Радиолокационные системы контроля устойчивости бортов на разрезе "Черниговец"

УДК 622.83

РАДИОЛОКАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ КОНТРОЛЯ УСТОЙЧИВОСТИ БОРТОВ НА РАЗРЕЗЕ «ЧЕРНИГОВЕЦ»

С.В. Бурцев, Л.В. Рыбак

Показано,что для безопасного ведения открытых горных работ за состоянием грунтовых массивов, необходим постоянный контроль который основан на применении прямых и косвенных методов контроля геомеханических и гидродинамических процессов. Для мониторинга их устойчивости на разрезах внедряются наблюдательные станции. Данный вид мониторинга позволяет получать информацию о движениях и деформациях горных выработок, более эффективнй однако дает не совсем полную картину. Для решения данной проблемы был создан программный продукт в виде радиолокационной системы контроля устойчивости бортов, которая позволяет своевременно прогнозировать обрушение.

Ключевые слова: устойчивость бортов, промышленные испытания, открытые горные работы, промышленная безопасность.

Увеличение объемов и глубины открытых горных работ, усложнение геологических условий разработки месторождений, интенсивность ведения горных работ - все эти факторы напрямую влияют на устойчивость бортов карьеров и отвалов. Добыча угля все чаще может сопровождаться значительными по объему оползнями, приводящими к таким негативным последствиям, как нарушение технологического режима и вывод из строя карьерного оборудования.

Основными физическими причинами нарушения устойчивости грунтовых массивов являются естественная пространственная неоднородность механических свойств породного массива, обусловленная его геологической структурой, изменение во времени прочностных свойств пород вследствие воздействия природных и техногенных факторов (буровзрывных работ).

Для безопасного ведения открытых горных работ необходим постоянный контроль за состоянием грунтовых массивов, который основан на применении прямых (инженерно-геологического, гидрогеологического, маркшейдерско-геодезического, тензометрического) и косвенных (геофизических: звукометрического, термического, геомагнитного, электрометрического) методов контроля геомеханических и гидродинамических процессов. При этом прямые методы, обеспечивающие основной объем информации о строении, состоянии и свойствах пород, трудоемки, недостаточно детальны и оперативны.

В настоящее время в России для мониторинга устойчивости бортов на разрезах посредством маркшейдерских измерений закладывают наблюдательные станции. Данный вид мониторинга позволяет получать информацию о сдвижениях и деформациях горных выработок, однако дает не со-

всем полную картину. При этом осуществлять мониторинг возможно только в непосредственной близости от объекта.

На разрезе «Черниговец» для осуществления комплекса работ, связанных с мониторингом устойчивости бортов, совместно с ООО «Сибирский институт геотехнических исследований» разработан «Проект мониторинга обеспечения устойчивости откосов бортов, отвалов на АО «Черниговец». Согласно проекту, для наблюдений используется имеющийся на предприятии роботизированный тахеометр Leica TCR 1205. Для мониторинга была заложена наблюдательная станция, которая включает в себя 13 реперов с закрепленными отражателями. Для создания необходимых рабочих условий для данного вида оборудования сконструировано специальное помещение.

Роботизированный тахеометр Leica TCR 1205 позволяет делать съемку в автоматическом режиме, при этом время на съемку одной серии составляет от 1 до 3 минут (в зависимости от погоды). Тахеометр автоматически визируется на реперы по очереди, записывая координаты.

Главным недостатком данного метода ведения наблюдений за опасной зоной сдвижения борта является зависимость измерительного прибора от погодных условий, при идущем дожде или снеге прибор не может сориентироваться на репер, что является проблемой всех лазерных приборов. Также недостатком является невозможность установить максимальное количество реперных точек по всему створу на наблюдаемом участке.

Таким образом, в горнодобывающей промышленности возникла необходимость в создании системы мониторинга, которая способна решить семь ключевых задач при измерении устойчивости бортов и отвалов разреза, прежде не осуществимых.

1. Обеспечение достаточно широкой и равномерной зоны покрытия сигнала для лучшего понимания процессов, приводящих к обрушениям.

2. Достижение высокой точности измерений - субмиллиметровой.

3. Возможность эксплуатации оборудования в условиях разреза, т.е. при запыленности, тумане и т.д.

4. Доступность для понимания данных - персонал разреза должен уметь корректно интерпретировать данные.

5. Система должна быть безопасна в эксплуатации.

6. Система должна не мешать производственной деятельности, минимизировать ложные срабатывания.

7. Система должна быть проста в эксплуатации, иметь минимальные эксплуатационные расходы.

И такой программный продукт был создан - это радиолокационная система контроля устойчивости бортов. Мировая практика показывает, что данные системы мониторинга более эффективны: радар позволяет своевременно прогнозировать обрушение, а от этого напрямую зависит безопасность людей и карьерной техники. Во-первых, все данные поступают в режиме реального времени, во-вторых, радар способен обеспечить полный

204

охват борта, в третьих, вести наблюдение можно на значительном удалении от горной выработки, выставив мобильную установку с радаром на расстоянии 2,5 до 4,5 километров, в четвертых, управлять самим радаром можно на удаленном доступе с помощью Wi-Fi-роутера.

Проблема устойчивости бортов существует и на разрезе «Черниго-вец». Чтобы обеспечить безопасное ведение горных работ, руководством холдинговой компании «СДС-Уголь» принято решение о приобретениии новейшей системы мониторинга устойчивости бортов, для чего и были проведены промышленные испытания двух систем разных производителей. Система мониторинга устойчивости бортов MSR 300 от компании «Reutech» (ЮАР) тестировалась в течение трех месяцев. В настоящее время в тестовом режиме работает радар SSR336XT от компании «Ground-Probe» (Австралия).

Первой системой, прошедшей промышленные испытания в АО «Черниговец», является система контроля устойчивости бортов MSR300 от компании «Reutech» (ЮАР). Испытания проводились с 17 июня по 16 сентября 2016 года. Наблюдение велось как за рабочим, так и нерабочим бортами. За это время радар работал в круглосуточном режиме и менял дислокацию три раза. Система контроля устойчивости бортов MSR300 является мобильной системой, а это важно, учитывая частоту проведения взрывных работ на разрезе. За время тестирования радар неоднократно вывозили на безопасное расстояние для исключения влияния от взрывных работ, а затем возвращали на то же место. Время развертывания установки с учетом привязки к местности занимает около 30-40 минут. При этом была возможность сохранять данные об изменениях параметров сдвижения на наблюдаемом участке. В кабинете горного диспетчера было установлено сцециальное устройство, которое в случае превышения критических значений должно подавать сигнал, а диспетчер, в свою очередь, должен вывести людей и технику на безопасное расстояние. За время проведения промышленных испытаний поломок и некорректной работы радара не зафиксировано.

По результатам испытания система контроля устойчивости MSR300 на территории угольного разреза показала себя надежно при сильной запыленности, неблагоприятных погодных условиях в виде дождя и сильного ветра. На корректность работы системы не влияют работающие механизмы и передвигающаяся техника в наблюдаемой зоне. Система позволяет устанавливать опасную зону деформации борта карьера и осуществлять ее непрерывный круглосуточный мониторинг. При этом наибольшую сложность, учитывая отсутствие наработанного опыта у специалистов предприятия, тестирующих систему, вызывает определение критических величин параметров, вызывающих сообщение о тревоге в

связи с тем, что это наиболее ответственная операция, от которой зависит срабатывание сигнала тревоги о возможном обрушении (рис. 1).

*  - ж . 113 53 + 3 -Г. вИ Нар: 201Б ЕК 28# 19 2701 (А* -104 19.01) *1:64.74". В: -2002". Т5 В: -2Ю*\ Налдс: 1065.*» Е: 43250 Н- Е50» 7т П|  205*1 ЯП 28 Ьша. АУ: 0 ]М< А»д УН ||нп*|| ^ —Ч --"" И , -__ ваг — | я ш ' — иЛ

1 0 Овеяли» Я Ом ^ 0 СЖв^алпЯ)  0 А1Ч9Ш-ГИ..1Р51 0 АМ311 Рабога *37  0 ашпкпя 0 АШЫ-во №51 0  0 ииРдЛ! низ 13 Ьхг т 0 Бхегпа! 5епмга

вы. N•1 « уы > • -¡Ьг "V  _!-_: - •1

. —.......

-N1/1

.. .. — — .. .. ™ .. ... .,. ... .. ... ... .-. ... ». ™ ...

Г«.. 1 N»1 1

Гч» I гш*. |—

- ... а  - "" • « »» г ,.« «* .» '« "» »» "> -- 00 "» »• " г<я а

ТяжипЬ» |1? _1

1 3 ^ .......1........ ^ ^ —.....

Н01 Т*п!а1 гедог

Рис. 1. Интерфейс программы МЗЯИМТ

В верхней части рис.1 показан рабочий борт, ниже показаны графики абсолютного смещения деформации, скорости смещения, ускорения скорости смещения за определенное время.

Еще одна система мониторинга устойчивости бортов поступила на «Черниговец» для промышленных испытаний 29 сентября 2016 г. и тестируется до настоящего времени - это радар SSR336XT от компании «GroundProbe» (Австралия). Одним из основных плюсов данной системы является то, что на радаре установлена фотокамера, которая делает панорамные снимки участка мониторинга. Это дает более точное понимание ситуации при движении горной массы: на фотоснимке хорошо видно, в какой именно части борта происходят оползневые явления. Глядя на снимок, линейный персонал понимает, какая зона является опасной, откуда необходимо выводить людей и технику. Также большим плюсом радара компании «GroundProbe» является его программное обеспечение. Есть возможность выставлять аварийные сигналы при помощи шести показателей. Также можно анализировать ситуации и прогнозировать время, когда произойдет оползень по полученным данным. Эта система мониторинга, как и предыдущая, представляет собой мобильную установку и также может быть выведена на безопасное расстояние при проведении взрывных работ. Однако время развертывания установки в 2 - 2,5 раза меньше - около 15 минут, при этом отсутствует необходимость маркшейдерской привязки на местности. Во время проведения тестовых испытаний инженеры-геофизики компании «GroundProbe» оказывают полное содействие, помо-

гая с интерпретацией данных, оперативно отвечают на возникающие вопросы (рис. 2).

Рис. 2. Интерфейс программы SSR-Viewer

На графике рис. 1 изображены когерентность, скорость смещения и абсолютная деформация.

По данным проведения тестовых испытаний обе системы показали готовность к работе на разрезе «Черниговец».

В процессе испытаний использовались преимущества 3d-радаров, в первую очередь, корректная работа без снижения субмиллиметровой точности измерений при одновременном наблюдении уступов карьерной выемки, находящихся на существенно разном расстоянии.

Применение данной технологии, помимо непосредственно наблюдения за деформацией и подачи сигнала об опасности, позволяет определить оптимальные параметры устойчивых уступов и бортов карьеров для дальнейшего проектирования горных работ. Также может быть применена для разработки мероприятий по обеспечению длительной устойчивости откосов уступов, оценки и контроля их состояния в процессе эксплуатации, прогнозирования возникновения опасных деформационных процессов и минимизации последствий возможных аварий.

Необходимо отметить, что для внедрения данного вида оборудования на опасных производственных объектах обязательным условием является получение сертификата на соответствие требованиям технических регламентов Таможенного союза. Кроме того, необходимо согласование методики мониторинга процессов сдвижения и устойчивости бортов карьерной выемки с применением радарной установки в имеющемся «Проекте мониторинга обеспечения устойчивости откосов бортов, отвалов на АО «Черниговец».

Список литературы

1. Высокоэффективные экологические технологии ведения буровзрывных работ в Кузбассе / Л.В.Рыбак, А.Г. Беляев, М.Ф. Набиулин, В.И. Ефимов // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. 2017. Вып. 1. С. 110-121.

2. Инструкция по работе с программным обеспечением радара SSR-Viewer / Компания «GroundProbe».

3. Ефимов В.И., Попов С.М., Калачёва Л.В. Основные задачи подготовки кадров угольной промышленности с учетом инновационного развития отрасли и предложения по их решению // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. 2016. Вып. 4. С. 179-183.

4. Отчет об эксплуатационных испытаниях моторного масла серии G-Profi MSI Plus SAE: 15W-40; API: CI-4/SL. М.: ООО Газпромнефть -СМ, 2012. 16 с.

5. Распределение ресурсов на профилактику загрязнения атмосферы горнопромышленного региона / Н.М. Качурин, Л.Л. Рыбак, В.И. Ефимов, С.А. Воробьёв // Безопасность труда в промышленности, 2015. № 2. С. 2427.

6. Оценка предельно допустимых пылегазовых выбросов горных предприятий в атмосферу / Н.М. Качурин, Л.Л. Рыбак, В.И. Ефимов, С.А. Воробьев // Безопасность труда в промышленности. 2015. № 3. С. 36-39.

7. Ширлин И.И. Отчет «Анализ результатов мониторинга моторного масла G-Profi MSI Plus SAE: 15W-40; API: CI-4/SL». Омск, 2014.

8. Ефимов В.И., Рыбак Л.В. Производство и окружающая среда // М., 2012.

9. Ефимов В.И., Попов С.М., Федяев П.М. Методические основы организации подготовки кадров с учетом перспектив инновационного развития угольной отрасли // Сб. науч. тр. междунар. науч.-практич. конф. «Повышение качества образования, современные инновации в науке и производстве». 2015. С. 122-124.

Бурцев Сергей Викторович, канд. экон. наук, первый зам. ген. директора, s.burtsev@sds-ugol.ru, Россия, Кемерово, АО «ХК «СДС-Уголь»,

Рыбак Лев Владимирович, д-р экон. наук., проф., председатель Совета директоров, l.rybakasds-ugol.ru, Россия, Кемерово, АО «ХК «СДС-Уголь»

RADAR CONTROL SYSTEMS STABILITY OF BOARDS AT THE OPEN PIT "CHERNIGOVETS"

S. V. Burtsev, L. V. Ribak

A constant control is necessary for the safe conduct of open mining operations over the state of the soil massifs, which is based on the application of direct and indirect methods of monitoring geomechanical and hydrodynamic processes. Observatory stations are being introduced to monitor their stability on sections. This type of monitoring allows you to obtain information about movements and deformations of mine workings, but it does not give a complete picture. To solve this problem, a software product was created in the form of a radar system for monitoring the stability of the sides. These monitoring systems are more effective. Radar allows you to predict the collapse in time. Currently, two systems of different manufacturers are being tested on the open pit "Chernigovets" of the "SDS-Ugol" company. The MSR 300 side stability monitoring system from Reutech (South Africa) and the SSR336XT radar from GroundProbe (Austria) are used.

Key words: stability of the boards, industrial testing, open-pit mining, industrial

safety.

Burtsev Sergei Viktorovich, candidate of economical sciences, Vice General Director, s.burtsev@sds-ugol.ru, Russia, Kemerovo, PC HC "SDS-Ugol",

Ribak Lev Vladimirovich, doctor of economical sciences, professor, chairman of Board of Directors, l. rybak@sds-ugol. ru, Russia, Kemerovo, PC HC "SDS-Ugol"

Reference

1. Vysokojeffektivnye jekologicheskie tehnologii vedenija burovzryvnyh ra-bot v Kuzbasse/ L.V. Rybak, A.G. Beljaev, M.F. Nabiulin, V.I. Efimov // Izvestija Tul'skogo gosudarstvennogo universiteta. Nauki o Zemle. 2017. Vyp. 1. S. 110-121.

2. Instrukcija po rabote s programmnym obespecheniem radara SSR-Viewer / Kom-panija GroundProbe.

3. Efimov V.I., Popov S.M., Kalachjova L.V. Osnovnye zadachi podgotovki kad-rov ugol'noj promyshlennosti s uchetom innovacionnogo razvitija otrasli i predlo-zhenija po ih resheniju// Izvestija Tul'skogo gosudarstvennogo universiteta. Nauki o Zemle. 2016. Vyp. 4. S. 179-183.

4. Otchet ob jekspluatacionnyh ispytanijah motornogo masla serii G-Profi MSI Plus SAE: 15W-40; API: CI-4/SL. M.: OOO Gazpromneft' - SM, 2012. 16 s.

5. Raspredelenie resursov na profilaktiku zagrjaznenija atmosfery gornopro-myshlennogo regiona / N.M. Kachurin, L.L. Rybak, V.I. Efimov, S.A. Vorob'jov// Bez-opasnost' truda v promyshlennosti, 2015. № 2. S. 24-27.

6. Ocenka predel'no dopustimyh pylegazovyh vybrosov gornyh predprijatij v at-mosferu/ N.M. Kachurin, L.L. Rybak, V.I. Efimov, S.A. Vorob'ev// Bezopasnost' truda v promyshlennosti, 2015. № 3. S. 36-39.

7. Shirlin I.I. Otchet «Analiz rezul'tatov monitoringa motornogo masla G-Profi MSI Plus SAE: 15W-40; API: CI-4/SL». Omsk, 2014.

8. Efimov V.I., Rybak L.V. Proizvodstvo i okruzhajushhaja sreda// Moskva, 2012.

9. Efimov V.I., Popov S.M., Fedjaev P.M. Metodicheskie osnovy organizacii podgotovki kadrov s uchetom perspektiv innovacionnogo razvitija ugol'noj otrasli// Sb. nauch. tr.. mezhdunar. nauch.-praktich. konf. «Povyshenie kachestva obrazovanija, so-vremennye innovacii v nauke i proizvodstve». 2015. S. 122-124.