Мониторинг шахт становится всё более актуальной задачей, особенно в условиях увеличения производственных объёмов и достижения более глубокой разработки месторождений. Для предотвращения аварий и повышения уровня безопасности в подземных работах необходимо внедрение системы комплексного мониторинга, охватывающего несколько ключевых аспектов.
Рост числа аварий
Увеличение количества аварий наблюдается с 1960-х годов и связано с достижением большой производительности горно-обогатительных комбинатов. В настоящий момент на подавляющем большинстве шахт 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 наблюдений, что крайне важно для оценки безопасности шахты.
Частыми причинами, вызывающими наибольшее количество аварий являются:
- выброс метана — 32,6 %;
- обрушения — 30,5 %;
- транспортные происшествия — 11,6 %;
- затопление — 8,3 %;
- поражение электрическим током и механические — 4 %;
- пожар — 3,2 %;
- другие причины — 9,8 %.
Как избежать аварий и катастроф?
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 и массива. 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 слагающей толщи горных пород и своевременно принять меры по стабилизации и снижению напряжённого состояния массива. Такая система должна поддерживаться специалистами, которые прошли специальную подготовку по работе с аппаратурой мониторинга событий: приборами, комплексами, средствами передачи и обработки информации и программным обеспечением, предназначенным для шахтных условий.
Действия эксплуатирующего персонала играют решающую роль в безопасной эксплуатации сооружений и конструкций, а принимаемые ими решения должны опираться на достоверную информацию о его состоянии.
Для обеспечения безопасности необходимо:
- обеспечить поступление оперативных и достоверных данных о состоянии актива;
- наличие прогноза состояния актива;
- методологическое обеспечение и поддержка в принятии управленческих решений;
- наличие квалифицированных специалистов в области мониторинга;
- оперативный персонал для проведения компенсационных мероприятий;
- инструменты для отслеживания состояния активов, ведения мониторинга, своевременности выполнения мероприятий.
Для установления и предотвращения опасных геомеханических явлений вся получаемая информация должна непрерывно анализироваться компетентными и профессионально обученными специалистами, выполняющими прогнозирование процессов, происходящих в массиве горных пород. Для повышения качества прогноза используется накопленная информация о произошедших геомеханических процессах, характерных для условий контролируемой шахты. Данные, получаемые в результате непрерывного мониторинга служат для прогноза развития процесса сдвижения и принятия технических решений по безопасной и эффективной добыче. К таким решениям относятся вопросы охраны труда и безопасной эксплуатации поверхностных объектов, управления процессом сдвижения горных пород и обеспечения требований промышленной безопасности.
Система мониторинга должна предусматривать контроль газодинамических явлений, геофизических и сейсмических наблюдений. Основанием для внесения изменений в правила безопасности послужило понимание необходимости осуществления контроля состояния массива с последующим прогнозом последствий на уровень безопасности ведения работ.
При высоких скоростях подвигания очистных и подготовительных забоев все геомеханические процессы, происходящие в массиве горных пород, связанные с проявлениями горного давления, деформациями, разрушениями, газовыделениями приобретают интенсивный, изменяющийся во времени (динамичный) характер. Поэтому повышается риск возникновения газодинамических и геодинамических проявлений — внезапные выбросы горной породы и газа, горные удары, разломы почвы с выбросом газа, деформации крепления горных выработок в шахте и сотрясение поверхности земли на расстояниях, превышающих размеры горного отвода.
Проведение периодических геодезических и иных инструментальных наблюдений вручную в силу малой мобильности и дискретности оказывает сдерживающее влияние на проведение производственных процессов. Это отрицательно сказывается на оперативности управления производством и безопасности ведения горных работ. Поэтому применение непрерывного дистанционного мониторинга состояния массива горных пород, проведение постоянного анализа выбросоопасности и напряжённого состояния массива горных пород отвечает требованиям производства в части высокопроизводительной добычи и увеличения скорости проведения подготовительных выработок.
Комплексный подход к обеспечению безопасного состояния горных пород и массива с использованием автоматизированной контрольно-измерительной аппаратуры позволяет получить полную картину происходящих на объекте мониторинга процессов в количественном выражении.
Технология автоматизации инструментальных измерений контролируемых параметров является неотъемлемой частью современного мониторинга состояния шахт за рубежом.
Основными предпосылками для развёртывания автоматизированных систем мониторинга являются:
- высокие потенциальные риски последствий обрушений;
- отсутствие современных методов мониторинга;
- учащение аварий в шахтах по всему миру;
- отсутствие корпоративной системы управления состоянием горных пород и массива;
- отсутствие системы получения оперативной информации о состоянии горных пород и массива;
- повышение внимания госорганов и акционеров к вопросам безопасности промышленных объектов в горнодобывающей отрасли.
Мониторинг земной поверхности
Мониторинг земной поверхности включает в себя наблюдение за изменениями в рельефе и структуры почвы, которые могут происходить в результате горных работ. Современные технологии, такие как дистанционное зондирование и фотограмметрия, позволяют точно отслеживать осадки, деформации и трещины на поверхности. Такой мониторинг невозможен без использования автоматизированных систем, которые обеспечивают сбор данных в реальном времени. Это позволяет оперативно реагировать на любые изменения, что может значительно снизить риски возникновения аварий.
Мониторинг состояния стволов шахты
Состояние шахтных стволов — критически важный аспект, требующий тщательного контроля. Регулярные обследования стволов помогают выявить признаки развивающихся деформаций, коррозии и износа их элементов или обрушения. Для этого используются специальные датчики, которые фиксируют изменения параметров, таких как отклонение ствола (оси) шахты от вертикали и др. Полученные данные служат основой для принятия решений о необходимости проведения ремонтных работ или даже о закрытии ствола для предотвращения ДТП.
Мониторинг сдвижения пород в подземной части
Сдвижение горных пород и их устойчивость являются важными факторами, влияющими на безопасность шахтных работ. Использование геодезических инструментов и сейсмических датчиков позволяет отслеживать любые ненормальные движения пород. Это позволяет создать программное обеспечение, которое обрабатывает данные и выдаёт предупреждения о потенциальных угрозах, таких как обвалы или оседания. Чёткое понимание состояния подземной массы помогает не только предотвратить аварии, но и оптимизировать горные работы.
Мониторинг закладочного массива
Состояние закладочных массивов и их сопряжение играет решающую роль в обеспечении безопасности шахт. Его мониторинг включает контроль за прочностью и состоянием закладочного материала, а также за его взаимодействием с окружающими породами. Специальные датчики могут отслеживать изменения в прочности закладочного массива, такие как сжатие или деформации, что позволяет вовремя выявлять потенциальные проблемы и принимать меры для их устранения. Также оснащение закладочного массива автоматизированными датчиками позволяет откорректировать технологию закладки, оптимально подобрать состав закладочной смеси и схемы армирования.
Мониторинг концентрации газов в горных выработках
Наличие опасных газов, таких как метан и окись углерода, представляет серьёзную угрозу для горняков. Химические датчики, установленные на ключевых участках, позволяют круглосуточно отслеживать уровень концентрации газов и автоматически оповещать о превышении предельно допустимых норм. Системы вентиляции также могут автоматически регулироваться в зависимости от данных мониторинга, что обеспечивает безопасность работников шахты и предотвращает накопление вредных газов.
Гидронаблюдения
Гидронаблюдения играют важную роль в оценке влияния подземного водоснабжения на устойчивость шахты. Контроль уровней подземных вод с помощью датчиков уровня и давления позволяет своевременно выявлять изменения в водоотводящей системе, которые могут привести к затоплениям или обрушениям. Данные о гидрологической ситуации также необходимы для планирования работ по развитию месторождений и обеспечения должного водоотведения в ведении горных работ.
Мониторинг шахт с помощью SODIS Building M
Программное обеспечение SODIS Building M создаёт из разрозненных технических средств единую информационную среду для обеспечения непрерывности и целостности измерений здания или сооружения. 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.
Заключение
Современные технологии мониторинга позволяют осуществлять комплексный контроль за безопасностью шахт, что крайне важно в условиях растущей нагрузки на горные предприятия. Внедрение автоматизированных систем сбора и анализа данных не только обеспечивает безопасность работников, но и способствует повышению эффективности горного производства. Разработка и использование таких систем — это шаг к улучшению условий труда и снижению рисков возникновения аварий, что, в конечном счёте, является обязанностью каждой горнодобывающей компании.
