В процессе добычи полезных ископаемых образуются большие объёмы опасных отходов, которые обычно хранятся в специальных гидротехнических сооружениях (ГТС) — хвостохранилищах. Ненадлежащий уровень эксплуатации может привести к обвалам и обрушениям дамб сооружений и повлечь за собой серьёзные последствия для населения, экологии и самих компаний, владеющих месторождениями.
Поэтому грамотный подход к управлению хвостохранилищем, включающий в себя проактивный мониторинг состояния дамб, является одним из факторов, влияющих на цели предприятия по снижению рисков для окружающей среды и бизнеса.
По оценкам экспертов, в мире насчитывается около 30 тысяч ГОК и более 3,5 тысяч хвостохранилищ. Все ГТС уникальны по виду, размерам и составу хвостов, однако имеют одну общую тенденцию к деформациям дамб и их последующему разрушению.
Каким образом современным горнодобывающим предприятиям организовать контроль за хвостохранилищами и снизить риски от негативных последствий возможных инцидентов, рассказал директор по отраслевым решениям в горнодобывающей промышленности ИТ-компании «КРОК» Алексей Медведев.
Влияние на экологию и непрерывность производства
На сегодняшний день в производстве только цветной металлургии России накоплены миллиарды тонн хвостов обогащения и сотни миллионов тонн металлургических шлаков. Эти отходы (хвосты), содержащие в основном взвеси горной скальной дисперсии, отправляются в хвостохранилища. Поэтому очень важно не допустить их высвобождения за пределы отвалов, в противном случае последствия могут быть катастрофическими.
В 2016 году на Таловском хвостохранилище в Казахстане после выхода из строя коллектора воды, который был частью ГТС, произошел аварийный сброс загрязняющих веществ в реки Ульба и Филипповка.
Отходы привели к аварийному загрязнению воды, что побудило население даже в отдалённых городах вдоль водных путей в Казахстане и России (в том числе в Омске, расположенном более чем в 1 000 километрах), принять особые меры предосторожности.
Помимо прямого негативного влияния на экологию, обрушение дамб хвостохранилищ ведёт к полной остановке добывающих работ на карьере на неопределённое время, что влечёт за собой колоссальные потери не только в части прибыли.
Безусловно, ликвидация последствий таких аварий требует серьёзных финансовых издержек, в том числе за счёт необходимости проведения восстановительных работ, возмещения потерь оборудования, выплат разного рода компенсаций и штрафов.
За последние десять лет в мире было зарегистрировано 45 крупных аварий на хвостохранилищах, включая разрушительную катастрофу, произошедшую 25 января 2019 года на дамбе горнодобывающей компании Vale в Брумадинью (Бразилия).
Убыток для компании составил $7,4 млрд в 2019 году и $5,25 млрд в 2020 году. Восстановительные работы заняли две недели. Кредитный рейтинг компании упал до BBB, по данным агентства Fitch Ratings.
В России в 1999 году на Качканарском ГОКе произошла авария — избыточное давление воды прорвало дамбу хвостохранилища, и более 20 млн м³ пульпы пошли на город Качканар и окружающие населённые пункты. Попавшие в окружающую среду отходы нанесли экологии региона огромный вред. По разным оценкам, экономический ущерб от аварии составил 200–250 млн руб.
Эти примеры демонстрируют, насколько дорого предприятию обходится полная остановка работ и нарушение непрерывности производства в результате аварии на хвостохранилищах. При этом практически каждый аварийный случай можно было предотвратить за счёт проактивного прогнозирования: изучения объекта, наблюдения за состоянием дамб и их деформацией в режиме реального времени и оперативного предсказания поведения гидротехнических сооружений.
Почему происходят обрушения хвостохранилищ?
Основными причинами, приводящими к активизации опасных процессов и последующим инцидентам, являются эрозионное воздействие поверхностных вод и ветров, изменение положения уровня подземных вод, метеорологические особенности года и др.
Дамба хвостохранилища может разрушиться также в связи с переливом воды через её гребень (если отметка гребня дамбы назначена неправильно) или в результате оползания откосов, находящихся под воздействием фильтрационных сил, и по ряду других причин, являющихся специфичными для работы тела дамбы. При сочетании неблагоприятных факторов массив намывной дамбы может перейти в неравновесное состояние и потерять устойчивость.
Технология возведения, наращивания и эксплуатации сооружения также влияет на структуру и природные комплексы ландшафта, гидросферу, атмосферу, почву, недра. Сегодня компании, владеющие месторождениями, признают, что хвостохранилища являются активами с повышенным риском, потенциально способными оказывать существенное воздействие на экологию и социальную сферу.
Проактивный мониторинг состояния дамб как основной метод для снижения риска возникновения инцидентов на хвостохранилищах
Безусловно, несмотря на все усилия, в процессе добычи природных ископаемых невозможно полностью застраховаться от инцидентов. Тем не менее добывающие компании могут минимизировать риск их возникновения и последствия, задействовав последние разработки и технологии, а также дополнительные антикризисные процедуры.
Каждый из инцидентов, приведённых выше в качестве примера, можно было бы предотвратить или смягчить их последующий ущерб, используя комплекс программного обеспечения для геотехнического мониторинга.
Эта технология наряду с комплексом дополнительных мер позволяет повысить безопасность и производительность горных работ, начиная с мониторинга стенок дамб хвостохранилищ в режиме реального времени и заканчивая контролем земляных и подземных работ, откосов, оседания грунта и климатического влияния на рудники.
Крупнейший экспортёр меди, «УГМК», в прошлом году внедрил на Бачатском угольном разрезе АО УК «Кузбассразрезуголь» мобильный георадар нового поколения. Оборудование предназначено для дистанционного мониторинга устойчивости откосов бортов и отвалов, прогнозирования и своевременного предупреждения угроз обрушения и аварийных ситуаций.
Применение данной технологии позволяет круглосуточно контролировать безопасность ведения горных работ. Это уже второй георадар, применяемый в компании: первый был введён в эксплуатацию на Кедровском разрезе в 2019 году. Внедрять эту технологию «Кузбассразрезуголь» начал первым среди угольных компаний России.
Внедрение геотехнического мониторинга — один из примеров того, как технологии позволяют проактивно прогнозировать и предотвращать возможные инциденты на производствах.
Тем не менее, несмотря на определённые усилия отдельных компаний, зачастую такой критически важный объект на месторождении, как хвостохранилище, по-прежнему контролируется по устаревшим технологиям. Сбор данных с измерительных приборов осуществляется вручную с ведением статистического учёта данных в журналах и прочей технической документации.
Собранные данные сравниваются с предельно допустимыми значениями для конкретного хвостохранилища, зачастую устаревшими или не отражающими в полной мере фактического состояния сооружения. Такой подход максимально затрудняет оперативное прогнозирование и реагирование на инциденты.
Однако мы видим, что с каждым годом всё больше компаний смотрят в сторону применения современных средств и технологий для управления хвостовыми хозяйствами и берут на себя инициативу по соблюдению мер для обеспечения безопасности содержания ГТС.
Именно комплексный подход к организации мониторинга и контроля над состоянием хвостохранилища оценивается экспертами как наиболее эффективный и перспективный способ предотвращения аварийных ситуаций в процессе проведения горных работ.
Технология для организации мониторинга и контроля за состоянием хвостохранилищ
Горнодобывающие компании, которые могут вовремя прогнозировать деформационные процессы горных пород и реагировать на них, находятся в преимущественном положении в части обеспечения безопасности персонала и оборудования, а также сведения простоев к минимуму.
Прогнозирование деформационных процессов и нарушений устойчивости тела и основания дамбы хвостохранилища ведётся за счёт определения конкретных мест проявления и точных размеров, а также установления причин их возникновения.
Определение размеров деформаций, контроль над их развитием с учётом времени может производиться двумя известными методами: прямым и косвенным (Рис.1).
Специальное программное обеспечение — система мониторинга и управления гидротехническими сооружениями (СМУ ГТС), к которым относятся хвостохранилища, — позволяет сводить в единую информационную среду данные, полученные в результате маркшейдерских измерений и с датчиков, которые непрерывно снимают информацию о состоянии хвостохранилища и его ГТС. Фактически в системе аккумулируются данные, получаемые как путем поверхностного наблюдения, так и подземного (скважинного) мониторинга.
Система собирает, накапливает, обрабатывает и анализирует полученные с участков мониторинга данные, проводит оценку изменений состояния гидротехнических сооружений для прогноза вероятности обрушений, а также автоматического оповещения с указанием координат аварийного участка.
Таким образом, автоматизированная система для дистанционного контроля над состоянием хвостохранилища представляет собой единый источник информации, где данные отображаются структурировано в трёхмерной модели в режиме реального времени. Также у пользователей есть возможность загрузки исторических данных и архивов для просмотра и анализа показателей.
Кроме того, платформа позволяет специалистам на местах уйти от бесконечных бумажных форм, которые нужно отправлять в разные офисы и разным пользователям, при этом информация будет надежно защищена, а доступ к отчётам — максимально удобен.
Внедрение СМУ ГТС позволяет сформировать комплексное видение процессов контроля над дамбами на всех стадиях разработки и обеспечить руководителей и специалистов разного уровня информацией для повышения оперативности управленческих решений и действий по снижению рисков разрушения дамб.
Преимущество горнодобывающих предприятий в том, что большинство датчиков, необходимых для ведения автоматизированного мониторинга, уже установлено на месторождениях. Компании остаётся только внедрить специальное программное обеспечение и подключить к нему датчики и другие источники информации.
Апробация СМУ ГТС уже стартовала в золотодобывающей компании «Полюс». Внедрение системы мониторинга и управления хвостохранилищами на крупнейшем предприятии «Полюса», Олимпиадинском ГОКе, ведётся в рамках реализации стратегии компании по устойчивому развитию бизнеса.
С помощью ведения проактивного сквозного мониторинга и контроля за хвостовыми хозяйствами компания добивается повышения прозрачности управления критической инфраструктурой, эффективности управления рисками и безопасности эксплуатации сооружения и горных работ на обогатительных фабриках.
Как будет работать система мониторинга и управления ГТС?
СМУ ГТС осуществляет регулярный автоматический опрос датчиков, установленных на объектах, по заданному временному режиму, например, один раз в сутки или чаще, включая температурный замер, пьезометрический уровень и деформационные показатели.
Передача контролируемых параметров на автоматизированный блок опроса КИА, накопление полученной информации на сервере и возможность автоматизированного анализа полученных показателей с помощью программного продукта реализуется за счёт внедрения автоматизированной системы мониторинга (АСМ) контрольно-измерительной аппаратуры (КИА), устанавливаемой на ГТС хвостохранилища.
Фактически АСМ ГТС представляет собой комплекс всевозможных датчиков: закладных термометрических кос, сеть инклинометров, датчиков расхода (расходомеров), малогабаритных метеостанций и пр.
Благодаря оборудованию АСМ ГТС существует возможность автоматизировать следующие виды наблюдений:
- контроль температуры в теле грунтовых сооружений;
- контроль над деформацией в теле и основании грунтовых сооружений;
- учёт оборотной воды, пульпы и обеззараженных растворов;
- контроль над метеорологическими параметрами.
После автоматического опроса датчиков система производит обработку измерительной информации и результатов натурных наблюдений, осуществляет оперативную диагностику состояния ГТС: выполняет вычисления и сравнение значений полученных диагностических показателей с критериями безопасности, а также делает прогноз на основании исторических данных.
Затем система отображает данные контрольно-измерительной аппаратуры с помощью изменяющегося цветового кода в формате «светофорной модели», и выводит отчёт о состоянии хвостохранилища на дашборд в виде его 3D-модели.
В ситуации, когда система фиксирует отклонения от нормы, она формирует предупреждающие сигналы и передаёт их в виде сообщений на мобильные средства связи пользователя. Таким образом, персонал может оперативно отреагировать, предпринять предупреждающие действия и нивелировать потенциальные риски.
СМУ ГТС интегрируется с такими информационными системами, как корпоративная система управления нормативно-справочной информацией (КСУ НСИ), АСУ ТП, лабораторная информационная система (ЛИМС), с внешними системами, которые находятся вне контура обогатительных комбинатов, например, ИС для сбора сведений о климатических данных и др.
Таким образом, данные, которые аккумулируются в СМУ ГТС, являются исчерпывающими и достоверными, благодаря чему специалисты на всех уровнях управления будут принимать эффективные решения.
К системе могут быть подключены различные гидротехнические сооружения обогатительной фабрики, например, пруд-отстойник (непосредственно хвостохранилище), ограждающая дамба хвостохранилища, дренажные насосные станции с системой трубопроводов, пульпопроводы и трубопроводы оборотной воды.
Цифровые технологии позволяют современным предприятиям быть на шаг впереди: располагая современными средствами мониторинга и пользуясь достоверными методами прогнозирования поведения деформаций внутри и снаружи дамб хвостохранилищ, горнодобывающие предприятия могут проводить объективную оценку рисков, вовремя принимать меры по их устранению.
Технологии способствуют обеспечению промышленной безопасности и непрерывности производственных процессов на всех этапах цепочки создания продукта, а также снижению человеческих жертв и вреда, нанесённого окружающей среде.
Как следствие, предприятия, активно внедряющие «цифру» в производственные и бизнес-процессы, уверены в своих активах, капиталовложениях и стоимости своих акций на фондовом рынке.
Комментарии