double arrow

Состояния внешней среды при разработке месторождений полезных ископаемых и подземном строительстве

1

ОБЩИЕ ПОДХОДЫ И МЕТОДЫ НАТУРНЫХ ИЗМЕРЕНИЙ ПРИ ГЕОМЕХАНИЧЕСКОМ МОНИТОРИНГЕ СОСТОЯНИЯ МАССИВА ГОРНЫХ ПОРОД И ПОДЗЕМНЫХ СООРУЖЕНИЙ.

Сущность и назначение работ по организации мониторинга

состояния внешней среды при разработке месторождений полезных ископаемых и подземном строительстве.

Общей тенденцией развития горной промышленности во всём мире является увеличение объёмов добычи полезных ископаемых, вовлечение в эксплуатацию всё более бедных руд, проведение горных работ во всё более тяжёлых горно-геологических условиях. Это приводит ко всё более возрастающим воздействиям на окружающую среду, что проявляется в резком ухудшении экологического состояния окружающей среды со всеми отсюда вытекающими последствиями для живой и неживой природы, а также для человека. Подобное состояние характерно для всех регионов мира, при этом в отдельных случаях, уже достаточно многочисленных, ситуация становится катастрофической или весьма близкой к ней.

Проследим отмеченные моменты на примере разработки Хибинских апатитовых месторождений.

Здесь ведение горных работ с 1935 г. до настоящего времени привело к перемещению более 1 миллиарда м3 горных пород. Сейчас возникла ситуация, когда горные работы на некоторых соседних рудниках настолько близко подошли друг к другу, что образуют практически непрерывное очистное пространство.

Об ухудшении условий отработки месторождений можно судить по современному состоянию горных работ на рудниках Хибинского массива, которое характеризуется началом отработки глубоких подземных горизонтов, расположенных ниже уровня дна долин и ведением горных работ в стыковочных зонах между подземными рудниками и карьерами. Это ведет к усложнению и без того непростой геомеханической ситуации в районе крупномасштабных горных работ и, как следствие, к активизации деформационных процессов в массиве, межблоковым подвижкам, повышению уровня сейсмичности, реализации крупных горных и горно-тектонических ударов, возникновению техногенных землетрясений.

В создавшейся ситуации выходом является разработка специального комплексного подхода к оценке уровня воздействий на окружающую среду, непрерывный контроль её состояния с выдачей своевременных прогнозов и разработкой необходимых профилактических мер по предотвращению различного рода катастрофических явлений.

Применительно к вопросам геомеханики подобный подход реализуется путём организации комплексного мониторинга деформационных процессов, происходящих в массиве горных пород.

Современная концепция мониторинга каких-либо процессов или явлений, в том числе и деформационных процессов в массиве горных пород, включает в себя следующие обязательные компоненты:

* первоочередную разработку математических или иных моделей контролируемых процессов;

* выбор и расчет приоритетных контролируемых параметров;

* измерение этих параметров в натурных условиях;

* сопоставление расчетных и измеренных величин с целью внесения необходимой коррекции принятых моделей;

* оценку современного состояния контролируемого объекта путём сопоставления измеренных и прогнозно-критических значений наблюдаемых параметров;

* разработку технических мер по обеспечению эффективности и безопасности горных работ;

* контроль реализации разработанных технических мер и их корректировка.

Как видим здесь натурные измерения являются одной из необходимых, может быть даже основных, но отнюдь не исчерпывающих частей мониторинга массива горных пород. Между тем необходимо отметить, что до сих пор весьма распространены попытки свести мониторинг только к непрерывным натурным наблюдениям, чем существенно сужается общий подход к решению этой проблемы и наносится определённый ущерб в виде напрасно затраченных средств, времени и труда без надлежащего успеха.

Надо сказать, что первые попытки решения проблем организации мониторинга состояния внешней среды относятся к весьма недавнему времени и пока нельзя привести ни одного примера её окончательного решения. В основном предложены лишь общие подходы и в большинстве случаев работы по организации мониторинга находятся в самой начальной стадии. Эта ситуация в полной мере относится и к вопросам мониторинга деформационных процессов в массивах пород, т.е. к вопросам организации геомеханического мониторинга.

Поскольку основной задачей любой системы мониторинга окружающей среды является получение объективной информации о состоянии контролируемых объектов, весьма существенным является вопрос о своевременности ее получения. С этой точки зрения основным принципом мониторинга должно явиться проведение постоянных наблюдений в течение всей "жизни" объекта, начиная с момента проведения изысканий и выбора площадки строительства и кончая демонтажом оборудования отработанного сооружения или его консервацией. При этом, очевидно, на различных этапах строительства объектов задачи и содержание работ по организации и проведению мониторинга будут различными.

В частности, для подземных атомных станций и хранилищ радиоактивных отходов в соответствии со стадиями и этапами их строительства и эксплуатации выделяются следующие основные этапы мониторинга, каждый из которых имеет свои особенности:

1. мониторинг на стадии инженерных изысканий;

2. мониторинг при строительстве подземных сооружений подземных атомных станций или хранилищ;

3. мониторинг при эксплуатации подземных атомных станций или хранилищ;

4. мониторинг на стадии демонтажа оборудования или консервации объекта.

Основной задачей мониторинга на этапе инженерных изысканий является получение фоновых параметров геофизической среды для рассматриваемого региона, пункта, площадки строительства объекта, т.е. характеристик, присущих окружающей среде, и, в первую очередь, массиву вмещающих пород в его естественном состоянии, еще до возмущения процессами строительства и эксплуатации подземных сооружений атомных станций или хранилищ.

Полученные фоновые значения будут являться впоследствии базовыми для оценки степени воздействия процессов строительства и эксплуатации контролируемых объектов на окружающую среду, а также степени опасности возникающей ситуации. С этой целью должен быть выполнен анализ и обобщение результатов инженерных изысканий по изучению фондовых и архивных материалов, по определению свойств пород и грунтов, структурных особенностей и естественного напряженного состояния массива, а также организованы специальные долговременные наблюдения за проявлениями сверхмедленных тектонических процессов с закладкой и оборудованием соответствующих полигонов и пунктов наблюдений. Одновременно с этим должны быть оценены и исследованы вопросы влияния специфических воздействий сооружений объектов ядерных технологий - теплового и радиационного, на основные параметры окружающей геофизической среды.

На основании полученных результатов начинают формироваться специализированные базы данных, пополняемые в дальнейшем по мере проведения последующих этапов мониторинга.

На этапе строительства подземных сооружений атомных станций или хранилищ радиоактивных отходов основными задачами мониторинга являются оценка степени воздействия процессов строительства на окружающую среду с целью обеспечения безопасности горных работ, оптимизации параметров подземных выработок и методов их проведения.

На данной стадии работы по организации мониторинга должны включать:

1) физическое и математическое моделирование подземных сооружений;

2) натурные измерения напряжений или деформаций в ненарушенном массиве, а также в наиболее ответственных конструктивных элементах подземных сооружений;

3) измерение параметров и контроль состояния зоны неупругих деформаций вокруг основных горных выработок;

4) проведение специальных горных выработок и камер с бурением наблюдательных скважин и закладкой сети датчиков для контроля состояния приконтурных областей массива вокруг основных сооружений подземных атомных станций и хранилищ отходов, а также закладка полигонов для контроля неотектонических процессов, состояния всего структурного блока, в котором размещается подземный комплекс контролируемого объекта, и дневной поверхности.

Фактически на этой стадии должно быть завершено формирование всех основных систем мониторинга с прокладкой коммуникационных линий связи, оборудованием центра сбора и обработки информации, установкой и сдачей в эксплуатацию вычислительной техники.

Мониторинг на этапе эксплуатации подземных атомных станций или хранилищ отходов должен обеспечить контроль за состоянием системы "сооружение - среда" и отслеживание процессов, происходящих в ней. При этом он должен включать:

1) контроль состояния обделок (крепей) и приконтурной области массива (в пределах одного - двух пролетов выработок) для всех основных подземных сооружений объекта;

2) контроль состояния всей толщи пород и дневной поверхности в пределах всего структурного блока (или блоков), в котором размещается весь подземный комплекс объекта.

На этапе консервации основными задачами мониторинга являются контроль направления и скорости возвращения параметров внешней среды после прекращения эксплуатации сооружений к её первоначальному состоянию.

Контроль состояния системы "сооружение-среда" должен осуществляться при трех основных возможных видах воздействий на массив, характерных для рассматриваемых объектов - механическом, тепловом и радиационном. При этом механические воздействия по отношению к контролируемым областям могут быть внешними (от внешних источников типа землетрясений, приливных волн, падения летательных аппаратов или взрывов на поверхности и т.п.) или внутренними (от установленного оборудования или динамических нагрузок при аварийных ситуациях).

Также необходимо различать три режима эксплуатации подземных атомных станций или хранилищ радиоактивных отходов:

а) режим нормальной эксплуатации;

б) режим аварийных ситуаций, включая максимально возможную аварию;

в) режим консервации или вывода из эксплуатации объектов.

При нормальной эксплуатации рассматриваемых сооружений все системы мониторинга должны работать в основном режиме, определяемом главной (штатной) программой, где отражены периодичность опроса датчиков и проведения натурных измерений и наблюдений, порядок обработки первичной информации и ее свертывания, периодичность передачи свернутой информации в вышестоящие инстанции.

При аварийных ситуациях системы мониторинга работают по специальным программам в зависимости от класса аварий, с задействованием резервных систем измерений и выдачей оперативных данных, например, о радиационной обстановке.

При консервации сооружений системы мониторинга также должны работать по измененным (по отношению к штатной) программам, учитывающим специфику выполняемых работ и их влияние на окружающую среду.

Таким образом мониторинг окружающей среды, в частности, геомеханический мониторинг применительно к подземным сооружениям с ядерными технологиями, представляет собой комплекс работ и методов контроля состояния массива пород и включает определения всех главных характеристик массива - свойств, структурных особенностей и напряжённого состояния. Исходя из этого все методы определения этих характеристик, которые рассматривались выше, принципиально применимы и для целей мониторинга на этапах проведения инженерных изысканий и строительства сооружений.

Однако на этапе эксплуатации сооружений к методам мониторинга и применяемой аппаратуре должны предъявляться некоторые специфические требования.

Прежде всего эти требования определяются главными целями мониторинга - получать объективную, представительную и непрерывную информацию о состоянии контролируемого объекта.

Здесь объективность информации определяется обоснованным выбором измеряемых параметров, изменение которых однозначно характеризует состояние объекта.

Представительность информации определяется числом наблюдаемых пунктов (датчиков), т.е. степенью охвата наблюдениями контролируемого объекта. Непосредственно с представительностью информации связаны требования обеспечения однородности информации, т.е. измерения одних и тех же параметров, относящихся к одним и тем же точкам или пунктам объекта.

Непрерывность информации означает принципиальную возможность получения информации в любой момент времени, при этом дискретность наблюдений назначается, исходя из степени монотонности и скорости наблюдаемого процесса, а также точности применяемой аппаратуры.

Эти общие требования обычно дополняются некоторыми специфическими требованиями, которые определяются особенностями контролируемых процессов и объектов.

В частности, для рассматриваемого примера, учитывая радиационную опасность, необходимо применять системы наблюдений, обеспечивающие возможность дистанционного измерения тех или иных параметров. Непосредственно это требование относится к звеньям мониторинга второй и третьей групп. Подобные же условия часто возникают и в обычной горной практике при необходимости проведения измерений в недоступных или опасных местах.

В наибольшей степени указанным требованиям отвечают автоматизированные системы контроля состояния массива.


Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:  


1

Сейчас читают про: