Отработка месторождений открытым способом чаще всего подразумевает этап буровзрывных работ (БВР). Это эффективная и хорошо знакомая горнякам технология. Но не секрет, что БВР сопряжены со многими рисками, связанными в числе прочего и с возникающим сейсмическим воздействием.
О сейсмической безопасности взрывных работ и современных технологиях в отрасли мы поговорили с техническим директором «Группы ЭВОБЛАСТ» Сергеем Ковальковым.
— Сергей Алексеевич, очевидно, что буровзрывные работы на карьерах оказывают сейсмическое воздействие. А чем оно может быть опасно?
— Действительно, БВР оказывают негативное воздействие на борта карьера и окружающие его объекты, и сейсмическое — только один из видов такого воздействия.
Тут дело вот в чём. Добывая полезные ископаемые, мы с каждым годом всё больше уходим в глубину. Где-то недропользователи переходят на подземные горные работы, где-то совмещают и открытые, и подземные. Если мы говорим об открытых работах на карьерах — а это наиболее популярный способ отработки в мире на сегодняшний день, то сейсмическое воздействие БВР — это влияние на устойчивость бортов этих самых карьеров.
Это очень важный момент, на который как раз стоит обращать внимание при взрыве: принципиально, чтобы все борта оставались устойчивыми вплоть до полной отработки карьера. Риск схода бортов при взрыве вполне реален.
— Этот риск можно предусмотреть на этапе разработки проекта?
— Не всегда. Например, сход может возникнуть из-за наличия естественной трещины, которую не учли в предварительных геологических исследованиях. Либо это может случиться из-за трещин, которые раскрылись от последствий взрывных работ. Допустим, такое может случиться, если взрывники использовали слишком большие диаметры заряда, тем самым увеличив сейсмику и раскрыв эти трещины, по которым произошло обрушение.
Или же могли образоваться новые трещины, которые повлияли на устойчивость этого борта. Изначально спрогнозировать такую ситуацию практически невозможно, так как устойчивость в различных породах и трещиноватость — разные. Любой проект требует индивидуального подхода.
— Чем может обернуться сход бортов карьера?
— Самым важным негативным последствием схода борта является угроза жизни людей. Жизнь людей — это самое ценное. Также это приводит к экономическим потерям, происходит поломка или утеря дорогостоящей техники: самосвалов, экскаваторов и т. д.
— Вы упомянули, что сейсмика — не единственное негативное воздействие БВР. Что Вы имели в виду?
— К негативным видам воздействия БВР относятся и те, которые вызваны воздушной ударной волной: из-за них может пострадать остекление зданий административно-бытового комплекса предприятия. Кроме того, есть риск для близко расположенных населённых пунктов. Например, вблизи карьеров могут стоять частные дома.
Так, при взрыве негабаритов наружными зарядами получаются максимальные ударно-воздушные волны, которые докатываются до остекления домов. Негативными последствиями могут быть повреждения зданий, претензии от жильцов, материальный ущерб. А это репутация и риски для недропользователя или его подрядчика.
Ну и, кроме того, к последствиям БВР и сопутствующих работ можно отнести повышенное пыление. Пыль может возникнуть даже на локальных участках, например, когда экскаватор копает взорванную горную массу или самосвал вывозит породу. Пыль оказывает негативное воздействие на органы дыхания человека, создаёт угрозу здоровью сотрудников.
— Современные российские предприятия стремятся минимизировать негативные последствия взрывов или эти вопросы для них сегодня неактуальны?
— Конечно же, отечественные добывающие компании ведут необходимые работы, для этого существует ряд инструментов.
Первое, с чего начинаются БВР, — это подготовка типового проекта буровзрывных работ, который является базовым документом, в том числе для проектирования массовых взрывов. Начиная с 2020 года, мы руководствуемся Приказом Ростехнадзора от 03.12.2020 № 494 «Об утверждении Федеральных норм и правил в области промышленной безопасности „Правила безопасности при производстве, хранении и применении взрывчатых материалов промышленного назначения”».
На его основании утверждается проект разработки месторождения с учётом результатов экспериментальных и промышленных взрывов, научно-технических разработок, передового производственного опыта по взрывным работам в аналогичных условиях, определяются необходимые ограничения.
Но, как я говорил, почти всегда есть факторы, которые невозможно предвидеть. Так, когда месторождения разведываются геологами и геомеханиками, их модель предполагает большую площадь охвата. Они предоставляют основные данные об особенностях участка, его геологии, гидрологии, системе трещин, блочности. Также для БВР важны крепость горных пород по шкале Протодьяконова, показатели минералогической шкалы твёрдости Мооса, буримость, плотность, обводнённость.
С учётом этой информации инженеры-проектировщики либо закладывают универсальные конструкции зарядов для всего месторождения, либо разделяют его на отдельные части и рекомендуют на одном участке работать с учётом ограничений по сейсмике, а на другом — по стандартным параметрам. Но для того, чтобы более точно определить максимально безопасные условия, в которых необходимо выполнять буровзрывные работы, нужно уже на практике вести собственное исследование — сейсмомониторинг.
— Расскажите об этих работах подробнее. Как они организованы, какое оборудование здесь необходимо?
— Сейсмомониторинг выполняют с применением сейсмографа. Этот прибор можно использовать для измерения сейсмического воздействия для каждого взрыва в локальной точке, а можно установить стационарный сейсмограф для постоянного сбора общих показаний. Он будет замерять колебания грунта, скорость смещения, амплитуду, частоту в трёх направлениях.
Также используются датчики для замера сейсмики, которые можно разделить на два типа: акселерометры и геофоны (или сейсмометры). Их различие состоит в том, что акселерометры имеют выходной сигнал, пропорциональный ускорению низкочастотных сейсмических колебаний, а геофоны имеют выходной сигнал, пропорциональный скорости движения грунта. К слову, на данный момент «Группа ЭВОБЛАСТ» совместно с партнёрами разрабатывает отечественные геофоны.
Внутрискважинные геофоны позволяют провести измерения сейсмики непосредственно при взрыве, в ближней зоне — от 10 до 50 метров до скважины. К ним можно подключить микрофон для получения значений ударно-воздушной волны на определённом расстоянии. Приборы устанавливают непосредственно на фундаменты зданий, в том числе жилых домов, для проверки соответствия проекту взрывных работ.
Например, в проекте установлены чёткие ограничения для грунтов, на которых стоит здание. Поэтому специалисты, ведущие взрывные работы, должны определить такие параметры БВР, как диаметр скважин/шпуров, величины зарядов и недозарядов, расстояние между скважинами, систему инициирования, схему монтажа взрывной сети и другие показатели, чтобы ни в коем случае их не превысить.
На основе полученных данных специалисты делают замеры, выводят коэффициенты и корректируют параметры БВР. Измерения сейсмики должны вестись системно и регулярно. С помощью постоянного контроля отслеживаются значения смещения грунта и формируются отчёты, опираясь на которые, спустя продолжительное время мы уже можем заявить, что нарушений по сейсмике не наблюдается.
В структуре нашей компании работает специализированное подразделение — «ЭВОБЛАСТ Инжиниринг». Его специалисты в числе прочего проводят на объекте заказчиков сейсмозамеры, на основе которых разрабатывают рекомендации, как работать в приконтурных зонах, какие конструкции зарядов использовать и какие подходы применять для сохранения, минимизации нарушенности, повышения устойчивости бортов карьера.
Кроме этого, сейчас совместно с партнёрами мы разрабатываем локальную систему мониторинга схода бортов с помощью геотехнических радаров. Они применяются для того, чтобы исследовать в непрерывном режиме возможные подвижки горных пород в карьере.
Эти исследования не обязательно привязаны к взрывным работам, так как многое зависит и от особенностей месторождения: трещин, неоднородности, присутствия льда или воды, эрозии почв. Всё это может привести к обрушению уступа или даже сходу целого борта. И такие изменения как раз может зафиксировать георадар и помочь сработать на опережение — вовремя вывести людей и технику из опасной зоны.
— Какие технологии позволяют сократить выбросы пыли и газа?
— Для того, чтобы минимизировать выбросы в атмосферу, широко используется забойка скважин. Этот метод рекомендован Институтом проблем комплексного освоения недр РАН.
Для уменьшения пыления в карьере также нередко применяется орошение как территории всего объекта, так и непосредственно места взрыва. В последнем случае перед взрывом поливальные машины смачивают грунт, и та пыль, которая появляется в первые секунды после него, связывается и оседает, не уходя в большом объёме в атмосферу.
— Как можно использовать данные сейсмомониторинга, чтобы снизить негативное воздействие БВР?
— На самом деле, качественно проведённый сейсмомониторинг с использованием современной техники уже позволяет предотвратить многие проблемы. На основании полученных данных можно правильно рассчитать заряды, при необходимости уменьшить их массу, создать определённую схему монтажа, чтобы как можно меньше зарядов взрывалось одновременно.
— Можно ли снизить риск схода бортов?
— Можно. Здесь немалое значение играет вариативность использования взрывчатых веществ (ВВ). Инженер может использовать комбинации взрывчатки большой или малой мощности на определённых участках, даже в прибортовой зоне. Допустим, это могут быть эмульсионные взрывчатые вещества с разными энергетическими характеристиками — более сильными или слабыми. И тогда можно ближние к борту ряды скважин зарядить одним типом ВВ, а основные технологические скважины, которые отстают от контура на расстояние большее, чем 3-5 рядов, — более высокоэнергетичным ВВ.
Также можно в прибортовой зоне уменьшить диаметр скважин, изменить расстояния между ними в ряду или расстояния между рядами. Но нужно учитывать, что такой подход иногда снижает качество полученного состава взорванной горной массы. Тем не менее это сознательное решение для сохранения устойчивости борта карьера.
— В числе современных решений для БВР часто называют ЭСИ (электронные системы инициирования). Может ли их использование снизить сейсмическое воздействие взрыва?
— ЭСИ, действительно, являются современным инструментом для управления взрывом. Они дают более высокую точность срабатывания детонатора, шашки и заряда в скважине, чем неэлектрические системы инициирования, где в капсюле-детонаторе присутствует пиротехнический состав.
ЭСИ также имеют меньшую погрешность и позволяют запрограммировать время замедления с шагом 1 мс и даже меньше. В любое удобное время можно принять то замедление, которое необходимо в данном конкретном случае. То есть каждый скважинный заряд может взорваться в свой интервал времени, в свою миллисекунду, что, соответственно, уменьшает сейсмическое воздействие.
Преимущества ЭСИ многократно доказаны, их стоимость в последние годы снижается, и весь современный мир движется к тому, чтобы перейти на электронику. Это действительно более эффективный инструмент управления взрывом и снижения его негативных последствий, таких как сейсмика, ударно-воздушная волна, разлёт взорванной горной массы.
Сейчас одним из направлений «Группы ЭВОБЛАСТ» является обучение работе с электронными системами инициирования команд компаний-заказчиков, так как мы видим их эффективность на собственной многолетней практике. Более того, мы преследуем амбициозные цели по переходу на стопроцентное использование ЭСИ на объектах, где наша компания ведёт БВР, в обозримом будущем.
— Вы упомянули о возможном недовольстве жителей близлежащих населённых пунктов. Люди действительно могут жаловаться на последствия БВР. А есть ли здесь реальная опасность?
— Люди действительно могут чувствовать вибрации, однако сейсмические колебания в большинстве случаев не оказывают негативного воздействия. Как уже упоминалось выше, мы очень ответственно подходим к взрывным работам на всех этапах, учитываем допустимые скорости смещения грунта. БВР тщательно проектируются, взвешиваются все риски, заранее проводится экспертиза состояния охраняемых объектов, ведется разъяснительная работа с населением.
Обязательным этапом является заблаговременное информирование людей о значении звуковых и световых сигналов при введении опасной зоны, подаче «боевого» сигнала и окончании взрывных работ. Полученные данные о скорости смещения грунта с сейсмодатчиков, расположенных в точках интереса, всегда оказываются в рамках допустимых, что гарантирует безопасность выполненных работ.
— Как правило, решения, призванные предотвратить негативные последствия, бывает сложно монетизировать или, по крайней мере, отследить финансовый эффект их применения. Как обстоят дела с технологиями сейсмомониторинга и другими решениями, о которых мы говорили выше?
— Я уже говорил, что самым мощным негативным эффектом в данном случае может стать сход борта. Конечно, такое явление, мягко говоря, финансово невыгодно для добывающего предприятия. И одна из самых важных, в том числе в экономическом плане, задач состоит в том, чтобы не только уберечь людей и технику, но и сохранить возможность работать на сложном участке.
При качественном непрерывном мониторинге радарами можно вовремя предупредить о надвигающейся опасности, проинформировать диспетчера, быстро эвакуировать из аварийной зоны людей и технику.
В свою очередь, проблемный участок также может стать убыточным, так как нередко принимается решение о его закрытии или консервации на время определения целесообразности его отработки. Однако, используя современные технологии ведения БВР и, конечно, располагая командой квалифицированных специалистов, можно безопасно провести работы, добыть полезные ископаемые, а не заморозить борт. То есть не только избежать прямых убытков, но и выйти на прибыль.
Беседовала Кира Истратова. Фото «Группы ЭВОБЛАСТ»
Спасибо!
Теперь редакторы в курсе.