Московский экономический журнал 2/2022

image_pdfimage_print

Научная статья

Original article

УДК 622.1:528.74

doi: 10.55186/2413046X_2022_7_2_73

КАЧЕСТВЕННАЯ ОЦЕНКА ГЕОМЕХАНИЧЕСКИХ РИСКОВ ПО РЕЗУЛЬТАТАМ ДОЛГОСРОЧНОГО МОНИТОРИНГА И 3D МОДЕЛИ МЕСТОРОЖДЕНИЯ, ПОСТРОЕННОЙ С ПРИМЕНЕНИЕМ МУЛЬТИКОПТЕРА

QUALITATIVE ASSESSMENT OF GEOMECHANICAL RISKS BASED ON RESULTS OF LONG-TERM MONITORING AND 3D MODEL OF THE FIELD CONSTRUCTED WITH THE APPLICATION OF A MULTICOPTER

Гуща Дмитрий Игоревич, ассистент кафедры «Маркшейдерского дела», Институт горного дела, геологии и геотехнологий ФГАОУ ВПО «Сибирский федеральный университет», e-mail: dima-gusha@mail.ru

Коврижных Егор Владимирович, геомеханик, ООО «Сибирский научно-исследовательский институт горного и маркшейдерского дела», e‑mail: e.kovrizhnykh@mail.ru

Еретнов Николай Валерьевич, аспирант кафедры «Маркшейдерского дела», Институт горного дела, геологии и геотехнологий ФГАОУ ВПО «Сибирский федеральный университет», e-mail: nikolay_eretnov@mail.ru

Абдуллаева Анна Анатольевна, студент, Институт горного дела, геологии и геотехнологий ФГАОУ ВПО «Сибирский федеральный университет», e-mail: cherpakova.anja@gmail.com

Редькин Денис Валерьевич, студент, Институт горного дела, геологии и геотехнологий ФГАОУ ВПО «Сибирский федеральный университет», e-mail: dini199@yandex.ru

Gushya Dmitriy Igorevich, assistant of the Department of «Mine surveying», Institute of Mining, Geology and Geotechnology FSAEI HPE «Siberian Federal University», e-mail: Dima-gusha@mail.ru

Kovrizhnykh Egor Vladimirovich, geomechanic, Ltd «Siberian Research Institute of Mining and Mine Surveying», e‑mail: e.kovrizhnykh@mail.ru

Eretnov Nikolay Valerievich, postgraduate student, Institute of Mining, Geology and Geotechnology FSAEI HPE «Siberian Federal University», e-mail: nikolay_eretnov@mail.ru

Abdullaeva Anna Anatolievna, student, Institute of Mining, Geology and Geotechnology FSAEI HPE «Siberian Federal University», e-mail: cherpakova.anja@gmail.com

Redkin Denis Valerievich, student, Institute of Mining, Geology and Geotechnology FSAEI HPE «Siberian Federal University», e-mail: dini199@yandex.ru

Аннотация. В статье представлен метод качественной оценки геомеханических рисков, основанный на интеграции БПЛА (беспилотных летательных аппаратов) с методами фотограмметрии и аэрофотосъёмки, а также на результатах долгосрочного мониторинга за деформациями массива с применением спутниковых GNSS-измерений, для картирования произошедших и потенциально возможных деформаций прибортового массива, откосов бортов, уступов карьеров и откосов отвалов. Методика опробована на месторождении «Эльдорадо» расположенного в Северо-Енисейском районе Красноярского края. Используя интегрированные методы фотограмметрии с БПЛА, была построена детальная 3D модель месторождения. На основании зарегистрированных деформаций и информации о структурно-тектоническом строении, а также по данным инфраструктуры отрабатываемого месторождения были определены индикаторы рисков развития деформаций. По индикаторам развития деформаций произведена идентификация рисков – составлен реестр геомеханических рисков месторождения. Произведен анализ выявленных рисков – дано краткое описание последствий с оценкой текущего уровня по матрице рисков.  Последний этапом представленного метода являлась разработка рекомендаций по управлению геомеханических рисков, дана оценка рисков после выполнения рекомендуемых мер по их снижению.

Результаты работы успешно внедрены в систему риск-менеджмента предприятия, которая предполагает пополнение и корректировку реестра возможных геомеханических рисков, анализ причинно-следственных связей, приводящих к рискам, ведение и учет произошедших деформаций, оценку их последствий.

Abstract. This article presents the method of qualitative evaluation of geomechanical risks based on integration of Unmanned Aerial Vehicles (UAV) with photogrammetry and aerial photography techniques, along with results of long-term deformation of massif monitoring using satellite GNSS measurements for mapping occurred or potentially possible deformations of pit slopes, quarry ledges, bench slopes and crests. The method has been tested at the Eldorado field located at the Severo-Yeniseysky District (raion) of the Krasnoyarsk Krai. By using integrated methods of UAV photogrammetry, a detailed 3D model of the field was created. Deformation risk indicators were determined based on detected deformations and the structural and tectonic structure’s information, and data of the of the developed field’s infrastructure. Risks were identified by obtained deformation risk indicators – a register of geomechanical risks of the field was compiled. The analysis of the identified risks was made — a brief description of the consequences was given with an assessment of the current conditions according to the risk matrix. The last stage of the presented method was the development of recommendations for the geomechanical risks management; a risks assessment was also provided after the implementation of the recommended risk reducing measures.

The results of the work have been successfully deployed into the company’s risk management system, which assume replenishment and correction of the register of possible geomechanical risks, analysis of cause-and-effect relationships leading to risks, maintaining and recording the occurred deformations with assessing of their consequences.

Ключевые слова: оценка геомеханических рисков, беспилотные летательные аппараты, откосы карьера, картирование деформаций, мониторинг, матрица рисков

Keywords: geomechanical risks evaluation, unmanned aerial vehicles, pit slopes, deformation mapping, monitoring, risk matrix

ВВЕДЕНИЕ

Риск является неотъемлемой частью деятельности человека и может быть связан, например, с крупной аварией или стихийным бедствием.  Опасность, создаваемая на предприятии при неполной оценке рисков, помимо влияния на конечные цели предприятия, может привести к невосполнимой утрате жизни и собственности. В связи с этим в настоящее время процессы должной осмотрительности, функционирующие как часть корпоративного управления горнодобывающих компаний, становятся важными инструментами для выявления опасностей, которые могут повлиять на производственный процесс. Таким образом, перед горнодобывающими предприятиями стоит задача управлять одним из самых больших рисков на месторождении – нестабильностью горного массива. Поскольку нестабильность или авария не обязательно должны быть значительными, чтобы оказывать существенное влияние на добычу, задача состоит в разработке оптимизированного плана управления рисками, который соответствует требованиям горнодобывающей компании, а также нормативно-правовым документам в области промышленной безопасности.

Для решения поставленной задачи в настоящей работе представлен метод качественной оценки геомеханических рисков, основанный на интеграции БПЛА (беспилотных летательных аппаратов) с методами фотограмметрии и аэрофотосъёмки [1,2], а также на результатах долгосрочного мониторинга за деформациями массива с применением спутниковых GNSS-измерений.

МЕТОДИКА

Возникновение рисков обусловлено неопределенностью потенциально опасных факторов, учитываемых при проектировании и эксплуатации месторождения. Неопределенность факторов заключается в их пространственной изменчивости (неоднородности) или недоизученности.

В настоящей работе была произведена качественная оценка рисков через произведение вероятности обрушения (ВО) и тяжести последствий (ТП):

К рискам развития аварийных ситуаций, связанных с нарушением устойчивости бортов, уступов карьеров, откосов отвалов при отработке месторождения открытым способом были отнесены деформации:

  • уступов в различных участках карьера;
  • участков борта, состоящих из двух и более уступов (макроблоки обрушения);
  • бортов карьера по всей высоте;
  • связанные с мелкими вывалами и камнепадом;
  • зоны слабых или дезинтегрированных пород, склонных к оползневым процессам или механизмам деформирования без явно выраженных поверхностей ослабления;
  • подземные горные выработки (пустоты) на участках;
  • участки интенсивного высачивания грунтовых вод, разжижение, обводнение пород, селевые потоки (фильтрационные деформации);
  • связанные с природными обвалами (камнепады естественных склонов), снежными лавинами, селями (учитываются при попадании в горный отвод);
  • оползания откосов, связанные с пластическими деформациями в пределах многолетнемерзлых пород;
  • отвалов на слабом, наклонном основании, нагруженные горной техникой;
  • связанные с периодической сейсмической активностью региона.

На этапе идентификации рисков устанавливался перечень потенциально опасных факторов (источников опасностей) при отработке месторождения. На основе этого был составлен реестр геомеханических рисков с их локализацией для разных участков карьера и отвалов.

На этапе анализа рисков выполнялась последовательность действий: качественно оценивались вероятности, последствия от потенциальных обрушений, определялся уровень рисков.

С целью отражения различных аспектов опасности применялись следующие методы анализа рисков в комплексе: 

  • Метод причинно-следственного анализа. Выявление причины происшедшей аварии или катастрофы, является составной частью общего анализа опасностей [3];
  • Матрица рисков. Составление таблицы с ранжированием сценариев вероятности риска и его последствий для выявления уровня риска [4];
  • Метод «Что будет, если?». На этапе анализа формулируются вопросы «что будет, если?», и на них даются ответы, чтобы оценить влияние возникновения факторов опасности [4].

На этапе управления геомеханическими рисками, в зависимости от уровня рисков были разработаны мероприятия по их снижению. Оценивались наиболее подходящие для конкретных рисков мероприятия. После внедрения мероприятий выполнялась оценка их эффективности по снижению рисков.

РЕЗУЛЬТАТЫ

По результатам картирования выделены 244 зоны с деформациями на всей площади отрабатываемого месторождения (рис. 1) в том числе трещины закола, просадки грунта, деформации уступов и групп уступов, осыпи. Подробная информация о выделенных зонах с деформациями представлена в таблице 1.

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 [5].

На основании факторов, которые могут привести к рискам развития деформаций, была создана карта идентификации геомеханических рисков месторождения «Эльдорадо» (рис. 2).

По результатам обследования месторождения, а также анализа научно-исследовательских работ, выполненных в предыдущие годы [7] на карту идентификации геомеханических рисков схематично нанесены обводненные участки, участки передвижения горнотранспортного оборудования, зафиксированные деформации по результатам картирования, тектонические разломы.

На следующем этапе идентификации рисков карьер и каждый отвал были разделены на участки для более тщательного анализа геомеханических опасностей, приводящих к риску. Выделенные участки также представлены на карте идентификации рисков.

С целью корректной идентификации рисков на основании потенциально опасных факторов, приводящих к возникновению рисков, были определены индикаторы риска развития деформаций, характерных для месторождения «Эльдорадо»:

Смещения горных масс по результатам мониторинга;

  1. Ведение взрывных работ на близлежащих участках;
  2. Трещины закола/просадки грунта;
  3. Обводненность участка;
  4. Тектонические разломы;
  5. Зафиксированные деформации уступов на близлежащих участках;
  6. Зафиксированные осыпи, камнепады на близлежащих участках;
  7. Зоны передвижения транспорта;
  8. Зоны технологических сооружений.

При выявлении рисков, каждый из 49 выделенных участков карьера и 21 участок отвалов, последовательно были рассмотрены на наличие индикаторов.

По результатам анализа карты идентификации геомеханических рисков на наличие индикаторов риска развития деформаций на каждом из выделенных участков, составлен реестр геомеханических рисков. В связи с большим объемом данных, в таблице 2 представлена выдержка из реестра геомеханических рисков.

Таким образом на месторождении «Эльдорадо» выявлено 60 рисков развития деформаций. Преобладающим индикатором возникновения рисков на карьере и отвалах месторождения являются трещины закола.

Для ранжирования частоты проявления рисков на месторождении «Эльдорадо» была составлена 5-уровневая матрица рисков (таблица 3).

В связи с большим объемом данных, в таблице 4 представлена выдержка из результатов анализа геомеханических рисков.

Индикаторы риска развития деформаций отсутствуют на участках карьера: 24, 26, 27, 31, 21, 32, 16, 11, 6, 4, 50. В связи с этим данным участкам присвоен очень низкий уровень риска развития деформаций. Преобладающий уровень риска по количеству и площади проанализированных участков на месторождении – Средний (37 участков). С высоким уровнем выявлен единственный участок 20, соответствует порядковому номеру риска 16 (таблица 4). По результатам анализа произведено районирование месторождения «Эльдорадо» по уровню геомеханических рисков (рис. 3).

По итогам проведенной работы разработаны рекомендации по управлению геомеханическими рисками на месторождении.

В связи с большим объемом данных, в таблице 5 представлена выдержка из разработанных рекомендаций по управлению геомеханическими рисками на месторождении.

Необходимо периодически пересматривать оценку геомеханических рисков и осуществлять контроль выполнения рекомендуемых мероприятий по управлению геомеханическими рисками, так как могут возникать новые неучтенные риски развития деформаций, которые могут повлиять на производственный процесс.

На этапе эксплуатации для целей контроля и управления геомеханическими рисками на предприятии рекомендуется организовывать систему риск-менеджмента, которая предполагает пополнение и корректировку реестра возможных геомеханических рисков, анализ причинно-следственных связей, приводящих к рискам, ведение и учет произошедших деформаций, оценку их последствий.

На выделенном участке 20, соответствующему очень высокому риску развития, а также при выявлении новых участков с очень высоким уровнем риска необходимо проводить компенсирующие и стабилизирующие мероприятия.

ВЫВОДЫ

Таким образом по результатам проведенной работы можно сделать вывод, что методика, представленная в данной статье, позволяет произвести полную оценку геомеханических рисков месторождения, выявить участки с высоким уровнем рисков и своевременно разработать применяемые меры по их устранения с целью недопущения аварийных ситуаций.

Результаты работы успешно внедрены в систему риск-менеджмента предприятия, которая предполагает пополнение и корректировку реестра возможных геомеханических рисков, анализ причинно-следственных связей, приводящих к рискам, ведение и учет произошедших деформаций, оценку их последствий.

Список литературы

  1. 1. Борщ-Компониец В. И. Геодезия, основы аэрофотосъемки и маркшейдерского дела: Учебник для вузов. – М.: Недра, 1984. – 448 с
  2. Боос И. Ю., Юнаков Ю. Л., Патачаков И. В., Гришин А. А. Изучение структурных особенностей прибортового массива по 3D-модели откоса, построенной с применением мультикоптера // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2021. – № 12. – С.
  3. Ветошкин А. Г. Нормативное и техническое обеспечение безопасности жизнедеятельности. Часть 1: Учебное пособие / Ветошкин А.Г. — Вологда: Инфра-Инженерия, 2017. — 470 с.
  4. Руководство по проектированию бортов карьеров/ Под редакцией: Джон Рид, Питер Стейси – CRC Press/Balkema, 2009. – 509 с.
  5. Мониторинг за деформациями бортов откосов уступов и отвалов месторождения «Эльдорадо». Технический отчет. Четвертый этап. ООО НИП «СИБМАРКПРОЕКТ». Красноярск 2021. – 82 стр.
  6. Методические рекомендации по разработке и подготовке к принятию проектов технических регламентов. Министерство промышленности и торговли Российской Федерации Приказ № 2380 от 21.07.2017.
  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 П.С. – ФГОУВПО СФУ, Красноярск, 2013 — 168 С.

References

  1. Borshch-Komponiec V. I. Geodeziya, osnovy aerofotos»emki i markshejderskogo dela: Uchebnik dlya vuzov. – M.: Nedra, 1984. – 448 S.
  2. Boos I. Yu., Yunakov Yu. L., Patachakov I. V., Grishin A. A. Izuchenie strukturnyh osobennostej pribortovogo massiva po 3D-modeli otkosa, postroennoj s primeneniem mul’tikoptera // Gornyj informacionno-analiticheskij byulleten’. – 2021. – № 12. – S.
  3. Vetoshkin A. G. Normativnoe i tekhnicheskoe obespechenie bezopasnosti zhiznedeyatel’nosti. Chast’ 1: Uchebnoe posobie / Vetoshkin A.G. — Vologda: Infra-Inzheneriya, 2017. — 470 s.
  4. Rukovodstvo po proektirovaniyu bortov kar’erov/ Pod redakciej: Dzhon Rid, Piter Stejsi – CRC Press/Balkema, 2009. – 509 s.
  5. Monitoring za deformaciyami bortov otkosov ustupov i otvalov mestorozhdeniya «Eldorado». Tekhnicheskij otchet. Chetvertyj etap. OOO NIP «SIBMARKPROEKT». Krasnoyarsk 2021. – 82 str.
  6. Metodicheskie rekomendacii po razrabotke i podgotovke k prinyatiyu proektov tekhnicheskih reglamentov. Ministerstvo promyshlennosti i torgovli Rossijskoj Federacii Prikaz № 2380 ot 21.07.2017.
  7. Otchet po NIR. Issledovanie i obosnovanie ustojchivyh parametrov otkosov ustupov i bortov kar’era Eldorado pri otrabotke mestorozhdeniya do otmetki 520 m., Kosolapov A.I., Yunakov Yu.L., Shpakov P.S. – FGOUVPO SFU, Krasnoyarsk, 2013 — 168 S.

 Для цитирования: Гуща Д.И., Коврижных Е.В., Еретнов Н.В., Абдуллаева А.А., Редькин Д.В. Качественная оценка геомеханических рисков по результатам долгосрочного мониторинга и 3d модели месторождения, построенной с применением мультикоптера // Московский экономический журнал. 2022. № 2. URL: https://qje.su/nauki-o-zemle/moskovskij-ekonomicheskij-zhurnal-2-2022-7/

© Д.И. Гуща, Е.В. Коврижных, Н.В. Еретнов, А.А. Абдуллаева, Д.В. Редькин., 2022. Московский экономический журнал, 2022, № 2.