибкою не більше 20%.

Наукове значення роботи полягає в установленні закономірностей зміщень ґрунтових і пруткових реперів, розташованих у зонах впливу масових вибухів у кар'єрах.

Практичне значення отриманих результатів:– 

розроблено методику визначення, урахування й прогнозування впливу масових вибухів на висотне положення пунктів маркшейдерсько-геодезичних мереж;– 

розроблено методику маркшейдерсько-геодезичних спостережень за деформаціями земної поверхні, будівель та інженерних споруд в умовах масових вибухів у кар'єрах;–

підвищено точність маркшейдерсько-геодезичних вимірювань при визначенні вертикальних деформацій земної поверхні та інженерних споруд, що знаходяться в зоні впливу масових вибухів у кар'єрах.

Особистий внесок здобувача полягає у формулюванні мети й задач дослідження, ідеї роботи, її наукових положень, висновків і рекомендацій з розробки методики визначення, урахування і прогнозування впливу масових вибухів на результати маркшейдерсько-геодезичних вимірювань при спостереженнях за стійкістю земної поверхні, будівель та споруд.

Здобувач брав безпосередню участь у проведенні промислових експериментів і впровадженні результатів досліджень. Текст дисертації викладений автором особисто.

Апробація роботи. Основні наукові й прикладні результати роботи доповідалися й одержали схвалення на Всесоюзній науково-технічній конференції “Актуальні питання охорони навколишнього середовища від антропогенного впливу” (м. Севастополь, 1990 р.); Всеукраїнській науково-технічній конференції “Сучасні шляхи розвитку маркшейдерсько-геодезичних робіт на базі передового вітчизняного і закордонного досвіду” (м. Дніпропетровськ, НГАУ, 1997 р.), науково-технічній конференції “Сучасні досягнення геодезичної науки та виробництва (погляд у ХХІ ст.)”, (м. Львів, 2000 р.), Міжнародній науково-технічній конференції “Форум гірників” (м. Дніпропетровськ, 2003 р.), міжнародних науково-технічних конференціях “Сталий розвиток гірничо-металургійної промисловості” (м. Кривий Ріг, 2004-2006 р.).

Публікації. За темою дисертації опубліковано 8 праць, 6 з них – у фахових виданнях.

Обсяг і структура роботи. Дисертація складається зі вступу, чотирьох розділів, висновків, списку використаних джерел зі 114 найменувань, містить 18 таблиць, 18 рисунків, 3 додатки. Загальний обсяг 140 сторінок, основний текст викладено на 118 сторінках.

Основний зміст роботи

Перший розділ дисертації присвячено аналізу стану вивченості питання впливу інтенсивних гірничих робіт, зокрема масових вибухів у кар'єрах на стійкість земної поверхні.

Проведення масових вибухів у кар'єрах впливає на геомеханічні процеси в масиві гірських порід. Виконання маркшейдерсько-геодезичних спостережень у таких умовах висуває особливі вимоги до стійкості земної поверхні на територіях, де закладаються репери, що є вихідними пунктами при виконанні маркшейдерсько-геодезичних робіт.

Питанням стійкості земної поверхні та впливу масових вибухів у кар'єрах на навколишнє середовище значну увагу приділено в роботах відомих учених: докторів технічних наук В. Ф. Бизова, В. Г. Блізнюкова, П. В. Бересневича, Ю. Г. Вілкула, Ю. М. Гавриленка, Е. І. Єфремова, О. С. Зеленського, Є. О. Нєсмашного, Ю. М. Ніколашина, С. Г. Оніки, В. В. Перегудова, Є. Г. Петрука, В. Д. Сидоренка, П. Й. Федоренка, Г. Л. Фісенка, Ю. М. Халимендика, М. С. Четверика, А. Г. Шапаря, кандидатів технічних наук О. І. Денисова, В. О. Сазонова, О. І. Чирви та ін.

Одним з основних критеріїв стійкості земної поверхні є вертикальні деформації, висновок про які робиться зі зміщень реперів, закладених у масив гірських порід.

Аналіз літературних джерел з цього питання показав, що при дослідженнях стійкості земної поверхні, будівель та інженерних споруд в основному використовується метод повторних маркшейдерсько-геодезичних спостережень. Достовірність отриманих результатів залежить головним чином від точності вимірів та стійкості вихідних реперів. Якщо застосуванням відповідних методик вплив інструментальних похибок вимірювань можна звести до мінімуму, то питання стійкості реперів вивчене недостатньо.

Найбільш істотний вплив на стійкість реперів мають природні та техногенні фактори. Проведені дослідження з визначення й урахування впливу природних факторів на стійкість реперів дозволили істотно підвищити точність отриманих результатів.

Виконання маркшейдерсько-геодезичних спостережень у регіонах проведення відкритих гірничих робіт із застосуванням масових вибухів у кар'єрах потребує визначення, урахування й прогнозування впливу цього фактору на стійкість земної поверхні та висотне положення вихідних реперів, що визначило постановку задач дослідження.

У другому розділі розглянуто експериментальні дослідження з визначення впливу масових вибухів у кар'єрах на стан земної поверхні й розташовані на ній пункти висотної маркшейдерсько-геодезичної мережі у віддалених зонах.

Масові вибухи в кар'єрах проводяться в скельних гірських породах, що характеризуються більшою пружністю, ніж четвертинні відкладення, тому пружні хвилі поширюються в них на відстані більші, ніж у четвертинних відкладеннях, і викликають зміщення земної поверхні в ґрунтах більше, ніж у скельних породах. Закладка маркшейдерсько-геодезичних реперів не тільки в корінні породи, що є найбільш прийнятним, але й у товщу пухких (четвертинних) відкладень, порушує питання про необхідність дослідження сейсмічного впливу проведених масових вибухів у кар'єрах на товщу осадочних порід.

Для вивчення впливу масових вибухів у кар'єрах на стійкість земної поверхні були закладені чотири контрольні кущі реперів (ККР) у районі кар'єрів № і № Центрального гірничо-збагачувального комбінату в лежачому боці Глеєватського залізорудного родовища. ККР закладалися поза зоною поширення напружень, створюваних вагою прилеглих споруд, на відстанях, які складають не менше половини глибини їх закладення, а також в умовах відсутності впливу підземних гірничих робіт, залізниць і автомобільних доріг з інтенсивним рухом. На стійкість маркшейдерсько-геодезичних пунктів впливають переважно природні фактори та масові вибухи в кар'єрах.

Кожен кущ реперів складався з глибинного репера, закладеного в корінні породи, ґрунтових реперів, закладених в осадочну товщу порід, і пруткових, як найбільш розповсюджених при визначенні вертикальних деформацій земної поверхні методом маркшейдерсько-геодезичних інструментальних спостережень. Глибинні й ґрунтові репери – це репери свердловинного типу, а пруткові – металеві штирі діаметром 15-30 мм, що закладаються на глибину 2,0 м. Умови закладки й конструкції реперів наведено на рис. 1.

Виконані дослідження з визначення стійкості реперів, закладених у корінні породи, до й після вибухів показали, що масові вибухи в кар'єрах на них не впливають.

Для визначення впливу масових вибухів у кар'єрах на товщу осадочних порід було виконано комплекс маркшейдерсько-геодезичних робіт, який передбачав проведення синхронних вимірювань перевищень на кожному ККР між репером, закладеним у корінні породи, і реперами, закладеними в осадочну товщу порід. Їх виконання здійснювалось за методикою геометричного нівелювання за програмою I класу при двох горизонтах інструменту.

Спостереження проводилися до вибуху та після нього через кожні 3 години протягом 3-4 діб.

У результаті виконаних експериментальних досліджень було виявлено таку закономірність: репери, закладені в осадочну товщу порід, зазнають підняття відносно реперів, закладених у корінні породи. Через 2-3 доби вони займають вихідне положення. Максимальні вертикальні зміщення реперів після 29 вибухів наведено на рис. 2, 3.

Рис. 1. Конструкції ККР і умови закладки.

Рис. 2. Максимальні вертикальні зміщення ґрунтових реперів після вибухів

Рис. 3. Максимальні вертикальні зміщення пруткових реперів після вибухів

У третьому розділі представлено результати досліджень з розробки методики врахування впливу масових вибухів у кар'єрах на стан земної поверхні й результати маркшейдерсько-геодезичних спостережень.

Як фактори, що характеризують сейсмічний вплив масових вибухів у кар'єрах, визначено: Q – сумарну масу заряду вибухових речовин (ВР) у блоках, що підриваються; R – відстань від блоку, що підривається, до місця спостережень; T – загальну тривалість масового вибуху. Для оцінки впливу властивостей гірських порід на сейсмічність використовувалася сейсмічна жорсткість а:

, (1)

де Vn – швидкість поширення сейсмічної хвилі, м/с; сn – щільність порід, кг/м3; hn – товщина шару, м.

При обробці експериментальних даних на 4-х ККР застосовано апарат багатовимірної інтерполяції, інтерполяційної сплайнової апроксимації, а також факторний аналіз за допомогою програмних пакетів MS Excel та STATISTIKA. У результаті отримано емпіричні залежності зміщень ґрунтових і пруткових реперів

; (2)

. (3)

Виконана оцінка точності показала, що середня квадратична похибка (СКП) визначення вертикальних зміщень реперів дорівнює 0,09 і 0,08 мм відповідно й не перевищує припустимих значень нестійкості 0,10 мм. Очікувана СКП зміщення реперів залежно від похибок факторів визначається з виразів

; (4)

, (5)

де – СКП зміщень відповідно ґрунтових і пруткових реперів; – СКП визначення сумарної маси ВР; – СКП визначення відстані від найближчого блоку, що підривається, до репера; – СКП визначення сейсмічної жорсткості порід; – СКП визначення тривалості масового вибуху.

Установлено, що характер зміни висотного положення реперів після вибуху може апроксимуватися певною експонентною залежністю, що є аналогом теоретичного розв’язання задачі консолідації:

, (6)

де St – зміщення реперів у будь-який момент часу t; Sn – повне зміщення; с – параметр повзучості ґрунтів:

, (7)

де цг – концентрація глинистої фракції у ґрунтах, частки одиниці; цп – концентрація пилуватої фракції у ґрунтах, частки одиниці.

Результати досліджень показали, що час стабілізації положення реперів складає від 1,5 до 3,0 діб, тому розмірність с доцільно визначати в 1/добу. У зв'язку з цим формула (7) набуває вигляду

. (8)

Підставляючи значення Si для пруткових і ґрунтових реперів у рівняння, знаходимо зміщення реперів для будь-якого моменту часу спостережень

, (9)

, (10)

де Q – сумарна маса зарядів вибухових речовин, кг; R – відстань від місця вибуху до репера, м; h – потужність осадочної товщі порід від корінних порід до якоря репера, м; Т – тривалість часу від початку масового вибуху до його закінчення, с.

Виконані дослідження стійкості реперів в умовах сейсмічного впливу масових вибухів у кар'єрах дозволили визначити наступну методику проведення маркшейдерсько-геодезичних спостережень:– 

для визначення вертикальних деформацій земної поверхні, будівель та інженерних споруд найбільш прийнятними є репери, що закладаються в корінні породи, тому що вони практично не залежать від сейсмічного впливу масових вибухів у кар'єрах;– 

якщо для вирішення маркшейдерсько-геодезичних задач застосовуються пруткові або ґрунтові репери, що закладаються в осадочну товщу порід, то спостереження необхідно виконувати після стабілізації їх положення;– 

у випадку оперативного визначення вертикальних деформацій інженерних споруд у відмітки опорних реперів, закладених в осадочну товщу порід, уводяться поправки, що визначаються з виразів (9) і (10).

У четвертому розділі розглянуто можливості електророзвідувального методу при оцінці стану земної поверхні в зонах масових вибухів у кар’єрах. Для спостережень за перерозподілами напружень, що виникають у поверхневих шарах осадочної товщі порід унаслідок сейсмічного впливу масових вибухів у кар'єрах, було використано апаратуру кругового електромагнітного профілювання (КЕМП-1), призначену для безконтактного вивчення й контролю стану гірського масиву. Комплексні електророзвідувальні спостереження виконувалися на опорних площадках на двох кущах контрольних реперів за 12 азимутальними напрямами (через 30°). Вимірювання проводилися одночасно з геодезичними перед вибухом, безпосередньо після вибуху й далі з інтервалом у 3 години впродовж 2-3 діб. На рис. представлено динаміку зміщення репера, закладеного в осадочну товщу порід, у результаті сейсмічного впливу масового вибуху, і величини векторів кругових діаграм відповідно до цих зміщень.

Рис. 4. Динаміка зміщень реперів S в результаті сейсмічного впливу:

І – фаза стабілізації; ІІ – фаза зміщення; ІІІ – фаза затухання; IV – фаза стабілізації; а – зміщення реперів; б – вектори кругових діаграм.

Аналіз результатів виконаних спостережень дозволив зробити висновок, що в покривних відкладеннях утворюються орієнтовані мікродеформаційні структури, які визначають еліпс анізотропії фізичних властивостей, функціонально пропорційні величинам (динаміці) зміщень реперів, визначеним геодезичними методами. При цьому доведено, що процес релаксації напружено-деформованого стану триває 2-3 доби. Отже, зміни величини векторів кругових діаграм пов'язані зі зміною напружено-деформованого стану приповерхневого шару осадочних порід у результаті масових вибухів у кар'єрах.

Промислові експерименти за розробленими методиками були виконані на ККР № 5 і № 6, розташованих у південно-східній частині кар'єру №1 Центрального ГЗК і кар'єру №2 Новокриворізького ГЗК. Геодезичні спостереження виконувалися з періодичністю 6 годин протягом 3 діб. Отримані зміщення реперів, закладених в осадочну товщу порід, і зміщення, обчислені за запропонованими формулами (9), (10), наведено на рис. 5-7.

Обчислені середні квадратичні похибки визначення зміщень реперів на ККР № , № (0,05 мм; 0,07 мм) свідчать про те, що отримані залежності можуть бути використані при визначенні зміщень реперів у результаті сейсмічного впливу на них масових вибухів, проведених у кар'єрах Кривбасу.

Розташування гірничих підприємств безпосередньо в межах міста Кривого Рогу визначає необхідність комплексних геодинамічних досліджень регіону, моніторингу земної поверхні за ступенем впливу техногенних факторів. Вирішення цих задач є можливим за наявності загальної детальної карти вертикальних переміщень земної кори, на яку повинні бути винесені зони техногенних впливів підземних і відкритих гірничих робіт.

Рис. 5. Залежність зміщень реперів ККР № 5 (пруткового) від часу після вибуху

Рис. 6. Залежність зміщень реперів ККР № (пруткового) від часу після вибуху

Рис. 7. Залежність зміщень реперів ККР № (ґрунтового) від часу після вибуху

Вихідною основою для складання карти регіону щодо врахування сейсмічного впливу масових вибухів у кар'єрах була схема м. Кривого Рогу масштабу 1:200000. За даними геологорозвідувальної експедиції “Кривбасгеологія” було визначено геологічні умови (потужність осадочних порід і акустична жорсткість). Визначення зміщень виконувалося за отриманою залежністю за умов, що потужність вибухів у кар'єрах приймалася рівною 800 т і глибина закладки ґрунтового репера складала 2 м.

У результаті виконаних теоретичних, експериментальних і промислових досліджень обґрунтовано можливість заміни глибинних реперів, закладених у корінні породи, прутковими й ґрунтовими, закладеними в осадочну товщу порід.

Економічний ефект від упровадження результатів дисертаційної роботи досягнуто за рахунок виключення витрат на закладку глибинних і ґрунтових реперів.

Наукові результати дисертаційної роботи впроваджено на ДП “Криворізька ТЦ”, що знаходиться в зоні впливу масових вибухів у кар'єрах Центрального ГЗК, з економічним ефектом 137,76 тис. грн.

Розроблену методику проведення маркшейдерсько-геодезичних спостережень в умовах інтенсивних гірничих робіт з використанням масових вибухів у кар'єрах упроваджено у відділі спеціальних маркшейдерсько-геодезичних досліджень Асоціації “Укррудпром”.

ВИСНОВКИ

У дисертації, що є завершеною науково-дослідною роботою, поставлено й вирішено актуальну науково-практичну задачу, яка полягає в установленні закономірностей, урахуванні й прогнозуванні вертикального деформування земної поверхні при масових вибухах у кар'єрах залежно від параметрів вибухів і геологічних умов.

Основні висновки, наукові й практичні результати полягають у наступному.

1. Установлено, що одним з факторів впливу на стан земної поверхні у віддалених зонах і на результати маркшейдерсько-геодезичних спостережень є сейсмічний вплив масових вибухів, проведених у кар'єрах.

2. При визначенні стійкості земної поверхні й виконанні маркшейдерсько-геодезичних спостережень найбільш прийнятними є репери, закладені в корінні породи, наслідки сейсмічних впливів на які практично відсутні.

3. Основними факторами, що впливають на стан земної поверхні й стійкість маркшейдерсько-геодезичних реперів, закладених в осадочну товщу порід в умовах сейсмічного впливу масових вибухів у кар'єрах, є сумарна маса ВР, відстань від місця вибуху, тривалість вибуху й акустична жорсткість порід між якорем репера і корінними породами. Визначено залежність зміщень реперів від зазначених факторів.

4. Установлено, що при вирішенні маркшейдерсько-геодезичних задач з використанням реперів, закладених в осадочну товщу порід, спостереження слід проводити через 3 доби після масового вибуху. У цьому випадку сейсмічний вплив вибухів на результати вимірів буде відсутнім. У випадку проведення вимірювань відразу після масових вибухів для підвищення точності їх результатів у відмітки реперів уводяться відповідні поправки.

5. Розроблено методику виконання маркшейдерсько-геодезичних спостережень у зонах впливу відкритих гірничих робіт.

6. Доведено можливість використання електророзвідувального методу при оцінці стійкості земної поверхні в зонах вибухового впливу для спостережень за перерозподілами напружень, що виникають у поверхневих шарах осадочної товщі порід.

7. Досліджено сейсмічний вплив масових вибухів у кар'єрах на стійкість земної поверхні на великих площах з метою її моніторингу для вирішення природоохоронних задач і перспективного будівництва.

8. Побудовано карту регіону Криворізького залізорудного басейну, яка дозволяє враховувати сейсмічний вплив масових вибухів у кар'єрах на стан земної поверхні при проведенні маркшейдерсько-геодезичних спостережень.

9. Результати дисертаційної роботи впроваджено на ДП “Криворізька ТЦ”, що знаходиться в зоні впливу масових вибухів у кар'єрах Центрального гірничо-збагачувального комбінату. Економічний ефект від використання результатів досліджень склав 137,76 тис. грн. Результати дослідження використовуються також відділом спеціальних маркшейдерсько-геодезичних досліджень Асоціації “Укррудпром”.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Брусник С. Н. Устойчивость реперов, заложенных в толщу осадочных пород, при воздействии массовых взрывов в карьерах // Разработка рудных месторождений: Респ. межвед. научн.-техн. сб. – Кривой Рог: КТУ, 2000. – Вып. 72. – С. 158-160.

2. Брусник С. Н. Особенности решения маркшейдерско-геодезических задач в условиях интенсивных горных работ // Разработка рудных месторождений: Респ. межвед. научн.-техн. сб. – Кривой Рог: КТУ, 2000. – Вып. 73. – С. 21-26.

3. Брусник С. Н., Савчук Н. А., Перегудов В. В. Оценка состояния маркшейдерско-геодезической высотной основы геофизическими методами в условиях производства массовых взрывов в карьерах // Сб. научн. трудов НГУ. – № . – Том 1. – Днепропетровск: РИК НГУ, 2003. – С. 442-445.

4. Брусник С. Н., Перегудов В. В. Методика учета устойчивости реперов при производстве маркшейдерско-геодезических наблюдений // Разработка рудных месторождений: Научн.-техн. сб. – Кривой Рог: КТУ, 2004. – Вып. . – С. 77-83.

5. Брусник С. Н. Влияние условий закладки маркшейдерско-геодезических реперов на их устойчивость // Вісник Криворізького технічного університету. – 2005. – № . Технічні науки. – С. 120-123.

6. Перегудов В. В., Брусник С. Н., Чирва А. И. Точность определения деформаций земной поверхности и сооружений в зонах влияния горных работ // Разработка рудных месторождений: Научн.-техн. сб. – Кривой Рог: КТУ, 2006. – Вып. 90. – С. 79-83.

7. Брусник С. Н., Сидоренко В. Д., Перегудов В. В. Постановка геодинамических исследований в условиях антропогенных воздействий // Актуальные вопросы охраны окружающей среды от антропогенного воздействия: Тезисы Всесоюзной науч.-техн. конференции. – Севастополь, 1990. – С. 78-79.

8. Сидоренко В. Д., Перегудов В. В., Брусник С. Н. Оценка воздействия массовых взрывов в карьерах на устойчивость земной поверхности // Сборник трудов Всеукраинской научно-технической конференции “Современные пути развития маркшейдерско-геодезических работ на базе передового отечественного и зарубежного опыта”. – Днепропетровск: НГАУ, 1997. – C. 127-130.

Особистий внесок автора в роботах, опублікованих у співавторстві, полягає в наступному: [3, 4] – розробка методики врахування й прогнозування сейсмічного впливу масових вибухів у кар'єрах на стійкість земної поверхні й результати маркшейдерсько-геодезичних спостережень; [6] – установлення залежностей точності визначення положення пунктів маркшейдерсько-геодезичних мереж від умов їх розташування; [7, 8] –розробка методів визначення впливу масових вибухів у кар'єрах на стійкість реперів, закладених в осадочну товщу порід.

АНОТАЦІЯ

Брусник С. М. Розробка методів визначення стану земної поверхні при масових вибухах у кар'єрах. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.15.01 – маркшейдерія. – Криворізький технічний університет, Кривий Ріг, 2007.

Дисертацію присвячено питанням визначення, урахування й прогнозування впливу масових вибухів у кар'єрах на стан земної поверхні у віддалених зонах і на результати маркшейдерсько-геодезичних спостережень.

Виконаний аналіз сучасних методів визначення стійкості земної поверхні, будівель та інженерних споруд дозволив установити, що на достовірність отриманих результатів впливають головним чином точність вимірів і стійкість вихідних реперів, на яку істотно впливають підривні роботи при відкритій розробці родовищ корисних копалин

Установлено залежність зміщень реперів від маси вибухових речовин, відстані від місця вибуху, тривалості вибуху й акустичної жорсткості порід між якорем репера й корінними породами.

Розроблено методику проведення маркшейдерсько-геодезичних спостережень в умовах інтенсивних гірничих робіт.

Ключові слова: стан та стійкість земної поверхні, масові вибухи у кар'єрах, маркшейдерсько-геодезичні спостереження, вертикальні деформації, зміщення.

АННОТАЦИЯ

Брусник С.Н. Разработка методов определения состояния земной поверхности при массовых взрывах в карьерах. – Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.15.01 – маркшейдерия. – Криворожский технический университет, Кривой Рог, 2007.

Диссертация посвящена вопросам определения, учета и прогнозирования влияния массовых взрывов в карьерах на состояние земной поверхности в удаленных зонах и на результаты маркшейдерско-геодезических наблюдений.

Проведенный анализ современных методов определения устойчивости земной поверхности, зданий и инженерных сооружений позволил установить, что на достоверность полученных результатов влияют главным образом точность измерений и устойчивость исходных реперов, на которую существенным образом влияют взрывные работы при открытой разработке месторождений полезных ископаемых

Установлена зависимость смещений реперов от массы взрывчатых веществ, расстояния от места взрыва, продолжительности взрыва и акустической жесткости пород между якорем репера и коренными породами.

Установлено, что при решении маркшейдерско-геодезических задач с использованием реперов, заложенных в осадочную толщу пород, маркшейдерско-геодезические наблюдения следует проводить через 3 суток после массового взрыва. В этом случае последствия сейсмического воздействия взрывов будут отсутствовать. В случае необходимости проведения измерений сразу после массовых взрывов, для повышения точности их результатов в отметки реперов вводятся соответствующие поправки.

Доказана возможность использования электроразведочного метода при оценке состояния земной поверхности в зонах взрывного воздействия для наблюдений за перераспределениями напряжений, возникающих в поверхностных слоях осадочной толщи пород.

Исследовано влияние сейсмического воздействия массовых взрывов в карьерах на устойчивость земной поверхности больших площадей с целью ее мониторинга для решения природоохранных задач, перспективного строительства.

Разработана методика проведения маркшейдерско-геодезических наблюдений в условиях интенсивных горных работ.

Ключевые слова: состояние и устойчивость земной поверхности, массовые взрывы в карьерах, маркшейдерско-геодезические наблюдения, вертикальные деформации, смещения.

ANNOTATION

Brusnik S. N. Development of methods of definition a land surface state at mass explosions in open-cast. The manuscript.

The dissertation on competition of a scientific degree of Cand.Tech.Sci. on a speciality 05.15.01 mine surveying. – Kryvyi Rih technical university, Kryvyi Rih, 2007.

The dissertation is devoted to the problems of defining, accounting and forecasting of mass explosions influence in open-cast on the state of a land surface in the remotes zones and on the results of survey-geodetic measurements.

The analysis of modern methods of definition of stability of a land surface, engineering constructions and the process equipment has allowed to establish, that reliability of the received results is influenced mainly by accuracy of measurements and stability of initial reference points which blasting significally influence at open-cast mining deposits of minerals is executed.

Dependence of displacement of reference points on weight of explosives, distances from a place of explosion, duration of explosion and acoustic rigidity of rocks between an anchor of a reference point and host rocks is established.

The technique of carrying out survey-geodetic supervision in conditions of intensive mining works is developed.

Keywords: state and stability of a land surface, mass explosions in open-pits, survey-geodetic measurements, vertical deformations, displacements.