Добыча угля в Кизеловском угольном бассейне началась в 1798 г. За это время было добыто около 500 млн т угля. В разные периоды истории бассейна, одновременно в работе находилось до 45 шахт. На момент начала ликвидации (1993 г.), на территории Кизеловского угольного бассейна в работе находилось 14 действующих шахт. В соответствии с программой реструктуризации Кизеловского угольного бассейна, утвержденной Минэнерго России, ОАО “Уралгипрошахт” были разработаны технико-экономические обоснования (ТЭО) ликвидации на каждую из действующих шахт, по которым все оставшиеся шахты были поэтапно закрыты и полностью затоплены в период с 1993 по 2000 гг. В 2000 г. Государственное учреждение по вопросам реорганизации и ликвидации нерентабельных шахт и разрезов (ГУРШ) поручило ОАО “Уралгипрошахт” разработать программу социально-экологического мониторинга за последствиями ликвидации шахт Кизеловского угольного бассейна. Выполнение разработки раздела - проекта наблюдений за сдвижением земной поверхности, в этом документе было поручено Пермскому Государственному техническому университету (ПермГТУ).
      Реализация данного проекта содержит ряд особенностей. Первая из них - это значительный масштаб предполагаемого района наблюдений. Подработанные территории протянулись более чем на 95 км с севера на юг и около 20 км с запада на восток в средней части бассейна. Площадь подработанных и ныне затопленных шахтных полей достигает 320 кв. км.
      Следующей особенностью является то, что процесс сдвижения земной поверхности от ведения очистных горных выработок был практически завершен еще перед началом ликвидации. Однако, поведение горного массива в подобных условиях после затопления - процесс трудно прогнозируемый и мало исследованный. Кроме того, в регионе имеется почти 250 км подработанных крутопадающих угольных пластов. Так же на территории объекта возможно наличие активных тектонических блоков осадочного чехла.
      Следует учитывать, что территория объекта заселена, на ней находится более 50 крупных и мелких населенных пунктов, таких как города Кизел, Александровск, Губаха, Чусовой и др. На ранее подработанных территориях расположены такие производственные объекты, как трассы газопроводов, линии ЛЭП и др. По территории бассейна также проходит федеральная железная дорога Пермь-Соликамск.
      Важным обстоятельством является также то, что в Кизеловском регионе существуют все условия для возникновения техногенных землетрясений - процесса выделения сейсмической энергии под влиянием инженерной деятельности человека и представляющие опасность для его жизни и здоровья. При этом техногенные землетрясения характеризует высокая опасность из-за того, что очаг землетрясения находится неглубоко.
      Из всего вышеперечисленного были сделаны следующие выводы: наблюдательная станция за сдвижением земной поверхности должна быть принципиально нового типа, отличная от станций применяемых на действующих шахтах. На ней должны быть применены самые современные методики и технологии, уже зарекомендовавшие себя с положительной стороны на других объектах. Кроме того, создаваемая наблюдательная станция должна фиксировать все известные виды движений земной поверхности.
      Как показывает мировой опыт, деформации земной поверхности далеко неоднородны. Максимального значения они достигают на участках земной коры, ослабленных тектоническими нарушениями, а в местах проведения горных работ в течение сравнительно короткого времени могут достигать величин, предельных для целостности массива горных пород, слагающих земную кору. Следовательно, путем регулярных повторных геодезических наблюдений можно оценить величину и скорость развития деформационного процесса во времени с прогнозом текущей ситуации.
      Реализованный проект наблюдательной станции был составлен с учетом всех вышеперечисленных условий и особенностей. В нем приведены краткие сведения о районе работ, состоянии ликвидированных шахт, климате, гидрографии и дорожной сети. Дана краткая характеристика топографо-геодезической изученности объекта.
      В проекте приведено решение следующих вопросов мониторинга за сдвижением поверхности:
      - закладка опорной GPS-сети. Проектная опорная GPS сеть состоит из 26 рабочих и 4 опорных реперов (№№ 4,21,22,13). В проекте приведена конструкция типа грунтового репера, даны полные рекомендации по выбору мест расположения рабочих и опорных реперов опорной GPS-сети;
      - выполнение GPS-наблюдений дифференциальным методом. Планируется измерение 75 векторов. Даны результаты предварительного расчета точности определения рабочих пунктов запроектированной сети по способу наименьших квадратов от различных опорных пунктов. Приведена методика наблюдений на геодинамическом полигоне при использовании спутниковой аппаратуры, включающая планирование, подготовку, производство измерений, обработку результатов. Предварительный расчет точности определения координат рабочих реперов относительно опорных реперов, выполнен методом наименьших квадратов параметрическим способом по различным вариантам уравнивания. Результаты предварительного расчета точности определения планово-высотного положения пунктов GPS-наблюдений показывают, что средняя квадратическая погрешность определения положения “среднего” репера составит 13,04 мм в плане и 19,58 по высоте. Наибольшую погрешность определения положения относительно опорных реперов будет иметь репер № 30, соответственно 20,4 мм в плане и 30,6 мм по высоте. Следует отметить, что рассчитанная точность получена для стандартных условий времени и работы GPS-приемников. Фактическая точность определения положения реперов превосходит результаты предварительного расчета за счет увеличения длительности наблюдений и использования усовершенствованных методик расчета в постобработке по мере накопления результатов наблюдений;
      - закладка локальных наблюдательных станций на участках пересечения газопроводами мест выходов крутых угольных пластов под наносы. Предложена методика наблюдений, конструкция наблюдательной станции. Даны рекомендации по периодичности наблюдений;
      - разработка индивидуальных проектов локальных наблюдательных станций на устьях вскрывающих горных выработок. Дана постановка проблемы и предложены варианты ее решения;
      - контроль над провалами земной поверхности на выходах угольных пластов под наносы. Приведена методика съемки мест возникновения провальных явлений. По данным мониторинга возможна интерпретация результатов и осуществление прогноза мест возникновения аварийных ситуаций. По результатам наблюдений планируется локализация участков опасных на возникновение критических деформаций земной поверхности по данным дистанционного зондирования земли и результатам GPS-наблюдений. Осуществление прогноза мест возникновения провальных явлений над выработанными пространствами, выработка превентивных инженерных решений.
      Основная цель предлагаемого проекта - выявление с использованием данных дистанционного зондирования Земли и спутниковых радионавигационных технологий (GPS-технологий) современных деформаций земной поверхности в зонах интенсивной техногенной нагрузки и последующее отображение, и моделирование на основе результатов мониторинга и космического картографического материала техногенных событий на территории Кизеловского угольного бассейна для оценки, состояния и прогноза аварийных ситуаций, связанных с изменением геологической и экологической среды.
      В ходе выполнения проекта также предполагается разработка геоинформационной системы деформированного состояния земной поверхности города, в состав которой входят:
      - графическая и семантическая база данных (БД) по геологии, тектонике, геоморфологии и инженерным изысканиям;
      - графическая и семантическая БД по геомеханически опасным местам (оползни, существующие карсты, плывуны, провалы над старыми горными выработками, подземными выработанными пространствами и т.д.);
      - графическая и семантическая БД по мониторингу техногенных проявлений, районирование территории бассейна и создание целостной картины неблагоприятных экологических и техногенных проявлений;
      - графическая и семантическая БД по традиционным методам экологического анализа;
      - моделирование геоэкологических и геодинамических ситуаций при активизации техногенных проявлений, прогноз неблагоприятных ситуаций;
      - исследование и постоянно-периодический контроль изменений геологической среды, экологически значимых ее нарушений;
      - разработка региональных прогнозных моделей развития природно-ресурсных, системных изменений и чрезвычайных ситуаций для уменьшения риска возникновения и минимизации последствий чрезвычайных ситуаций;
      - выделение динамически напряженных зон по данным аэрофотоснимков и дистанционного космического зондирования территории области. Выделение технически опасных мест (оползни, карстовые явления, плывуны, районирование над горным выработками, затопленными выработанными пространствами и т.д.).
      Помимо положительного эффекта, связанного с реконструкцией Государственной геодезической сети на территории бассейна, результаты проекта найдут широкое использование при проектировании градо- и промышленного строительства в городе, оценке недвижимости, предупреждении аварийных и катастрофических явлений, принятии управленческих решений.