Визуальный мониторинг недооценен?
Последние 15 я лет занимался деформационным мониторингом на карьерах как непосредственный исполнитель, организатор и проектировщик с применением самых различных технологий. И постепенно у меня сложилось ощущение, что визуальный мониторинг сильно недооценивается и недостаточно эффективно используется.
- плохо известны его сильные стороны, соответственно нет мотивации к его внедрению;
- визуальные наблюдения неправильно понимают и применяют;
- нет методик и стандартов визуального мониторинга.
Я убеждён, что при компетентном исполнении визуальный мониторинг может быть важнейшим инструментом мониторинга и выявления геомеханических рисков. Данной статьей постараюсь обозначить проблемы и предложить пути их решения.
Показатели визуального мониторинга
Какими преимуществами он обладает?
Обратимся для оценки характеристик к универсальным показателям инструментов мониторинга из одной из предыдущих статей.
Таковы показатели визуального мониторинга:
- Плотность покрытия - практически весь карьер
- Частота ведения на съездах, рабочих площадках - ежедневно.
- Точность при оценке раскрытия трещин - субсантиметровая.
Можно заметить, что по заявленным характеристикам визуальный мониторинг может посоперничать со многими продвинутыми технологиями. Но очевидно, что нужны комментарии к заявленному, чтобы избежать недопонимания.
- Весь карьер может быть покрыт визуальным мониторингом, например, в рамках ежемесячного его проведения специальной группой, как того требует ФНиП ПБ "Правила обеспечения устойчивости..." (Приказ РТН №439).
- Ежедневный осмотр большей части карьера возможен, если в нём участвует весь персонал на карьере и он ознакомлен с реестром и картой рисков, а также с правилами визуального мониторинга.
- Разрешающая способность человеческого глаза составляет 2'. То есть человек с хорошим зрением может с высоты человеческого роста увидеть под ногами трещины отрыва с раскрытием более 1 мм. Понятно, что таким трещинам обычно соответствует небольшая протяженность и придавать им значение никто не будет. Но при раскрытии ближе к сантиметру трещины на бермах и особенно съездах будут рассматриваться как опасные.
Визуальная идентификация рисков
Несмотря на приведенные преимущества, сенсоры человека - крайне ненадежный инструмент для замеров времени или размеров предметов. Из-за этого мы не можем заметить медленные смещения, деформации и т.п. Однако человек может глазами очень надежно оценить степень опасности обрушений.
Надо правильно использовать способности человека и иметь в виду, что человек должен при визуальном мониторинге стараться именно зафиксировать геомеханический риск и оценить степень его опасности. Интуитивно это хорошо понятно и чётко обозначается в п.54 "Правил обеспечения устойчивости...":
Визуальные наблюдения ... заключаются в фиксации всех признаков начинающихся деформаций бортов, уступов, откосов, геологических и горнотехнических факторов, влияющих на их устойчивость".
То есть называя вещи своими именами, под термином "визуальный мониторинг" следует понимать в первую очередь "визуальную идентификацию опасностей" или "визуальное выявление геомеханических рисков".
Тезисы для обсуждения: Для эффективного участия персонал предприятия (по крайней мере ИТР) должен быть обучен ведению визуального мониторинга. Он должен понимать виды опасностей, характерные для карьера и понимать критерии их опасности. Без этого сотрудники будут склонны не сообщать о небольших замеченных опасностях. Карта геомеханических рисков должна быть доступна всем онлайн для понимания новизны наблюдаемого риска. Процедура сообщения о новом риске должна быть известной и понятной.
Идентифицируемые типы опасностей
"Методическими указаниями по мониторингу...", которые разработаны в дополнение к ФНиП 439, выделяются следующие виды опасностей, определяемые визуально:
Мы предлагаем дополнить эти опасности следующими:
Опасность трещин отрыва и камнепадов довольна очевидна. Камнепады опасны сами по себе для персонала и оборудования. Трещины отрыва являются критическим признаком надвигающегося обрушения.
Однако не столь очевидно, чем могут быть опасны осыпи. Дело в том, что осыпи на скальных откосах могут быть предвестником обрушения. Перед обрушением происходит деформирование, смещение массива и поверхности откоса и это приводит к развитию осыпей. Чем больше деформация, тем больше горной породы на поверхности откоса теряет равновесие и осыпается.
Нетипичные водопритоки интересны, на мой взгляд, именно фактом изменения режима. В "Методических указаниях по мониторингу..." это не подчеркивается достаточно явно. Возникновение новых водопритоков, значительная интенсификация или, наоборот, резкое прекращение водотока может свидетельствовать о развивающемся в массиве деформационном процессе.
Возникновение водопритоков там, где они не наблюдались, могут свидетельствовать о то, что происходит дезинтеграция массива, образование новых трещин и полостей. Исчезновение типичных водотоков может также свидетельствовать об активности деформационного процесса. Кроме того это может приводить к повышению порового давления в массиве.
Фиксация опасных структур - это в первую очередь задача структурно-геологического картирования, а не визуального мониторинга. Однако при проведении картирования исполнители не задаются целью выявления опасностей, из-за чего . При фиксации геомеханической опасности, связанной со структурой, требуется сбор дополнительных данных, которые при обычном структурно-геологическом картировании не собираются.
Поэтому фиксация опасных структур представляется . Кроме того в опасные структуры могут представлять собой не только типичные формы, но и
Локальные области выветривания или интенсивной нарушенности горных пород могут фиксироваться визуально. Проблема в том, что в скальных породах принимается крутой угол откоса при большой его высоте.
При снижении прочности в 100 раз откос высотой 30 м будет иметь недостаточный запас устойчивости. То есть при снижении прочности в .
Мой опыт показывает, что крупные проявления неустойчивости очень часто обусловлены именно выветриванием и потерей прочности горных пород. Очевидно, что и влияние воды (без неё никуда) на подобные горные породы является более критичным.
Прогноз обрушений по осыпям
Возможность прогноза обрушений заключается в фиксации интенсификации осыпей и камнепадов, которое происходит перед обрушениями, о чём было сказано выше.
Чем выше интенсивность осыпей, тем выше опасность дальнейшего обрушения откоса, на котором происходят осыпи. В пределе можно считать обрушение экстремумом функции увеличения объёма осыпей во времени. Если рассматривать деформацию откосов как долговременный процесс, то обрушение является финальным актом развития осыпания, его кульминацией. Говоря проще, осыпи становятся всё сильнее, всё объёмнее и оканчивается этот рост обрушением.
Коллеги - авторы упомянутых "Методических указаний по мониторингу" приводят такие количественные показатели опасности осыпей:
Пожалуй, главным признаком, отражающим опасность деформационного процесса, является увеличение объёма осыпей на единицу площади и времени. К сожалению, на сегодняшний день фактических данных о том, как увеличивается перед обрушений частота, объем и другие параметры осыпей, в научной литературе встречается крайне редко.
Согласно Williams et al. (2019) фоновая частота на 100 кв. м. откоса составляет 0,53 события в сутки.
В работе Schafer et al. (2025) по Bingham Canyon приводится информация, что на одном из участков активность выросла примерно с фоновых 1–1.5 камнепадов в сутки до 70–75. В час, предшествующий обрушению, средний интервал между падениями стал порядка 20 секунд (то есть порядка ~180 событий/час) и в последние минуты фиксировались серии почти непрерывных выпадений.
Приведенные данные могут учитываться для понимания нормальной и опасной интенсивности осыпей и камнепадов. Более точная оценка для конкретного объекта может быть получена посредством анализа видео- и тепловизионной съёмки.
Журнал визуального мониторинга
Можете скачать нашу форму для журнала визуального мониторинга, составленную с акцентом на выявление геомеханических рисков по их ранним признакам. Также к форме приложена краткая инструкция, которая поясняет, как её применять.
В этой форме отражены некоторые нюансы визуального мониторинга, о которых говорится в данной статье.
Отдельно следует подчеркнуть разницу прикладываемого _ . По моему мнению применение необходимо для __.
При проведении визуального мониторинга журнал должен заполняться исходя из основной цели - выявления источников опасности.
Аугментация визуального мониторинга
Сегодня мы наблюдаем активное развитие нескольких технологий, перспективных для визуального геомеханического мониторинга:
- дронов, в том числе наземных;
- видео/фотокамер;
- машинного интеллекта и, в частности, компьютерного зрения.
Объединение этих технологий должно привести к появлению эффективных инструментов для мониторинга с использованием компьютерного зрения.
На производствах уже сейчас внедряются различные инструменты компьютерного зрения, которые позволяют, например, следить за нарушениями промышленной безопасности или работой транспортного оборудования. Существуют узкоспециализированные инструменты идентификации опасностей, в частности камнепадов [IMS] или трещин в строительных сооружениях.
На каждом карьере/месторождении наблюдаются свои особенности развития деформационных процессов. Для эффективного внедрения инструментов мониторинга на основе искусственного интеллекта необходимо, чтобы на предприятиях собирались базы данных геомеханических опасностей. Видеозаписи, фотографии, паспорта всех видов геомеханических рисков и деформаций должны сохраняться, для того, чтобы на их основе в дальнейшем были обучены машины. Это необходимо для того, чтобы инструменты на основе ИИ были обучены на данных конкретного объекта. Без этого точность ИИ будет заметно ниже, а внедрение на объекте будет долгим и неэффективным.
Учитывая текущий уровень развития технологий из списка выше, появление эффективных инструментов визуального мониторинга - это перспектива ближайших лет.
Необходимо отметить, что важным преимуществом инструментов на основе искусственного интеллекта, в сравнении с естественным, будет высокая точность измерений времени, размеров, объёмов.
Заключение
В статье мы постарались показать, что визуальный мониторинг, при надлежащем его ведении, может быть очень полезным инструментом геомеханического мониторинга на открытых горных работах. Отдельное внимание уделили условиям для эффективности визуального мониторинга и перспективам его развития.
Надеюсь, что эта статья поможет лучше понять возможности визуального мониторинга и подтолкнёт его развитие.
Что необходимо для дальнейшего развития визуального мониторинга:
- документирование опытных, количественных данных о развитии деформаций;
- разработка методики визуального мониторинга, аналогичной разработанной ГоИ КНЦ РАН для подземных выработок, опасных по горным ударам;
- разработка инструментов автоматизации, аугментации наблюдений.
Если у вас возникли вопросы, предложения, дополнения или вы не согласны с её тезисами - сообщите нам любым удобным способом. Мы с удовольствием пообщаемся с вами и дополним данную статью мнениями специалистов.