Весной 2023 года российское правительство вновь ужесточило требования к охране окружающей среды и соблюдению экологической безопасности для недропользователей. Внесённые в ФЗ «О недрах» поправки в числе прочего предусматривают «карательные меры» со стороны госорганов за допущение чрезвычайного происшествия или вовсе экологической катастрофы на опасных производственных объектах.
Хвостохранилища, которые безоговорочно относятся именно к таким объектам, требуют особо тщательного контроля. Лояльное отношение к этим сооружениям может обернуться настоящей трагедией. Достаточно вспомнить прорыв дамбы хвостохранилища железорудного рудника в бразильском городе Брумадинью, произошедший в январе 2019 года. У России тоже имеется печальный опыт — конечно же, мы говорим про прорыв дамбы на реке Сейба в Красноярском крае, который прогремел на всю страну в том же 2019.
А можно ли считать подобные ЧП исключением из правил? Едва ли, потому что к подобного рода происшествиям приводят халатность владельцев сооружений и банальное отсутствие средств контроля, позволяющих своевременно реагировать на различные отклонения от нормы. Поэтому логичнее не уповать на обстоятельства непреодолимой силы, а предотвратить саму возможность подобного происшествия.
Какими способами можно минимизировать риски аварийных ситуаций на хвостохранилищах? О современных цифровых решениях рассказали эксперты на площадке «Геовебинары.ру».
Традиционно для контроля за состоянием сооружений, предназначенных для хранения отходов производства горнодобывающих предприятий, выстраивают системы мониторинга и управления ГТС. Такие системы позволяют автоматизировать процесс получения и обработки данных о состоянии хвостохранилищ.
При формировании комплексов интеграторы используют различную контрольно-измерительную аппаратуру (КИА). Какие тенденции сегодня наблюдаются на этом рынке?
Эксперт по гидротехническим сооружениям (ГТС) Владислав Усков начал издалека: на практике контролировать хвостохранилища с помощью специализированных устройств в России начали давно. Первые датчики отечественные промышленники стали закладывать при строительстве крупных гидроэнергетических объектов ещё в 1960-х годах. В те же годы для таких сооружений была сформирована база по ведению мониторинга, а вместе с тем определены единые требования к контролируемым параметрам.
Впоследствии уже сформированную базу растиражировали на современные гидротехнические сооружения. Сейчас в их отношении действует большое количество стандартов и нормативной документации, которые в полной мере регламентируют объём и число устанавливаемой аппаратуры. Сверх того для гидротехнических сооружений действуют требования, согласно которым на них необходимо развёртывать автоматизированные системы диагностического контроля, включая программные средства для работы с данными.
Всё вышесказанное касается всех ГТС, но если говорить конкретно про объекты в горной индустрии, здесь наблюдается несколько иная тенденция. По мнению экспертов, большинство хвостохранилищ на сегодняшний день оснащены первичной ручной контрольно-измерительной аппаратурой, но не оборудованы информационно-диагностическими системами для централизованной работы хранения и обработки данных.
«В отдельных случаях автоматизируют пьезометры, отдельные расходомерные точки и прочее оборудование, но, к сожалению, это не носит массового характера. За границей, наоборот, хвостохранилища в большинстве случаев сегодня являются интеллектуальными высокотехнологичными активами. На них размещают самую современную контрольно-измерительную аппаратуру, параллельно ведут комплексную научную работу по изучению различных сценариев аварийных ситуаций и разработке решений по их предотвращению. Также на всех иностранных хвостохранилищах присутствуют информационные системы, позволяющие оперативно реагировать на возникающие инциденты и к тому же прогнозировать развитие различных эффектов», — пояснил эксперт по гидротехническим сооружениям Владислав Усков.
С чего начать обзор средств автоматизации на хвостохранилищах? Первостепенно следует обратить внимание на приборы, предназначенные для контроля за уровнем воды в пьезометрах. На большинстве хвостохранилищ уже применяют такие устройства, но зачастую они проводят измерения ручным способом — с помощью лотов-хлопушек или другого контактного оборудования.
«Для автоматизации этих измерений достаточно опустить в скважину пьезометра погружной датчик уровня воды, а на его устья разместить регистраторы данных. В частности, этого можно добиться посредством внедрения технологии беспроводной передачи данных. Монтаж такого оборудования и развёртывание автоматизированной системы мониторинга уровня воды в пьезометрах — вполне не дорогостоящее мероприятие, которое можно реализовать в достаточно сжатые сроки.
Очевидно, что положение кривой депрессии неразрывно связано с уровнями воды в бьефах. И поэтому, как правило, автоматизацию измерения уровня воды выполняют совместно с развертыванием автоматизированной системы контроля уровня воды в пьезометрах», — рассказали эксперты.
Измерение уровня воды можно проводить и с помощью другой контрольно-измерительной аппаратуры. Если в пределах небольшого отрезка наблюдается незначительное изменение параметра, достаточно использовать погружные или, допустим, поплавковые датчики. Также широко распространены бесконтактные уровнемеры, которые могут выполнять высокоточные измерения в большом диапазоне измерения контролируемого параметра.
В сегменте геотехнического мониторинга часто встречаются автоматизированные комплексы контроля расхода воды. Они могут работать по двум абсолютно разным подходам: с использованием мерных водосливов или же без них. Мерные водосливы позволяют выполнять измерения вручную, объёмным способом, и для автоматизации в мерном водосливе нужно регистрировать только уровень воды, а сам расход жидкости пересчитывается по эмпирическим формулам.
При использовании автоматизированной системы без мерных водосливов нужно измерять скорость, знать поперечное сечение тока и также измерять уровень воды. Обычно под такими системами имеются ввиду комплексные решения от различных производителей, включающие в себя два датчика — обычно это бесконтактные датчики уровня воды и доплеровские расходомеры.
«Для измерения горизонтальных и вертикальных смещений часто применяют роботизированные тахеометры. Они позволяют выполнять геодезические наблюдения в автоматическом режиме по расположенным на объекте отражателям с точностью, соответствующей первому классу триангуляции. Однако стоит отметить, что в отечественной и зарубежной практике рассматриваются иные методы автоматизации геодезических наблюдений, например ГНСС. Это оборудование более неприхотливо в сравнении с роботизированным тахеометром.
При использовании тахеометров необходимо предусматривать комплекс мероприятий по сохранению их работоспособности. Например, нужно устанавливать специальные будки для защиты прибора от различных погодных явлений, также следует содержать в чистоте его оптику. ГНСС не требует таких дополнительных мер, но не стоит забывать, что и точность измерения на таких приборах ниже», — объяснили эксперты.
Для контроля послойных вертикальных и горизонтальных смещений грунта в теле дамб обычно используются системы скважинных инклинометров. Это оборудование получило очень широкое распространение за рубежом, и в последнее время его начали всё чаще применять и на российских хвостохранилищах. Преимущество скважинных инклинометров заключается в том, что их можно вводить в эксплуатацию поэтапно.
Один из элементов прибора — пьезометрические трубки — монтируется непосредственно в скважину, при этом уже на этой стадии можно определять горизонтальные или вертикальные послойные смещения с помощью специального переносного полуавтоматического оборудования. А с последующей установкой автоматизированного оборудования внутрь скважины можно добиться полной автоматизации данных измерений.
За границей также активно применяют экстензометры — приборы, предназначенные для автоматизации послойных измерений вертикальных перемещений грунта. Их традиционно делят на контактные и бесконтактные. В свою очередь, контактные экстензометры делят на навесные, автоматические и длинноходные. Навесные устройства могут измерять деформации от очень маленьких до относительно больших, поэтому их используют в областях, требующих большой точности измерений. Автоматические и длинноходные экстензометры обеспечивают лучшую повторяемость результатов, чем классические аналоги.
Такие приборы движутся по собственным направляющим и поэтому не оказывают значительного воздействия на сам образец. Вместе с тем они способны находиться на образце до его разрушения, а также измерять крайне большие растяжения без потери точности. Бесконтактные экстензометры используются при испытаниях материалов, которые подвержены разрушению традиционными контактными навесными экстензометрами, либо когда масса навесных экстензометров искажает свойства образца.
Ещё один прибор, который обрёл популярность в других странах, — система гидравлического мониторинга. Она представлена в виде комплекса датчиков давления воды, связанных между собой трубками, которые размещаются на контролируемых горизонтах в теле грунтовых сооружений. На гребне такой конструкции датчики внедряют в единый шкаф, общий для всех точек измерения. Все устройства работают по принципу сообщающихся сосудов, что позволяет с высокой точностью определять послойные осадки сооружения.
«Последние разработки в области контрольно-измерительной аппаратуры позволяют усовершенствовать процесс мониторинга и организовать более точный контроль за состоянием ГТС. На хвостохранилищах применяются сборные инклинометры для установки в скважину, которые позволяют измерять горизонтальные смещения и вертикальные просадки, а также кабельные рефлектометры временной области, предназначенные для определения дефектов на кабельных линиях длинной протяжённости.
Для локализации места активной фильтрации используются умные маркеры (Smart Marker), представляющие собой загерметизированные высокопрочные капсулы, в которые устанавливаются инклинометры и акселерометры для контроля измерений наклона по трём осям. Среди относительно новых видов КИА важно отметить также наземные радары для геотехнического мониторинга и спутниковый интерферометрический мониторинг (InSAR), который идеально подходит для отслеживания больших площадей хвостохранилищ», – рассказал директор по отраслевым решениям в горнодобывающей промышленности компании КРОК Алексей Медведев.
Так или иначе, в последнее время на российском рынке контрольно-измерительной аппаратуры для гидротехнических сооружений идут сдвиги в сторону улучшения. Как подчеркнули эксперты, заказчики стали всё чаще интересоваться современными системами мониторинга и управления ГТС на добычных объектах. Поэтому есть все основания полагать, что геотехнический мониторинг на хвостохранилищах в ближайшие годы выйдет на новый уровень.
Спасибо!
Теперь редакторы в курсе.