ФНиП "Правила обеспечения устойчивости бортов карьеров..." (Приказ РТН №439) действуют три года. Что изменилось для горнодобывающей отрасли? Часть I. Прогрессивные нововведения

← к сайту Полтора года назад мы составили для наших заказчиков краткий обзор ключевых изменений, вызванных утверждением новых правил. Описали новые возможности, которые дают ФНиП и новые требования Ростехнадзора к предприятиям, с которыми мы сталкиваемся. Во многом данный текст является актуальным и сегодня, вместе с тем улучшилось понимание требований РТН. Публикуем данный текст с дополнениями в двух частях.

В первой части расскажем о прогрессивных изменениях, которые оказывают большое влияние на горнодобывающую отрасль. Вторая часть будет посвящена наиболее частым требованиям Ростехнадзора, основанным на ФНиП 439. Важный дисклеймер: многие из описываемых требований относятся в первую очередь к объектам ОГР II класса опасности, в тексте это отдельно не отмечается.

1. Новые допустимые методы расчёта устойчивости

Важным следствием утверждения новых правил является допущение использования подхода к проектированию карьера "от уступа к борту", принятого в международной практике для скальных карьеров. Все ранее действовавшие в РФ нормативные документы были основаны на подходе "от борта к уступу", предполагающем определение сперва допустимого угла борта карьера и исходя из него - параметров уступов. Этот подход применим в первую очередь к угольным разрезам.

Допустимость подхода "от уступа к борту" обеспечивается тем, что разрешается применение современных методов оценки устойчивости, таких как кинематический анализ, вероятностные расчеты устойчивости. Кроме того, появилась возможность применения различных критериев прочности и учёта масштабного эффекта. Эти изменения позволяют разрабатывать проектную документацию в соответствии с современными стандартами, использовать наиболее подходящие методы и инструменты для обоснования параметров уступов и бортов.

Благодаря этим нововведениям за пару последних лет только нашей командой были спроектированы несколько карьеров, которые являются более экономически эффективными и безопасными.

2. Совершенствование мониторинга деформаций

Ещё одним важным следствием утверждения новых правил является приведение требований к деформационному мониторингу карьеров и отвалов в современный вид. Ранее действовавшие правила, разработанные в 70-80-ых годах прошлого века, ограничивали возможности мониторинга бортов и отвалов, требуя применять непроизводительные на сегодняшний день методики и инструменты, в первую очередь геометрическое нивелирование. Появление роботизированных тахеометров, интерферометрических радаров, спутниковой интерферометрии, автоматизированных экстензометров сильно изменило возможности мониторинга, и новые правила допускают и даже поощряют (посредством возможности снижения допустимого КЗУ при применении автоматизированного мониторинга) их использование.

Ранее при ведении мониторинга его эффективность часто не учитывалась рудниками. До принятия ФНиП многие предприятия проводили мониторинг только посредством геометрического нивелирования, так как это требовалось нормами, но при этом эффективность мониторинга зачастую была очень низкой. Современные инструменты, особенно при правильном их комбинировании, позволяют выполнять мониторинг на совершенно ином качественном уровне, обеспечивая возможность прогноза обрушений уступов и групп уступов.

3. Усиление требований к структурно-геологическому изучению

Требования к структурно-геологическому изучению месторождения расширены и конкретизированы. Теперь необходимо определять количественные и качественные показатели основных систем трещин (интенсивность, протяженность, шероховатость и пр.), выявлять зоны с однородными условиями по трещиноватости.

Трещиноватость и тектоническая нарушенность горных пород являются, пожалуй, основным фактором, из-за которого на практике происходят обрушения уступов и бортов карьеров. Более детальное изучение структурных данных должно уменьшить количество опасных деформационных процессов, происходящих из-за проектов, несоответствующих структурно-геологическим условиям. Это дополняется упомянутыми в первом пункте новыми методами анализа, требующими много данных о трещиноватости.

Также следует отметить, что за последние годы и десятилетия появились новые технологии для исследований структурных условий. К ним относятся бурение с ориентированным керном, акустические и оптические скважинные телевьюеры, фотограмметрические системы, электронные компасы, автоматизированные фотодокументаторы и т.д. Их применение значительно повышает эффективность сбора данных о структуре горных пород.

4. Численное моделирование

Помимо указанных новых инструментов и методов, применяемых геомеханиками, правила допускают и даже рекомендуют для комбинированной технологии добычи применение численного (математического) моделирования для оценки устойчивости. На наш взгляд применение моделирования в геомеханике должно быть существенно шире, учитывая его большой потенциал, и действующие ФНиП должны этому поспособствовать.

Необходимо различать геомеханические модели от численных. Геомеханические модели являются геоинформационными, содержащими информацию о геомеханических условиях с пространственной привязкой. Численные модели - это модели механического поведения массива горных пород, основанные на численных методах механики. То есть геомеханические модели содержат сведения об условиях и позволяют оперировать ими, а численные модели используют эту информацию для прогнозирования деформационных процессов. Также можно добавить, что численные модели разрабатываются на основе геомеханических.

В чём мы видимо потенциал численного моделирования? Его применение позволяет разрабатывать более эффективные и безопасные проектные решения, особенно в сложных горно-геологических условиях. Наиболее простые модели позволяют учитывать сложные формы выработок при расчёте напряжений и деформаций. Продвинутые инструменты для симуляций позволяют учитывать влияние трещин, тектонических нарушений, поровой (и трещинной) воды, динамических воздействий, крепей, недозакладки, искусственной трещиноватости, механизма развития разрушений и много другого для расчёта устойчивости выработок.

Во второй половине XX в. важной вехой для геомеханики стало появление геомеханических рейтингов. Эти рейтинги позволили комплексно учитывать множество факторов, влияющих на устойчивость выработок. Численное моделирование позволяет отдельно оценить влияние каждого фактора, не опираясь на субъективные представления автора рейтинга. Понятно, что вес каждого фактора должен различаться в каждом конкретном случае. Поэтому с развитием технологий в XXI в. численное моделирование начало дополнять и заменять рейтинги.

За рубежом численное моделирование является важным и развивающимся направлением в геомеханике, на нем специализируется большое количество консалтинговых компаний. В РФ наблюдается некоторое отставание в этом направлении, которое необходимо преодолеть, особенно в контексте текущей изоляции экономики страны.

Приведенным списком нововведения Приказа РТН №439, конечно же, не ограничиваются. Мы привели изменения, которые, на наш взгляд, наиболее сильно повлияли и будут влиять на отрасль. Следует подчеркнуть, что вышесказанное наиболее справедливо в отношении карьеров, сформированных в скальных породах.