CC BY
10Научная статья Original article УДК 622.1:528.481
doi: 10.55186/2413046X_2022_7_2_74
ПРАКТИКА ИСПОЛЬЗОВАНИЯ КРИТЕРИЕВ БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ГЕОМЕХАНИЧЕСКОМ МОНИТОРИНГЕ PRACTICE OF USING SAFETY CRITERIA IN GEOMECHANICAL MONITORING
Ь й московский
ЩРШНМЕШ ^¡КУРИАЛ
Боос Иван Юрьевич,
ассистент кафедры «Маркшейдерского дела», Институт горного дела, геологии и геотехнологий ФГАОУ ВПО «Сибирский федеральный университет», e-mail: yakovlenivan@mail. ru
Коврижных Егор Владимирович, геомеханик, ООО «Сибирский научно-исследовательский институт горного и маркшейдерского дела», e-mail: e.kovrizhnykh@mail.ru
Абдуллаева Анна Анатольевна, Институт горного дела, геологии и геотехнологий ФГАОУ ВПО «Сибирский федеральный университет», e-mail: cherpakova.anja@gmail.com
Редькин Денис Валерьевич, Институт горного дела, геологии и геотехнологий ФГАОУ ВПО «Сибирский федеральный университет», e-mail: dini199@yandex.ru
Анашкин Никита Александрович, аспирант кафедры «Маркшейдерского дела», Институт горного дела, геологии и геотехнологий ФГАОУ ВПО «Сибирский федеральный университет», e-mail: n. anashkin@mail. ru
Boos Ivan Yurievich,
assistant of the Department of «Mine surveying», Geology and Geotechnology FSAEI HPE «Siberian Federal University», assistant of the Department of «Mine surveying», e-mail: yakovlenivan@mail.ru
Kovrizhnykh Egor Vladimirovich,
geomechanic, Ltd «Siberian Research Institute of Mining and Mine Surveying», e-mail: e.kovrizhnykh@mail.ru
Abdullaeva Anna Anatolievna, Institute of Mining, Geology and Geotechnology FSAEIHPE «Siberian Federal University», email: cherpakova.anja@gmail.com
Redkin Denis Valerievich, Institute of Mining, Geology and Geotechnology FSAEI HPE «Siberian Federal University», email: dini199@yandex.ru
Anashkin Nikita Alexandrovich, postgraduate student, Institute of Mining, Geology and Geotechnology FSAEI HPE «Siberian Federal University», e-mail: n.anashkin@mail.ru
Аннотация. Значения количественных и качественных показателей состояния сооружения (объекта) и условий его эксплуатации, соответствующие работоспособному и предаварийному состоянию сооружения (объекта) могут быть установлены путём введения критериев безопасности.
В регламентирующих документах и инструкциях до конца 2020 года в российской практике вопрос установления и уточнения критериев безопасности на горнодобывающих предприятиях не был раскрыт [1,2]. Рассмотрение критериев безопасности как рекомендаций к работе приводило к увеличению возникновению рисков и аварийных ситуаций на предприятиях. Работы по актуализации в области промышленной безопасности и принятие опыта иностранных коллег [3] позволили сделать большой шаг в усовершенствовании нормативных документов и раскрытия широкого спектра вопросов в данной области.
Вступление в силу ФНиП в области промышленной безопасности «Правила обеспечения устойчивости бортов и уступов карьеров, разрезов и откосов отвалов» от 18.12.2020 № 61603: Приказ Ростехнадзора от 18 декабря 2020 года N 439 повлекло за собой ужесточение требований в области установления и уточнения критериев безопасности на горнодобывающих предприятиях.
В настоящей статье представлены результаты по уточнению критериев безопасности с целью оценки состояния откосов бортов, уступов карьера и отвалов месторождения «Эльдорадо» согласно актуальным документам в области промышленной безопасности, при использовании данных, полученных в результате высокоточных инструментальных наблюдений.
Abstract. The values of quantitative and qualitative indicators of state structure (construction) and the conditions of operation, which correspond to the operational and pre-emergency state of the structure (facility), can be established by introducing safety criteria. In Russian practice, in regulatory documents and instructions, until the end of 2020, the issue of establishing and clarifying safety criteria at mining enterprises was not disclosed [1,2]. Consideration of safety criteria as recommendations for work leads to an increase in the occurrence of risks and emergencies at enterprises. The work on updating in the field of industrial safety and the adoption of the experience of foreign colleagues made it possible to take a big step in improving regulatory documents and disclosing a wide range of issues. Entry into force of the FNiP in the field of industrial safety «Rules for ensuring the stability of the sides and ledges of quarries, cuts and slopes of dumps» dated 12/18/2020 No. 61603: Order of Rostekhnadzor dated December 18, 2020 No. 439 entailed the tightening of requirements in the field of establishing and clarifying safety criteria at mining companies. This article presents the results o refining the safety criteria in order to assess the state of the slopes of the sides, the ledges of the open pit and the dumps of the Eldorado deposit according to the current documents in the field of industrial safety, which were obtained using data from high-precision instrumental observations.
Ключевые слова: критерии безопасности, мониторинг, GNSS измерения, борта и уступы карьера, отвал
Keywords: Safety criteria, monitoring, GNSS measurements, pit slopes, dump
ВВЕДНИЕ
Для оценки состояния откосов бортов, уступов карьера и отвалов в настоящее время используются критерии безопасности, которые соответствуют допустимому уровню риска аварии.
По мере накопления информации и уточнения особенностей протекания процессов деформирования массива численные значения критериев безопасности могут меняться. Для пороговых значений критериев безопасности устанавливается система взаимодействия персонала по анализу, комиссионному обсуждению сложившейся ситуации и мерам реагирования.
Критерии безопасности индивидуальны для каждого месторождения и зависят от литологического и петрографического типа пород, деформационных свойств породного массива, структурных особенностей, технологии взрывания, грунтовых вод и др.
В последние годы для регистрации сдвижений горного массива в области геомеханического мониторинга большую популярность набрали GNSS технологии [4].
Значения сдвижений горных масс, полученные при проведении геомеханического мониторинга за деформациями высокоточными инструментальными наблюдениями с применением GNSS-измерений, позволяют произвести сравнительный анализ фактических значений и значений, представленных в регламентирующей литературе.
Регламент уточнения критериев безопасности на месторождении представлен в руководстве по оценке рисков развития деформаций, мониторингу и управлению устойчивостью бортов и уступов, карьеров, разрезов и откосов отвалов - приложение 3 к приказу Ростехнадзора от 18 декабря 2020 года N 439 [5].
С целью сопоставления фактических значений с критериями безопасности выполнен анализ результатов измерений по проведенным циклам наблюдений по мониторингу за деформациями на месторождении «Эльдорадо» [6].
МЕТОДИКА
Во всех случаях прогнозирования процесса деформирования прибортовых массивов и оценки степени опасности деформаций по наблюдаемым скоростям смещений и прироста деформаций следует руководствоваться следующими положениями:
— если наблюдаемые скорости смещения прибортовых массивов затухают во времени, а их величины не превышают минимальные значения (например, 1^3 мм/сут), то при неизменных параметрах борта угроза его разрушения мало вероятна;
— при постоянной скорости смещения возникает реальная угроза смещения борта, тем большая, чем больше скорость смещения;
— при постоянно возрастающей скорости смещения прибортовой массив претерпевает опасные деформации прогрессирующего разрушения и неизбежно разрушится во времени, если не будут осуществлены противооползневые мероприятия.
Согласно руководству по оценке рисков развития деформаций, мониторингу и управлению устойчивостью бортов и уступов, карьеров, разрезов и откосов отвалов -приложение 3 к приказу Ростехнадзора от 18 декабря 2020 года N 439 [5], при долгосрочном мониторинге характер протекания деформаций прибортового массива зависит от степени устойчивости бортов (таблица 1).
Таблица 1. Оценка состояния откоса при долгосрочном мониторинге
Показатели Значения Состояние откоса
1 коэффициент запаса - п > 1,3 Упругие деформации
относительные горизонтальные деформации - е < 1-10 3
2 коэффициент запаса - п 13 - 1,2 Затухающие во времени смещения, возникновение микро- и макротрещин
общие смещения поверхности бортов (в карьерах высотой более 100 м) 200-300 мм и более
относительные горизонтальные деформации - е (1-5) - Ю-3
3 коэффициент запаса - п 12 1,1 Значительные деформации приоортового массива: на поверхности возникают видимые заколы и трещины, деформации во времени пр е иму ще стве нно затухают
относительные горизонтальные деформации - е (5-20) - Ю-3
общие величины смещений массива в пределах призмы оползаний глубоких карьеров (в зависимости от высоты борта и его геологического строения) 1,5 - 2 м и более
4 коэффициент запаса - п 1,1 - 1,05 и менее Предельное состояние откоса, со временем наблюдаются разрушения бортов
относительные гор изо нтальные деформации - е (20-30) 10 3
Значения, представленные в таблице 1, представляют собой критерии безопасности, которые позволяют оценить состояние прибортового массива.
Ещё одной из показательных характеристик деформационного процесса, позволяющей оценить состояние уступов карьера и отвалов благодаря значениям критериев безопасности представленных в [5], является величина относительных горизонтальных деформаций е, вычисляемая по формуле:
где Ьп и Ь - горизонтальная длина интервала соответственно из данного и начального наблюдения.
Критические скорости сдвижений и деформации возникают при переходе от скрытой (начальной) стадии деформирования к активной.
Скрытая стадия деформирования массива проявляется при величинах: — абсолютные величины сдвижений - 1-10 мм/сутки;
Активная стадия деформирования массива проявляется при величинах:
— абсолютные величины сдвижений - более 10 мм/сутки;
Разрушение в реальном массиве происходит при величинах:
— относительные величины деформаций - более 10 мм/м;
— общие смещения прибортового массива бортов карьеров глубиной более 100 м достигают величин - до нескольких метров.
Критерием начала критической стадии деформации можно считать момент, когда процесс начинает развиваться с постоянным ускорением, либо, когда скорость смещения увеличивается более чем в три раза, по сравнению с равномерной скоростью за предыдущий период.
В случае, если критерии безопасности не определены или не подтверждаются фактическим материалом наблюдений, то наработка сведений производиться с использованием дополнительного метода «пороговых точек»:
— первая пороговая точка характеризуется скоростью смещений, дважды превышающих точность инструмента по последним замерам. При выявлении подобной особенности производится контрольный замер. Если по данным проверки подтверждается динамика, то учащается частота замеров;
— второй пороговой точкой будет превышение скорости подвижек в два раза по сравнению с двумя предыдущими замерами. В этом случае следует обследовать область смещающихся реперов. Если не удается установить причину подвижки, то приостанавливаются работы, учащается частота замеров. Продолжающееся ускорение подвижки потребует закрытия уступа карьера ниже неустойчивой области до полного прояснения ситуации;
— третья пороговая точка - смещения в 4 и более раз превышают ошибку измерений по всем реперам, в том числе и тем, на которых ранее не отмечалось смещений. Необходимо экстренное оповещение, эвакуация персонала и оборудования, обследование участка до прояснения ситуации.
По мере накопления информации и уточнения особенностей протекания процессов деформирования массива численные значения критериев безопасности могут меняться.
РЕЗУЛЬТАТЫ
При долгосрочном мониторинге за деформациями бортов, откосов уступов и отвалов месторождения с применением спутниковых GNSS измерений получены значения смещений горной массы с 66 рабочих реперов. Максимальная абсолютная величина смещения достигает 46 мм со скоростью сдвижения 0.6 мм/сут (рис. 1) [6].
С целью сопоставления фактических значений с критериями, представленными в методике для уступов карьера и отвалов произведен анализ скоростей сдвижений реперов: построены графики суточной скорости сдвижения реперов по циклам для каждой наблюдательной станции.
Рисунок 1. Схема расположения реперов на месторождении «Эльдорадо»
В процессе анализа получено, что большая часть реперов имеют незначительные скорости сдвижений. На рис. 2-7 представлены графики реперов, суточные скорости сдвижений которых в одном или нескольких циклах наблюдений превышают 0.5 мм/сут (величина полного смещения репера в сторону выработанного пространства больше 15 мм).
Московский экономический журнал №2 2022
1,40
1,20
цоо
и
а ОД)
Ь
о 0,50 о.
п 0,40
о £
0,20
3,15
02-УИ ^_ _ 01-М :гл/ у — *
0,63 - - У 0,65 V 0 5#^ ~ — 0,62 _ / Э,Ё2
0,53 •--- 0.39 / / 0,49./- ^ 02-111
0,32 • ><_ 0,24 * 0,35 4 02-VI
^01-1
1-2
2-3 3-
Циклы
4-5
Рисунок 4. Графики скоростей сдвижения реперов наблюдательны! станций «Отвал №1» и «Отвал ЛЪЗ»
1,40
& "I
ио
1,00
I" 0,80
Ь
□0,60 с
^ 0,40
О £
0,20
о,оо
1^4 Ю31-Х1
Ю31-Х 1,04
0,73 У 0,71 / ЧЧ.0|Б9 0,62 =,57
Ю31-Х Ч / 1 \ \
\С,22
•С,21
1-2
2-3
4-5
Циклы
Рисунок 5. Графики скоростей сдвижения реперов наблюдательной станцпп «Юго-Западная 1»
Исходя из анализа графиков (рис. 2 — рис. 7) можно сделать вывод, что на наблюдательных станциях «Северо-Восточная», «Отвал №3» и «Юго-Западная 2» значительные деформации не зафиксированы, суточные скорости сдвижения реперов, меньше значений свидетельствующих о начале скрытой стадии деформаций.
На репере У2^П и У2-"УШ (рис. 3) по результатам 4 и 5-го циклов наблюдений, зафиксирована скорость сдвижения, превышающая значение в 1.37 и 1.27 мм/сут. Большие величины суточных скоростей могут быть вызваны проведением активных
горных и буровзрывных работ на нижележащей рабочей площадке. Данный участок требует особого внимания, необходимо проведение более детальных визуальных наблюдений, а также увеличение времени стояния при ОКББ измерениях, для уменьшения возможной погрешности прибора.
Согласно графику скоростей сдвижения, репера 01-11 (рис. 4) по результатам 4 и 5-го циклов наблюдений имеют значения скорости сдвижения, превышающие 1 мм/сут, максимальное значение составляет 1,15 мм/сут. Что может быть связано с просадками отвальной массы. Данный участок требуют особого внимания при проведении систематических визуальных и инструментальных наблюдений.
Суточная скорость смещения реперов ЮЗ1-У1, ЮЗ1-Х (рис. 5) и У1-11 (рис. 7) по результатам 2-3 циклов наблюдений имеют значение скорости сдвижения, превышающее 1 мм/сут, максимальное значение составляет 1.24 мм/сут., но при сравнении последующих циклов, отмечено снижение анализируемых величин, что не подтверждает тенденцию увеличения скоростей сдвижения. Данный участок требует особого внимания при проведении систематических визуальных и инструментальных наблюдений.
Таким образом, состояние безопасности на уступах месторождения «Эльдорадо» характеризуется как удовлетворительное, на отвалах как удовлетворительное.
С целью сопоставления фактических значений с критериями безопасности2, представленными в методике, для бортов карьера произведены вычисления по формуле 1 относительных горизонтальных деформаций прибортового массива. Результаты вычислений представлены в таблице 2.
Таолица2. Относительные горизонтальные деформации
Инг ервал Относительные горизонтальные деформации 1-Ю-3
1-2 цикл 1 2-3 цикл 1 3-4 цикл 1 4-5 цикл 1 1-5 цикл
Профильная лнння «Северо-Восточная»
СВ-1- СВ-Н -0.1 -0.4 0.0 0.0 О 6
СБ-II- СБ-III 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0
св-ш - св-гчг 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0
СВ-ГЧ - св-\г 0.0 - 0.0 0.0 -
СВ\' - с в \ ч 0.1 - 0.0 -0.1 -
СВ-\Г1 - СВ-\-Ц 0.0 0.0 0.0 0.1 0.1
СБ-VII - св-\*ш 0.0 0.0 0.0 0.0 -0.1
СБ-VIII- СБ-IX 0.0 -0.2 0.0 0.0 -0.2
Профильная лнння "Юго-Западная"
ЮЗ-1-ЮЗ-П 0.0 0.0 0.0 - -
ЮЗ-П-ЮЗ-Ш 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0
ЮЗ-Ш-ЮЗ IV 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0
ЮЗ IV - ЮЗ-У 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0
ЮЗ-У - ЮЗ-VI 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0
ЮЗЛ'1-ЮЗЛТП 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0
ЮЗ-УП-ЮЗ-УШ -0.1 0.0 0.0 0.0 -0.1
ЮЗ-УШ - ЮЗ-1Х 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0
Профильная лнння "Юго-Западная 2"
Ю32-1 — Ю32-П 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0
ЮЗ 2 -II — Ю32-Ш 0.0 0.0 -0.1 0.1 0.0
Ю32 -Ш - Ю32 -ГЧ" -0.1 0.0 0.0 0.0 -0.1
По результатам анализа значений, представленных в таблице 2, максимальная зафиксированная величина относительных горизонтальных деформаций по реперам, расположенным на профильных линиях в прибортовом массиве, составляет 0.6-10- , что соответствует первому уровню оценки состояния откоса при долгосрочном мониторинге (таблица 1). Следовательно, согласно [5] состояние прибортового массива на месторождении «Эльдорадо» характеризуется как надежное.
При сопоставлении полученных данных с методом «пороговых точек» был сделан следующий вывод: в настоящее время на наблюдательных станциях месторождения «Эльдорадо» не зафиксированы случаи, соответствующие даже первым пороговым точкам, что говорит о достаточно стабильном состоянии массива в зонах, охваченных реперами.
ВЫВОДЫ
По результатам проведенной работы можно сделать следующие выводы:
1. Состояние безопасности на уступах карьера и отвалов месторождения «Эльдорадо» характеризуется как удовлетворительное, однако участки в области охваченных реперами ЮЗ1-У! ЮЗ1-К и 01-II требуют особого внимания при проведении систематических визуальных и инструментальных наблюдений;
2. Состояние безопасности прибортового массива на месторождении «Эльдорадо» характеризуется как надежное.
Таким образом, методика, предложенная в актуальных документах промышленной безопасности [5] позволяет произвести оценку состояния уступов карьера, отвалов и прибортового массива, используя критерии безопасности, в полном объеме, а своевременная фиксация значений превышения критериев безопасности и мероприятия по оповещению рабочего персонала в кратчайшие сроки, позволяет снизить уровень возникновения рисков и аварийных ситуаций на горнодобывающем предприятии.
Список источников
1. Инструкция по наблюдениям за деформациями бортов. откосов уступов и отвалов на карьерах и разработка мероприятий по обеспечению их устойчивости. // Л.. ВНИМИ. 1971. - 187 с.
2. Методические указания по наблюдениям за деформациями бортов разрезов и отвалов. интерпретации их результатов и прогнозу устойчивости. // Изд. ВНИМИ. Л.. 1987. - 116 с.
3. Руководство по проектированию бортов карьеров/ Под редакцией: Джон Рид, Питер Стейси - CRC Press/Balkema, 2009. - 509 с.
4. Антонович. К.М. А11 Использование спутниковых радионавигационных систем в геодезии. В 2 т. Т. 2. Монография / К.М. Антонович; ГОУ ВПО «Сибирская государственная геодезическая академия». - М.: ФГУП «Картгеоцентр». 2006. - 360 с.
5. ФНиП в области промышленной безопасности «Правила обеспечения устойчивости бортов и уступов карьеров. разрезов и откосов отвалов» от 18.12.2020 № 61603: Приказ Ростехнадзора от 18 декабря 2020 года N 439.
6. Мониторинг за деформациями бортов откосов уступов и отвалов месторождения «Эльдорадо». Технический отчет. Четвертый этап. ООО НИП «СИБМАРКПРОЕКТ». Красноярск 2021. - 82 стр.
7. Отчет по НИР Исследование и обоснование устойчивых параметров откосов уступов и бортов карьера Эльдорадо при отработке месторождения до отметки 520 м., Косолапов А.И., Юнаков Ю.Л., Шпаков ПС. - ФГОУВПО СФУ, Красноярск, 2013 - 168 с.
8. Федеральные нормы и правила в области промышленной безопасности «Правила безопасности при ведении горных работ и переработке твердых полезных ископаемых» // Москва «ЗАО НТЦ ПБ», 2018
9. Инструкция по развитию съемочного обоснования и съемки ситуации и рельефа с применением глобальных навигаций спутниковых систем ГЛОНАСС и GNSS ГКИНП (ОНТА)-02-262-02. // Москва, 2002г.
10. Патачаков И.В., Гришин А.А., Еретнов Н.В. Использование спутниковых GNSS приёмников для наблюдения за сдвижениями на Кия-Шалтырском месторождении.-Московский экономический журнал, 2020, №9, с.125-135.
References
1. Instrukciya po nablyudeniyam za deformaciyami bortov, otkosov ustupov i otvalov na karerax i razrabotka meropriyatij po obespecheniyu ix ustojchivosti. // L.. VNIMI. 1971. - 187 P.
2. Metodicheskie ukazaniya po nablyudeniyam za deformaciyami bortov razrezov i otvalov. interpretacii ix rezuFtatov i prognozu ustojchivosti. // Izd. VNIMI. L.. 1987. - 116 p.
3. Rukovodstvo po proektirovaniyu bortov karerov/ Pod redakciej: Dzhon Rid, Piter Stejsi -CRC Press/Balkema, 2009. - 509 p.
4. Antonovich. K.M. A11 Ispolzovanie sputnikovy'x radionavigacionny'x sistem v geodezii. V 2 t. T. 2. Monografiya / K.M. Antonovich; GOU VPO «Sibirskaya gosudarstvennaya geodezicheskaya akademiya». - M.: FGUP «Kartgeocentr». 2006. - 360 p.
5. FNiP v oblasti promyshlennoj bezopasnosti «Pravila obespecheniya ustojchivosti bortov i ustupov karerov. razrezov i otkosov otvalov» ot 18.12.2020 № 61603: Prikaz Rostexnadzora 18.2020. N 439.
6. Monitoring za deformaciyami bortov otkosov ustupov i otvalov mestorozhdeniya «Eldorado». Texnicheskij otchet. Chetvertyj etap. OOO NIP «SIBMARKPROEKT». Krasnoyarsk 2021. - 82 p.
7. Otchet po NIR Issledovanie i obosnovanie ustojchivy parametrov otkosov ustupov i bortov karera Eldorado pri otrabotke mestorozhdeniya do otmetki 520 m., Kosolapov A.I., Yunakov Yu.L., Shpakov P.S. - FGOUVPO SFU, Krasnoyarsk, 2013 - 168 p.
8. Federal'nye normy i pravila v oblasti promyshlennoj bezopasnosti «Pravila bezopasnosti pri vedenii gornyh rabot i pererabotke tverdyh poleznyh iskopaemyh» // Moskva «ZAO NTC PB», 2018.
9. Instrukciya po razvitiyu s»emochnogo obosnovaniya i siemki situacii i reliefa s primeneniem global'nyh navigacij sputnikovyh sistem GLONASS i GNSS GKINP (ONTA)-02-262-02. // Moskva, 2002g.
10. «Geomekhanicheskoe obosnovanie parametrov ustojchivosti otkosov bortov, ustupov i otvalov na Kiya-SHaltyrskom nefelinovom rudnike». Otchet po NIR. OOO «NEDRAPROEKTPLYUS», 2017. - 107s.
Для цитирования: Боос И.Ю., Коврижных Е.В., Абдуллаева А.А., Редькин Д.В., Анашкин Н.А. Практика использования критериев безопасности при геомеханическом мониторинге // Московский экономический журнал. 2022. № 1. URL: https://qje.su/nauki-o-zemle/moskovskij -ekonomicheskij -zhurnal-2-2022-8/
© И.Ю. Боос, Е.В. Коврижных, А.А. Абдуллаева, Д.В. Редькин, Н.А. Анашкин, 2022.
Московский экономический журнал, 2022, № 1.
