автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.01, диссертация на тему:Разработка методики контроля и прогноза устойчивости откосов карьеров и горнотехнических сооружений на основе комплексных натурных наблюдений

ргв од 1 3 июн 1995

Государственный комитет Российской Федерации по высшему образованию Уральская государственная горна-геологичестм академия

на правах рукописи

Киселёв Владимир Алексеевич

РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ КОНТГОЛЯ И ПРОГНОЗА УСТОЙЧИВОСТИ ОТКОСОВ КАРЬЕРОВ И ГОРНОТЕЛВЛШОКИХ СООРУШШ НА ОСНОВЕ КОМПЛЕКСНЫХ НАТУРНЫХ НАБЛЮДЕНИЙ

Специальность 05.15. 01 - Маркшейдерия

Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

Екатеринбург - 1995

Работи выполнена в Уральской государственной горно-геологическоЛ академии

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор

Туринцев Ю. И.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Кашшков Ю. А.

1илдидат технических наук Лукичев В. Г.

Ведушре предприятие - АО " Ураласбест "

Защита диссертации состоится ПШ>1 i'jys г.

и /З^зоов га засул'-"'»11' длсоергшшоиного совета К ибЗ, ОЗ. 03 в Уральской государственной горно-геологической академии но адресу: 6S0144. г. ркте-ринбург, ул. КуЛбышвва, У0.

С диссертацией ыокно ознакомшься ь библиотеке Уральской государственной горно-геологической академии.

Автореферат равоел-ш "25» М&Р iuys г_

Учоный секретарь

диссертационного еос-ет;!

/1 ,■< -¿У ,

.-Г'/л

У/

В. 11 Тшлькин

■ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАЮТЫ

Актуальность работы. Для современного этапа развития горнодобывающей . отрасли характерно вовлечение в разработку месторождений со сложными горно-геологическими уело виями, 'увеличение глубины и повышение интенсивности ведения горных работ. В сложившихся обстоятельствах кое большее значения приобретают проблемы обеспечения безопасности^, эффективности Ее дения работ горного производства . Одной ив составных частей этих проблем является проблема устойчивости бортов карьеров л инженерных сооружения, решение задач которой связано с необходимостью получения техническими службами предприятий постоянной инйоршишт о состоянии и параметрах: объекта управления.

В соответствии с Законом Российской Федерации "о нт'фпх" именно на маркшейдерскую службу возложено приведение коиллеиеа наблюдений, "достаточных для обеспечения нормального технологического цикла работ и прогнозирования опасных ситуаций". Тем самым подтверждена важность разработки методов контроля и прогноза, дающих информацию об изменениях в состоянии откосов и других инженерных сооружений на карьерах.

Практика показывает, что наибольшей достоверностью характеризуются натурно-экспериментальные методы контроля и прогноза, использующие данные инструментальных наблюдений за деформированием откосов во времени и в пространстве. Однако неполная разработанность нормативных показателей контроля, необоснованность структуры этапов процесса нарушения устойчивости откосов и их определений, недостаточная эффективность и комплексность измерений контролируемых величин, сложность интерпретации получаемых данных существующими методиками контроля и прогноеа обусловливают необходимость в дальнейшем совершенствовании средств наблюдений, методик обработки и анализа поступающей инфори-здш и определяют актуальность работы.

Цель работы заключается в' установлении нормативных показателей процесса нарушения устойчивости откосов горнотехнп-

чеоких сооружений и соаданин алгоритмов обработки результатов комплексных натурных наблюдений еа раввитием деформаций для разработки методики контроля и прогноза устойчивости откосов карьеров и горнотехнических сооружений, обеспечивающей повышение эффективности и бевопасности эксплуатации ь.эсгорождений полезных ископаемых открытым способам.

Идея работы состоит в том, что установленные эаконо-мериости деформирования откосов рассматриваются как нормативные показатели процесса нарушения их устойчивости, а ревульта-ты комплексные натурных наблюдений ва деформациями - как временные ряды, на основании исследования которых с помощью статистических критериев и принципов самоорганизации моделей выполняются контроль и прогноз устойчивости откосов карьеров и горнотехнических сооружений.

Методы исследования включали аншшв и обобщение отечественного и аарубежного опыта результатов натурных наблюдений и моделирования; вероятностно-статистические методы обработки данные.; элементы теории подобия, распознавании образов и самоорганизации моделей.

Научные положения, (защищаемые в дисеертаиион-ной работе, и их невинна:

нормативные показатели процесса нарушения устойчивости и его этапная структура,отличающееся тем, что основными отапами про цесса следует счл-хать стадии, субстадии и фазы, характеризующие качественный и количественный уровни оценки состояния откосов, аналитические зависимости и числовые параметры которых объединены в обобщающую таблицу, позволяет контролировать состояние объектов в любой момент времени;

алгоритм определения критических скоростей дс-формнроьания откосов путём переноса результатов имеющихся случаев обрушений на наблюдаемые откосы с использованием теории подобия, отличающийся тем, что аналогия устанавливается с помощью интегрального показателя, в качестве которого предлагается вычисляемое в области критериев подобия расстояние между изученным и изучаемым объектами, позволяет избежать неопределённости в установлении подобия;

г

алгоритм определения границ и гладов функциональных зависимостей, кинематических показателей от времени отдельных этапов процесса нарушения устойчивости по результатам натурных наблюдений на развитием деформаций, отличающийся тем, что в качестье основного критерия наличия границ предлагается использовать критерий однородности рядов наблюдений, а вид функциональных зависимостей устанавливается по "внешнему" критерию минимума смещений моделей, повволяег учитьшать всю совокупность результатов наблюдений и объективно получать единственную и оптимального вида функцию;

методика прогноза деформаций инженерных сооружений, отличающаяся тем, что результаты наблюдений рассматриваются как случайная функция, на основе канонического_ раеломения которой получаются аналитические зависимости для формирования прогнозных функций, позволяет выпол-— пять прогноз и вычислять его 'ошибки.

Практическая ценность результатов работы состоит в создании методического обеспечения контроля и прогноза состояния устойчивости откосов но результатам наблюдений ва их деформированием, включающего: методику обработки результатов намерений деформаций, позволяющую определять границы и вид функциональных гависимоетей деформаций от времени каждого этапа процесса нарушения устойчивости; методику сравнения информационных параметров с нормативными показателями, обеспечивающую возможность определения атапа процесса нарушения устойчивости; методику прогноза деформаций откосов карьеров и горнотехнических соо-ру.Уйний для вычисления значений прогнозируемых параметров на основе натурных наблюдений; разработку комплексных средств иэме-рений деформаций откосов карьеров и горнотехнических сооружений.

Достоверность научных положений и выводов подтверждается: согласованием теоретических разработок с данными других исследователей; хорошей сходимостью результатов расчетов с натурными наблюдениями.

Реализация работы. Предложенные методики использованы при контроле и прогнозе устойчивости бортов карь-

3

еров Сорского молибденового и Башкирского медно-серного комбинатов. Разработанные средства измерения деформаций и методики применялись дли контроля и прогноза устойчивости откосов дамбы хвостохранилишд обогатительной фабрики ГОКа "Эрдэнзт" (.Монголии) и деформирующихся инженерных объектов на ~ползневом склоне Оиме-изских очистных сооружений (г. Ялта, Украина). •

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы догладывались и получили одобрение на технических совещаниях УКСа исполнительного комитета г. Ялты (г. Ялта,-1691 г.), комбината "Эрдэнэт" (г. 'Ординат, 1953г.), на Международной конференции по механике горных пород (г. Москва. 1993 г.), Всероссийской конференции по управлению напряженно-деформированным состоянием массива при открытой и подземной разработке месторождений полезных ископаемых (.Екатеринбург, 1994).

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано Л работ.

Объег работы. Диссертационная раоота состоит из введения, четырех разделов, заключения и двух приложений, изложена на 132 листах машинописного текста, содержит ак рисушса. 19 таблиц, список использованной литературы из 144 наименований.

основной -еодЕргитз работы

Для успешного решения вопросов управления устойчивостью откосов необходима постоянная информируемость технических слуко предприятий о состоянии системы выработка - массив горных пород. Такую информацию предоставляет геомеханический контроль, под которым понимается комплекс методов и средсгЕ, обеспечивающих получение оперативной информации о состоянии горнотехнических объектов. Согласно Б. С. Яядакову контроль предусматриьаст установление соответствия между определенными свойством: осге.'сгсв (ин&;рмаци-онными параметрами) и заоанее устаковл9ннши?рсбсЕаиг.Я1.!и (нормативами).

В маркшейдерской практике в качестве информационных парамет-

4

ров используется деформации так интегральные показатели, аккумулирующие б себе всю совокупность влияющих факторов и горио -геологических условий. Однако, сопоставляя текущие значения с критическими параметрами, т. е. применяя положения феноменологических теорий прочности, трудно конт! „пировать состояние объектов во время' всего процесса нарушения устойчивости, т. к. разрушение представляет собой н<?. мгновенное событие, а постепенный кинетический, термоактивационный процесс, развивающийся при значениях контролируемых параметров нике критических. В этом случае проблема устойчивости откосов рассматривается в 'контексте общей теории устойчивости систем, и основными информационными параметрами являются удельная энтропия, кинетическая энергия и т. п. По проведение контроля с использованием этих величин затруднительно в силу сложности их измерения в натуре. В этой связи возникает вопрос о возможности использования поверхностных деформаций в ка~ • честве информационных параметров контроля устойчивости откосов при принятии положений кинетических теорий прочности.

Контроль устойчивости откосов на основе наблюдений за деформациями связан с необходимостью иметь высокоточные и эффективные средства и методы их измерения. Анализ применяемых методов покарал, что использование ' каких-то отдельных средств и методов не позволяет эффективно контролировать устойчивость откосов. Поэтому вопрос о соедании комплексных методов измерений деформаций требует своего рассмотрения.

В соответствии с логической схемой контроля ещё одним аспектом его проведения является задача формирования нормативов процесса нарушения устойчивости откосов. В настоящее время в качестве основных нормативов используются критические значения кинематических параметров (величины деформаций, их скоростей и т. п.). Однако недостаточная разработанность и отсутствие обоснованной структуры нормативов обусловливает необходимость проведения соответствующих исследоваьий.

Сопоставление текущих параметров с нормативами, как правило, выполняется путем сравнения результатов последних наблюдений с критическими значениями. В то ке время для более надёжного опре-

5

деления состояния откосов следует учитывать всю совокупность результатов, что приводит к необходимости разработки специальны;: методов обработки данных и алгоритмов сравнения.

Контроль устойчивости откосов позволяет ответить на вопрос, в каком состоянии находится изучаемый объе:т в текущий момент времени. Однако для успешного решения задач управления устойчивостью откособ требуется определенный вапас времени,достаточный дли разработки и осуществления противодеформациошшх мероприятий. В евн-ви с этим особую ватаость приобретает прогноз, под которым понимается научно обоснованное суждение о возможных состояниях объекта в пространстве и во времени.

Вопросы прогноза устойчивости откосов рассматривались в работах Г. Л. <£исенко, М. Е. Певзкера, И. И. Попова, Б. Г. Афанасьева, ' В. Т. Сапокникова, Ю. И. Туриицева, 3. И. Пуккарева, 0. И. Попова, Р. П. С;'зтова и др. Однако, как погашал аналив литературных источников, в некоторых аспектах эти вопросы недостаточно разработаны. Это объясняется тем, что внимай .е большинства исследователей сосредоточено "а совершенствовании методов, иснованнкх на теории предельного равновесия, предназначенных для оценки устойчивости,

Ряд исследователей А. М. Гальперин, А. И. Ильин, В. А. Яадукоь. Ю. И. Туринцеъ, А. В. Шмонин, II ¡1. Мзслов, Г.А.Андреев, 3. № Добров и др. . испольэуя различные динамические характеристики и '"'."еретические модели деформирования породных массивов, получили математические вависшл-сти для определения скоростей деформирования откосов. Но яследстзие скачкообразного характера развития процесса нарушения устойчивости,- сложности определения динамических параметров и схематизации теоретических моделей создать достаточно, эффективные методы прогноза не удалось.

Очевидно надёжные модели прогноза мог^т быть созданы па основе зьанпя закономерностей развития процесса наруденнл устойчивости и результатов натурных . наблюдений за девормидилми откосов, что предусматривает создание математических моделей и алгоритмов обработки данных, учитывавших возможные изменения параметров прогнозируемых процессов.

В соответствии с изложенным проведенные автором исслс-дова-

6

пия предусматривали решение олидующих еъдпч! обосновать тип информационных параметров, используемых при контроле- и прогноз«; устойчивости откосов; сформировать нормативные показатели и разработать методики определения критических величии отдельных -этапов процесса нарушения устойчивости; разработать алгоритм орлы:«? -яия контролируемых величия с нормативными покозътс-лями; раграос •гать эффективные методы и средства проведения домпдекгних наблюдений за деформациями откосов; разработать мпгодгжу прогг.гиа устойчивости откосов карьеров и горнотехнических соору.'вкк-л ип результатам комплексных натурных паолюдений за и>: дв^рикровнии-ем.

ОбоснЬванный выбор информационны? параметров контроля уп'еол-чивости откосов базируется на общей теории устойчивости систем, рассматривающей процесс потери устойчивости как превышение приравняю работы внешних сил изд приращением 'гнугрошюп и'^-рпш системы. В качестве критерия уотойчиЕости предлагается использовать величину приращения кинетической анергии Л К. Если АН» О, то происходит разрушение системы, если ЛК<0, то спетсмч устойчива. Выражение для подсчета приращения дК при решении задач устойчивости откосов имеет следующей вид.' ' ^ г

дк~(д£) д 3 ( м/1а - е п1 )/2, м)

где 1 - смещение верхней границ уступа, м; " ■

М - модуль спада, МПа, характеризующий крутизну запредельной ветви деформирования пород в области поверхности смещения мощностью 1а,м и площадьюдЗ, м2;

Е - модуль деформации пород призмы обрушения, 1Шп, мощностью

1*. м;

г

До- площадь поверхности еколькения, м .

Анализ выражения (1) показывает, что поскольку в задаче лить один неменяющийся параметр - , то, выполняй маркшейдерские наблюдения за развитием деформаций откосов, можно выполнять контроль за их устойчивостью, опираясь на положения кинетических теорий прочности.

, Формирование нормативных показателей основывается на анализе закономерностей процесса нарушения устойчивости различных горно-

п

технических ибъектор. Исследования результатов наблюдений аа де-формировинием откосов карьеров покакали, что этот процесс имеет опеделенниэ щомизиутки вр^м-гни. в преде ля/ которых характер развития остается неигшнним. Это позволяет выделить угнанные временные проме.иутки в отдельные этапы, С4*1 табулировать их определения и установить параметры, которыми они характеризуются.

Согласно обаргрикуггоЛ терминологии, промежутки времени в развитии чего-.г.йо. свои качественные особенности, цазыса-

югся стадиями. Токвмк .т^ме кутками квлятеся этапы, в пределах которых г.рсцусс |;.1ру»о!кл >стойч;шэста характеризуется одной кзп-равл'-шпотьк; ' не-.Х'Уаанке О иди убывание:а 4 0 ) развития процесса, и оироделл.чгся как с; т а д и и . Кроме направленности процесса, другим качественным показателем является характер скорости деформирования в пределах отдельной стадия. Следовательно, отдельные промежутки вымени внутри стадии, в пределах которых скорость г"стояина пли ромеина, определяются глк с у о с т а ди-и. Количественный уровень оценки состояния откосов характориоу-ется конкретными значениями .д.-формаций, скоростей, ускорений и - коэффициенте!, устойчивости, изменение которых обусловлено каче-с?-венными ивменениими состояния массива горных пород. 3 соответствии о от им часть суОстадки, хариктер1к>укдаяся определенными значениями кинематических парамитроь, коэффициентов устоАчккисти и видом функциональных ^агисимоотей, предлагается определить как фаз у. Структура атапов и ¡¡орь.атпвпые нока&атели представлены с, обобщающей тас :ице, где гршищы установленных &таяов ягдяюгея точечными нормативами, а функциональные ьависимзсти, отражающие характер и направленность развития процесса г, пределах этапов, относятся к интервальным нормативам.

Геомеханический контроль предполагает .многоточечные измерения на большой плоадди в течение длительного времени и передачу информации от каждого участка на значительные расстояния. Нз представленных вьше основных характеристик процесса нарушения устойчивости откосов видно, что использование одного способа наО-люденил за деформациями ( геодезического, инженерного, горно -

8

сос:

Качест

члн процесса нарушения устойчивости откосов

¡гое и их название (обозначение)

I - подгс-тозителъкай а О

¡II- основного ; смешения

I

! а = соп£^

1М - стабилизации а 4 О

Субсталии] 1 - скрытая

^сопэ!

Количественный

Фагы

! £<гМ!Е -2-1С. | !... 240

|у=о | У=У„

а=0 | а=0

п >1,з!п =1,3.

- активная

Г _•-,< р I Г \ Г.

. . . 51 и"!

п,=1,15

а^а.

п-1.05

.;.1,05 1,0

^критическая • 1-замедления

V — 1г*э.л

'.'¿ссг^

2--равновесия !

i

У=С0П21 !

j

У>\' *р

а?о

£ч С* Г

с

а<0 ! а/а, ]

у-о |

а-0 ¡' а-0 :

[римэчакие. У,а - скорость и ускорение смешений д«формаций;£- деформации; п - показатель степени;

пу- коэффициент устойчивости; т - средняя кр.адратическоя ошибка определения скорости

технического ил;; геофизического ; не целесообразно, т. к. требуется проводить различные по точности и оперативности измерения, й иг ой спяэи наблюдения еа деформациями откосов карьеров и горнотехнических сооружении, при проведении контроля и прогноза их устойчивости, предлагается выполнять ком"сексом систем, вклгачаю-!щм геодезические приборы и инленерные системы. В соответствии с этим в качестве элемента. такого комплекса предлагается специальная конструкция деформационного репера, включающего в себя инженерную систему САЙД-С02 для автоматического измерения деформаций на начальном и конечно:,; этапах развития процесса нарушения устойчивости и отражатель геодезической системы, используемый для определения смещений д9'4>.:.рмациснпого репера в пространстве ( рис.

1.а )■

Структурная схема С'ЛИД-002 представлена на рис. 1,6. Точность измерений изменений линейных параметров объектов составляет 1...2'мм, дельность передачи информации по радио каналу - 6... 10 км, автономность работы - 1 год. .истема состоит из серийно выпускаемых моду,-эй: измеритель разности фаз Ф2-54Ц; приемопередатчик с частотой Г = 2? КГц; датчики представляют собой высокоточные бесконтактные вращающиеся трансформаторы типа ЬБВТ-П. Для повышения надежности результатов в определенных условиях нредла-гается использовать систему СДД - 0,6, разработанную на той же модульной базе, ко имеющую кабельную линию связи ( рис,1, в ].

Одним из тс вечных показателей процесса нарушения устойчивости откосов является величина критической скорости деформирования, достижение которой сопровождается обрушением откосое. Определение этой величины предлагается осуществлять путем перекоса результатов наблюдений за уке произошедшими обрушениями на изучаемой объект, с использованием теорий подобия и распознавания образов.

В качестве критериев подобия предлагается использовать семнадцать показателей, объединенных в три группы:

1. Критерии геодипампческого ¡подобия - характеризуют изменение состояния свойств пород откосов:

П1 = С/ УН; 12 = ; ПЗ - V/ IН; Л17 = ]о , (2)

10

Рис. !. системы комплексного измерения деформаций и ее

соотавдявккз: а -. деформациошщй репер- о - струп-туоная схема системы Сайд - 002: в - структурная ск&ка системы СМ - О.Ь: 1 - корпус репйра; 2 - пр0-тиЕ0сесГв - ккив; 4 - датчик; 5 - приема передатчик; 6 - антенна; 7 - отражатель; 8 - эле.-ктоокно-оптический прибор; 3 - грунтовый репер: ИГ - защитный корпус; 11 - гибкая тяга, 1 - гибкая тяга; и,..,. 0„- даТчйки; ФАД - формирователь адреса Л'.чншМх; ПрП - приемопередатчик; ДШ - дешифратор; ■ уу - упрдвляюшее устройство; Иб - измерительный Одок-.'ДУ - дисплейное устройство; ШЧ - генератор опорной частоты

где С - сцепление пород, ¡/.Па;

Ü - объемный вес пород, ,\Ш/м® ; Н - высота уступа, м;

- кинематический коэффициент вязкости пород, м2/с ; М - морфология поверхности скольшиия, к/с*.

2. Критерии диалогического подобия

114 - j ; iis == j ; п6 = j ; п16 = , (3)

р l

где J , J , J , s9 - индекса пластичности, текучести, хи-Р 1- SiOj

мичеекого состава трещин, угла внутреннего • трения пород соответственно.

3. Критерии геометрического подобия:

ГС? J ; П8 = ; К9 = J ; ШО = j/, nil = J ;

m т с* а у

л12 = j^; п13 = cxf ; ш4 --ув ; п15 = к, (4)

где J , J , J , J,, J , J ,o/,ß, К - индекс мощности зоны ос.ггЛлс-

т т я я d f / ния; индекс трещины; индекс ширины захвата; модули тревдшовато-

сти, обводнённости, профиля откоса; угол откоса-, угол падения тектонического нарушения; кривизна поверхности .сколь»,ешш.

Подобие между изученным (с установленной величиной критической скорости) и изучаемым объектами устанавливается по минимуму величины эвклидова расстояния в п - мерном пространстве признаков по формуле м N

S(P.< f.» -<££»„*„ <Pn - м , (5)

где w - весовые коэффициенты свойств, характеризующих знаки

л-го свойства среди остальных N ■= 17,

^-tS,i:i(l/S'na))-1 ; (6)

f - n-й критерий m-ro аналога А-го базового об'ьекта; Р - n-й критерий изучаемого объекта; G* - дисперсии rv-ro свойства^

J. CV)

чимость

<Гг= (¿f* )/м - (i/MZf, 2

ген т.1'

где Ы - число реализаций) А1-го класса (например, количество

профильных линий или реперов, по которым определяется Укр).

Величина критической скорости деформирования откосов принимается равной соответствующей характеристике того объект-аналога, эвклидово райстоУшие 3(Р,А;) до которого минимально.

Кроме кри?ических скоростей деформирования ' откосов, особыми

точ1самы процесса нарушения устойчивости являются границы отдельных этапов ( стадий, субстадий и фаз ), определение которых предлаг-^ ется осуществлять по критерию однородности рядов наблюдений,кото рые последовательно подразделяются на отдельные группы п-1 и 1 и сравниваются между собой с помоьтыо величины и»: °

_ а

и

г п(п-г)е

( 0)

где х(-- значения временного ряд;

п - число наблюдений на момент выполнения оценки; 1 - число значений в первой группе. ?

Величина М. распределяется по аакону ПирсонаХ где ЪС -с

уровень значимости; 0 - число степеней свободы ^ - 1. Коли, так и, < X . то гипотеза об однородности обеих частей ряда верна, т.е. границ нет. Б противном случае гппотепа об однородности отклоняется, т.е. с ряду данных имеется граница.

Полученные границы этапов предоставляют возможность проводить контроль устойчивости по интервальным нормативам.- Однако н отом случае необходимо выполнить предварительную подготовку ре эультатов, ваклгсчаюиуюея в аппроксимации текущих данных определенными математическими выражениями, дальнейший аналиэ которых поо-волит установить этап, з которой находится процесс. Для автоматического получения математических моделей по экспериментальным данным предлагаете» одновременно использовать два критерия: минимума суммы кьадрато.е отклонений значений предлагаемой функции от исходных данных ( критерий наименьших квадратов ) и минимума суммы квадратов отклонений предлагаемых функций на разных участках исх'одннх данных - "минимума смещения", вычисляемого по формуле:

где У , У - предлагаемые модели на обучающей А и проверочной "В последовательностях.

По критерию п^проиояодит ^перебор множества частных йначрний степенного полинома у - ао + Д^а;^ , значения коэффициентов которых вычисляются по методу наименьших квадратов. Иэ всех полино-

2

мзв выбирается тот, для которого псм будет минимальный.

Яаложсшкые решения поставленных ьадач позволят' предложить алгоритм проведения контроля устойчивости откосов по° результатам измерений их деформаций ( рис. Я,а ).

В силу того, что при управлении устойчивость» откосов иесо-ходимо иметь опережающую информацию, то наиболее приемлемой схемой прогноен является экстраполяция. В этом случае, основным вопросом экстраполяции является определение математического пираже-ния, исследуя которое, можно получить информацию о возможном состоянии объекта. Получение этого выражения связано с решением

ряда задач: установление границ участков временных рядов, где »

прогнозная функция остаётся неизменной; определение, по результатам наблюдений, влда и параметров прогнозной функции. Из перечисленных выше аадач видно, что все они пешены при рассмотрении вопросов организации контроля. В этой евлгзи прогноз устойчивости откосов карьеров и горнотехнических сооружений предлагается проводить по следующему алгоритму ( рис. 2,6 ).

В качестве примера применения методик контроля и прогноаа устойчивости на рис. 3 представлены результаты наблюдений за деформациями скальных откосов участка " Разлом" карьера Сорекого молибденового комбината. При анализе имеющихся данных границы этапов не обнаружены, т.к. U£,< 2,71. Базовая функция при 6,62 имеет следующий вид: 16,07 + 0,S9 t , мм. Следовательно: V *• ;d§/ dt = 16,07 мм/мес, т.е. V w oenat, V - Ve ; a. - dV/dt - О мм/мес . В соответствии с таблицей нормативных показателей процесс нарушения устойчивости находится в подготовительной стадии, скрытой субстадии в фазе " б ", коэффициент устойчивости ориентировочно равен 1. 3... 1, 1Б.

Прогнозируемая величина смещения (t *■ L ) при интервале уп-f—■

реждения à - в мес. составляет:

|(32 + 6) - 1Б,0? + 0,29 (32 + 6) - 26,1 мм. Яши?ичеекая величина смещений составила 80,4 мм, а ее интервальная оценка, при квантиле распределения Студента t, 3,06 и

средней квадрат^ческой ошибке прогноза m- - 2,7 ым,равнялась

$

20,3... 31,9 мм. Та' чм образом, отклонение прогнозного значения от фактического объясняется ошибкой измерения смещенйй.

а)

i • Исходные ! i намерения_j

Her .^-'"Нзли'-нкГ"

Оценка коэффициентов аппроксимирующих _функций_

.. i i.__ ..........

;равкэнке re кущ™

показателей с норматива),m

Выполнить 2-е последующа серии наблюдений

ZZZZZZ]---

Конец

б)

Г ЛтГШ.-Ч 1ТО ^'-.ТТТ'ГЧ -TiTf-r-^T

I './ПЬС ДС.'АСГ Л,:/<Г ,

I прогпозкой .(Ьункции

i OnsHi'"сзийиъ'изктсв [ прогнозной функции

I г

Вычисление прогнозно ¡го значения {^ошибки ¡ прсгцоза ¡

I <Г ревения^рб

J

Dt ГГГГЛ ТТТ ТГТГТ1 т.

послелэтоше £ерпи ¡ i -

FííC. АЛГОРИТМЫ КОНТРОЛЯ И ПрОГНОс горно те хниче ских с оооуже ний: 5 - алгоритм прогноза

за устойчивости откосов и а - алгоритм контроля;

О 10 £0 30 40 1,мее

Рис. 3. График зависимости смещений от времени: л - фактические вначения смещений; о - прогнозные вна-чения смещений

В том случае, когда возникает необходимость контроля шрпг нова состояния инженерных сооружений, оказавшихся в воне влияты деформирующихся откосов, наблюдения ьа деформациями предлагается выполнять автоматическими системами СДД - 0,6, а прогноз деформ^ ций - зкстраполдционными функциями, получаемыми на основе канон»: чеокого разложения рядов наблюдений, рассматриваемых как времен -ные ряды, т. е как реализации случайных процессов.

Временные ряды раскладываются на простые случайные объекты ^ виде комбинации некоррелируемых случайных величин, математические ожидания которых равны нулю, и неслучайных функций, т. е. исполь-вуетоя каноническое разложение случайной функции:

би) - маш +

где Уу - некоррелируемые случайные функции, ожидания которых равны нулю;

- неслучайные функции.

Щри прогнозе функция имеет следующий вид: б и+и - М (Ь+7) +£

(Ю)

математические

си:

где С - ит<?ервал упреждения.

При этом предполагается, что вид координатных функций X (Ь) на участке упреждения не изменится.

о

Для формирования прогноаной функции предлагаются следующие математические выражения, удобные для практического применения:

«о

V,- ¿(О.

V-!

• V - - х (I■ ) +■ 6(t .), * = (1Й)

9

где £ (^ ) - центрированная случайная величина;

X (1) = К и Д )/и. ; 1 £ 1 1 '

Ы

X а ) = [К (1,Ь ) -Ев.хтхсь )]/0 ; (13)

V ь V ( « ц у »

/ / К,((:, £ ) X (I ) - каноническое разложение корре-

С V ' '

ляционной функции:

Б, = К (I Л. ); е * £

Й 2

О = К (I ) - ¿.,0 [X (х )] -дисперсия; (14)

у> £ » / ' & А Г * н

Ошибка прогноза:

и

гп

- £о сх (и']а

i у,, » v

О и) - К и ).„ (15).

1 £11

Примером использования предлагаемого метода служит прогноз деформаций аэротенка-стабилизатора Симеизских очистных сооружений, оказавшихся в оползневой зоне, выполненный на основе результатов автоматических измерений деформаций. Значение прогнозируемой величины на одну серию вперед определялось из следующего выражения:

I + 1 ) - V Х,(1 ) + V X ( I ) » V X ( I ), (16)

*ч 1 1 к . 2 з к лак

где при ^ = 0 ; 1,

V =0, X '= е0'1"14'-003(0,62«.) ;

при г -1,^=2.

V - -0,4, X - 3,7516*"*""'соз(0,624Л, - 1/) г г

Г\ I

0,78 еЛ соз(0,624 I)];

при I = 2 ,

к«а ' *

V - - 8,15, з

X = 1,485[ 0,495 +0,595 е"'''"^"^.созСО, 624 t) 3

в этом случае Д( Ь + 1 ) = - 0,43 мм.

Фактические значение составило - 0,3 мм.

- ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе дано новое решение актуальной «задачи создания методики контроля-и прогноза устойчивости откосов и инженерных сооружений на основе использования ревультатов комплексных натурных наблюдений за их деформированием.

Основные научные и практические результаты работы заключаются в следующем;

1. Определена структура этапов процесса деформирования откосов при потереРустойчивости, при этом весь процесс подразделяется на стадии, субстадии и фазы, дли которых установлены количественные и качественные нормативные показатели.

18

2. Предложена методика определения критических значений око ости деформирования откосов, на основе использования теорий ¿ю-;обия и распознавания образов.

3. Разработан алгоритм выявления границ этапов развития ripo-

о

;есса нарушения устойчивости с использованием статистического :ритерия однородности рядвв наблюдений ва деформированием от-:осов.

• 4.- Предложен алгоритм определения вида функциональной за-исимости деформаций от времени на отдельных этапах процесса на-ушения их устойчивости.

б. Предложен метод прогноза деформаций инженерных сооруже-ий, основшшый на использовании канонического рааложения случай-ых функций.

6. Разработана методика контроля и прогноза устойчивости от-осов при скачкообразном изменении параметров процесса их дефор-ирования.

7. Разработаны средства автоматизированного, дистанционного вмерения деформаций откосов и инженерных сооружений с последук>-рй передачей данных на центральный диспетчерский пункт (система ДЦ-0,6 - по табельной линии связи, система САИД - 002 - по радио аналу ).

8. Предложенные средства измерения деформаций и методики онтроля и прогноза устойчивости откосов и инженерных сооружений спользовались при обеспечении безопасной эксплуатации дамбы востохранилипр ГОКа "Эрдэнэт" (Монголия) и Симеизских очистных ооруиений (Украина), а разработанные методики применялись при онтроле состояния откосрв карьеров Сорекого молибденового комби-ата (г. Сорск) и Башкирского медно-серного комбината (г. Сибай).

Основные научные положения диссертации опубликованы в следу-щих работах:

1. Туршщев Ю. И. , ItopTes Н. В. , Дегтярь Ю. Л , Киселев В. А. , омских Г. В. Система дистанционного измерения деформаций otKqcob / Инф. листок Свердловского 1ЩГИ. - N 110. -Екатеринбург. - 1992.

4 с.

2. Киселев В. А. Влияние температуры на результаты измереши микродеформаций вданий и сооружении автоштиэированщ|ми системам; // Проблемы повышения эффективности маркшейдерских ра'ет на гор

о

ных предприятиях. - Екатеринбург, УГ{1, 1992. • О. 43 - 4У.

3. Киселев В. А. Распределение скоростей смещений оползневьг масс в откосах, сложенных рыхлыми породам! // Изв. вузов. Горньп журнал. 1993. - N 1. - С. 46 - 43.

4. Кортев Е В. , Дегтярь Ю. JL , Киселев В. А. , Туринцев ¡0. И. Радиореперная система дистанционного намерения деформаций объек тов // Инф. листок Свердловского ЩТГИ. , N 27 - 94. - Екатерин бург, - 1994.- 4°с.

б. Туркнцев Ю. И. , Киселев В. А. Оценка и прогнов устойчивое и оползневых склонов при решении объемной задачи // Пав. Уральско го горного института. Сер. Горное дело. вып. 3 - 1993. -С. 68 - 64.

6. Туринцев Ю.И., Киселев RA., Марийвийсинга. Система автоматического дистанционного контроля состояния деформационных объектов // Тев. докл. X Международной конференции. - М. : АН России, 1993. - С. 110.

7. Туринцев Ю. И. , Киселев В. А. Оценка величин критическо! скорости деформирования откосов // Управления напряженно-деформи рованным состояние массива горных пород при открытой и подземно! разработке месторождений полевных ископаемых : Теэ. докл. Все российской конференции. - Новосибирск - Екатерибург, 1994.

- С. 53 - 64.

8. Киселев В. А. Метод оперативного статистического контроле эа развитием оползневых деформаций // Изв. вузов. Горный журнал.

- 1995. - N 1. - С. S9 - 30.