Идейное Лидерство: Оценка Пороговых Значений Срабатывания Тревожного Оповещения Радара, Следящего за Устойчивостью Откосов на золотом Руднике Телфер

Руководитель глобальной практики GroundProbe — геотехнические консультации, Альберт Кабрехо, и руководитель отдела геотехники, Питер Сондерс

Радар для контроля устойчивости откосов (SSR) компании GroundProbe является основным инструментом мониторинга для золотомедного рудника Телфер, расположенного в Большой Песчаной пустыне (Западная Австралия). Система SSR обеспечивает управление рисками для персонала и оборудования вследствие нарушения устойчивости откосов, ведь борт карьера Телфер состоит из хрупких горных пород, а также у него крутые углы откосов.

Влияние на Экономические Показатели и Безопасность

Запрет доступа к участкам выемки пород, связанных с высоким риском для персонала и оборудования, является частью стратегии безопасного ведения горных работ. Большинство компаний устраивает, если тревожные оповещения срабатывают за несколько дней до обрушения, однако слишком раннее ограничение доступа к ценным запасам породы и длительные простои могут стоить непомерно дорого. Усиленный контроль с целью управления рисками может применяться исходя из предположений, что наблюдаемая скорость деформации является значительной, однако во многих случаях риски не получали исчерпывающей оценки.

Анализ данных для лучшего понимания и эффективного управления рисками, связанными с продолжением работы на участке с повышенным риском вывала пород, может стать весьма ценным инструментом в ходе горной разработки.

Эффективное применение методов прогнозирования обрушения в режиме реального времени с использованием программных средств анализа скорости, таких как MonitorIQ, может минимизировать риски, связанные с обрушением бортов, и значительно сократить время простоя. Недостаточное обучение и отсутствие документации, связанной с обоснованием пороговых значений для срабатывания тревожных оповещений, представляет собой значительный потенциальный бизнес-риск, так как именно эти факторы часто считаются передовой линией защиты в зонах выемки с повышенным риском.

Оперативный план Действий Персонала (TARP)

Программное обеспечение MonitorIQ компании GroundProbe позволяет применять шесть типов тревожных оповещений, которые могут применяться в качестве суммируемых сигналов тревоги и срабатывать определённой последовательности, итогом которой является обрушение. Кроме того, иерархическая система тревожных оповещений настраивается для каждого типа тревоги с различными пороговыми значениями, предназначенными для последовательного срабатывания. Эти тревожные оповещения могут быть привязаны к оперативному плану действий персонала (TARP) — запланированным правилам реагирования на возможные аварийные ситуации. На рисунке 1 схематично показано, как тревожные оповещения MonitorIQ могут быть сопоставлены с оперативным планом реагирования на объекте.

Методология Применения Тревожных Оповещений

Сигналы тревоги о наличии деформации и её скорости, как правило, являются наиболее часто применяемыми и самыми понятными типами тревожных оповещений при мониторинге откосов. После подтверждения повышенного уровня риска могут быть применены другие суммируемые сигналы тревоги. Очевидно, что в рамках отрасли применяется широкий диапазон стратегий предупреждения об опасности, при котором перед настройкой пороговых значений тревожных оповещений тенденции деформации не отслеживаются. В результате пороговые значения тревожных оповещений часто являются произвольными или основываются только на данных, полученных на конкретном объекте. Кроме того, тестирование пороговых значений срабатывания тревожных оповещений радара также не входит в число общепринятых отраслевых практик.
При применении стратегии целенаправленного оповещения, участки с признаками деформации изолируются, а параметры оповещения, настраиваются таким образом, чтобы предотвратить ложные срабатывания вследствие сдвижений на безопасных участках. При выявлении тенденции линейной деформации фиксируется скорость, позволяя настроить новое оповещение в зависимости от скорости, чтобы предупредить пользователя о начале сдвижения откоса с нарастающим ускорением. По мере наблюдения за ускоряющимся движением откоса, связанный риск возрастает, а вместе с ним возрастает и назначенный уровень ключевого события согласно оперативному плану реагирования.

На этом этапе можно применять методы прогнозирования, а также установить оповещения по значениям обратной скорости. Когда начинается процесс обрушения, и возникают новые заколы породы, можно установить сигналы оповещения последней стадии, — когерентности и отслеживания, — предупредив инженера-геотехника о том, что поверхность откоса начинает существенно деформироваться или разрушаться между сканированиями, либо что скорость движения приближается к пределам способности радара эффективно отслеживать деформацию (>7,85 мм/скан).

Анализ Данных на Руднике Телфер

Был проведён анализ правильности пороговых значений срабатывания тревожных оповещений и точности прогнозирования обрушения на руднике Телфер. Использовались различные временны́е интервалы: 60, 180, 720 и 1440 минут. В таблице 1 перечислены обрушения, которые были изучены для оценки пороговых значений тревожных оповещений.

Прогнозирование Времени Обрушения

PПеред каждым обрушением строился прогноз, дающий достаточное время для эвакуации персонала и техники из опасной зоны. Для каждого случая была измерена погрешность между фактическим и прогнозируемым временем обрушения. Гистограммы на рис. 5 изображают погрешность прогноза для различных периодов времени. Оранжевые столбцы обозначают события, когда прогнозируемое время обрушения составило от одного до двух часов до или после фактического события. Красные столбцы обозначают события, когда прогнозируемое время обрушения составило более двух часов после фактического события.
Точность метода обратной скорости для прогнозирования обрушения на руднике Телфер была исследована путём применения различных временных интервалов. Результатом применения 60-минутного интервала стал прогноз между двумя часами до события и тремя часами после обрушения. Применение 180-минутного интервала дало прогноз между одним часом до обвала и четырьмя часами после обрушения. Применение 720—1440-минутного интервала дало прогноз порядка 14 часов после обрушения.

Временные Интервалы

Cравнение скоростей в различных временных интервалах оказалось полезным методом анализа. Данные показывают, что применение более коротких временных интервалов позволяет получить более точный прогноз времени обрушения. Тем не менее более продолжительный временной интервал был полезен для раннего обнаружения значительных изменений в тенденциях деформации, позволяя обнаружить тенденции к обрушению уже за 36 часов до самого происшествия. Необходимо найти баланс между использованием коротких временных интервалов с менее пригодными для использования «шумными» данными, и более длительных временных интервалов с более точными данными и чётко выраженными тенденциями.

Порог Срабатывания Оповещения в Зависимости от Скорости

Обрушения на территории рудника Телфер в целом можно охарактеризовать как быстрые обрушения хрупких пород, при которых относительно высокие пороговые значения скорости, как правило, не дают достаточного времени для оповещения перед обрушением. Применение порога срабатывания тревожного оповещения при скорости 1 мм/час с коротким 60-минутным временным интервалом привело к частым ложным сигналам тревоги из-за недостаточной чистоты данных. Порог в 2 мм/час приводил к недостаточному периоду оповещения при проверке на основе данных о произошедших ранее обрушениях. Скорость 1,5 мм/час была признана подходящей во всех протестированных случаях. Вероятно, это значение может быть уточнено при повторном регулярном ретроспективном анализе.

Порог Срабатывания Оповещения в Зависимости от Деформации

Тревожные оповещения о деформации редко применялись руднике Телфер в то время, однако результаты показывают, что в сочетании с сигналами по скорости и другими суммируемыми сигналами тревоги, их использование может обеспечить дополнительный уровень контроля. Тревожное оповещение по скорости 1 мм/час ранее применялось на объекте с ограниченным успехом из-за частых ложных срабатываний, вызванных влиянием шума в данных. В качестве реальной альтернативы можно использовать пороговое значение деформации 4 мм/4 часа, что соответствует той же скорости деформации и менее подвержено ложным срабатываниям. Порог величины деформации в 4 мм сработал во всех сценариях с достаточным оповещением, хотя анализируемый очень небольшой обвал породы вызвал сигнал тревоги всего за 49 минут до обрушения. По этой причине одного только сигнала тревоги в связи с деформацией может быть недостаточно в случае небольших обрушений. Во всех случаях требуется определённая степень инженерной квалификации, а также тщательный анализ данных.

Новые Проекты в Горнодобывающей Промышленности

Не бывает двух одинаковых обрушений, в связи с чем необходим тщательный, многоуровневый подход при определении временных интервалов для предварительного оповещения. Без какой-либо статистики по обрушениям или контрольных данных, единственным надёжным способом определения параметров порогов срабатывания оповещения является мониторинг данных в режиме реального времени, измерение скорости и настройка тех оповещений, которые должны сработать.

Применение количественного порога срабатывания сигнала в зависимости от скорости или деформации должно быть лишь малой частью тщательного стратегического подхода к мониторингу откосов и управлению рисками обрушения. При наличии грамотно организованного процесса прогнозирования обрушений, в некоторых обстоятельствах можно снизить риск до приемлемого уровня, что позволит продолжать добычу полезных ископаемых на участках, где откос подвержен прогрессирующей деформации. Это может значительно повысить ценность горной разработки, особенно систем из мягких пород, в которых, прежде чем обрушиться, откосы могут ускоряться в течение длительного времени.

Заключение

Было показано, что порог сигнализации скорости в 1,5 мм/час обеспечивает оптимальный период оповещения, срабатывая в среднем почти за 7 часов до разрушения. Сигналы тревоги о деформации 4 мм/4 часа и 6 мм/4 часа также были сочтены подходящими, причём эти сигналы срабатывали более чем за пять часов до момента обрушения. Более короткие временные интервалы позволили добиться более точных прогнозов момента обрушения. Ошибка прогноза временного интервала в 1440 минут варьировалась от 0 до 14 часов после обрушения, в то время как ошибка прогноза 60-минутного расчётного интервала колебалась в диапазоне от двух до трёх часов после обвала.

Скорость перед обрушением анализировалась в течение разных интервалов: один час и 24 часа. При наблюдении за скоростью в дни, предшествующие обрушению, значимые тенденции во всех случаях были выявлены уже за 36 часов до события. Для сравнения, при наблюдении в часы, предшествующие обрушению с измерениями скорости в миллиметрах в час, прогрессивные тенденции стали заметны всего лишь примерно за два часа до обрушения. Из этого можно сделать вывод, что анализ с большими временными интервалами может быть полезен для раннего обнаружения начала обрушения откосов.