Современные системы геотехнического мониторинга играют ключевую роль в повышении экономической и производственной эффективности горнодобывающих предприятий. Они обеспечивают оперативную информацию о состоянии горного массива, прогнозируя и предупреждая о потенциальных опасностях. Это важно не только с точки зрения безопасности труда и оборудования, но также с экономической стороны. Благодаря геотехническому мониторингу предприятия могут сократить потери производительности, связанные с разрушением откосов и уступов, и оптимизировать процессы добычи и транспортировки полезных ископаемых. Такой подход снижает расходы на восстановление инфраструктуры, способствуя росту прибыльности и устойчивости недропользователя. Таким образом, геотехнический мониторинг становится важнейшим инструментом для успешной и эффективной работы горнодобывающих предприятий в современном мире.

Обеспечение доступности оборудования для геотехнического радарного мониторинга является актуальной и стратегически важной задачей для многих компаний. В современных условиях, когда зависимость от оборудования западного производства может оказать негативное влияние на устойчивость производства, стремление к поиску аналогов из дружественных стран становится приоритетным направлением.
Поэтому на рынке все чаще стали востребованы решения из Китая. Переход к использованию китайского оборудования требует ответственного подхода. Необходимо учитывать, что, хотя китайские аналоги могут предложить доступные альтернативы, они также должны быть подвергнуты тщательному тестированию в российских условиях эксплуатации. Практические испытания оборудования в реальных условиях могут подтвердить его надежность и способность эффективно функционировать. Важно оценить не только экономические выгоды, но и реальную применимость предлагаемых новых решений для обеспечения надежности и точности мониторинга устойчивости откосов и уступов.

Система геотехнического радарного мониторинга имеет целью детальное отслеживание деформационных процессов в прибортовых массивах. Основное внимание уделяется непрерывному мониторингу бортов откосов и уступов. Что наиболее важно — система обнаруживает движение, предшествующее возможному обрушению, и предупреждает операторов с помощью оповещений и сигналов о потенциальных рисках.

Вторая основная функция системы — точное определение границ опасных зон, где возможно разрушение. Все эти функции позволяют выполнять постоянный безопасный мониторинг в цифровой форме и управлять состоянием горного массива.
В России геотехнические радары появились в 2016 году, хотя за рубежом известны более 20 лет. Их уникальной особенностью является способность с высокой точностью проводить бесконтактные измерения деформации на обширных площадях в реальном времени, предоставляя данные в виде тепловых карт и графиков.

Для натурных испытаний в типовых российских условиях использовалось радарное оборудование китайского производителя CHCNAV, модель PS-SAR2000. В России официальным представителем CHCNAV является АО «ПРИН». С подробными характеристиками вы можете ознакомиться на сайте.

Целью исследования являлась оценка возможности и эффективности автоматизированного мониторинга состояния бортов карьера, в том числе оценка на реальном объекте качества получаемых данных (размер пикселя, уровень шума и т. д.), выявление и учет факторов, влияющих на качество данных, общая оценка возможностей и перспектив применения радара.

Испытания проводились с 30 марта по 30 мая, охватывая различные климатические условия на территории месторождения — от заснеженных условий и отрицательных температур в марте до более теплых температур в конце весны.

Для успешного проведения испытаний радара CHCNAV PS-SAR2000 специалисты ООО «Геосуппорт» в сотрудничестве с отделом геотехнического мониторинга провели предварительную оценку оптимального местоположения георадара.

С учетом обеспечения бесперебойной работы радара с наилучшим охватом площади карьера, электропитания и наблюдательной видеокамеры было решено установить радар на западном борту карьера на высоте 690 метров над уровнем моря (рис. 2). Это место позволяет осуществлять мониторинг восточного борта, а также частично северного и южного.

Радар доставлялся в разобранном виде в цех предприятия, где произведена его сборка. Положительным моментом явились габариты радарного модуля, которые позволяют перевозить его всего в двух защитных кейсах в кузове легкового автомобиля.

После установки специалисты ООО «Геосуппорт» провели обучение по эксплуатации радара и программному обеспечению. Результаты мониторинга были переданы специалистам заказчика.

Для иллюстрации данных сканирования выбрана зона деформации, расположенная на северо-восточном борту карьера. Зона выбрана из-за ранее обнаруженных деформационных процессов. Ниже приведены результаты сканирования как без наложения на 3D-модель карьера, так и с наложением (рис. 3 и 4).

В течение периода испытаний получены данные о накопленной деформации в этой области, а также о скорости смещения (расчет на 60 минут). Эти данные были сопоставлены с данными сканирования уже имевшегося на карьере георадара другого производителя. Результаты представлены в графиках на рис. 5.

Графики могут быть описаны как взаимосвязанные по форме, что означает, что пиковые значения деформации совпадают во времени.

Средние значения накопленной среднесуточной деформации составляют 1–2 мм по данным обоих радаров, при этом общее значение накопленной деформации за период сканирования может достигать до 40 мм. Следует отметить, что деформация обнаружена как в направлении к радару, так и в противоположном направлении от радара. Это в значительной степени обусловлено накоплением и таянием снега в период проведения испытаний.

Важно обратить внимание, что различия в данных среднесуточной деформации незначительны и могли быть вызваны несколькими факторами, такими как разница во времени сканирования (30 секунд на радаре CHCNAV PS-SAR2000 и около 8 минут на георадаре другого производителя), разница в размерах пикселей (5 м х 0,3 м на CHCNAV и 8,7 х 8,7 м на другом георадаре), а также различия в методиках атмосферной коррекции. Еще одним фактором является технология формирования пикселей в процессе сканирования радарами с реальной и синтезированной апертурами антенн.

В радарах реальной апертуры антенны каждый пиксель на карте деформации формируется как полностью автономная единица измерений, значения деформации для которой рассчитываются полностью независимо от соседних пикселей. В отличие от этого пиксель радаров с синтезированной апертурой формируется с учетом значений деформации, в некоторой степени усредненных по значениям соседних пикселей.

Кроме графиков накопленной деформации, были получены графики скорости (расчет на 60 минут) в выбранной области (рис. 6).

Значения скорости смещения составляли в среднем 2 мм/ч у обоих радаров. Пиковые значения скорости достигали 3,7 мм/ч по данным CHCNAV PS-SAR2000 и 6–8 мм/ч по данным другого георадара.

Различия в графиках скорости смещения обусловлены теми же факторами, что влияли на графики накопленной деформации. Вероятно, наиболее значительным фактором является алгоритм атмосферной коррекции, а также время сканирования и воздействие технологии синтезированной апертуры антенны CHCNAV PS-SAR2000 на усреднение значений соседних пикселей.

В программном обеспечении радара CHCNAV PS-SAR2000 используется реверсивная модель (отрицательные значения — смещение к радару, положительные — от радара), присутствуют дополнительные параметры оценки смещения, включая «Карту раннего оповещения». Эта функция выявляет наиболее быстро смещающиеся пиксели и помогает заблаговременно выявлять быстрые деформационные процессы и локализовать потенциальные зоны вывала. Карта с наложенными данными параметрами представлена на рис. 7.

В ходе успешных испытаний геотехнического радара от китайской компании CHCNAV получены результаты, подтверждающие его высокую эффективность и надежность. Важно подчеркнуть, что радар продемонстрировал устойчивость к экстремально низким температурам, что является существенным преимуществом при работе в российских условиях.

Одним из ключевых достоинств геотехнического радара CHCNAV является его высокая точность измерения деформации и скорости деформации. Результаты измерений полностью коррелировали с показаниями аналогичного радара другого производителя, что свидетельствует о его надежности и точности. Более того, детализация измерений радара CHCNAV оказалась даже выше за счет меньшего размера пикселя, что повышает разрешение и позволяет более точно определять изменения в состоянии горного массива.

Важным аспектом является то, что геотехнический радар CHCNAV продемонстрировал превосходную производительность. Эффективность и стабильность работы радара в экстремальных условиях и его способность предоставлять точные и своевременные данные позволяют сделать вывод о его конкурентоспособности и хороших перспективах применения на территории РФ и стран СНГ.

В ходе испытаний также намечены улучшения, которые будут реализованы в новых версиях программного обеспечения.

Интеграция с аналитическими инструментами: развитие программных решений для автоматического анализа и интерпретации данных, полученных от радара, позволит операторам эффективнее принимать решения — возможность выявлять риски на ранних этапах, а также автоматическое определение аномалий.

Улучшение автономности и мобильности: уже сейчас есть возможность устанавливать систему на мобильный трейлер, что позволяет быстро перемещать радар к различным участкам объекта, обеспечивая широкий охват и возможность реагировать на текущие изменения в режиме реального времени. Дополнительные источники энергии в виде дизель-генераторной установки, солнечных панелей и ветряных турбин позволяют обеспечить автономность и независимость от постоянного кабельного электропитания.

Интеграция с другими сенсорами и системами: дополнительная интеграция геотехнического радара с другими сенсорами и системами мониторинга (например, спутниковыми снимками, тахеометрами, пьезометрами и проч.) поможет создать более комплексную и точную картину состояния горного массива.

Разработка алгоритмов прогнозирования: внедрение алгоритмов машинного обучения и искусственного интеллекта для прогнозирования деформаций и опасностей на основе накопленных данных позволит предпринимать проактивные меры для предотвращения потенциальных аварийных ситуаций.

Получить консультации по геотехническому мониторингу, деталям проведенных испытаний, возможности проведения демонстрации работы георадара на вашем объекте вы можете у официального дилера АО «ПРИН» по системам геотехнического мониторинга CHCNAV — ООО «Геосуппорт».