Русский   English
ДонНТУ   Портал магістрів   Кафедра ГIГ  

Реферат за темою випускної роботи

Зміст

Вступ

Характерною особливістю шахтарських міст є території, підроблювані вугледобувними підприємствами в процесі своєї роботи. Процеси зсування, деформації та підтоплення територій викликають механічні пошкодження в будівлях і спорудах, в результаті чого виникає небезпека експлуатації пошкодженої міської забудови.

1. Актуальність теми

На сьогоднішній день проводиться реструктуризація вугільної промисловості, в процесі якої велика кількість шахт, експлуатація яких нерентабельна в нинішніх умовах, закриваються або консервуються. Масове закриття вугільних підприємств веде до виникнення негативних екологічних процесів і явищ. Інструментальні спостереження за геомеханiчними процесами при ліквідації цих підприємств обов'язкові, адже до проблем, що виникають при ліквідації окремих шахт відносять підтоплення підроблених територій, провалоутворення. Однією з актуальних завдань, що виникають в умовах збільшення техногенного навантаження міських територій, є оцінка динаміки розвитку техногенного рельєфу та пов'язаних з цим деформацій земної поверхні підроблюваних територій. Також при одночасному закритті шахт додаються нові складнощі експлуатації територій, викликані зміною характеру деформування земної поверхні, зокрема – активізацією процесу зрушення.

2. Практична корисність

Підземна розробка вугільних родовищ призводить до зрушення і деформацій земної поверхні, відповідно і об'єктів, що потрапляють в зону підроблювання. У процесі підтоплення властивості міцності порід зменшуються, що може призвести до втрати встановленої рівноваги товщі порід та активізації процесу зрушення. В результаті можливі деформації земної поверхні, тріщини, уступи і провали.

Несприятливі зміни стану навколишнього середовища необхідно попереджати, а вже існуючі – контролювати. Порушення компонентів довкілля внаслідок функціонування шахт, підлягають тривалому моніторингу. Однією із складових частин системи загальної моніторингу є геомеханічна, що дозволяє отримати інформацію про стан масиву порід і земної поверхні, і базується на результатах маркшейдерських спостережень. Саме зсування та деформації земної поверхні є кількісною оцінкою всіх геомеханічних процесів, що відбуваються в масиві [1].

3. Мета і завдання дослідження, заплановані результати

Метою дослідження є аналіз спостережень за довготривалими деформацiями поверхні над кинутими горизонтальними виробками і експериментальне моделювання отриманих результатів.

Основні завдання дослідження:

  1. Аналіз математичних методів побудови цифрових 3D поверхонь.
  2. Розробка ефективної методики мо делірованія поверхні осідань.
  3. Прогнозування подальшого їх осідання ї підроблених територій Будьонівського і Пролетарського району міста Донецька.
  4. Оцінка ймовірності підтоплення розглянутих територій.
  5. Аналіз отриманих результатів і формування рекомендацій.

Об'єкт дослідження – території закритих шахт Будьонівського і Пролетарського районів міста Донецька. Предмет дослідження – процеси деформації земної поверхні при її послідовнiй підробці гірничими роботами.

4. Зсування та деформації земної поверхні від підземних гірничих робіт

Проведення гірничих робіт порушує природний стан масивів порід, в результаті чого останні виходять з рівноваги, деформуються і переміщаються [2, 3].

4.1 Основні види деформацій та їх вплив на підроблювані поверхні

Впливами від підроблювання, що враховуються при проектуванні будівель і споруд, є зсуви i деформації земної поверхні, що поділяються на такі види (мал. 4.1) [4]:

При діагональному розташуванні будівлі або споруди щодо лінії простірання пласта додатково слід враховувати впливи від підроблювання вигляді деформацій земної поверхні:

У випадках, передбачених проектом, враховується швидкість наростання деформацій земної поверхні u мм/м, міс.

Види зрушень і деформацій земної поверхні

Рисунок 4.1 – Види зрушень і деформацій земної поверхні
а – вертикальний розріз навхрест простягання при похилому залеганііугольних пластів; б – те ж, при крутому заляганні вугільних пластів; в – вертикальний розріз по простяганню пластів;
1 – криві осідання; 2 – епюри нахилів; 3 – епюри кривизни; 4 – епюри відносних горизонтальних деформацій; 5 – епюри горизонтальних зрушень; 6 – пласт; 7 – очисна виробка; 8 – положення земної поверхні до розробки; hmax – максимальне осідання земної поверхні; b0, g0, d0 – граничні кути зсування; y1, y2, y3 – кути повних зрушень; q – кут максимального осідання; a – кут падіння пласта

Залежно від умов розробки деформації порід і земної поверхні носять плавний або ж зосереджений характер. Концентрація деформацій на окремих ділянках викликає утворення в товщі порід і на земній поверхні тріщин і уступів [5], що надають вкрай несприятливий вплив на підроблювані об'єкти. Іноді на земній поверхні утворюються провали.

4.2 Принципи прогнозування зрушень і деформацій

Ідея досліджень полягає у визначенні факторів, що впливають на достовірність прогнозу зрушень і деформацій і вдосконалення існуючих методів розрахунку з урахуванням найбільш значущих з них; наукове обґрунтування та розробка методики автоматизованого розрахунку деформацій земної поверхні при експлуатації та ліквідації вугільних шахт; адаптація існуючих і вдосконалених методів, розрахункових формул до автоматизованих способам розрахунку; розробка програмних модулів для побудови карт прогнозу деформацій земної поверхні від впливу гірничих робіт в очисних виробках вугільних шахт.

Для більш точного прогнозу використовується комплексна методика досліджень, що включає аналіз та узагальнення результатів попередніх досліджень, існуючих методів розрахунку [6], системний аналіз процесів обробки, трансформації, відображення маркшейдерської та геомеханической інформації, комп'ютерне моделювання процесу зрушення [7], зіставлення отриманих результатів з даними спостережень на вугільних підприємствах.

При зрушенні земної поверхні основними показниками, що дозволяють прогнозувати і оцінювати стан будівель і споруд, є: осідання земної поверхні, радіус кривизни і горизонтальні деформації в підставах будівель [8].

5. Проектування системи обліку впливу гірничих виробок за площею

Рух, осідання і обвалення гірських порід під впливом виробок вимагає обов'язкових маркшейдерських спостережень. З метою спрощення роботи були задiянi геоiнформацiйнi системи.

5.1 Вибір середовища проектування

Для реалізації поставленого завдання була використана програма QUANTUM GIS – вільне забезпечення з відкритим вихідним кодом [9]. Працює на Linux, Unix, Mac OSX, Windows і Android, а також підтримує безліч векторних, растрових форматів, баз даних і володіє широкими можливостями. QGIS пропонує постійно зростаючий набір можливостей, реалізованих в ядрі і модулях. У програмі передбачена можливість візуалізувати, управляти, редагувати і аналізувати дані, що є вкрай зручним додатком як для розробника, так і для користувача.

5.2 Розробка системи тематичних шарів і бази даних

Зміни параметрів поля деформацій отриманий викладачами кафедри Геоінформатики і геодезії в результаті спостережень за спеціально закладаються наглядовою станціям, що складається з профільних ліній. Це знижує вірогідність висновків, тому вимірювання проводилися не по всій площі території. З результатів спостережень в магістерській роботі за допомогою інтерполяції даних була визначена величина і швидкість осідання. Крім відображення графічної інформації, що характеризує геомеханічне стан території в різні інтеравали часу, була створена база даних кількісних характеристик об'єктів (поверховість будівель, матеріал споруди тощо).

Процес зрушення гірських порід і земної поверхні вивчався за даними інструментальних спостережень і аналізу великого фактичного матеріалу. Графічною основою для отримання цифрової моделі рельєфу стали растрові топографічні карти і суміщені плани гірничих виробок і земної поверхні розглянутих районів, надані кафедрою Геоінформатики і геодезії [10]. Так як для використання інформації в ГІС необхідно її перетворення в цифровий вигляд, матеріали сканувалися на сканерах з високим дозволом. Оцифровка матеріалу ведеться по зображеннях з роздільною здатністю 300 dpi в многоцелевом пакеті Quantum GIS. Для присвоєння об'єктам реальних координат перехрестя ліній координатної сітки жорстко прив'язувалися до координатної системі. Таким чином, первинна інформація була розбита на тематичні шари, що мають відповідну атрибутивную і семантичну інформацію:

Фрагмент интерфейсу проекту

Рисунок 5.1 – Фрагмент интерфейсу проекту

Так як в процесі досліджень збирається велика кількість атрибутивної інформації, існує потреба у сортуванні та упорядкування її в базі даних.

Основна мета системи управління базами даних полягає в тому, щоб запропонувати користувачеві абстрактне уявлення даних, приховавши конкретні особливості зберігання і управління ними. Тому перш ніж створювати таблиці, форми та інші об'єкти необхідно задати структуру бази даних.

Після аналізу поставленої задачі була розроблена наступна структура програми:

6. Практичне застосування комплексу

Реалізований на практиці комплекс заходів моніторингу осідань підроблюваних територій дозволяє розглядати не тільки існуючі деформації, але і робити короткострокові і довгострокові прогнози на основі натурних маркшейдерських спостережень і зібраної атрибутивної інформації.Застосування геоінформаційних технологій спрощує і прискорює проведення досліджень, допомагає впорядкувати і впорядкувати отримані дані, а також візуалізує графічну інформацію, що дозволяє побудувати наочну модель всіх процесів дослiдження що вiдбуваються.

Програмний комплекс

Рисунок 6.1 – Реалiзацiя программного комплекса
(анімація: 5 кадрів, 7 циклів повторення, 212 кілобайт)

Моніторинг підроблювання територій є довготривалим дослідженням, тому прогноз, а головне – попередження негативного впливу вимагає постійного контролю. Натурні спостереження за опусканиями поверхні необхідно проводити протягом десятиліть, вносячи поправки в результати, а також коректуючи прогнози подальших деформацій з урахуванням зміни стану геологічного середовища. Це можуть бути загасання осідань, зміна рівня ґрунтових вод, утворення нових провалів, уступів і багато іншого. Також спостереження за профільними лініях є достатньою умовою для побудови просторової моделі, однак для більш точного прогнозу необхідно використовувати сучасні методи вимірювань, наприклад, супутникові радарні інтерферометричні технології, які дозволяють одержувати дані по всій контрольованій площі.

Оптимізація і впорядкування отриманої інформації, збільшення обсягу бази даних для повноти картини, більш глибокий аналіз, що дозволяє збільшити точність прогнозу – перспектива подальшої роботи. Протяжність досліджень за часом ставить перед нами нові завдання, вирішення яких дозволить впровадити заходи захисту та ремонтно-відновлювальні роботи для купірування існуючих деформацій поверхні і об'єктів, на ній розташованих, а також попередити виникнення нових.

Висновок

Реалізований в ході дослідження комплекс заходів моніторингу підроблюваних територіях з ув'язкою отриманої інформації в систему ГІС дозволяє вийти на якісно вищий рівень збору та аналізу даних про розвиток процесу зрушення, що дозволяє вести постійний моніторинг стану земної поверхні й схоронності розташованих на ній будівель і споруд.

Використання геоінформаційних систем дозволяє досить швидко і наочно оцінити ступінь впливу підземних гірничих розробок на земну поверхню. Результати спостережень дозволили встановити наявність зрушення земної поверхні, викликане активізацією геомеханічних процесів, а також визначити значення величин і швидкостей їх розвитку.

У ході дослідження було проаналізовано математичний апарат методів геоінформаційного моделювання поверхонь, а також розглянута адаптивна модель оцінки і прогнозування осідання підроблюваних територій. Також у роботі проведена оцінка ймовірності підтоплення земель Будьонівського і Пролетарського районів міста Донецька.

Під час написання реферату дослідження ще не закінчене. Остаточні результати будуть представлені в грудні 2016 на захисті магістерської роботи.

Перелiк посилань

  1. Гавриленко Ю.М. Вивчення зрушень і деформацій земної поверхні в складних гірничо-геологічних умовах Донбасу // Науковi працi ДонНТУ: Серiя гірничо-геологiчна. Випуск 62. – Донецьк, ДонНТУ, 2003. –c. 34-37.
  2. Публікація "Загальний підхід до оцінки нерухомості, схильною до впливу підземних гірничих робіт" [Електронний ресурс] – Режим доступу: http://snt.com.ru/obshchiy-podhod-k-ocenke-nedvizhimosti-podverzhennoy-vliyaniyu-podzemnyh-gornyh-rabot
  3. СНiП 2.06.15-85 – Інженерний захист території від затоплення та підтоплення [Електронний ресурс] – Режим доступу: http://infosait.ru/norma_doc/1/1893/index.htm
  4. СНiП 2.01.09-91 – Будинки і споруди на підроблюваних територіях і просідаючих ґрунтах [Електронний ресурс] – Режим доступу: http://www.vashdom.ru/snip/20109-91/
  5. Писаренко М.В. Визначення очікуваних осідань земної поверхні з використанням ГІС-технологій [Електронний ресурс] – Режим доступу: http://www.giab-online.ru/files/Data/2009/12/Pisarenko_12_2009.pdf
  6. ПБ 07-269-98 – Правила охорони споруд і природних об'єктів від шкідливого впливу підземних гірничих розробок на вугільних родовищах [Електронний ресурс] – Режим доступу: http://meganorm.ru/Data2/1/4293834/4293834132.htm
  7. Воробйов А.В., Кашеварова Г.Г. Адаптивні моделі короткострокового прогнозу осідання земної поверхні і визначення найбільш несприятливого положення будівлі в мульді зсування [Електронний ресурс] – Режим доступу: http://engstroy.spb.ru/index_2013_09/02.pdf
  8. Шнеєр. В.Р., Іванова Л.А., Басін М.П., Трифонов А.В. Оцінка збитків від підроблювання міст і селищ при зосереджених деформаціях земної поверхні [Електронний ресурс] – Режим доступу: Яндекс.Документи
  9. Керівництво користувача QGIS [Електронний ресурс] – Режим доступу: http://www.qgis.org/ru/
  10. Соловйов А.А. Тривимірне моделювання поверхні і вугільних пластів територій шахт, що закриваються Будьонівського і Пролетарського районів м Донецьк // Магістеріская робота ДонНТУ [Електронний ресурс] – Режим доступу: http://masters.donntu.ru/2004/ggeo/solovjov/