На мастер-классе, организованном SRK Consulting, где обсуждалось, как можно предотвратить разрушения карьеров, избежать человеческих жертв и значительных расходов,  участники пришли к выводу, что наилучший результат могут дать комплексные исследования. Мониторинг состояния бортов карьеров действительно может предсказать разрушения, но руководство и собственники предприятий начинают разворачивать такие системы, как правило, лишь после уже случившихся происшествий.

Представители SRK Consulting Иван Ливинский и Виктор Спирин разъяснили, почему важно вести мониторинг устойчивости бортов карьеров.

Иван Ливинский объяснил, почему откосы деформируются. Во-первых, это проект, сделанный некорректно из-за недостатка информации. Вторая причина – природная изменчивость прочностных свойств, геолого-структурных и гидрогеологических особенностей месторождений. Третья – разнообразные случайные факторы (землетрясения, циклы промерзания и оттаивания, выветривания с течением времени etc.).

Влияние этих причин вынуждает менеджмент проектов рассматривать карьер не как неизменную, а как подвижную во времени систему. Следствие – за этой системой надо присматривать, чтобы изменения в ней не стали неприятным сюрпризом.

Идея эта осознана горняками давно, за последние почти полвека только в России создано более десятка документов по мониторингу карьеров.

Такое внимание к бортам карьеров связано с тем, что необходимо обеспечить безопасность для людей и техники, минимизировать экономические потери (а в идеале – вообще свести их к нулю) за счет изменения плана горных работ и разработки корректирующих мер, накопить статистику.

Примеры разрушений карьеров показали, что автоматизированный мониторинг позволяет избежать человеческих жертв и снизить потери техники, но компании вводят его, в большинстве случаев, лишь после того, как на собственном опыте сталкиваются с последствиями – смертями и затратами на восстановление производства.

Эксперты выделили четыре уровня организации мониторинга. Долговременные наблюдения нужны для контроля обширных площадей и устойчивости бортов в целом. Организуются в виде геодинамических полигонов. Реперы в этом случае целесообразно закладывать на потенциально устойчивых участках, исключающих мелкомасштабные деформации. Временные наблюдения требуются, когда деформация по долговременным станциям становится более активной. В этом случае сеть реперов сгущается в виде временных наблюдательных станций для более детального изучения процесса сдвижения. Эти наблюдения также важны на участках со сложной геологией для краткосрочного прогноза устойчивости.

Упрощенные наблюдения организуются для контроля оползневых участков в период активной стадии с высокой периодичностью (до нескольких раз в день).Также упрощенными способами выполняются наблюдения за раскрытием трещин.

Автоматизированные наблюдения необходимы  для контроля наиболее опасных и ответственных участков (там, где работают люди и техника). Как правило, используется высокотехнологичное оборудование для выполнения функций оперативного мониторинга раннего оповещения.

Для периодических наблюдений используются инструменты от рулетки до сейсмостанций и лазерных сканеров для детального отслеживания изменения геометрии бортов.

Для постоянных автоматизированных систем используются разнообразные датчики деформаций, стационарные GPS-станции, роботизированные тахеометры (призменный мониторинг), радары устойчивости откосов, а также лазерные сканеры для оперативного мониторинга.

Так, например, на карьере Kumba в ЮАР было размещено оборудование для автоматизированного призменного мониторинга.

Анализироваться может размер смещений, их скорость, ускорение, направление, вероятная граница и длительность процесса деформации.

Системы мониторинга карьеров (в частности, Rockscience Rockfall) позволяют моделировать камнепады, анализируя геометрию бортов и свойства пород. Полученная  модель после калибровки с натурными условиями позволяет локализовать участки, где наиболее вероятны камнепады.

Важнейшая проблема для рудника – какие изменения можно считать допустимыми, а какие – критически опасными. Зависят критерии опасности от реальных характеристик месторождения: его минерального состава и свойств пород, структурных особенностей, залегания грунтовых вод, технологии взрывания и так далее.

Важно проводить внеочередные серии мониторинговых измерений и исследования внутренней структуры массива, когда реперы наблюдательной станции и точки породного массива смещаются более 180 мм за полгода или 360 мм за год, скорость смещений составляет 1 мм/сут, а относительные деформации между реперами превышают 1 мм/м в год.

Руководитель направления «горное дело» «Навгеокома» Дмитрий Сизов предложил свой вариант решения проблемы мониторинга карьера – радары IBIS.

Например, радар IBIS-Rover подходит для частых перемещений (например, вытянутых карьерах) обладает углом обзора в 270 градусов, привязкой данных к координатам и делает цифровое картирование местности, а кроме дизеля, оснащен солнечной панелью и ветряком. По словам господина Сизова, агрегат может давать детальный обзор уступа с расстояния в тысячи метров от борта. Компоненты системы  (сервер, рабочая станция клиента, сами радары, блок администратора) связаны в единую сеть.

На IBIS Guardian TrueVector установлено ПО для контроля опасных зон на уступах в реальном времени (обработка входящих параметров, трехмерная визуализация, хранение данных). Предполагается также геопривязка данных для совместимости ПО для планирования горных работ. Система сканирует данные каждые две минуты и строит векторы перемещения «для сотен и тысяч перекрывающихся точек». На основе аналитики данных можно прогнозировать сходы, накапливать и картировать историю подвижек и понять логику движения горного массива. Эта информация должна помочь более точно планировать горные работы.

Доклад Сергея Сизова спровоцировал шквал вопросов. Так, представителя компании «Гипрошахт» интересовало, зашиты ли в программу прогнозные возможности или только статистика. «И как справляетесь со снегом?» – поинтересовался он.

Сергей Сизов парировал: «Появился мощный инструмент по мониторингу и долгосрочным прогнозам». По поводу снега он подвердил, что снег проницаем лишь отчасти, это проблема. Но «поскольку речь идет о мультисенсорном мониторинге, проблема нивелируется», – заверил он.

Ирина Швец из «Северстали» поинтересовалась: «Если каждая точка имеет вектор, означает ли это, что каждая точка получила ID-номер, на основе которого появляется вектор?» «Да, так, – подтвердил господин Сизов. – Такое обновление происходит не реже 4х минут. Точность субмиллиметровая при дистанции до 500 м, предельная дальность – 2,5 км. Размер пикселя около 0,5 м».

Также участников интересовало, откуда берется 3D-изображение без параболической антенны. Оказалось, что работает  интерферометр, который измеряет разницу в поляризации волн. Но более детальный ответ господин Сизов дать затруднился.

Представитель ИГД УрО РАН интересовался, как избежать ложных срабатываний на сходах, которые никогда не сойдут. Эту проблему может решить мультисенсорное сканирование. В том числе – метеоанализ.  По его словам, эпизод на Черниговце, когда произошел скачок температур, и произошел сход, погибли два бульдозериста и экскаваторщик, был вызван погодным катаклизмом.

Евгений из «Виагема» поинтересовался, как фиксируется положение сканера, чтобы понимать, действительно ли движется порода, а не радар. Радар оснащен GPS, BeDoo, Глонасс и Галилео, поэтому мы можем понимать, что где находится.

Технический директор Maptek Сергей Резник рассказал, как можно следить за состоянием карьера с помощью лазерной системы сканирования «Маптек Сентри». Он предложил три варианта: оптический, радарный и лазерный.

Оптический – с использованием призм – дает высокую точность данных, но ограничен начальным расположением. Он недорог и хорош для составления анамнеза. Однако если возникнут подвижки, некоторые призмы будут потеряны.

Радары дают очень высокую точность данных, но и стоят дорого. Их развертывание может быть ограничено по мобильности и гибкости. Кроме того, выключение многих радаров перезапускает измерения, поэтому использовать их для долгосрочных измерений не всегда возможно.

Лазерное сканирование хорошо тем, что можно использовать обычные маркшейдерские сканеры. Эти системы высокомобильны, могут мониторить круглосуточно. Дальность исследования – до 1 км.

По словам Сергея Резника, система лазерного мониторинга Маптек Сентри рассчитана на непрерывное использование, может быть мобильной и стационарной и обладает мощными средствами фильтрации (против тумана и пыли), у нее нет ограничений по размеру и скорости подвижек. Система позволяет использовать один и тот же сканер как для мониторинга, так и для маркшейдерской съёмки, геотехнического анализа и геологического картирования, не требует установки отражателей. В систему встроена фотокамера с разрешением в 70 Мп для одновременной панорамной фотосъёмки с автоматической привязкой изображений к карте.

Информация может выводиться в виде «температурных» карт, можно настроить пороговые значения для предупреждений и сигналов тревоги и временное окно для усреднений пиковых значений для долгосрочных наблюдений.

Сергей Резник уверен, что его система Маптек дает несколько важных возможностей как для маркшейдеров (ежедневная съемка, контроль отработки уступа, сканирование отвалов и т.д.), так и для геомехаников (автоматический поиск и анализ структур и их волнистости).

Участников мастер-класса интересовало, где этот комплекс внедрен так, чтобы он занимался комплексным обслуживанием карьеров («молоток в руках держи и делай, что хочешь»)? Оказалось, что он уже работает в Австралии, Южной Америке, Штатах. Представителя золотодобывающей компании «Павлик» интересовал температурный режим: сколько выдерживает сканер и способен ли он выдерживать температуры до -50 и даже ниже. Ответ был неутешителен: сканер будет работать лишь до -40 и лишь до тех пор, пока его собственная температура не упадет до нуля.

Питер Лоуренс из Ground Probe рассказал, как мониторить карьеры с помощью радаров. По его данным, 2\3 всех проданных в мире радаров – продукция его компании. В сфере горного дела SSR-радар позволяет мониторить борта карьеров (разрезов) и выдавать предупреждения, прежде чем случится обрушение. Кроме того, радары позволяют добыть максимальное количество «изолированной» руды. С использованием технологии радара для мониторинга можно будет оптимизировать план проектирования карьера (разреза) и максимизировать угол наклона борта.

Господин Лоуренс привел пример из Новой Зеландии, где при помощи радара удалось спрогнозировать обрушение объемом примерно 2 млн тонн породы. Был изолирован ресурс в объеме около 75 тыс. унций, но рудник продолжил свою работу.

На золоторудном месторождении в Западной Австралии использование радара позволило контролировать риски при изменении угла наклона борта, а на угольном разрезе Меанду – при добыче угля. Команда удаленной геотехнической поддержки GroundProbe уведомила команду Bayan о потенциальной деформации части угольного пласта. Персонал и оборудование были своевременно эвакуированы, радар SSR™XT продолжил мониторинг. После окончания смещения удалось добыть 45 тыс. тонн изолированного угля, продажа которых принесла компании дополнительные $4-5 млн.

Радар с реальной апертурой антенны SSR – XT 3D позволяет делать фотографии высокого разрешения с отмеченной зоной деформации. Их можно совмещать с генерируемой радаром трехмерной DTM-моделью и, благодаря углубленному скоростному анализу, прогнозировать возможные разрушения. Кроме того, геотехнологическая служба компании проводит обучение и повышение квалификации, предоставляет отчетность, оперативную поддержку и антикризисное управление (в случаях обрушения).

Руководитель НОЦ ИГД УрО РАН Андрей Панжин рассказал, как вести мониторинг с использованием  технологии GPS на примере объектов на Урале (Качканарский ГОК) и в Казахстане (Жетыгаринское асбестовое месторождение).

Господин Панжин предложил рассматривать массив горных пород как иерархически-блочную среду, находящуюся под воздействием тектонических напряжений. Он разделил его на два типа: нетронутый горный массив и техногенно измененный. Во втором типе значение имеет нарушение изостатического равновесия (база измерений до 25 км), формирование вторичного напряженно-деформированного состояния (базы измерений до 2-5 км) и нарушения устойчивости массивов на локальных участках (базы измерений – до первых сотен метров).

Собравшихся больше всего заинтересовало, что систему можно использовать не только для анализа массивов, нарушенных горными работами, но и для неповрежденных горных работ.

Завершил сессию доклад старшего научного сотрудника Горного института КНЦ РАН (город Апатиты) Михаила Кагана. В начале доклада он отметил, что, в отличие от других методов, именно его позволяет заглянуть в глубину недр и, фактически, услышать, как они «трещат».

О том, как работает метод, он рассказал на примере Ковдорского ГОКа, где были пробурены четыре скважины, которые создали сейсмическую сеть. Сейчас она расширена, охвачен весь восточный борт карьера. Господин Каган подытожил, что микросейсмический мониторинг для скальных массивов позволяет проследить процессы, которые в дальнейшем могут вызвать разрушения карьеров, изнутри, отслеживая данные энергией от одного джоуля. Он особо отметил, что сейсмический метод больше всего подходит именно для скальных массивов.