Научная статья

Original article

УДК 622.1:528.481

doi: 10.55186/2413046X_2022_7_2_71

ЦЕЛЕСООБРАЗНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ БОЛЬШОГО КОЛИЧЕСТВА GNSS ПРИЕМНИКОВ ПРИ МОНИТОРИНГЕ ЗА ДЕФОРМАЦИЯМИ ГОРНОГО МАССИВА НА ГОРЕВСКОМ СВИНЦОВО-ЦИНКОВОМ МЕСТОРОЖДЕНИИ

FEASIBILITY OF APPLYING A LARGE NUMBER OF GNSS RECEIVERS IN MONITORING DEFORMATIONS OF A ROCK MASS AT THE GOREVSKY LEAD-ZINC DEPOSIT 

Абдуллаева Анна Анатольевна, Институт горного дела, геологии и геотехнологий ФГАОУ ВПО «Сибирский федеральный университет», e-mail: cherpakova.anja@gmail.com

Еретнов Николай Валерьевич, аспирант кафедры «Маркшейдерского дела», Институт горного дела, геологии и геотехнологий ФГАОУ ВПО «Сибирский федеральный университет», e-mail: nikolay_eretnov@mail.ru

Боос Иван Юрьевич, ассистент кафедры «Маркшейдерского дела», Институт горного дела, геологии и геотехнологий ФГАОУ ВПО «Сибирский федеральный университет», e‑mail: yakovlenivan@mail.ru

Редькин Денис Валерьевич, Институт горного дела, геологии и геотехнологий ФГАОУ ВПО «Сибирский федеральный университет», e-mail: dini199@yandex.ru

Гуща Дмитрий Игоревич, ассистент кафедры «Маркшейдерского дела», Институт горного дела, геологии и геотехнологий ФГАОУ ВПО «Сибирский федеральный университет», e-mail: dima-gusha@mail.ru

Abdullaeva Anna Anatolievna, Institute of Mining, Geology and Geotechnology FSAEI HPE «Siberian Federal University», e-mail: cherpakova.anja@gmail.com

Eretnov Nikolay Valerievich, postgraduate student, Institute of Mining, Geology and Geotechnology FSAEI HPE «Siberian Federal University», e-mail: nikolay_eretnov@mail.ru

Boos Ivan Yurievich, assistant of the Department of «Mine surveying», Geology and Geotechnology FSAEI HPE «Siberian Federal University», assistant of the Department of «Mine surveying», e‑mail: yakovlenivan@mail.ru

Redkin Denis Valerievich, Institute of Mining, Geology and Geotechnology FSAEI HPE «Siberian Federal University», e-mail: dini199@yandex.ru

Gushya Dmitriy Igorevich, assistant of the Department of «Mine surveying», Institute of Mining, Geology and Geotechnology FSAEI HPE «Siberian Federal University», e-mail: Dima-gusha@mail.ru

Аннотация. Важным инструментом для оценки риска развития деформаций и нарушения устойчивости бортов и уступов, карьера и откосов отвалов является геомеханический мониторинг. В последние годы GNSS технологии в области мониторинга за сдвижениями горного массива набрали большую популярность. В данном исследовании произведена оценка качества измерений при использовании одного GNSS приёмника (за исключением базовых приемников, установленных на опорные пункты), последовательно устанавливаемого на рабочие реперы и результатов, полученных при одновременной установке множества GNSS приемников на всех реперах профильной линии. Сравнение производилось относительно классического геометрического нивелирования II класса, которое является наиболее надежным методом геомеханического мониторинга по профильным линиям. По результатам проведенного исследования обоснована важность одновременного использования GNSS приемников по всей профильной линии наблюдательной станции, путем сравнения разности абсолютных отметок, полученных посредством GNSS измерений при двух исследуемых методах съемки и геометрического нивелирования.

Abstract. Geomechanical monitoring is an important tool for assessing the risk of developing deformation and instability of the sides and ledges, open pit and dump slopes. In recent years GNSS technologies in the field of monitoring the movements of the mountain range have gained great popularity. In this study the quality of measurements and results were assessed by using one GNSS receiver (with the exception of base receivers installed at control points), that was sequentially installed on working benchmarks, and the results obtained when multiple GNSS receivers were simultaneously installed on all benchmarks of the profile line. The comparison was made with classical geometric leveling of class II, which is the most reliable method of geomechanical monitoring along profile lines. Based on the results of the study, the importance of the simultaneous use of GNSS receivers along the entire profile line of the observation station was substantiated by comparing the difference in absolute elevations obtained by GNSS measurements with the two survey methods and geometric leveling under study.

Ключевые слова: геомеханический мониторинг, наблюдательные станции, GNSS-измерения, глобальные навигационные спутниковые системы, оценка качества GNSS-измерений, Горевское свинцово-цинковое месторождение

Keywords: geomechanical monitoring, observation stations, GNSS measurements, global navigation satellite systems, GNSS measurements quality assessment, Gorevsky lead-zinc deposit

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время горнодобывающие компании имеют моральные и финансовые обязательства по недопущению аварийных ситуаций, а также юридические обязательства по охране труда. Согласно нормам законодательства, работодатели обязаны принимать все возможные меры предосторожности для обеспечения безопасных условий труда. Важным инструментом для оценки риска развития деформаций и нарушения устойчивости бортов и уступов, карьера и откосов отвалов является геомеханический мониторинг. Использование мониторингового оборудования не только облегчает задачу выявления источников опасности и риска, но также уменьшает опасения работников по поводу устойчивости пород, контролируемой опытным и компетентным персоналом. [10]

На сегодняшний день существует большое количество методик инструментальных наблюдений за развитием процесса сдвижения на реперах наблюдательных станций. Классические методы представляют собой наблюдения нивелированием высокого класса и измерением интервалов мерными компарированными лентами. В последние годы GNSS технологии в области мониторинга за сдвижениями горного массива набрали большую популярность. Так как на производство GNSS измерений влияет большое количество факторов, таких как ошибки аппаратуры (шум аппаратуры, ошибки времени, калибровка фазового центра), влияние атмосферных условий по трассе распространения сигнала, многолучевой фактор и др., для обеспечения точности измерений, удовлетворяющей требованиям (не более 15 мм) [1], съемку необходимо выполнять в режиме «статика». Это, в свою очередь, требует больших временных затрат (не менее 1,5 часов на каждом репере) или наличия большого количества дорогостоящего оборудования, чтобы проводить съемку одновременно на всех реперах наблюдательной станции.

В данном исследовании произведена оценка качества измерений при использовании одного GNSS приёмника (за исключением базовых приемников, установленных на опорные пункты), последовательно устанавливаемого на рабочие реперы и результатов, полученных при установке множества GNSS приемников одновременно на всех реперах профильной линии. Сравнение производилось с результатами классического геометрического нивелирования II класса, которое является наиболее надежным методом геомеханического мониторинга по профильным линиям.

Цель исследования состоит в решении вопроса о целесообразности и преимуществах одновременного использования множества GNSS приемников для геомеханического мониторинга за деформациями, по сравнению с применением одного, последовательно переставляемого приемника. 

ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

Для исследования использовалась профильная линия наблюдательной станции «Северо-Восток 1», расположенная на северо-восточном борту карьера Горевского месторождения (рисунок 1), состоящая из 8 реперов, один опорный (СВ1-1) и 7 рабочих (СВ1-2 – СВ1-8).

В начале работ от опорных пунктов маркшейдерской сети карьера (Исх-1 – Исх-3) были определены координаты опорного репера «СВ1-1» профильной линии. Схема определения координат опорного пункта «СВ1-1» приведена на рисунке 2.

На первом этапе работ было выполнено геометрическое нивелирование относительно опорного пункта, результаты которого являются контрольными для данного исследования (таблица 1).

Перед началом производства GNSS измерений, устанавливался приемник на опорный пункт «СВ1-1», который работал непрерывно в течение всего периода наблюдений. Общая схема производства GNSS измерений представлена на рисунке 3.

На втором этапе при работе, помимо базового приемника, установленного на опорном репере «СВ1-1», на профильной линии использовался лишь один GNSS приемник, который устанавливался на каждый рабочий репер последовательно. Съемка производилась в режиме «статика» со временем стояния на каждом пункте не менее полутора часов. Общее время проведения полевых работ составило 11 часов.

На третьем этапе работ GNSS приемники устанавливались одновременно на всех рабочих реперах исследуемой профильной линии. Съёмка производилась в режиме «статика» со временем стояния приёмников не менее полутора часов. Общая схема производства GNSS измерений представлена на рисунке 3. Суммарные временные затраты на производство полевых работ при данном способе составили около 2-х часов.

Для получения наиболее качественных результатов измерений высокоточные GNSS наблюдения производились с соблюдением ряда условий:

• Метод позиционирования – статика.
• Угол отсечки (маска высоты) – 15º.
• Продолжительность сеансов – не менее 120 минут.
• Интервал регистрации (эпоха) – 15 сек.
• Геометрический фактор GDOP – <5.
• Эфемериды – бортовые.

РЕЗУЛЬТАТЫ

 Обработка результатов GNSS измерений выполнялась в три этапа:

1. Предварительная обработка в системе WGS-84 – разрешение неоднозначностей при определении расстояний до наблюдаемых спутников.
2. Оценка точности геодезических построений.

Большое количество пунктов, имеющих координаты в двух системах, а также избыточные измерения, позволили с достаточной точностью получить координаты определяемых пунктов.

3. Уравнивание и трансформация полученных координат из WGS-84 в местную систему координат.

Результаты GNSS измерений по двум исследуемым методам представлены в таблицах 2,3.

Анализ, полученных при GNSS измерениях данных, производился путем сравнения значений абсолютных отметок реперов с отметками, вычисленными по превышениям геометрического нивелирования (таблица 4).

По значениям из таблицы 4 можно сделать вывод, что 1 метод имеет более значительные расхождения с геометрическим нивелированием. При использовании 1 метода съемки в мониторинге, данные результаты могут показывать большее расхождение по отметкам между циклами наблюдений, что ошибочно можно принять за начало развития деформаций на участках, охваченных зоной влияния реперов данной профильной линии. Значения разностей во 2 методе, наоборот, имеют значения не превышающие точности приборов, и более надежны для применения в мониторинге.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате проведенного исследования были сделаны следующие выводы:

Метод с использованием большого количества приемников даёт более точные результаты определения абсолютных отметок реперов наблюдательных станций благодаря взаимному уравниванию и сбору спутниковых данных в одних условиях (в среднем около 5мм в данном исследовании). Это является существенным для целей мониторинга, который требует большой точности производства измерений, что позволит корректнее определять параметры сдвижения массива, более точно установить момент начала деформаций откосов бортов и уступов на месторождении, и повысит безопасность ведения горных работ. Однако это требует приобретения большого количества дорогостоящих GNSS приёмников.

 Таким образом обоснована важность одновременного использования множества GNSS приемников для геомеханического мониторинга. 

Список источников

1. Инструкция по наблюдениям за деформациями бортов, откосов уступов и отвалов на карьерах и разработка мероприятий по обеспечению их устойчивости. // Л., ВНИМИ, 1971, – 187 с.
2. Итоговый технический отчет о результатах наблюдений по договору РА-Д-19-053 от 17.01.19. «Маркшейдерские наблюдения по профильным линиям наблюдательной станции» // Красноярск, ООО НИП «СИБМАРКПРОЕКТ», 2019, 47 с.
3. Инструкция по развитию съемочного обоснования и съемки ситуации и рельефа с применением глобальных навигаций спутниковых систем ГЛОНАСС и GNSS ГКИНП (ОНТА)-02-262-02. // Москва, 2002г
4. Методические указания по наблюдениям за деформациями бортов разрезов и отвалов, интерпретации их результатов и прогнозу устойчивости. // Изд. ВНИМИ, Л., 1987, – 116 с.
5. Антонович, К.М. А11 Использование спутниковых радионавигационных систем в геодезии. В 2 т. Т. 2. Монография / К.М. Антонович; ГОУ ВПО «Сибирская государственная геодезическая академия». – М.: ФГУП «Картгеоцентр», 2006. – 360 с.: ил.
6. Федеральные нормы и правила в области промышленной безопасности «Правила безопасности при ведении горных работ и переработке твердых полезных ископаемых» // Москва «ЗАО НТЦ ПБ», 2018
7. «Исследование и обоснование устойчивых параметров откосов уступов и бортов карьера Кия-Шалтырского нефелинового рудника при отработке месторождения на полную глубину». Отчет по НИР. ФГАОУВПО СФУ, 2011. – 200с.
8. «Геомеханическое обоснование параметров устойчивости откосов бортов, уступов и отвалов на Кия-Шалтырском нефелиновом руднике». Отчет по НИР. ООО «НЕДРАПРОЕКТПЛЮС» , 2017. – 107с.
9. Патачаков И.В., Гришин А.А., Еретнов Н.В. Использование спутниковых GNSS приёмников для наблюдения за сдвижениями на Кия-Шалтырском месторождении.- Московский экономический журнал, 2020, №9, с.125-135.
10. Руководство по проектированию бортов карьеров/ Под редакцией: Джон Рид, Питер Стейси – CRC Press/Balkema, 2009. – 509 с.

References

1. Instrukciya po nablyudeniyam za deformaciyami bortov, otkosov ustupov i otvalov na kar’erah i razrabotka meropriyatij po obespecheniyu ih ustojchivosti. // L., VNIMI, 1971, – 187 s.
2. Itogovyj tekhnicheskij otchet o rezultatah nablyudenij po dogovoru RA-D-19-053 ot 17.01.19. «Markshejderskie nablyudeniya po profil’nym liniyam nablyudatelnoj stancii» // Krasnoyarsk, OOO NIP «SIBMARKPROEKT», 2019, 47 s.
3. Instrukciya po razvitiyu s»emochnogo obosnovaniya i siemki situacii i reliefa s primeneniem global’nyh navigacij sputnikovyh sistem GLONASS i GNSS GKINP (ONTA)-02-262-02. // Moskva, 2002g
4. Metodicheskie ukazaniya po nablyudeniyam za deformaciyami bortov razrezov i otvalov, interpretacii ih rezul’tatov i prognozu ustojchivosti. // Izd. VNIMI, L., 1987, – 116 s.
5. Antonovich, K.M. A11 Ispol’zovanie sputnikovyh radionavigacionnyh sistem v geodezii. V 2 t. T. 2. Monografiya / K.M. Antonovich; GOU VPO «Sibirskaya gosudarstvennaya geodezicheskaya akademiya». – M.: FGUP «Kartgeocentr», 2006. – 360 s.: il.
6. Federal’nye normy i pravila v oblasti promyshlennoj bezopasnosti «Pravila bezopasnosti pri vedenii gornyh rabot i pererabotke tverdyh poleznyh iskopaemyh» // Moskva «ZAO NTC PB», 2018.
7. «Issledovanie i obosnovanie ustojchivyh parametrov otkosov ustupov i bortov kar’era Kiya-SHaltyrskogo nefelinovogo rudnika pri otrabotke mestorozhdeniya na polnuyu glubinu». Otchet po NIR. FGAOUVPO SFU, 2011. – 200s.
8. «Geomekhanicheskoe obosnovanie parametrov ustojchivosti otkosov bortov, ustupov i otvalov na Kiya-SHaltyrskom nefelinovom rudnike». Otchet po NIR. OOO «NEDRAPROEKTPLYUS», 2017. – 107s.
9. Patachakov I.V., Grishin A.A., Eretnov N.V. Ispol’zovanie sputnikovyh GNSS priyomnikov dlya nablyudeniya za sdvizheniyami na Kiya-SHaltyrskom mestorozhdenii.- Moskovskij ekonomicheskij zhurnal, 2020, №9, s.125-135.
10. Rukovodstvo po proektirovaniyu bortov kar’erov/ Pod redakciej: Dzhon Rid, Piter Stejsi – CRC Press/Balkema, 2009. – 509 s.

Для цитирования: Абдуллаева А.А., Еретнов Н.В., Боос И.Ю., Редькин Д.В., Гуща Д.И. Целесообразность применения большого количества GNSS приемников при мониторинге за деформациями горного массива на Горевском свинцово-цинковом месторождении // Московский экономический журнал. 2022. № 2. URL: https://qje.su/nauki-o-zemle/moskovskij-ekonomicheskij-zhurnal-2-2022-5/

© А.А. Абдуллаева, Н.В. Еретнов, И.Ю. Боос, Д.В. Редькин, Д.И. Гуща, 2022. Московский экономический журнал, 2022, № 2.