Временные методические указания по проведению контрольных наблюдений за деформациями плотин и дамб хвостохранилищ горно-обогатительных комбинатов

Белгород 1981

МИНИСТЕРСТВО ЧЕРНОЙ МЕТАЛЛУРГИИ СССР Управление горного производства

Всесоюзный научно-15сслодоватольский и проектно-конструкторский отитут по осушению месторокдений полезных ископаемых, специальным горный работай, рудничной геологии к маркшейдерскому делу

В И О Г Е И

Утверждаю:

И.о.директора института Ю.В.Пономаренко

30 октября 1981 г.

ВРЕМЕННЫЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ПРОВЕДЕНИЮ КОНТРОЛЬНЫХ НАБЛЮДЕНИЙ ЗА ДЕФОРМАЦИЯМИ ПЛОТИН И ДАМБ ХВОСТОХРАШШЩ ГОРНО-ОБОГАТИТЕЛЬНЫХ КОМБИНАТОВ

Белгород 198Г

где М_А - средняя квадратическая погрешность измерения угла,с, определяемая по формуле (2.9).

Из формулы (2.II) следует, что засечка при одной и той * е ошибке углов получается точнее, когда угол f приближается к 90? Положение пункта находится наиболее точно из равнобедренного треугольника с углом засечки, равным 1С9°28^/    [6] •

При многократной прямой угловой засечке координаты. МГС получек» жз строгого уравнения,либо вычисляют так же,как и в случае

простой засечки с одного оазиса, но по каждому треугольнику, а за окончательный результат принимают среднее значенно. В этом случае СКЛ положения МГС вычисляют согласно работе I з! по формуле

М.

Когда же координаты МГС вычисляют как среднее арифметическое из координат двух простых засечек, М определяют, работа [51 , пс формуле

Погрешность определения смещения МГС между двумя сериями на<*-людений вычисляют по формуле (2Л).

2.3. Комбинированный метод

Большинство плотик и дамб хвостохранилиц ГОКов имеют слогаую форму в плане, большую протяженность и возвышаются над основа -ниом на десятки метров. В этих случаях при наблюдениях за горизонтальными смещениями целесообразно сочотать методы прямой уг-¹ ловой засечки и створа, т.е. применять комбинированный метод (рис .2.3).

На концах прямолинейных участков плотин (дамб) закладывают концевые МГС А и В, положение которых определяют прямой угловой засечкой (и.2.2) с базисов I-П и ПЫУ. Смещение МГС на дамбе (плотине) определяют методом створа от линии АВ.

В связи с горизонтальными смещениями МГС А и В возникают три случая изменения положения створной линии к моменту повторной серии наблюдений: одна из концевых МГС сохраняет свое первона -чальное положение, а вторая смещается на некоторую величину;обе

II

Рис. 2.3. Схема наблюдений комбинированным методом.

концевые МГС смещаются в одном направлении; обе концевые МГС смещаются в противоположных направлениях от оси части сооружения.

Величины горизонтальных смещении МГС А и В и точность их определений вычисляют в соответствии с указаниями п.2.2. Величины горизонтальных смещений МГС, расположенных между пунктами А и В,при любых сочетаниях направлений смещений А и В определяют по данным наблюдений за отклонениями от створа АВ и А^ в' с учетом смещения ivirc А и 3

д_ й_л8С + А_вЛС ₊ ?2 _ ₇₍ ,    (З.РО

Аб

где Лд и- величины смещений МГС А и Вотклонение МГС от створа АВ в данной и предыдущей сериях наблюдений. Смещения и отклонения берутся с учетом знаков.

Погрешность определения смещения МГС, расположенных между пунктами А и В, определяется по формуле (2.4)» в которую подставляются значения СКП положения этих МГС, определенные по формуле

=    +    +М*_ГС,    (2.15)

гдеМ_КдиМ_Е& - СКП определения положения МГС А и В, рассчитанные по формулам (2.II) или (2.13); М_мгс ” СКП определения отклонения МГС от створа АВ, рассчитываемые по формулам (2.5), (2.б)или(2.8).

3. МЕТОДИКА НАБЛЮДЕНИЙ И ТРЕБОВАНИЯ К ОПРЕДЕЛЕНИЮ ВЕЛИЧИН ВЕРТИКАЛЬНЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ

3.1. Измерение вертикальных перемещений (осадок) гребня, откосов и основания плотин (дамб) ведут согласно инструкции [4] путем геометрического нивелирования высотных, глубинных и поверхностных

марок, которые размещают в вертикальных плоскостях по створам.

Исходя из достигнутых практических результатов приведенных в раооте [2] , выполнения нивелировочных работ на гидротехнических сооружениях установлены три класса нивелирования, характеристика которых дано в табл. 3.1.

Таблица 3.1

Класс ни-велирова-ния Средние квадратические погрешности на I км хода, мм Предельные невязки полигонов случайные систематические I 1 + и о *0,2 zVZ И ±2,0 ■4- О +■ 1 'tVf ш !з,о 1 О 00 8Vl

Примечание. L - длина хода, км.

Наблюдения за осадками плотин, дамб и их оснований на хвосто-храиилищах следует производить нивелированием не нике 111 класса . При этом применяются нивелиры с увеличением трубы не менее 30^х , ценой деления цилиндрического уровня на 2 мм 15и трехметровые шашечные двусторонние рейки с сантиметровыми делениями или штриховые односторонние с делениями через 0,5 см.

Как правило, нивелирование марок ведут от грунтовых реперо в замкнутыми ходами или в прямом и обратном направлении по маркам и устойчивым переходным башмакам.

длина визирного луча не более 75 м (100 м при увеличении трубы 35")» неравенство расстояний от нивелира до реек на отдельных станциях не более 2 м, высота визирного луча над почвой не менее 0*3 м. После установки инструментов берут отсчеты по основной шкале задней и передних реек, потом по дополнительной шкале передней и задней реек. Разность превышений по основной и дополнительной шкалам, вычисленная на каждой станции, не должна превышать 1 2 мм.

Нивелирование в каждом цикле выполняют по одним и тем же пунктам, поэтому фиксируют места установки инструмента.

В нивелирных журналах отмечают обстоятельства, которые могут дополнительно повлиять на величину осадки (колебание уровней 1рун-тбвых вод.,кривой депрессии, строительство, наращивание плотин и

13

дамб и т.д.)

3.2. Вычисление осадок начинают с проверки записей в журнале. Затем составляют схему нивелирных ходов и ведомости превышений, вычисляют невязки полигонов. После этого нивелирную сеть полигонов уравновешивают методами последовательных приближений, экви -валентной замены или методом углов В.В.Попова [2] •

После уравнивания нивелирных ходов вычисляются высотные оявт-ки глубинных и поверхностных марок и составляются ведомости, в которых указывают для каждой марки:

а)    величину оселки Н между двумя последними циклами измерений;

б)    суммарную осадку с начала наблюдений;

в)    скорость осадки отдельной марки в миллиметрах в месяц или миллиметрах в год;

г)    среднюю скорость осадки свего сооружения.

СКП осадки m_Hi одной марки вычисляется согласно работе [51 по формуле

^m£ ^{= ,Tl}tbii ⁺ⁿW •    ^(зл)

где fflthJtfMlhJ • СКП уравновешенных превышений соответственно текущего и начального циклов наблюдений.

При одинаковой точности нивелирования в циклах

^mHi ^{= rn}lhl'/^ •    (³-²)

При незначительном влиянии систематических ошибок

^m|K] ^{= m}h^’    (з.з)

где m_h - СКП измерения превышения на станции; К - количество станций от исходного репера до наблюдательной марки.

Для наиболее слабого места хода К=-^ и, следовательно,

"Ч=М^    С³-*)

где N - общее число станций в ходе.

4. КАМЕРАЛЬНАЯ ОБРАБОТКА И ТЕХНИЧЕСКАЯ ДОКУМЕНТАЦИЯ

В результате систематических инструментальных наблюдений за положением МГС, глубинных и поверхностных марок вычисляют величину, направление и скорость смещений. Для этого используют топографи -

ческие планы с нанесенный!! на них опорными и контрольными геодезическими знаками и ведоиостм со значениями координат X к у всех МГС, глубинных и поверхностных марок, полученные ма разные даты наблюдений.

Техническая документация по результатам измерений деформации плотин и дамб хвостохранилищ включает: а) план расположений опорных и контрольных геодезических знаков; б) ведомости координат; в) ведомости смещений и осадок контрольных знаков с характерно -тиной их скоростей; г) графики нарастания перемещений по времени с указаниями скорости деформаций (в мм/мес) по периодам; д) совмещенные графики смещений и осадок плотин (дамб); е) графики траекторий МГС 'во времени и в пространстве при измерении смеще -ний методом прямой угловой засечки.

Графики горизонтальных смещений и осадок подпорных сооружений хвостохранилищ составляются начиная со второго цикла наблюдени й и строятся для каждой марки и всей плотины (дамбы).

Первоначальное положение марок изображается прямой линией. Дальнейшие смещения и осадки наносят на график относительно ото й прямой, в зависимости от их величины и знака. Для наглядности рекомендуется на графиках смещения и осадки изображать в маситабе 10:1 - 1:1, планы и т.д. - в масштабах 1:1000 - 1:10000.

Примеры заполнения журналов наблюдений и вычисления привело -ны в прил. 1-3.

Литература

1.    Брайт П.И. Геодезические методы измерения деформаций сооружений. М., “Недра", 1965, 298 с.

2.    Глотов Г.Ф. Курс инженерной геодезии. М., "Недра”, 1972,168с.

3.    Даниленко Т.С. Связь с геодезическими пунктами,закрепленным.и на сооружениях. М., "Недра”, 1969, 104 с.

4.    Инструкция (временная) по организации и проведению натурных наблюдений на хвостохранилищах обогатительных фабрик. Белго -род, ВИОГЕМ, 1979, 30 С.

5.    Левчук Г.П. Курс инженерной геодезии. М., "Недра” 1970,411 с.

6.    Справочное руководство по геодезическим работам для стсоитель-ства. ГЭС. М., Геодезяздат, i960, 448 с.

7.    Чеботарев А.С. Геодезия. Часть П. U., Геодваиздат, 1965,436 с.

15

I7PBAI НАБЛЕДВНИа 3& ГОРИЗОНТАЛЬНОМ СМШНМЯМИ МАРОК СПОСОБ» ВИЗИРОВАНИЯ

Хвостохран/.ляае Береговое. Плотика (дамбе) Основная.

Дата 20.05.74 г. Погода Облачно. видимость хорошая. Температура +20°С. Инструмент Т2 * I036I, М_ц * 10,25 мм.

Подвилная марка * 091. НО = 100,69 1 0,02 мм.

Исполнители Гук Ф.И., Назаренко Т.Б.

п	ЗЯМОЙ го		д	Обратный ход
и, КП, номер заведе ния	Отсчет по шкале марки Pi, мм	РГР		и. КП, номер наведе ний	Отсчет по ика-ие марки Р,, мы	Р,-Р		Вычисления
I	2	3	4	5	6	7	8	9
О I 2 3 4 5 КП б 7 8 9 Ю	95.0 95.3 95,2 95.0 95.1 95.4 95.2 95.5 95.3 95.4	I. мгс -0,26 0,04 -0,06 -0,26 -0,16 0,14 -0,06 0,24 0,06 0,14	3, определяемая с 0,06 И П 0,01 12 0,01 13 0,06 14 0,02 15 0,02 КП 16 0,01 17 0,05 28 0,01 19 0,01 20		точек 01 95.3 95,6 95.1 95.0 95.5 95.4 95.2 95.0 95.1 95.6	U и ОР 0,06 0,34 -0,16 -0,26 0,24 0,14 -0,06 -0,26 -0,16 0,34	В (см.ри 0,01 0,11 0,02 0,06 0,06 0,02 0,01 0,06 0,02 0,12	б.2.1,а) п * 20; ZP* *1905,2 мм р = m - ща. 95,гб „ Отклонение МГС 3 от створа плотины по формуле (2.1): R * 95,26 - 100,69 * -5,43 мм £(Р, -Р )2- 0,67 СКП отклонение МГС 3 от створе плотины по йовмтле (2.5) rvv ftS♦ 2'0,25 * °*73

УДК 622-Г? : (624.136*5 + 622.83)

Настоящие методические указания составлены в дополнение к Инструкции (временной) по организации и проведению натурных наблюдений на хвостохранилищах обогатительных фабрик с целью конкретизации геодезических методов наблюдения за деформациями плотин и дамб хвостохранилищ.

Указания предназначены для использования при проектировании, строительстье и эксплуатации хвостохранилищ ЫЧЫ СССР.

Работа составлена в Криворожском отделении институт а ВИСГЕМ инженерами В.И.Вороновым, П.П.Косенко, А.А.Канибо -лоцким. Утверждена секцией НТС института ВИОГВД 18 декабря 1980 г. в качестве методических указаний.

Всесоюзный научыо-иосл*.. эеательский и проектно-конструкторский мн-..«тут по осушению месторождений посевных ископаемых, специальным горным работам, рудничной неолмчм и маркшейдерскому делу (ВИОГЕМ), 188( •

ВВЕДЕНИЕ

Современные хвостовые хозяйства горно-обогатительных комбинатов представляют собой сложный комплекс гидротехнических coop; -жений, в котором наиболее ответственным участком являются плотины а дамбы хвостохрашалили Проекты отдельных хвостохранзлвд пре-дуймативают устройство плотин и дамб высотой 70-80 м и более,дж-на некоторых из нсх достигает 12-16 кМ.

Плотины л дамбы под действием сил, возникающее от их собственного веса, давления воды и хвостов, перемечаются. Намерения деформаций в комплексе с результатами других видов натурных наблюде -ний позволяют сделать заключение о надежности сооружения»

Применение геодезических методов натурных наблюдений за деформациями гидротехнических сооружений гидроэнергетики я мелиорации регламентируется соответствующими инструктивно-методическими руководствами. При эксплуатации хвостохраншшщ геодезические работы приходится производить в специфических условиях: большая протяженность плотин и дамб, превышение гребня дамб над окружающей территорией на десятки метров, постоянное увеличение нагру зо к от заоламования, повышение уровня грунтовых вод, периодическое наращивание подпорных сооружений и т.п.

При составлении методических указаний учтены замечания, институтов "Союзводоканаллроект**, ВНШГ им. Б.Е.Веденеева, “Укрводо -каналпроект", а также отдела рационального использования полезных ископаемых и маркшейдерского дела и гидротехнического отдела института ВИОГЕМ,

I. ОБЩЕ ПОЛОЖЕНИЯ

I.I. Класс капитальности хвостохранилищ, на которых обязательны геодезические наблюдения за деформациями плотин и дамб, порядок и организация проведения наблюдений, расстояние между створами контрольно-измерительной аппаратуры (КИА), количество и типы геодезических знаков на створах Ш, рекомендуемые методы и условия их применения, сроки наблюдений приведены в работе [Ч] •

1.2* Для проведения натурных наблюдений за деформациями п логин и дамб в районе расположения хвостохранилища закладывают опорные реперы (ОР), являющиеся составной частью геодезической разби-вочной сети, создаваемой в соответствии со СНиП Ш-2-75. ОР закладывают вне зоны деформаций, вызванных хвостохранилищем.

1.3.    При закладке геодезических пунктов (опорных вне сооруже -ния и j нтрольных в сооружении) проверяют условия видимости между Мики и возможность проведения угловых измерений в соответствии с простои в течение всего периода наблюдений.

1.4.    После закладки геодезических пунктов составляют исполни -тельный план, на который условными знаками наносят ОР, марки го -ризонтального смещения (МГС), поверхностные (ПМ) и глубинные (ПА) марки, другие геодезические пункты, используемые при наблюдениях.

1.3. Перед заполнением хвостохранилища проводят первоначальную серию наблюдений по полной программе на всех пунктах. Первоначальная серия соотонт ив двух самостоятельных наблюдений, проведенных с интервалом в 3-5 дней. Эти данные являются в дальнейшем исход -нымн для определения смещений и осадок плотины (дамбы). ^{1 2 3}

деформации при сжатии Е > 2 • 10^ Н/м¹), * 2-3 мм;

для сооружений, возводимых на сильносжимаемых грунтах ( при В < 7,36 • I0⁶ Н/м^), и для земляных плотин ± 7 мм.

Измеренное смещение А МГС следует считать за действительную величину в том случае, если оно превышает 2М_Д • Отклонения от створа и смещение МГС в сторону нижнего бьефа условно считают положительными, в сторону верхнего - отрицательными.

Для измерения горизонтальных смещений применяют методы створов, геодезических засечек и комбинированный [4].

2.1. Метод створа ⁴

По способу измерения отклонения МТС от отвора различают метод отвора с непосредственным измерением отклонения от створа-

Рис. 2.1. Схема наблюдений створным методом: а - расположение КИА на створе; б- способ визирования; в - способ измерения параллактических углов; Д -0Р;    ©    - МГС.

способ вя81роваиш по створу и метод створа с измерением отклонений параллактическими углами - способ параллактических углов.

2.I.I. Способ визирования по створу (рис.2Л.) позволяет определить величину горизонтального смещения контрольного знака непосредственно из результатов наблюдений.

Основное преимущество способа визирования по створу заключа -ется в отсутствии трудоемких наблюдений и вычислений.

Недостатки метода: появление ошибок от неправильного хода окуляра при фокусировании зрительной трубы на разные расстояния зависимость наблюдателя от своего помощника, который не всегда Точно устанавливает визирную марку по сигналу; увеличение ошибкииа-за боковой рефракции кбгда визирный луч проходит вблизи соору-5бякя; норознояность определения продольных смещений.

Для наблюдений применяют геодезические инструменты [6J: а) инженерный нивелир конструкции В.А.Белицино, позволяю® и й нря помощи окулярного микрометра с одинаковой точностью измерять отклонения от створа как способом зчэироваиия на подвижную марку, так и способом параллактических углов; б) алиниометр фирмы Цейсс, позволяющий очень точно измерить малые отклонения подвижной ви -зирной марки от створа. Большое увеличение трубы (45^х) алинишет-ра и его специальная конструкция позволяют определить смещение МТС при расстояниях до 600 м со средней квадратической ошибкой II мм;

в) оптические теодолиты типа TI, Т2,Thro 010; г) подвижные и неподвижные визирные марки.

Наблюдения выполняют двумя приемами, каждый из которых состоит их двух полуприемов. На опорном репере (OP U на рис.2.1,6) устдаа-ливают инструмент, на ОР И - неподвижную визирную марку, на которую наводят вертикальную нить инструмента яри круге лево (КЛ>. На МГС I устанавливают подвижную марку, которую передвигают до сов -мещевия с вертикальной нитью инструмента. В момент совмещения наблюдатель подает сигнал и его помощник берет отсчет Р по шкале линейки марки с точностью до 0,1 мм и записывает б журнал. Таких наведений на подвижную марку производят пять, каждый раз смещая целик подвижной марки. Второй полуприем выполняется так же, как и первый, но при положении круг право (НП). После окончания наблоде-ыий на МГС I помощник наблюдателя устанавливает подвижную марку на МГС 2, где повторяется весь цикл наблюдений и т.д. до последней МГС створа.

Затем наблюдатель переходит на ОР 0 , наводит инструмент на ОР П_;и наблюдения повторяются в обратном направлении, при этом

6

полуствора и промежуточной марки от линии створа, определяемые по формуле (2.5).

2.2.2. Способ параллактических углов (рис.2.^в) заключается в точном измерении (до I " ) угла между направлением створа IHIi и направлением на каждую МГС с помощью оптического микрометра трубы теодолита при совмещении одного и того же штриха лимба.

Способ измерения параллактических углов имеет преимущества по сравнению со способом визирования: а) отпадает необходимость в подвижной визирной марке, б) наблюдатель не зависит от помощника. Недостаток способа в большей трудоемкости по сравнению со способ о ы визирования. Применяются те же угломерные инструменты, что и при способе визирования.

С помощью оптического центрира над МГС устанавливают неподвижные визирные марки, а над ОР - теодолит, которым измеряют па рал -лактические углы оС, последовательно на все 1ЛГС в прямом и обратном направлениях. Параллактический угол измеряют тремя-чстырьм я приемами, каждый из которых включает два полулриема (при КП и Кл). Количество наведений в полуприеме - два-три.

Так как величина Д обычно небольшая, то расстояния (< между ОР и МГС достаточно определять с погрешностью не более 1:2000 и только в первоначальной серии наблюдений. При последующих наблюдениях принимают неизменными.

Окончательное отклонение МГС от створа определяется по форму-

(2.7)

где оС - средний параллактический угол из прямого или обратного хода, с.

Горизонтальное смещение Л МГС вычисляют по формуле (2.5).

СКП определения смещения МГС от створа М_л вычисляют по формуле (2.4).СКП отклонения МГС от створа в серии наблюдений олреде-

закладывают опорные реперы А, В, С, с которых и производят измерения углов на КГС,расположенных на плотине (дамбе). Места зак -

Рис. 2.2. Схема наблюдений методом прямой угловой засечки.

ладки ОР должны выбираться с таким расчетом, чтобы угол засечки К был близок к прямому, а длины сторон засечек были как можно короче.

Достоинство метода: измерения можно производить обычными оптическими теодолитами без накладного уровня, так как расстоян.и'я между ОР и МГС небольшие.

Этот метод трудоемок и требует значительно больше исполнителей и времени, чем метод створов.

При измерениях смещений методом прямой угловой засечки применяются унифицированные оптические теодолиты: Т 05, Т I, Т2. Углы измеряются по трехштативной системе. Визирование при наблюдениях производится на визирные марки, устанавливаемые с помощью опти -ческого центрира на каждой МГС и на ОР. При наблюдениях лимб инструмента переставляется при переходе от приема к приему на угол , где п - число приемов.

При измерениях углов по способу круговых приемов в соответствии с работой [5] надлежит руководствоваться предельными допус • нами, приведенными в табл. 2.1.

Расстояние между опорными реперами измеряется только в первоначальной серии наблюденийдва самостоятельных измерения с интервалом в 5-5 дней) с относительной погрешностью не более I :2000. Длина базиса принимается постоянной в течение наблюдений за состоянием сооружения.

Проверка местоположения ОР базиса осуществляется угловыми измерениями с близлежащих пунктов триангуляции и полигонометрии не реже одного раза в год.

9

Таблица 2.1

Ошибки измерения Допуски, с Расхождение между отсчетами на начальный пункт в начале и в конце полупряема 3,0 Расхождение между значениями одного и того же направления при одном положении трубы 3,0 Колебания двойкой коллимационной ошибки (2с) в приеме 6,0 Долвбавия направлений в отдельных приемах, приведенных к общему нулю 3,0 Средние квадратические погрешности измерения углов 0,6 Невязки я треугольниках 2,5

По избранному базису с. и прилагающим к нему углам ы и js с использованием теоремы синусов вычисляют элементы треугольника.

Координаты х я у ЫГС вычисляют решением прямой геодезической задачи, принимая за исходные пункты А и В и дирекционный угол их створа. Величину и направление смещений д UfC при этом определяют аналитически как разность результатов из двух серий измерений:

А = )/(х₂ - x_f)*+(y₂- у(2Л0) Лучшим выраженном характера перемещения является не разност^-ь координат йГС, а величины смещения их по отношению к оси плотины (дамбы) в продольном и поперечном направлениях. Поэтому делают пересчет на условную систему по формулам поворота осей координат на угол между осью координат и направлением оси плотины, которая принимается за ось ординат условной системы. Значительно уменье а е т трудоемкость камеральной обработки условная система координат , в которой ось орджнат совмещена с осью плотины.

Точность определения положения МГС зависит от длины базиса, величины углов и точности измерения углов при базисе. Бели принять базис за "безошибочный”, среднюю квадратическую погрешность М*можно вычислить по формуле

10

1

МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ СМЕЩЕНИЙ

2

Исходя из требований, изложенных в работе [а] , к наблюдениям за состоянием гидротехнических сооружений при их стро и те льо*-ве и эксплуатации и в соответствии с работой [I] допустимые средне-квадратические погреинооти М_д определения горизонтальных смещений подпорных сооружений хвостохранядищ не должны превышать : при размещения сооружений »*а скальном основании ± 1,5 мм; для сооружений, вмаохшшх на слабоожимаеммх грунтах (модуль

3

А

4