Чтобы не рассыпаться в извинениях: укрепление бортов карьера

ЧТОБЫ НЕ РАССЫПАТЬСЯ В ИЗВИНЕНИЯХ: УКРЕПЛЕНИЕ БОРТОВ КАРЬЕРА

Начнём с прописных истин: особенности работы с бортами карьера прописываются ещё на этапе подготовки технической документации. Без обоснования устойчивости параметров бортов карьеров, уступов и породных отвалов проект не пройдёт госэкспертизу, горнодобывающая компания не получит лицензию. Однако на деле всё получается не так гладко — об этом говорят практикующие специалисты отрасли.

ГЛАДКО БЫЛО НА БУМАГЕ

Начальник геотехнического отдела АО «Полюс Магадан» Владимир Рахманин перечислил основные факторы, повышающие вероятность обрушения бортов карьера. К ним он отнёс сейсмическое воздействие взрывов на борта, обводнённость горного массива и недопустимые параметры откосов. Также специалист назвал в этом списке недостаточную изученность геологического строения месторождения. Однако возможны и иные причины, помимо названных «классических».

В их числе, например, изменения климата. О российской погоде, особенно в некоторых регионах, скептически отзываются столетиями, а сегодня природа и вовсе всё чаще преподносит сюрпризы. То непривычно тёплые зимы, то морозы сверх нормы, то засушливая весна, а лето, напротив, с долгими проливными дождями. Из-за этого даже тем горнодобывающим компаниям, которым раньше не нужно было проводить сложные мероприятия по укреплению бортов, теперь приходится об этом задумываться.

«Сегодня всё чаще необходимо обеспечивать общую устойчивость откосов на различных месторождениях, включая объекты открытых горных работ. При высокой сейсмичности района, крутых откосах, низких физико-механических характеристиках грунта, таких как сцепление и угол внутреннего трения, а также при наличии грунтовых вод или большого поступления поверхностных стоков есть большая вероятность смещения и обрушения грунтового массива», —перечислил ключевые факторы начальник инженерного центра ЗАО «ТЕХПОЛИМЕР» Константин Горьков.

«В сезон дождей нужно проявлять повышенное внимание. Массив сам по себе гидроскопичен (даже если речь идёт не о глинистом грунте), а если в нём ещё трещины, то сами понимаете, что материал под действием большого и непрерывного количества влаги потеряет свои первоначальные свойства. Из-за чего изначально принятые меры уже могут не оказывать необходимого воздействия», — пояснил профессор, кандидат технических наук, заведующий кафедрой маркшейдерского дела Института горного дела Сибирского Федерального университета Юрий Юнаков.

К тому же сегодня экономика страны, в частности добывающей промышленности, несмотря на все поддерживающие меры, всё же переживает не самые простые времена. А работы по укреплению бортов предполагают инвестиции. Поэтому на деле порой бывает так: необходимый план для получения лицензии и разрешения разработан, но прописанные решения не применяются.

«По всем нормативам в состав технического проекта на месторождение должен входить и календарный план горных работ. Именно такой комплекс документации проходит согласование, и на основании этого предприятия получают лицензию на недропользование. Каждый год его необходимо подтверждать в Ростехнадзоре на всём периоде действия лицензии. Более того, нужно ежеквартально проводить маркшейдерскую съёмку: опираясь на эти данные, недропользователь следит за объёмами добычи и платит налоги, а также контролирует угол наклона бортов и делает выводы, соответствуют ли они проекту и необходимо ли проводить дополнительные мероприятия. Этот план также содержит и график планового аудита. Однако внеплановых проверок законодательно не предусмотрено, — их могут проводить только по чьей-либо жалобе либо в случае выявления расхождений между годовой отчётностью и проектом. Например, недропользователь добыл больше, чем заявлено в лицензии, следовательно, была нарушена технология.

То есть, если добытчики будут недобросовестно относиться к процедурам формирования и укрепления бортов, существует вероятность, что о проблемах может никто и не узнать», — привела пример возможных ситуаций начальник службы экологического контроля АО «Сибагропромстрой» Наталья Сипкина.

А ведь несвоевременность проверок может привести к ущербу людям и природе. Незначительные осыпи со временем способны вылиться в обрушения, а те, в свою очередь, обернуться человеческими жертвами, повреждениям техники, а также привести к эрозии почвы и повышению запылённости. И, возможно, повышению уровня грунтовых вод.

«Халатное отношение к эксплуатации карьера предшествует экологическим катастрофам. На ум сразу приходит венгерская авария 2010 года или прорыв дамбы в Красноярском крае в 2019 году. Да, обе трагедии произошли не из-за проблемных бортов карьера, но тем не менее за состоянием дамб также должны были следить и проводить своевременные работы. В таком случае аварий можно было избежать или хотя бы минимизировать их последствия», — добавила Наталья Сипкина.

Не стоит думать, что борта и уступы — это не дамба, и с ними ничего серьёзного произойти не может. Многие эксперты напоминают, что штрафы, следующие за такими нарушениями, столь же колоссальны, как и удар по репутации компании. Особенно, если обрушение бортов привело к пострадавшим и погибшим. Поэтому куда дешевле будет всё же вложить деньги в то, чтобы поддерживать откосы и склоны в надлежащем состоянии.

Тем более что методик укрепления бортов разработано достаточно, и для каждого случая найдётся подходящий по доступности вариант. Перед горнодобывающими компаниями отнюдь не стоит задача сделать борта неразрушаемыми. Главное — это обеспечение безопасности.

«Практика разработки месторождений говорит о том, что задача по обеспечению необходимой для безопасной отработки месторождения устойчивости бортов и откосов карьеров актуальна. Задача повышения устойчивости не стоит, так как чем выше устойчивость, тем ниже экономическая эффективность. Устойчивость бортов карьеров и откосов должна обеспечивать безопасность и полноту отработки месторождения. Избыточный запас — это экономические издержки», — отметил канд. техн. наук, заведующий лабораторией устойчивости бортов карьеров и сдвижения горных пород отдела горной науки АО «Уралмеханобр» Павел Кольцов.

ЗОНЫ ПОВЫШЕННОГО ВНИМАНИЯ

Эксперты рекомендуют особо обратить внимание на конкретные участки и усиленно отслеживать их состояние.

«Приоритетными участками для внедрения мероприятий по повышению устойчивости являются участки с потенциальными признаками возможных деформаций (выход тектонических нарушений на контур откосов, повышенная степень трещиноватости пород, наличие зон ослабленных пород и др.), а также особо ответственные, а именно зоны внутри карьерной инфраструктуры и рабочие», — перечислил начальник участка по оборке уступов «Полюс Красноярск» Константин Гребенюк.

На этих участках, добавляет эксперт, нужно периодически проводить мероприятия по управлению рисками неблагоприятных деформационных процессов. Например, это необходимо при проведении буровзрывных работ.

«К стабилизирующим мероприятиям относится оптимизация параметров БВР вблизи предельного контура с минимизацией влияния взрывных работ на законтурный массив. Мероприятие применяется в массивах скальных и полускальных пород. Достаточно простым способом определения зоны влияния взрывов является метод, который заключается в измерении смещений реперов, установленных непосредственно за взрывным блоком, во время ведения взрывных работ. Однако в конкретных условиях размер зоны должен определяться натурными наблюдениями. При подходе к проектному контуру, на расстоянии оценённой зоны негативного воздействия взрывов, необходимо применять специальные технологии ведения взрывных работ. Применяются такие методы, как буферное взрывание, щадящее взрывание, предварительное или промежуточное щелеобразование, взрывание после щелеобразования и так далее», — обозначил Константин Гребенюк.

Имеет смысл реализовывать компенсирующие мероприятия, которые направлены на снижение или исключение тяжести последствий от возможных деформаций.

Специалист «Полюс Красноярск» отметил, что к этому типу управления рисками относится также проектирование резервного транспортного съезда (в случае повреждения основного) или увеличенной бермы безопасности. Последний инструмент применяется при риске развития деформаций на участках расположения инфраструктуры, а также при наличии высоких групп уступов между транспортными съездами — высотой более 180 метров.

Широкая берма обычно проектируется двойной ширины от обычной бермы и составляет порядка 20-25 или более метров.

ТЕХНОЛОГИИ С ОГЛЯДКОЙ НА УСЛОВИЯ

В случае, когда всё же потребовалось проведение процедур по укреплению бортов, в распоряжении горнодобывающих компаний оказывается масса различных технологий.

Многообразие способов связано с большим разнообразием грунтов и скальных пород. Поэтому рекомендации экспертов по этому вопросу всегда будут расходиться. Панацеи и некого универсального метода для решения такой задачи пока не изобрели.

«Существуют различные технологии, например, укрепление откосов и склонов железобетонными сваями, тросовыми тяжами, анкерование, цементация, набрызг бетона (торкретирование), установка различных сеточных ограждений, введение в скважины инъекций различных укрепляющих растворов для повышения упрочнения горной породы, пригрузка откосов (сооружение контрфорсов и подпорных стенок).

Выбор технологий укрепления откосов и склонов карьера зависят от совокупности факторов, в том числе нужно учитывать особенностей месторождения, климат, физико-механические свойства горной породы, финансовые затраты и др. Анализируя месторождение, специалисты применяют наиболее оптимальные методы», — объяснил Владимир Рахманин.

«Способ укрепления цементного раствора инъекциями или смолами довольно популярен за рубежом, например, в Германии, США и Канаде. Там его применяют для целого ряда пород — как для трещиноватых скальных и полускальных, так и для песчаных и глинистых. В России многие переняли такие методы, особенно цементацию. Однако стоит помнить, что у нас иные климатические условия и составы пород. Поэтому не стоит полагаться лишь на популярность технологии. Во многих регионах, например, у нас часто применяют метод укрепления сваями для стабилизации твёрдых пород», — привёл пример Юрий Юнаков.

«Если брать северные месторождения, особенно в зоне вечной мерзлоты, то там сваи могут достигать 20-30 метров — только так можно достигнуть эффективности в таком климате и при высокой подвижности грунтов. Более современные способы, например геосинтетику, за последнее десятилетие экспериментально применяли для строительства дорог в условиях Крайнего Севера, и, как у любого материала, у геосинтетики есть свои плюсы и минусы. В  условиях, где температура порой начинается от -40 градусов и ниже, такой материал может дать трещины», — обратила внимание Наталья Сипкина.

ГЕОСИНТЕТИКА: ЕСТЬ ЛИ ПЕРСПЕКТИВЫ?

Как отмечает эксперт ЗАО «ТЕХПОЛИМЕР», геосинтетика геосинтетике рознь. Геотекстиль, одна из разновидностей материала, из-за особенностей своего состава вообще не даёт трещин. А если же говорить о геомембране, то на рынке сегодня представлены варианты, предназначенные  специально для использования в суровых климатических условиях, например, в Арктике. Другой вопрос — целесообразность использования геосинтетики для укрепления бортов карьеров.

Несмотря на некоторые ограничения, геосинтетика, которая так же активно применяется в жилом и дорожном строительстве, сегодня охватывает и добывающий сектор. Для изоляции хвостохранилищ материал уже буквально стал обязательным. А вот в качестве инструмента для укрепления бортов он пока уступает более традиционным и давно опробованным методам. Однако специалисты направления не только ставят геосинтетику в один ряд с ними, но и уверены, что интерес к материалу со временем будет только расти.

«Наиболее распространёнными способами повышения устойчивости откосов и склонов карьеров является их уполаживание, создание дополнительных берм с перехватом поверхностных вод и армирование геосинтетическими материалами неустойчивого массива отвалов грунта.

На текущий момент этот тип укрепления тела отвала для достижения устойчивости откосов достаточно перспективен. Опять же за счёт увеличения крутизны откосов армирование геосинтетикой экономически целесообразно, т. к. представляется возможным накапливать более крупные объёмы извлечённой породы на меньшей площади.

Для определения количества слоёв, их расположения и прочности материала производится расчёт устойчивости откоса отвала, по которому в дальнейшем назначается схема армирования. Устойчивость сооружения можно считать обеспеченной при соблюдении условия, что расчётное значение показателя устойчивости откоса будет превышать нормативный показатель коэффициента устойчивости. С учётом расчётной схемы производится укладка геосинтетических материалов во время возведения отвала послойной отсыпкой. Прослойки из геосинтетического материала устраивают в виде полуобойм или замкнутых силовых обойм», — рассказал Константин Горьков.

Другой вопрос, что применение таких новых методик также должно быть внесено в проект, обосновано и согласовано как с геологами и маркшейдерами, составлявшими проект, так и с надзорными органами. Но специалисты уточняют, что если возникает желание испробовать у себя на месторождении геосинтетику или любой другой способ укрепления бортов, то после ряда процедур это вполне можно сделать.

«Применять какие-либо новые методы самостоятельно без внесения изменений в технический проект запрещено — за это недропользователю грозят штрафные санкции. Но это не означает, что их нельзя вносить в принципе. Технологии постоянно совершенствуются, а лицензии на недропользование могут выдаваться сроком более чем на 20 лет. Поэтому имеет смысл обсудить какие-то новинки со специалистами, чтобы не применять методы, которые использовались в 1980-х или 1990-х годах. Те смогут не только подсказать, подходит ли выбранный метод в случае конкретного объекта, но и какова будет его эффективность (как экономическая, так и для окружающей среды). При положительном решении достаточно подготовить изменённый технический проект и согласовать его в необходимых ведомствах. Тогда применение методик будет считаться законным», — уточняет Наталья Сипкина.

Другое дело, что часто некоторым совсем не хочется тратить время на составление необходимых документов и их согласование.

ПРОГНОЗИРОВАНИЕ И ГРАМОТНАЯ ЭКСПЛУАТАЦИЯ

Практически все специалисты отрасли сходятся во мнении, что можно значительно сократить частоту таких мероприятий, а то и вовсе избежать их за счёт контроля потенциально опасных участков и правильной эксплуатации месторождения.

«Участки деформирования необходимо и можно прогнозировать на ранней стадии. Существуют разные методики. В 2006 году АО «Уралмеханобр» разработал методику мониторинга общего состояния устойчивости бортов карьеров по контрольным точкам с применением разного геодезического оборудования: цифровых нивелиров, систем спутниковой навигации, тахеометров, а с 2013 в процесс мониторинга бортов внедрено лазерное сканирование», — перечислил возможные инструменты Павел Кольцов.

«Приведу в пример опыт нашего предприятия. Для повышения безопасности работы на Наталкинском карьере до конца текущего года ожидается поставка второго высокоточного радара мониторинга устойчивости бортов, который позволит покрыть одновременное сканирование полного контура карьера. Ранее, два года назад, в промышленную эксплуатацию был введён аналогичный радар. В работе это оборудование показало высокую эффективность.

Также для повышения безопасности работы в карьере на Наталке применяют автоматизированный тахеометр для оценки состояния всех бортов», — поделился опытом Владимир Рахманин.

«Для определения потенциально опасных участков на самой ранней стадии выполняется детальное геолого-структурное картирование карьера, создание базы данных и геолого-труктурной 3D-модели месторождения. Нужен сбор геолого-структурных данных и другой геолого-геотехнической информации в ходе проведения геологических маршрутов с целью обновления и актуализации карт, схем районирования, геолого-структурной модели месторождения.

В свою очередь, в процессе эксплуатации объекта ведения горных работ открытым способом необходимо проведение своевременной оборки уступов от нависей и козырьков. При проведении этих видов работ можно своевременно выявить ослабленные участки, разработать мероприятия и направить их на повышение устойчивости. Это может быть отсыпка контрфорса (подпора), установка пассивной противокамнепадной защиты, укрепление откоса с помощью свай. Выбор зависит от времени выполнения мероприятий, коммуникаций в ослабленной зоне, объектов жизнеобеспечения карьера, финансовых затрат», — добавил Константин Гребенюк.

При этом некоторые эксперты настаивают на том, что все многочисленные технологии в любом случае будут направлены на решение локальных задач на конкретных участках. Поэтому самый надёжный способ — всё же предусмотреть эти работы на этапе проектирования.

«Нет эффективных способов укрепления бортов карьеров для обеспечения их глобальной устойчивости. Есть эффективные способы оценки устойчивости на стадии проектирования и построения устойчивого профиля карьера, обеспечивающего безопасность отработки. Укрепление бортов — весьма затратное и, как правило, неэффективное средство, которое направлено на исправление ошибок проектирования. Процесс деформирования всего борта карьера необратим, укреплением его не остановить. Если моделирование развития процесса деформаций выявило риски для безопасности работы рудника, необходимы кардинальные меры: разнос, пригрузка борта скальными породами в строгом соответствии с результатами оценки устойчивости», — выразил свою позицию Павел Кольцов.