Для обеспечения устойчивости и безопасности вертикальных стволов на всех этапах — от проходки до завершения эксплуатации — требуется постоянный контроль за поведением горного массива и несущих конструкций. Геомеханический мониторинг позволяет своевременно выявлять деформации, прогнозировать развитие опасных процессов и обосновывать меры по поддержанию стволов в работоспособном состоянии.
Цели и задачи мониторинга
Основная цель — получение достоверной информации о напряжённо-деформированном состоянии (НДС) системы «массив — крепь — армировка» для принятия проектных и эксплуатационных решений. В задачи входят:
Этапы проведения мониторинга
На стадии строительства мониторинг сопровождает проходку забоя и возведение крепи. Контролируются смыкание породного контура, нагружение временной и постоянной крепи, температура твердения бетона (при монолитном бетонировании) и эффективность тампонажа затюбингового пространства.
В период эксплуатации наблюдения ведутся в режимном режиме с заданной периодичностью. Особое внимание уделяется участкам сопряжений ствола с околоствольными дворами, зонам тектонических нарушений и интервалам с неустойчивыми породами.
При ведении очистных работ вблизи ствола мониторинг позволяет оценить влияние очистной выемки на НДС массива в зоне влияния ствола и своевременно скорректировать порядок отработки целиков.
Методы и средства измерений
Современный геомеханический мониторинг вертикальных стволов базируется на комплексе инструментальных методов.
Геодезические методы:
Стволовая маркшейдерская съёмка позволяет контролировать положение проводников армировки, что критично для безопасной работы подъёмных сосудов.
Геофизические методы:
Контрольно-измерительная аппаратура:
Интерпретация данных и прогноз
Собранная информация обрабатывается с использованием геомеханических моделей, построенных на основе методов механики сплошной среды (МКЭ, МКР). Сравнение фактических данных с расчётными параметрами позволяет:
Критерии оценки состояния включают предельно допустимые скорости смещений и накопленные деформации, регламентируемые отраслевыми нормативными документами.
Примеры реализации
На рудниках с глубинами более 1000 метров (Талнахское и Октябрьское месторождения, рудник «Скалистый») системы геомеханического мониторинга встроены в общую автоматизированную систему диспетчерского контроля. Данные с датчиков поступают в режиме реального времени, что позволяет оперативно реагировать на изменения геомеханической обстановки.
При проходке стволов в условиях многолетнемёрзлых пород (месторождения Якутии) мониторинг включает контроль за оттаиванием массива вокруг ствола и тепловым режимом работы крепи.
Геомеханический мониторинг вертикальных стволов — обязательный элемент современной системы промышленной безопасности. Интеграция данных маркшейдерских, геофизических и инструментальных наблюдений с численным моделированием позволяет перейти от реагирования на уже произошедшие деформации к прогнозированию поведения системы «массив — крепь» и своевременному планированию профилактических мероприятий.
Фото: https://www.911metallurgist.com/
Цели и задачи мониторинга
Основная цель — получение достоверной информации о напряжённо-деформированном состоянии (НДС) системы «массив — крепь — армировка» для принятия проектных и эксплуатационных решений. В задачи входят:
- контроль смещений породного контура и деформаций крепи;
- оценка изменения горного давления в процессе углубки и отработки околоствольных целиков;
- выявление зон концентрации напряжений и потенциально опасных участков;
- верификация расчётных геомеханических моделей;
- обоснование сроков и объёмов ремонтно-восстановительных работ.
Этапы проведения мониторинга
На стадии строительства мониторинг сопровождает проходку забоя и возведение крепи. Контролируются смыкание породного контура, нагружение временной и постоянной крепи, температура твердения бетона (при монолитном бетонировании) и эффективность тампонажа затюбингового пространства.
В период эксплуатации наблюдения ведутся в режимном режиме с заданной периодичностью. Особое внимание уделяется участкам сопряжений ствола с околоствольными дворами, зонам тектонических нарушений и интервалам с неустойчивыми породами.
При ведении очистных работ вблизи ствола мониторинг позволяет оценить влияние очистной выемки на НДС массива в зоне влияния ствола и своевременно скорректировать порядок отработки целиков.
Методы и средства измерений
Современный геомеханический мониторинг вертикальных стволов базируется на комплексе инструментальных методов.
Геодезические методы:
- высокоточное нивелирование реперов в стволе и на устье для выявления вертикальных смещений;
- измерение горизонтальных смещений ствола с помощью отвесов и координатных привязок;
- лазерное сканирование внутренней поверхности ствола для построения 3D-моделей и выявления отклонений геометрии.
Стволовая маркшейдерская съёмка позволяет контролировать положение проводников армировки, что критично для безопасной работы подъёмных сосудов.
Геофизические методы:
- акустический контроль целостности крепи и выявления зон нарушения контакта «крепь-порода»;
- электрометрические наблюдения для оценки обводнённости массива;
- сейсмоакустический мониторинг для регистрации динамических событий (микроударов, горных ударов).
Контрольно-измерительная аппаратура:
- глубинные реперы и экстензометры для измерения смещений пород за крепью;
- датчики давления (струнные, тензометрические) в контакте «крепь-порода» и в теле крепи;
- термодатчики для контроля температурного режима (актуально при замораживании или эксплуатации в условиях вечной мерзлоты);
- инклинометры для измерения наклонов ствола.
Интерпретация данных и прогноз
Собранная информация обрабатывается с использованием геомеханических моделей, построенных на основе методов механики сплошной среды (МКЭ, МКР). Сравнение фактических данных с расчётными параметрами позволяет:
- уточнять физико-механические свойства пород;
- корректировать прогноз развития смещений во времени;
- выявлять стадии необратимых деформаций и назначать ремонтные мероприятия.
Критерии оценки состояния включают предельно допустимые скорости смещений и накопленные деформации, регламентируемые отраслевыми нормативными документами.
Примеры реализации
На рудниках с глубинами более 1000 метров (Талнахское и Октябрьское месторождения, рудник «Скалистый») системы геомеханического мониторинга встроены в общую автоматизированную систему диспетчерского контроля. Данные с датчиков поступают в режиме реального времени, что позволяет оперативно реагировать на изменения геомеханической обстановки.
При проходке стволов в условиях многолетнемёрзлых пород (месторождения Якутии) мониторинг включает контроль за оттаиванием массива вокруг ствола и тепловым режимом работы крепи.
Геомеханический мониторинг вертикальных стволов — обязательный элемент современной системы промышленной безопасности. Интеграция данных маркшейдерских, геофизических и инструментальных наблюдений с численным моделированием позволяет перейти от реагирования на уже произошедшие деформации к прогнозированию поведения системы «массив — крепь» и своевременному планированию профилактических мероприятий.
Фото: https://www.911metallurgist.com/