Мониторинг и управление безопасностью карьеров

 

Аварии на открытых карьерах представляют серьёзную угрозу для жизни работников и стабильности производственных процессов. Учащение таких происшествий требует внедрения современных систем мониторинга и управления безопасностью. Рассмотрим основные методы и подходы, используемые для контроля состояния карьеров, а также важность своевременного реагирования на потенциальные угрозы.

Учащение аварий на карьерах по всему миру

Аварии на открытых карьерах представляют серьёзную угрозу для безопасности. Основные причины несчастных случаев включают:

• Обвалы и обрушения пород — 24 %.
• Поражения электрическим током — 21 %.
• Транспортные происшествия — 20 %.
• Инциденты при обслуживании машин и механизмов — 18 %.

Главными факторами, способствующими этим происшествиям, являются:

• отсутствие современных методов непрерывного мониторинга состояния карьеров;
• неудовлетворительная организация работ с электрооборудованием;
• недостатки в обучении;
• нарушение правил безопасности и низкий уровень трудовой дисциплины. 

К примеру, Казахстане в 2023 году произошла 21 авария на производстве, в результате которых пострадали 108 человек, из них 56 погибли. Наибольшее число травм зафиксировано в угольной промышленности.

Для повышения безопасности на карьерах рекомендуется внедрение цифровых систем управления производством и автоматизированного мониторинга. Первые позволяют контролировать расположение персонала, состояние техники, а вторые — своевременно выявлять потенциально опасные процессы и предотвращать их развитие на ранних стадиях.  Мировая статистика показывает, что такие технологии могут снизить количество несчастных случаев до 80 %.

Основные причины обвалов и обрушений

Обвалы и обрушения пород на открытых карьерах представляют серьёзную опасность для работников и могут приводить к значительным материальным потерям. Основные причины этих явлений включают:

• Геологические факторы: наличие трещиноватых, обводнённых или выветрелых пород, а также контакты пород разного состава и прочности.
• Климатические условия: резкие перепады температур, сезонные изменения и обильные осадки могут вызывать деформацию и снижение прочности горных пород, способствуя их обрушению. 
• Гидрологические факторы: повышенная обводнённость пород, особенно в период вскрытия и начала разработки месторождения, может приводить к оплыванию и снижению устойчивости откосов. 
• Техногенные причины: нарушение технологии ведения горных работ, чрезмерная нагрузка на откосы, недостаточный контроль за состоянием бортов карьера и вибрации от работы тяжёлой техники могут провоцировать обрушения.

Внедрение системы мониторинга и управления карьерами позволит сформировать комплексное видение процессов на всех его стадиях и обеспечить руководителей и специалистов разного уровня информацией для повышения оперативности управляющих воздействий.

Как избежать аварий и катастроф?

В настоящий момент, на подавляющем большинстве карьеров, мониторинг проводится без применения единой автоматизированной системы сбора и обработки данных наблюдений.

 

Данные мониторинга используются в ходе текущей операционной деятельности на предприятиях и, в связи с отсутствием современных методов фиксации, обмена и анализа информации, недоступны для оперативного анализа. Также выполнение неавтоматизированных измерений контролируемых параметров не позволяет обеспечить единовременность полученных данных измерений по различным группам контрольно-измерительной аппаратуры, что крайне важно для оценки безопасности хвостохранилища.  

 

Федеральным законом от 21.07.1997 № 116-ФЗ «О промышленной безопасности опасных производственных объектов» и действующими федеральными нормами и правилами в области промышленной безопасности устанавливаются требования по обеспечению предотвращения возможных аварий, в том числе связанных с состоянием горных пород карьеров. Согласно ФЗ, для выполнения функций постоянного мониторинга состояния горных пород в части прогноза возникновения нештатных ситуаций должна быть создана постоянно действующая система геомеханического мониторинга безопасного ведения горных работ, которая позволит непрерывно отслеживать состояние бортов карьеров и своевременно принять меры по стабилизации и снижению их напряжённого состояния. 

Система геомеханического мониторинга должна включать специалистов, прошедших специальную подготовку по работе с аппаратурой мониторинга событий: приборами, комплексами, средствами передачи и обработки информации и программным обеспечением, предназначенным для карьерных условий.

Действия эксплуатирующего персонала играют решающую роль в безопасной эксплуатации карьера, а принимаемые ими решения должны опираться на достоверную информацию о его состоянии.

Технологии мониторинга карьеров: от поверхностного контроля до глубинного анализа

Современные карьеры требуют комплексного подхода к мониторингу, сочетающего наблюдение за видимыми изменениями и скрытыми процессами внутри горного массива.

 

Глубинный мониторинг
Сейсмическая интерферометрия — ключевая технология, позволяющая анализировать внутренние деформации породы без бурения скважин. Она фиксирует малейшие изменения напряжений, выявляя зоны будущих обрушений. Данные отображаются в 3D-моделях, что помогает прогнозировать развитие трещин и смещений.  

Мониторинг поверхности

 

Для наблюдения за видимыми изменениями применяются:  

• Роботизированные тахеометры — высокоточные приборы, измеряющие смещения отражателей, установленных в контрольных точках.
• ГНСС-приёмники — менее точные приборы, измеряющие смещения контрольных точек (работают без прямой видимости друг друга).  
• Лазерные сканеры и спутниковый InSAR — фиксируют малые деформации на больших площадях.
• Фотограмметрия с БПЛА — создаёт детальные 3D-модели рельефа.
• Интерферометрические радары — эффективны для отслеживания видимых смещений бортов, но не обнаруживают скрытые деформации. Их применение требует постоянного контроля и дополнения другими методами.
• Тросиковые датчики — позволяют определять перемещения подвижных участков на  бортах карьера.

 

Скважинные и распределённые датчики

Для наблюдения за деформациями в скважинах применяются:

• Инклинометры — для контроля планового смещения каждой точки инклинометрической скважины от её изначального положения.
• Экстензометры — для контроля растрескиваний породы или её расслоения. 
• Распределённые оптические сенсоры — выполняют непрерывный мониторинг деформаций на большой протяжённости (до 10 км).
• Датчики порового давления — устанавливаются в скважины для оценки порового давления воды.
• Кабельные рефлектометры — фиксируют режущие смещения (скольжения) породы по всей длине скважины.

Данным списком не ограничиваются, стремительно развивающиеся технологии, применяемые для повышения безопасности в карьерах. Крупнейшие научно-исследовательские институты по всему миру постоянно совершенствуют технологии мониторинга и разрабатывают новые подходы по его ведению. Переход от ручного в визуального контроля к автоматизированному непрерывному позволяет существенно снизить потенциальные риски и избежать человеческих жертв.   Информационные системы управления  ИДС (информационно-диагностическая система) объединяет данные с датчиков, анализирует их в реальном времени и предупреждает об опасностях. На корпоративном уровне ИАС (информационно-аналитическая система) интегрирует данные с разных активов, обеспечивая централизованный контроль безопасности. Мониторинг карьеров с помощью SODIS M Программное обеспечение SODIS M создаёт из разрозненных технических средств единую информационную среду для обеспечения непрерывности и целостности измерений. Все датчики опрашиваются автоматически с помощью специализированных систем сбора данных, которые передают результаты измерений и диагностическую информацию на сервер. Данные мониторинга доступны оператору в режиме онлайн с помощью автоматизированного рабочего места. На основании полученных данных система мониторинга в автоматическом режиме определяет техническое состояние объекта и уведомляет диспетчера о нештатных ситуациях.   Система настроена таким образом, что мгновенно и заблаговременно фиксируется приближение измеренной величины к значениям, предшествующим предаварийному или аварийному состоянию, что позволяет своевременно выполнить ремонтные и компенсационные мероприятия по локализации или устранению таких процессов.   ПО позволяет в любой момент получить доступ к текущим и историческим значениям напряжений, внутренних усилий, приращениям деформаций в точках установки датчиков. Также система сохраняет «сырые» (необработанные) данные о частотах колебаний струн тензометров и их температуры, это необходимо для диагностики нештатных ситуаций в работе автоматизированной системы.   Кроме оперативного мониторинга, система предоставляет доступ к архивным данным, включая: текущие и исторические значения напряжений и деформаций; приращения смещений в контрольных точках; «сырые» данные (частоты колебаний струнных тензометров, температурные показатели), необходимые для диагностики работы самой системы. Таким образом, SODIS M обеспечивает не только непрерывный контроль, но и глубокий анализ состояния объекта, что значительно повышает безопасность эксплуатации шахт и снижает вероятность аварийных ситуаций.   Заключение Безопасность карьеров требует комплексного подхода, включающего: Автоматизацию мониторинга (видимых и глубинных процессов). Внедрение ИДС для оперативного анализа данных. Обучение персонала и соблюдение нормативов.   Современные технологии позволяют минимизировать риски и предотвратить до 80 % аварий, сохраняя жизни работников и стабильность производства. Внедрение таких систем — не просто рекомендация, а необходимое условие безопасной эксплуатации карьеров. Хотите увидеть, как это может сработать у вас? Запишитесь на демо.