О необходимости проведения комплексного мониторинга подземных объектов на различных стадиях жизненного цикла

Размещено на http://www.allbest.ru/

О необходимости проведения комплексного мониторинга подземных объектов на различных стадиях жизненного цикла

С.Г. Страданченко, М.С. Плешко, В.Н. Армейсков

Освоение подземного пространства городов, шахтное строительство и подземная добыча полезных ископаемых относятся к одним из самых сложных видов профессиональной деятельности человека, оказывающих интенсивное воздействие на окружающую среду. Это обусловлено необходимостью откачки и выдачи на поверхность подземных вод, деформациями окружающего породного массива, выбросами пыли и вредных газов в атмосферу, созданием породных отвалов большого объема и др. Без комплексного обоснования проектных решений, реализации наиболее эффективных геотехнологий на всех стадиях строительства, эксплуатации и ликвидации подземных объектов, их существование может нанести серьезный экологический, экономический и социальный ущерб.

Решение этих проблем вызывает необходимость разработки нового подхода к освоению подземного пространства. Его основой должен стать комплексный мониторинг всех стадий жизненного цикла подземных объектов, включающий в себя инженерно-геологическую, экологическую и геотехнологическую составляющие.

Методология инженерно-геологического и экологического мониторинга в настоящее время достаточно хорошо разработана и отражена в соответствующих нормативных документах.

Необходимость проведения геотехнического мониторинга заложена в частности в МГСН 2.07-01 «Основания, фундаменты и подземные сооружения», где он определен как система наблюдений и контроля за состоянием и изменением грунтовых, природных и техногенных условий в процессе строительства и эксплуатации объекта.

При проведении геотехнического мониторинга определяются:

- осадки, крены и горизонтальные смещения конструкций подземных объектов, а также окружающих зданий и сооружений, расположенных в зоне его влияния; геотехнология подземный пространство ликвидация

- техническое состояние конструкций подземных объектов, инженерных объектов и систем, связанных с ним;

- усилия в анкерах конструкций, напряжения и деформации в крепи и грунтовом массиве.

В трудах А.И. Березнякова выполнено обоснование системы геотехнологического мониторинга, позволяющей более эффективно эксплуатировать газовые месторождения севера Западной Сибири на всех этапах жизненного цикла, принимать управляющие решения в режиме реального времени и использовать накопленный опыт в новых районах освоения месторождений углеводородов.

А.А. Зубковым и В.В. Даниловым, разработана система геотехнологического мониторинга подземных хранилищ жидких радиоактивных веществ. К задачам мониторинга относятся:

1. Предупреждение сверхнормативного воздействия на недра.

2. Раннее выявление технологических нарушений.

3. Представление о реальной ситуации для принятия управленческих решений.

4. Прогноз последствий эксплуатации полигона, в том числе при совместном использовании недр для закачки отходов и других народно-хозяйственных целей.

В настоящее время освоение подземного пространства осуществляется в большинстве случаев его вскрытием вертикальными стволами. Стволы относятся к капитальным подземным сооружениям, срок эксплуатации которых может достигать 60 - 80 лет и более. В течение этого периода ствол в зависимости от своего назначения должен обеспечивать безаварийную выдачу полезного ископаемого и породы, спуск-подъём людей, материалов, оборудования, необходимый режим вентиляции, и др.

Основные задачи комплексного мониторинга вертикальных стволов на различных стадиях организационного цикла подземного объекта представлены в табл. 1.

Таблица 1 - Задачи комплексного мониторинга вертикальных стволов

Решение перечисленных выше задач требует разработки методик исследований, измерительных станций и постов, обеспечивающих получение согласованных данных на каждом из этапов.

Так эффективным способом геотехнологического мониторинга является устройство замерных станций в стволах для контроля усилий в анкерной крепи.

На рис. 1 представлен пример схемы замерной станции. Горизонтальная ось сечений стволов совпадает с направлением падения пород.

а)

б)

Рис. 1. - Схема замерной станции:

а) разрез ствола б) сечение ствола

Используемый метод основан на периодическом контроле растягивающих усилий в анкерах при помощи портативного двадцати канального прибора ISSM (Intrinsically safe strain meter, model 1041, Soil Instruments Limited, England) с точностью измерений, составляющей 2 %.

Динамометрические анкеры представляют собой анкеры такой же конструкции и длины, как на всём участке, но с предварительно наклеенными тензорезисторными датчиками 2STR DMT (Soil Instruments Limited, England). Первый датчик располагается на расстоянии 60 мм от торца анкера, остальные устанавливается с шагом 150 - 200 мм. Показания с датчиков передаются на блок управления и далее подвергаются компьютерной обработке и анализу.

Установка анкеров производится из забоя ствола в период строительства. По мере отхода проходческого забоя от высотной отметки расположения динамометрических анкеров контролируется изменение усилий в анкерах и определяется момент стабилизации. Полученные данные обрабатываются, представляются в виде графиков и сравниваются с расчетными значениями (рис. 2).

Рис. 2. - Пример графиков изменения растягивающих усилий в анкерах по их длине l

На основании анализа данных в необходимых случаях производится корректировка проектных параметров крепи и технологии работ.

В процессе эксплуатации и ликвидации ствола, поступающие с замерных станций данные об изменении усилий в анкерах, будут свидетельствовать о нарушении установившегося равновесия в системе «ствол - породный массив». Это может привести к повреждению основной крепи ствола, тампонажных перемычек, осадкам земной поверхности и др., поэтому ранняя диагностика геомеханических процессов позволит не допустить развития негативных явлений.

Рассмотренная измерительная станция при соответствующей доработке может также обеспечить контроль давления на крепь, определение физико-механических свойств бетона, арматуры и деформаций в слоях крепи. Актуальной задачей для дальнейших исследований является интеграция таких станций в комплексную систему мониторинга объектов освоения подземного пространства, включая инженерные сети и системы.

Литература

1. Березняков, А.И. Научное обоснование и промышленное внедрение комплексного геотехнологического мониторинга систем добычи газа на месторождениях севера Западной Сибири [Текст]: дис. докт. техн. наук: 25.00.17 / Березняков, Александр Иванович - Надым, 2005. - 298 с.

2. Зубков, А.А., Данилов, В.В., Организация геотехнологического мониторинга в условиях одновременной эксплуатации полигона подземного захоронения жидких радиоактивных отходов и водозаборов подземных вод [Электронный ресурс] // Томский атомный центр. Некоммерческое партнерство по научной и инновационной деятельности. - Режим доступа: http://tac.tomsk.ru/html/sa21.htm (доступ свободный). - Загл. с экрана. - Яз. рус.

3. Плешко, М.С. О взаимном влиянии факторов, определяющих эффективность строительства и эксплуатации вертикального ствола [Текст] // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал), 2012. - № 8. - С. 53-56.

4. Сапронов, А.А., Зибров, В.А., Тряпичкин, С.А. Использование пьезоэлектрических датчиков в системе мониторинга магистральных водопроводных сетей [Электронный ресурс] // «Инженерный вестник Дона», 2012, - №4 (часть 2). - Режим доступа: http://ivdon.ru/uploads/article/doc/IVD_90_Zibr.doc_1432.doc. - Яз. рус.

5. Wang Cheng - long. Aerotriangulation accuracy analysis of GPS-assisted aerial photogrammetry based on SWDC // Cehui kexue = Sci. Surv. and Mapping, 2011. 36. - № 2. - C.101-103. Кит.; рез. англ.

6. Geng Xun, Yang Tina-ke, Miao Tian. Research on datum transformation for the aerial photogrammetry of airborne three - line CCD skanner // Cehui kexue = Sci. Surv. and Mapping, 2010. 35. - № 4. - C.65-67. Кит.; рез. англ.

7. Маркина, Ю.И. Антенна GPS круговой поляризации в диапозоне 1,2-1,6 ГГц [Электронный ресурс] // «Инженерный вестник Дона», 2012, №3. - Режим доступа: http://www.ivdon.ru/magazine/archive/n3y2012/917 (доступ свободный) - Загл. с экрана. - Яз. рус.

8. Мышляева В.А., Кекелидзе В.Б., Тюкавкин Д.В. Использование координат центров фотографирования при аэрофотосъемке линейных объектов [Текст] // Геодезия и картография, 2006. - №3. - С.34-38.

9. Плешко М.С. Крепь глубоких вертикальных стволов. Преспективы совершенствования [Текст] // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2010. - №4. - C. 159 - 165.

10. Плешко, М.С., Крошнев, Д.В. Влияние свойств твердеющего бетона на взаимодействие системы «крепь - массив» в призабойной зоне ствола [Текст] // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2008. - №9. - C. 320-325.

Размещено на Allbest.ru