Максим Прищепа
Національний гірничий університет
(науковий напрям: Матеріалознавство, гірництво та металургія)
МЕТОДИКА ИСПОЛЬЗОВАНИЯ КОМПЬЮТЕРНЫХ
ТЕХНОЛОГИЙ ДЛЯ ПРОГНОЗА ОПОЛЗНЕВЫХ
ПРОЦЕССОВ ПРИ ОТКРЫТОЙ РАЗРАБОТКЕ
МЕСТОРОЖДЕНИЙ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ
Ключевые слова: оползни, карьер, снимок, фотоаппарат, уступ.
Одна из главных проблем при открытом способе разработки это возникновение оползней. Порой они приводят к гибели людей, к поломкам оборудования и техники, к большим затратам по ликвидации принесенного ими ущерба. Главные причины возникновения оползней - это климатические условия (дожди), подземные грунтовые воды и изменение состава пород в уступах при дальнейшей их отработке по мере подвигания горных работ. Часто на такой фактор, как изменение состава пород (следовательно, изменение прочностных характеристик пород, а значит и устойчивости откосов уступов) на производстве не обращают внимание. При изменении состава пород в уступе маркшейдерской службе необходимо производить расчет устойчивости откосов борта карьера. Для расчета показателей устойчивости уступа необходимо знать состав пород и их физико-механические свойства. Для определения состава пород пользуются данными геологических скважин, а точнее стратиграфическими колонками этих скважин. На начальной стадии разработки бурят разведочные скважины и на протяжении разработки месторождения выполняют доразведку месторождения. Дополнительное бурение скважин влечет большие материальные затраты, затраты рабочей силы и времени. Эти проблемы можно решить другим способом.
Идея работы основывается на двух постулатах.
1. Вскрышные породы на карьерах отличаются не только составом, физико-механическими свойствами, но и цветом. Так, например, глины имеют множество цветов и оттенков (зеленые, бурые, белые, красные и т. д.) с определенным соответствием физико-механических свойств (коэффициент сцепления, угол внутреннего трения и т. д.).
2. На любом цифровом снимке в любой точке из бесконечного множество можно определить с помощью компьютерной программы Adobe Photoshop в одной из цветовых моделей (RGB или CMYK) объективно процентное соотношение составляющих цвета. (В результате исследования предпочтение отдано цветовой модели CMYK).
Исходя из выше сказанного, сущность предлагаемой методики заключается в следующем:
1. При помощи цифрового снимка уступа, компьютерной программы Adobe Photoshop, разработанной таблицы соответствия цветов пород их физико-механическим характеристикам определяют состав пород в уступе.
2. С помощью этих данных определяют зоны наиболее ослабленных пород, предрасположенных к снижению устойчивости и оползнеобразованию.
3. По одной из выбранных методик строят зеркало скольжения на опасном участке и с учетом механических свойств пород рассчитывают коэффициент устойчивости откосов бортов карьера. Делают прогноз устойчивости бортов карьера по ходу подвигания фронта горных работ.
В ходе выполнения работы использовались: цифровой фотоаппарат Nikon coolpix 7600, штатив под фотоаппарат, программа Adobe Photoshop и компьютер. Характеристики цифровой фотоаппарат Nikon coolpix 7600: 7,1 мегапикселей, оптический зум (увеличение) трехкратный.
Были выполнены следующие работы: составлена таблица с исходными данными. Произведена съемка всех пород, встречающихся на Чкаловском карьере №1 ГОК» при помощи цифрового фотоаппарата. Все фотоснимки пород открыты при помощи программы Adobe Photoshop. Были отсняты два уступа (рис.1 и 2).
|
|
(Рис.1 и 2 уменьшены, в папке оригинальные снимки)
Последовательность обработки снимка. После загрузки снимка необходимо в меню программы выбрать опцию «окно», в открывшейся раскладке выбрать «информация» или нажать кнопку F8 откроется окно (рис.3).
Рис.3. Палитра информации о составе цвета объекта
В меню программы выбрать опцию «окно», в открывшейся раскладке выбрать «инструменты». В появившейся панели нажать кнопку «пипетка». При наведении на снимок курсор превращается в «пипетку». В правом верхнем углу панели «информация» есть четыре буквы(C - Cyan, M - Magenta, Y -Yellow, K - Black). Эти буквы обозначают четыре цвета: С – голубой
, М - пурпурный
, Y – желтый
, К – черный
. Цвет на снимке в любой точке состоит из этих четырех цветов в процентном выражении. На рис.3 определен цвет состоящий из С:52% М:43% Y:43% К:7%. Таким же образом по двум снимкам (рис.1 и 2) составляем таблицу1.
Таблица 1
Физико-механические свойства пород и их соответствие палитре CMYK
Наименование пород | c | m | y | k | Угол внутренего трения | Коэфициент сцепления, кг/см |
суглинок желто-бурый | 26-38 | 21-34 | 25-43 | 0-1 | 19º48' | 0,6 |
глина красно-бурая | 28-41 | 26-40 | 34-50 | 0-6 | 19º14' | 1,0 |
глина мергелистая | 43-53 | 45-58 | 44-50 | 7-21 | 14º10' | 2,0 |
глина темно-серая | 30-42 | 23-34 | 29-36 | 0-1 | ||
глина зеленовато-серая | 54-60 | 35-42 | 33-44 | 0-1 | 14º25' |
По ближайшим геологическим скважинам определена очередность пород в уступе. Наведя на каждую породу от 5 до 10 раз в разных местах, из этих цифр берут минимальное и максимальное их значение. Таким образом, получаем интервалы каждого цвета. Если составить такую таблицу по всем существующим породам на месторождении, то можно без большого труда определить состав и очередность пород в уступе.
Возникает вопрос, а какие ошибки могут влиять на определение цветов на снимке в разных его областях. Для этого необходимо было исследовать серию фотоснимков.
Для решения этой задачи был использован ватман бумаги формата А1. На нем был начерчен квадрат размером 50×50 см, затем при помощи линейки «Дробышева» он был разбит на квадраты 10×10 см (рис.4.). При этом достигалась максимальная точность в размерах квадратов.
На рис.4 показано как были пронумерованы квадраты. Для исследования была взята игрушка яркого цвета. Фото аппарат устанавливался на штатив. Игрушка помещалась в каждый пронумерованный квадрат и последовательно производилась съемка. Фотоаппарат был установлен от объекта фотографирования на расстоянии 1,5 м. Съемка производилась со вспышкой для того, чтобы объект был освещен равномерно. Объектив был сфокусирован так, чтобы в нем можно было видеть всю сетку.
 |
Рис.4. Схема расположения эталонного квадрата для определения точности отображения цвета по полю фотоснимка
На рис.5 можно увидеть фотографию с размещением объекта фотографирования.
Были получены 13 снимков (находятся в папке), обработав которые мы получили следующие данные, представленные в таблице 2.
Рис.5. Сетка с размещением объекта фотографирования
(Рис.5 уменьшено и искажено в папке оригинальный снимок)
Таблица 2
Распределение цветов CMYK по полю фотоснимка
№ квадрата | C, % | M, % | Y, % | K, % |
1 | 40-46 | 81-85 | 50-56 | 28-36 |
2 | 38-41 | 82-86 | 55-60 | 31-38 |
3 | 38-42 | 82-86 | 55-61 | 31-38 |
4 | 38-42 | 81-86 | 55-58 | 24-32 |
5 | 37-41 | 82-86 | 55-60 | 27-36 |
6 | 41-44 | 83-87 | 55-59 | 36-46 |
7 | 39-44 | 81-88 | 58-63 | 38-46 |
8 | 39-43 | 81-88 | 53-60 | 29-38 |
9 | 39-43 | 79-85 | 52-58 | 28-36 |
10 | 38-43 | 79-83 | 54-58 | 28-36 |
11 | 39-43 | 81-86 | 55-61 | 38-43 |
12 | 41-45 | 82-87 | 53-57 | 31-39 |
13 | 41-45 | 81-85 | 53-56 | 31-38 |
Из полученных данных можно сделать вывод, что изменение цветов колеблется в пределах 4-6% в зависимости от удаления от центра фокусирования (квадрат 1) объекта фотографирования. Это значение не велико. Причиной этого также может быть недостаточно качественная оптика в фотоаппарате, не идеальная одноцветность ткани на игрушке и не точное определение места взятия проб при помощи инструмента «пипетки». Для того чтобы доскональние исследовать ошибку фотоаппарата был подготовлен эталонный квадрат цветовой модели CMYK(рис.6).
1 2
3 4
Рис.6 Эталонный квадрат с цветовой моделью CMYK
Квадрату 1 соответствует такой цвет: C-100%, M-0%, Y-0%, K-0%; квадрату 2 - C-0%, M-100%, Y-0%, K-0%; квадрату 3 - C-0%, M-0%, Y-100%, K-0%; квадрату 4 - C-0%, M-0%, Y-0%, K-100%.
В дальнейшем планируется произвести исследования с использованием эталонного квадрата и достигнуть минимальной ошибки.
Не смотря на малые ошибки данную методику можно применять, потому что, сделав снимки того же уступа в других местах, по данным таблицы 1 было определено название породы верно. Значение цветов С, М, Y, К попало в одна строку из таблицы 1.
Данную методику можно применять не только для выявления наиболее слабых пород на уступе при проведении горных работ (тем самым имея возможность прогнозирования устойчивости уступов), но также можно применить на обогатительных фабриках для предварительного определения качества руды, при рекультивации земель и во многих других случаях.
Методика работы остается той же:
- набор исходных данных;
- определение по цвету состава пород или процентного содержания какого либо полезного минерала в руде или содержания гумуса в плодородном слое и т. д..
Внедрение данной методики на производстве снизит материальные затраты, затраты времени, позволит оперативно и объективно решать различные вопросы корректировки производственного процесса.
Этот вид работы сможет выполнить как геолог, так и маркшейдер с минимальными затратами времени.
Литература:
1., Устойчивость бортов карьеров и отвалов. Изд-во «Недра», 1965.
2.Управляемое обрушение уступов на карьерах. , «Техніка», 1974, 220стр.
3.Управление состоянием массивов на открытых разработках/, , -Киев: Наук. думка, 1998.-248 с.
4.Устойчивость и технология формирования бортов и отвалов на глубоких карьерах. Сборник трудов, 1987.
5. Г Измерение смещений оползней. - М.: Недра, 1988.-142с.
6.Электронная версия книги: «Освой самостоятельно Adobe Photoshop CS за 24 часа». Карла Роуз
Основные порталы (построено редакторами)