Чтобы гром не грянул: технологии геотехнического мониторинга в горной отрасли

Может ли человек вызвать землетрясение? Если он обычный земной житель, а не персонаж комиксов, то, пожалуй, нет. Но вот деятельность человека, как показывает история, может. Более 100 лет в каньоне «Бингем» добывали медь, так что глубина карьера приблизилась к километру. И вот в апреле 2013-го объект был частично разрушен огромным оползнем: практически единовременно обрушились более 150 млн тонн грунта.

Во время оползня было зафиксировано 16 небольших землетрясений. То есть не сдвиг тектонических плит спровоцировал обрушение — всё произошло с точностью наоборот: оползень вызвал дрожь земли. Под тоннами грунта были похоронены несколько единиц дорогостоящей горной техники, но людей из зоны обрушения успели вывести: осознавая масштабы объекта, добывающая компания заблаговременно внедрила системы мониторинга, которые вовремя сигнализировали о надвигающейся опасности.

А вот в Брумадинью, где пять лет назад произошёл прорыв дамбы, хеппи-энда не случилось: авария унесла почти 250 человеческих жизней. В свете этих событий не нужно доказывать актуальность геотехнического мониторинга на добывающих объектах. Кстати, сегодня компания Vale вложила огромные деньги в оснащение своих объектов необходимыми системами мониторинга.

Мы попросили директора по стратегическому развитию ГК «ЭВОБЛАСТ» Сергея Мозера рассказать, какие возможности открывают современные технологии и какие решения сегодня доступны российским добывающим предприятиям.

— Сергей, как давно технологии геотехнического мониторинга пришли в добывающую отрасль?

— История инструментального геотехнического мониторинга деформаций горных массивов началась в 70-е годы XX века. В начале 2010-х начал развиваться метод интерферометрических измерений деформаций.

В то время в мире обозначились три компании лидера: Reutech (ЮАР), GroundProbe (Австралия), она впоследствии вошла в контур Orica, и IDS GeoRadar (Италия), которая стала частью структуры компании Hexagon. Что касается Reutech, то она является предприятием оборонного комплекса ЮАР, компания занимается в основном военными технологиями.

— А когда технологии геотехнического мониторинга начали использовать в России?

— В России технологией заинтересовались в середине 2010-х годов, тогда же началось её постепенное развитие. Изначально были попытки завезти интерферометрические радары частным образом.

Этому предшествовали другие технологии мониторинга стабильности уступов. В основном такими работами занимались маркшейдеры. Фактически всё сводилось к полностью ручному труду. В процессе развития технологии началось применение более современного оборудования, в частности тахеометров.

Также на заре развития технологии применялся метод лазерного сканирования: он повышал точность, но по-прежнему требовал больших трудозатрат. Помимо этого, не было алгоритмов интерпретирования и прогнозирования, и, конечно же, не удавалось достичь сублимированной точности на дальность, которую предоставляет современный интерферометрический радар. Сейчас точность на дальность достигает 5 километров, покрытие по площади — до 360 градусов.

— Фиксируете ли вы рост популярности технологий геомониторинга?

— Безусловно. Сегодня использование данных технологий включено в федеральные нормы по защите промышленных объектов, а это практически нормы технадзора в части использования различного рода устройств для мониторинга безопасности отработки карьеров и схода уступов.

— Как вы считаете, с чем это связано?

— Мы связываем этот факт с общим ухудшением горно-геологических условий в отрасли: увеличивается глубина отработки, усложняется геология, начинают разрабатываться месторождения в регионах многолетней мерзлоты, которые представляют собой особую опасность: при таянии возникают поверхности скольжения.

Интерферометрические радары как раз и позволяют наиболее оперативно и точно спрогнозировать те или иные сдвижения массива, провести упреждающий мониторинг. Почему более оперативно? Потому что ранее, как я уже говорил, всё это делалось вручную по вешкам: ставились опорные точки, маркшейдер вручную проходил, смотрел сдвижения.

Комплексы евроинтерферометрических радаров позволяют мониторить всё по площади, и, конечно, это решение гарантирует большую надёжность и позволяет обеспечить комплексную безопасность горнодобывающих объектов: как открытых, так подземных.

Кроме того, говоря о технологии мониторинга интерферометрическим радаром, важно упомянуть, что это автоматизированный метод, он даёт возможность прогнозирования. К тому же в современных алгоритмах заложены методы интерпретирования погодных метеоискажений.

— Таким образом, главная задача геомониторинга — проконтролировать и спрогнозировать изменение состояния горного массива, верно? То есть ключевым является вопрос безопасности?

— Да, задача обеспечения безопасности, конечно же, является первостепенной. Благодаря алгоритмам прогнозирования появляется возможность вывести людей и горную технику в безопасную зону. То есть речь идёт о сохранении человеческих жизней, а также капитала предприятия, а это повышение конкурентоспособности компаний, в том числе на особо сложных объектах.

Все ведь понимают, что любые аварии — это огромные потери, как репутационные, так и финансовые. Последние могут исчисляться миллионами долларов из-за простоя предприятия. А ведь благодаря геомониторингу таких ситуаций можно избежать: вывести технику и людей с опасного участка и продолжать работу на другой части горного предприятия, такие примеры есть.

К сожалению, есть и другие. Например, ровно год назад в Китае произошло массовое обрушение склона на угольном карьере. Под завалами оказались десятки единиц техники и более 50 рабочих. Поэтому тема безопасности ведения горных работ, конечно же, остаётся актуальной.

Но есть и другая, не менее важная задача — экологическая. Технологии геомониторинга также позволяют контролировать состояние хвостохранилищ, которые зачастую весной при таянии «плывут», из-за чего появляется опасность затопления. Чтобы пресекать эти опасные явления и проводить размывания и таяния, и нужен геомониторинг.

Вообще же объектом геотехнического мониторинга также могут быть плотины, склоны гор и другие элементы инфраструктуры. Мы говорим о комплексных решениях, которые находят применение практически в любом направлении, связанном с эксплуатацией объектов горного хозяйства.

— Вы уже начали говорить об эволюции технологий геомониторинга. Какие решения существуют на сегодняшний день?

— Да, как я уже говорил, самый старый способ — это маршейдерский мониторинг, когда работа идёт по вешкам. Более продвинутая технология подразумевает установку отражателей на объекты: она даёт возможность дискретного периодического мониторинга с помощью современных тахеометров. Также необходимо упомянуть лазерное сканирование с периодическим повторным сканированием со сличением образов, что тоже позволяет детектировать смещение.

— Существуют ли универсальные решения?

— Полностью универсальной технологии на сегодняшний момент нет. Выбор зависит от задачи, а также размеров наблюдаемого объекта. Если это огромный карьер большой протяжённости, нужно выбирать интерферометрический радар с оптимальной площадью охвата. Если это маленькое горное предприятие или же нужно организовать мониторинг склона, справится и таргетированный радар.

Также существуют решения для радарного мониторинга подземных горных выработок, которое выгодно отличается по скорости и по точности прогнозированного смещения.

В целом, когда специалисты нашей компании подбирают наиболее подходящее решение, они вникают в особенности проекта, стремятся понять ожидания клиента.

— Ваша компания сделала акцент на технологиях сканирования (массива) интерферометрическим радаром. Почему?

— Да, мы развиваем технологии сканирования интерферометрическим радаром с помощью так называемых аналоговой и синтезированной апертуры. Каждый из этих способов мониторинга имеет свои преимущества. Но наиболее перспективным в плане развития считается метод синтезированной апертуры. В частности, его использование ведёт к миниатюризации оборудования. В теории это позволит в дальнейшем совершенствовать алгоритмы интерпретации и прогнозирования смещения.

— А как развивается оборудование геотехнического мониторинга? Можно ли выделить какие-то тренды?

— Да, пожалуй, можно. Современное оборудование должно иметь небольшие габариты, работать в суровых климатических условиях, быть автономным, «дружить» с другими решениями для мониторинга, быть максимально универсальным.

Основным трендом я бы назвал стремление к совмещению разных методов измерений в едином масштабе, чтобы выводы были построены на основании разных данных. Ведь одно дело — это замеры георадара, второе — маркшейдерские замеры и третье — это данные какого-то мониторинга, сейсмики.

Карту мониторинга уже сейчас можно свободно наложить на проектные данные, например на рудное тело, на планы бурения, дальнейшие планы разработки. И получается комплексный анализ условий разработки, который можно вести в режиме реального времени. Это на самом деле огромный плюс, потому что все массивы данных, которые накапливаются, являются разрозненными. Совместимость данных — это ещё один современный тренд.

— Вы упоминали, что изначально технологии геотехнического мониторинга развивались в зарубежных странах. А как обстоят дела в России? Доступны ли нам эти решения?

— В России разработка технологий геотехнического мониторинга активно развивается. Наша компания также ведет работу в данном направлении. Сейчас компания «ЭВОБЛАСТ ИНЖИНИРИНГ» (входит в Группу компаний «Эвобласт») совместно со специалистами компании «ГЕОСУППОРТ» ведет разработку инструмента реактивного мониторинга.

Также необходимо отметить, что условием корректного функционирования профильного оборудования является наличие всесторонней технической поддержки. Такие услуги также оказывают наши компании.

Беседовала Кира Истратова