Тема 1. Управление устойчивостью бортов и уступов карьеров

Управление устойчивостью бортов и уступов карьеров включает в себя комплекс мероприятий, направленных на оценку, контроль и снижение рисков, связанных с возможным нарушением устойчивости массива, развитием аварийных ситуаций и их последствий. Эти мероприятия охватывают как инженерно-геологическую оценку, так и горнотехнический надзор, мониторинг, профилактику и оперативное реагирование.

К основным направлениям управления устойчивостью относятся:

• контроль за соблюдением проектных параметров;
• если отклонения параметров уступов, углов откосов или ширины берм превышают допустимые значения, в проект вносятся корректировки;
• визуальные и инструментальные наблюдения;
• включают регулярные обходы и фиксацию признаков нестабильности (трещины, осадки, выемки), а также использование приборов (инклинометров, тахеометров, радаров) для регистрации смещений;
• выявление зон и участков возможного проявления разрушающих деформаций;
• на таких участках организуются стационарные пункты наблюдений и/или внедряется дистанционный мониторинг (лидар, радар, GNSS, камеры);
• изучение выявленных нарушений устойчивости;
• фиксируются факты деформаций и обрушений, анализируется их характер, глубина, протяжённость и причины возникновения;
• комплексная оценка геологических, инженерно-геологических и гидрогеологических условий;
• учитываются тектоника, структура массива, наличие подземных вод, особенности залегания рудного тела и пород-отвалов;
• разработка и выполнение противодеформационных мероприятий;
• укрепление слабых зон, изменение геометрии откосов, снижение высоты уступов, усиление берм, дренаж, запрет на пребывание людей в потенциально опасных участках;
• контроль за состоянием защитных и противодеформационных сооружений;
• оценивается их эффективность, физическое состояние, соответствие проекту и необходимость ремонта или усиления.

Приоритетными участками для внедрения мер управления являются зоны с признаками возможных деформаций (трещины, осадки, смещения), а также особо ответственные участки — транспортные съезды, места размещения оборудования и зданий, участки с высокой концентрацией рабочих.

Все действия по управлению устойчивостью регулируются требованиями нормативных документов. В частности, в России применяются положения приказа Ростехнадзора от 13.11.2020 №439, устанавливающего обязанности предприятий по обеспечению устойчивости откосов, уступов и бортов карьеров.

Тема 2. Мероприятия по управлению устойчивостью

Мероприятия по управлению устойчивостью бортов, уступов и откосов направлены на предупреждение нарушений устойчивости массива, стабилизацию деформирующихся участков, а также на снижение ущерба в случае реализации опасных геомеханических процессов.

Общие цели мероприятий:

• стабилизация состояния уступов, откосов и отвалов за счёт снижения или исключения вероятности возникновения деформаций;
• компенсация возможных деформаций путём снижения их последствий, воздействия на людей, оборудование и производственный процесс.

Мероприятия подразделяются на две основные группы: стабилизирующие и компенсирующие.

Стабилизирующие мероприятия направлены на предотвращение развития деформаций и обеспечение длительной устойчивости массива.

Организационные стабилизирующие мероприятия:

• соблюдение проектных параметров уступов, бортов и берм;
• регулярные обходы и визуальный контроль состояния массива;
• регламентирование ведения взрывных работ и ограничение одновременной отработки смежных участков;
• временный запрет ведения работ в зоне риска до устранения причин нестабильности.

Технические стабилизирующие мероприятия:

• изменение углов откоса и профиля уступов;
• устройство берм безопасности, дренажных и водоотводящих канав;
• крепление уступов с помощью анкеров, сеток, бетонных поясов;
• снижение водонасыщенности массива за счёт горизонтального или вертикального дренажа;
• перепроектирование зон с повышенной трещиноватостью или разрушенностью массива.

Компенсирующие мероприятия предназначены для снижения последствий возможных обрушений и обеспечения безопасности людей и техники при неустойчивости массива.

Организационные компенсирующие мероприятия:

• ограничение доступа в опасные зоны;
• изменение маршрутов движения техники и размещения инфраструктуры;
• введение режима повышенного контроля и готовности к эвакуации;
• временное прекращение работ в потенциально опасной зоне.

Технические компенсирующие мероприятия:

• возведение ловчих берм, габионированных стен и подпорных сооружений;
• установка сейсмических датчиков и систем раннего оповещения;
• укрепление склона или борта снаружи (контрфорсы, подпорные стенки);
• организация искусственного обрушения нестабильных участков с контролируемым выведением в безопасное положение.

Эффективная стратегия управления устойчивостью требует сочетания как стабилизирующих, так и компенсирующих мероприятий, основанных на результатах инженерного анализа, мониторинга и регулярной переоценки состояния массива.

Тема 3. Методы деформационного мониторинга

Мониторинг устойчивости откосов, уступов и бортов карьеров является ключевым элементом системы управления геомеханической безопасностью. Приоритетными участками для внедрения мониторинга являются зоны с признаками возможных деформаций, а также особо ответственные территории, включая внутрикарьерную инфраструктуру, съезды, площадки размещения оборудования и зоны ведения работ.

В современной горной промышленности применяются различные методы деформационного мониторинга, отличающиеся по точности, зонам охвата и режиму наблюдений. Методы могут комбинироваться в единую систему контроля.

Основные методы:

• Визуальный мониторинг; основан на регулярных обходах карьера с фотофиксацией и регистрацией признаков нестабильности: появление трещин, осыпей, вывалов, смещений. Может выполняться вручную или с применением фотограмметрии с БПЛА и наземных станций;
• Призменный мониторинг; предполагает установку отражающих призм на откосах и регулярное измерение их пространственного положения с помощью электронных тахеометров. Позволяет определять направление и скорость смещения отдельных участков с высокой точностью;
• Наземный радарный мониторинг; осуществляется с помощью интерферометрических радаров, регистрирующих смещения поверхности с миллиметровой точностью. Используется для непрерывного дистанционного наблюдения за всей поверхностью откоса, особенно эффективен при скрытых деформациях;
• Тепловизионный мониторинг; основан на регистрации теплового излучения с поверхности массива с помощью инфракрасных камер. Применяется для выявления зон аномального температурного распределения, связанных с трещинами, фильтрацией воды, разуплотнением массива;
• GNSS-мониторинг; включает установку высокоточных приёмников глобальных навигационных спутниковых систем на контрольных точках. Метод позволяет отслеживать пространственные смещения в реальном времени на масштабах от отдельных уступов до всего борта;
• Лазерное сканирование (LiDAR); даёт возможность получить сплошные трёхмерные модели поверхности массива с миллиметровой точностью. Метод незаменим для картирования деформаций, недоступных для визуального контроля. Применяется как для регулярного съёмочного мониторинга, так и для оценки постфактум;
• Фотограмметрическая съёмка; выполняется с дронов или наземных платформ, используется для построения 3D-моделей откосов. По результатам съёмки оцениваются смещения, деформации, изменения геометрии уступов и вывалов.

Каждый метод обладает своими особенностями и выбирается в зависимости от:

• масштаба и геометрии контролируемой зоны;
• требуемой точности; частоты измерений;
• погодных и технологических условий.

Наиболее эффективной считается комбинированная система мониторинга, в которой сочетаются дистанционные методы с высокоточной геодезией и визуальными наблюдениями. Это позволяет своевременно выявлять угрозы устойчивости и принимать превентивные меры до наступления аварийной ситуации.