The article discusses the methodology for using GNSS technologies for high-precision monitoring of deformation processes at copper heap leaching sites using the Kounrad polygon as an example. The necessity of transition to regular instrumental observations in conditions of increasing volumes of dump facilities is substantiated. The scheme of organizing the geodetic network, measurement modes and data quality control algorithms are described. An approach to visualizing results in the form of stability maps is presented, allowing for prompt engineering decisions.

Keywords: GNSS, deformation monitoring, heap leaching, geodynamic polygon, Kounrad, stability maps.

Введение

Открытая разработка месторождений полезных ископаемых сопровождается формированием масштабных техногенных массивов, устойчивость которых во многом определяет безопасность горных работ. В условиях увеличения глубин карьеров и объёмов переработки сырья особое значение приобретает контроль деформационных процессов, способных привести к нарушению устойчивости бортов, откосов и отвалов. [1–3]. Площадки кучного и отвального выщелачивания характеризуются сложным инженерно-геологическим и гидрогеологическим режимом. Воздействие орошения, инфильтрации растворов и атмосферных осадков вызывает длительные осадки, а также медленные горизонтальные смещения массива. В связи с этим актуальной задачей является внедрение методов мониторинга, обеспечивающих регулярные и достоверные наблюдения за состоянием земной поверхности. [1, 2]

Одним из наиболее эффективных инструментов такого контроля являются глобальные навигационные спутниковые системы, позволяющие фиксировать деформации с миллиметровой точностью.

Объект исследования

Объектом исследования является полигон Коунрад, представляющий собой промышленный участок кучного и отвального выщелачивания меди, сформированный на базе исторических техногенных отвалов. Подобные объекты характеризуются сложным инженерно-геологическим строением, обусловленным многолетним накоплением вскрышных и рудных материалов различного гранулометрического состава и степени уплотнения.

Техногенный массив отвала отличается выраженной неоднородностью по плотности, проницаемости и влажности, что приводит к неравномерному распределению напряжений и деформаций. Существенное влияние на состояние массива оказывает водно-фильтрационный режим, формируемый как атмосферными осадками, так и технологическим орошением слабокислыми растворами в процессе выщелачивания.

На поверхности отвала размещена система капельного орошения, обеспечивающая подачу раствора по параллельным оросительным линиям (рис. 1). Интенсивность полива, длительность циклов орошения и последовательность обработки отдельных участков определяют характер инфильтрации жидкости в массив и напрямую влияют на величины осадок и возможных горизонтальных смещений.

Рис. 1. Поверхность отвала с оросительными линиями

В нижней части полигона располагается система сбора продуктивного раствора, включающая дренажные элементы и циркуляционные пруды (рис. 2). Формируемый гидравлический режим оказывает дополнительное воздействие на напряжённое состояние основания отвала и прилегающих участков. В совокупности перечисленные факторы создают условия для развития длительных деформационных процессов, требующих постоянного инструментального контроля. [3]

Рис. 2. Система сбора продуктивного раствора и циркуляции

Методика мониторинга с применением ГНСС

Мониторинг деформаций земной поверхности на полигоне осуществляется с использованием глобальных навигационных спутниковых систем в составе комплексной геодезической схемы наблюдений. Основой методики является организация сети стационарных пунктов, позволяющих регистрировать пространственные перемещения поверхности во времени.

Сеть наблюдений включает один опорный пункт, размещённый за пределами зоны возможных деформаций, и систему рабочих пунктов, установленных по периметру отвала и на его поверхности. Размещение пунктов выполняется с учётом рельефа, технологических зон и предполагаемых участков максимальных нагрузок. Такая конфигурация обеспечивает контроль как вертикальных осадок, так и горизонтальных смещений массива. [4]

Измерения выполняются преимущественно в ночное время, что позволяет снизить влияние радиопомех, температурных градиентов и нестабильности атмосферы. В периоды активных технологических операций или изменения режимов орошения дополнительно проводятся контрольные дневные наблюдения. Для наиболее ответственных пунктов может применяться режим непрерывной регистрации с автоматической передачей данных.

Для повышения достоверности и интерпретационной надёжности результатов спутниковые измерения периодически дополняются наземными методами — тахеометрией и геометрическим нивелированием. В отдельных случаях используется аэрофотосъёмка с беспилотных летательных аппаратов, позволяющая уточнять модель рельефа и выявлять локальные изменения формы поверхности.

Обработка и анализ результатов

Обработка результатов ГНСС-наблюдений включает несколько последовательных этапов, направленных на получение достоверной информации о характере и динамике деформаций. На предварительном этапе выполняется проверка полноты исходных данных, анализ устойчивости спутниковых решений и выявление аномальных значений координат.

Особое внимание уделяется исключению влияния случайных ошибок, отражённых сигналов и кратковременных помех. Для этого применяются процедуры фильтрации и сглаживания временных рядов координат. После очистки данных для каждого пункта формируются временные зависимости вертикальных и горизонтальных смещений.

На основе полученных временных рядов определяются накопленные деформации и средние скорости перемещений. Анализ динамики позволяет выявлять участки с ускорением осадок или сдвигов, что может свидетельствовать о неблагоприятных изменениях состояния массива. Полученные результаты сопоставляются с технологическими параметрами работы полигона, включая режимы орошения и погодные условия.

Для наглядного представления информации результаты мониторинга переводятся в картографическую форму. Карты деформаций позволяют визуально выделять зоны повышенной активности и служат основой для принятия инженерных решений по корректировке технологических процессов и усилению контроля.

Выводы

Применение ГНСС-технологий позволяет эффективно контролировать деформации земной поверхности на участках кучного выщелачивания и своевременно выявлять неблагоприятные изменения состояния техногенных массивов. Использование спутниковых измерений в составе комплексного геодезического мониторинга повышает достоверность оценки осадок и смещений, а также способствует принятию обоснованных инженерных решений, направленных на обеспечение устойчивости и безопасности горных объектов.

Литература:

1. Нурпеисова М. Б., Рысбеков К. Б., Касымканова Х. М. и др. Инновационные методы мониторинга деформационных процессов // Труды междунар. форума. — Караганда, 2023.
2. Нурпеисова М. Б., Рысбеков К. Б., Кыргизбаева Г. М. Комплексный мониторинг геодинамических полигонов. — Алматы, 2015.
3. Бейсембаев Б. Б., Кенжалиев Б. К. и др. Физико-химические свойства выщелачивания халькопирита // Комплексное использование минерального сырья. — 1993. — № 5. — С. 10–13.
4. Проходов В. В., Ананин А. И. Карта устойчивости карьера как инструмент оценки опасных зон // Материалы междунар. конф. — 2013.