Организация комплексного мониторинга хвостохранилищ для эффективного управления отвалами и снижения рисков для непрерывности производства и экологии

Стратегическое планирование в горнодобывающих компаниях всегда было нацелено на снижение себестоимости разработки актива. Сегодня предприятия, которые хотят адаптироваться к текущим изменениям на рынке, должны также сфокусироваться на снижении бизнес-рисков, рейтинг которых в горно-металлургическом секторе возглавляют экология, социальная ответственность и обеспечение непрерывности производства. 

В процессе добычи полезных ископаемых образуются большие объёмы опасных отходов, которые обычно хранятся в специальных гидротехнических сооружениях (ГТС) — хвостохранилищах. Ненадлежащий уровень эксплуатации может привести к обвалам и обрушениям дамб сооружений и повлечь за собой серьёзные последствия для населения, экологии и самих компаний, владеющих месторождениями.

Поэтому грамотный подход к управлению хвостохранилищем, включающий в себя проактивный мониторинг состояния дамб, является одним из факторов, влияющих на цели предприятия по снижению рисков для окружающей среды и бизнеса. 

По оценкам экспертов, в мире насчитывается около 30 тысяч ГОК и более 3,5 тысяч хвостохранилищ. Все ГТС уникальны по виду, размерам и составу хвостов, однако имеют одну общую тенденцию к деформациям дамб и их последующему разрушению.

Каким образом современным горнодобывающим предприятиям организовать контроль за хвостохранилищами и снизить риски от негативных последствий возможных инцидентов, рассказал директор по отраслевым решениям в горнодобывающей промышленности ИТ-компании «КРОК» Алексей Медведев.

Влияние на экологию и непрерывность производства

На сегодняшний день в производстве только цветной металлургии России накоплены миллиарды тонн хвостов обогащения и сотни миллионов тонн металлургических шлаков. Эти отходы (хвосты), содержащие в основном взвеси горной скальной дисперсии, отправляются в хвостохранилища. Поэтому очень важно не допустить их высвобождения за пределы отвалов, в противном случае последствия могут быть катастрофическими. 

В 2016 году на Таловском хвостохранилище в Казахстане после выхода из строя коллектора воды, который был частью ГТС, произошел аварийный сброс загрязняющих веществ в реки Ульба и Филипповка.

Отходы привели к аварийному загрязнению воды, что побудило население даже в отдалённых городах вдоль водных путей в Казахстане и России (в том числе в Омске, расположенном более чем в 1 000 километрах), принять особые меры предосторожности.

Помимо прямого негативного влияния на экологию, обрушение дамб хвостохранилищ ведёт к полной остановке добывающих работ на карьере на неопределённое время, что влечёт за собой колоссальные потери не только в части прибыли.

Безусловно, ликвидация последствий таких аварий требует серьёзных финансовых издержек, в том числе за счёт необходимости проведения восстановительных работ, возмещения потерь оборудования, выплат разного рода компенсаций и штрафов. 

За последние десять лет в мире было зарегистрировано 45 крупных аварий на хвостохранилищах, включая разрушительную катастрофу, произошедшую 25 января 2019 года на дамбе горнодобывающей компании Vale в Брумадинью (Бразилия).

Убыток для компании составил $7,4 млрд в 2019 году и $5,25 млрд в 2020 году.  Восстановительные работы заняли две недели. Кредитный рейтинг компании упал до BBB, по данным агентства Fitch Ratings. 

В России в 1999 году на Качканарском ГОКе произошла авария — избыточное давление воды прорвало дамбу хвостохранилища, и более 20 млн м³ пульпы пошли на город Качканар и окружающие населённые пункты. Попавшие в окружающую среду отходы нанесли экологии региона огромный вред. По разным оценкам, экономический ущерб от аварии составил 200–250 млн руб.

Эти примеры демонстрируют, насколько дорого предприятию обходится полная остановка работ и нарушение непрерывности производства в результате аварии на хвостохранилищах. При этом практически каждый аварийный случай можно было предотвратить за счёт проактивного прогнозирования: изучения объекта, наблюдения за состоянием дамб и их деформацией в режиме реального времени и оперативного предсказания поведения гидротехнических сооружений.

Почему происходят обрушения хвостохранилищ?

Основными причинами, приводящими к активизации опасных процессов и последующим инцидентам, являются эрозионное воздействие поверхностных вод и ветров, изменение положения уровня подземных вод, метеорологические особенности года и др. 

Дамба хвостохранилища может разрушиться также в связи с переливом воды через её гребень (если отметка гребня дамбы назначена неправильно) или в результате оползания откосов, находящихся под воздействием фильтрационных сил, и по ряду других причин, являющихся специфичными для работы тела дамбы. При сочетании неблагоприятных факторов массив намывной дамбы может перейти в неравновесное состояние и потерять устойчивость.

Технология возведения, наращивания и эксплуатации сооружения также влияет на структуру и природные комплексы ландшафта, гидросферу, атмосферу, почву, недра. Сегодня компании, владеющие месторождениями, признают, что хвостохранилища являются активами с повышенным риском, потенциально способными оказывать существенное воздействие на экологию и социальную сферу. 

Проактивный мониторинг состояния дамб как основной метод для снижения риска возникновения инцидентов на хвостохранилищах

Безусловно, несмотря на все усилия, в процессе добычи природных ископаемых невозможно полностью застраховаться от инцидентов. Тем не менее добывающие компании могут минимизировать риск их возникновения и последствия, задействовав последние разработки и технологии, а также дополнительные антикризисные процедуры. 

Каждый из инцидентов, приведённых выше в качестве примера, можно было бы предотвратить или смягчить их последующий ущерб, используя комплекс программного обеспечения для геотехнического мониторинга.

Эта технология наряду с комплексом дополнительных мер позволяет повысить безопасность и производительность горных работ, начиная с мониторинга стенок дамб хвостохранилищ в режиме реального времени и заканчивая контролем земляных и подземных работ, откосов, оседания грунта и климатического влияния на рудники. 

Крупнейший экспортёр меди, «УГМК», в прошлом году внедрил на Бачатском угольном разрезе АО УК «Кузбассразрезуголь» мобильный георадар нового поколения. Оборудование предназначено для дистанционного мониторинга устойчивости откосов бортов и отвалов, прогнозирования и своевременного предупреждения угроз обрушения и аварийных ситуаций.

Применение данной технологии позволяет круглосуточно контролировать безопасность ведения горных работ. Это уже второй георадар, применяемый в компании: первый был введён в эксплуатацию на Кедровском разрезе в 2019 году. Внедрять эту технологию «Кузбассразрезуголь» начал первым среди угольных компаний России.

Внедрение геотехнического мониторинга — один из примеров того, как технологии позволяют проактивно прогнозировать и предотвращать возможные инциденты на производствах. 

Тем не менее, несмотря на определённые усилия отдельных компаний, зачастую такой критически важный объект на месторождении, как хвостохранилище, по-прежнему контролируется по устаревшим технологиям. Сбор данных с измерительных приборов осуществляется вручную с ведением статистического учёта данных в журналах и прочей технической документации.

Собранные данные сравниваются с предельно допустимыми значениями для конкретного хвостохранилища, зачастую устаревшими или не отражающими в полной мере фактического состояния сооружения. Такой подход максимально затрудняет оперативное прогнозирование и реагирование на инциденты. 

Однако мы видим, что с каждым годом всё больше компаний смотрят в сторону применения современных средств и технологий для управления хвостовыми хозяйствами и берут на себя инициативу по соблюдению мер для обеспечения безопасности содержания ГТС.

Именно комплексный подход к организации мониторинга и контроля над состоянием хвостохранилища оценивается экспертами как наиболее эффективный и перспективный способ предотвращения аварийных ситуаций в процессе проведения горных работ. 

Технология для организации мониторинга и контроля за состоянием хвостохранилищ

Горнодобывающие компании, которые могут вовремя прогнозировать деформационные процессы горных пород и реагировать на них, находятся в преимущественном положении в части обеспечения безопасности персонала и оборудования, а также сведения простоев к минимуму. 

Прогнозирование деформационных процессов и нарушений устойчивости тела и основания дамбы хвостохранилища ведётся за счёт определения конкретных мест проявления и точных размеров, а также установления причин их возникновения.

Определение размеров деформаций, контроль над их развитием с учётом времени может производиться двумя известными методами: прямым и косвенным (Рис.1). 

Специальное программное обеспечение — система мониторинга и управления гидротехническими сооружениями (СМУ ГТС), к которым относятся хвостохранилища, — позволяет сводить в единую информационную среду данные, полученные в результате маркшейдерских измерений и с датчиков, которые непрерывно снимают информацию о состоянии хвостохранилища и его ГТС. Фактически в системе аккумулируются данные, получаемые как путем поверхностного наблюдения, так и подземного (скважинного) мониторинга. 

Система собирает, накапливает, обрабатывает и анализирует полученные с участков мониторинга данные, проводит оценку изменений состояния гидротехнических сооружений для прогноза вероятности обрушений, а также автоматического оповещения с указанием координат аварийного участка.

Таким образом, автоматизированная система для дистанционного контроля над состоянием хвостохранилища представляет собой единый источник информации, где данные отображаются структурировано в трёхмерной модели в режиме реального времени. Также у пользователей есть возможность загрузки исторических данных и архивов для просмотра и анализа показателей.  

Кроме того, платформа позволяет специалистам на местах уйти от бесконечных бумажных форм, которые нужно отправлять в разные офисы и разным пользователям, при этом информация будет надежно защищена, а доступ к отчётам — максимально удобен. 

Внедрение СМУ ГТС позволяет сформировать комплексное видение процессов контроля над дамбами на всех стадиях разработки и обеспечить руководителей и специалистов разного уровня информацией для повышения оперативности управленческих решений и действий по снижению рисков разрушения дамб. 

Преимущество горнодобывающих предприятий в том, что большинство датчиков, необходимых для ведения автоматизированного мониторинга, уже установлено на месторождениях. Компании остаётся только внедрить специальное программное обеспечение и подключить к нему датчики и другие источники информации.

Апробация СМУ ГТС уже стартовала в золотодобывающей компании «Полюс». Внедрение системы мониторинга и управления хвостохранилищами на крупнейшем предприятии «Полюса», Олимпиадинском ГОКе, ведётся в рамках реализации стратегии компании по устойчивому развитию бизнеса.

С помощью ведения проактивного сквозного мониторинга и контроля за хвостовыми хозяйствами компания добивается повышения прозрачности управления критической инфраструктурой, эффективности управления рисками и безопасности эксплуатации сооружения и горных работ на обогатительных фабриках. 

Как будет работать система мониторинга и управления ГТС?

СМУ ГТС осуществляет регулярный автоматический опрос датчиков, установленных на объектах, по заданному временному режиму, например, один раз в сутки или чаще, включая температурный замер, пьезометрический уровень и деформационные показатели.

Передача контролируемых параметров на автоматизированный блок опроса КИА, накопление полученной информации на сервере и возможность автоматизированного анализа полученных показателей с помощью программного продукта реализуется за счёт внедрения автоматизированной системы мониторинга (АСМ) контрольно-измерительной аппаратуры (КИА), устанавливаемой на ГТС хвостохранилища.

Фактически АСМ ГТС представляет собой комплекс всевозможных датчиков: закладных термометрических кос, сеть инклинометров, датчиков расхода (расходомеров), малогабаритных метеостанций и пр.

Благодаря оборудованию АСМ ГТС существует возможность автоматизировать следующие виды наблюдений: 

• контроль температуры в теле грунтовых сооружений; 
• контроль над деформацией в теле и основании грунтовых сооружений;
• учёт оборотной воды, пульпы и обеззараженных растворов;
• контроль над метеорологическими параметрами.

После автоматического опроса датчиков система производит обработку измерительной информации и результатов натурных наблюдений, осуществляет оперативную диагностику состояния ГТС: выполняет вычисления и сравнение значений полученных диагностических показателей с критериями безопасности, а также делает прогноз на основании исторических данных.

Затем система отображает данные контрольно-измерительной аппаратуры с помощью изменяющегося цветового кода в формате «светофорной модели», и выводит отчёт о состоянии хвостохранилища на дашборд в виде его 3D-модели. 

В ситуации, когда система фиксирует отклонения от нормы, она формирует предупреждающие сигналы и передаёт их в виде сообщений на мобильные средства связи пользователя. Таким образом, персонал может оперативно отреагировать, предпринять предупреждающие действия и нивелировать потенциальные риски.

СМУ ГТС интегрируется с такими информационными системами, как корпоративная система управления нормативно-справочной информацией (КСУ НСИ), АСУ ТП, лабораторная информационная система (ЛИМС), с внешними системами, которые находятся вне контура обогатительных комбинатов, например, ИС для сбора сведений о климатических данных и др.

Таким образом, данные, которые аккумулируются в СМУ ГТС, являются исчерпывающими и достоверными, благодаря чему специалисты на всех уровнях управления будут принимать эффективные решения.

К системе могут быть подключены различные гидротехнические сооружения обогатительной фабрики, например, пруд-отстойник (непосредственно хвостохранилище), ограждающая дамба хвостохранилища, дренажные насосные станции с системой трубопроводов, пульпопроводы и трубопроводы оборотной воды.

Цифровые технологии позволяют современным предприятиям быть на шаг впереди: располагая современными средствами мониторинга и пользуясь достоверными методами прогнозирования поведения деформаций внутри и снаружи дамб хвостохранилищ, горнодобывающие предприятия могут проводить объективную оценку рисков, вовремя принимать меры по их устранению.

Технологии способствуют обеспечению промышленной безопасности и непрерывности производственных процессов на всех этапах цепочки создания продукта, а также снижению человеческих жертв и вреда, нанесённого окружающей среде.

Как следствие, предприятия, активно внедряющие «цифру» в производственные и бизнес-процессы, уверены в своих активах, капиталовложениях и стоимости своих акций на фондовом рынке.

111033, РФ, Москва, ул. Волочаевская, д. 5, корп. 1
Телефон: +7 495 974 2274
metallurgy@croc.ru
croc.ru

На правах рекламы