Результат интеллектуальной деятельности: Способ мониторинга углепородных отвалов

Изобретение относится к горной промышленности, может быть использовано при мониторинге углепородных отвалов и предназначено для выявления очагов горения углепородных отвалов.

Профилактика и предупреждение возгорания углепородных отвалов и поступления в атмосферу токсичных продуктов горения является одной из актуальных экологических проблем в горнопромышленных районах. Для своевременного обнаружения очагов возгорания и принятия мер по их тушению в горнопромышленных районах проводится мониторинг состояния отвалов. Изобретение направлено на снижение сроков и затрат на своевременное выявление очагов возгорания углепородных отвалов.

Известен способ мониторинга углепородных отвалов, заключающийся в проведении визуальных наблюдений за задымленностью атмосферы в зоне отвала, а также за состоянием растительного покрова (Кириллова Л.А. Обзор существующих способов контроля вредных выбросов из породных отвалов // Донбас - 2020: перспективи розвитку очима молодих вчених (24-26 квiтня 2012 року)).

Недостатком способа является позднее обнаружение очагов возгорания и их неконтролируемое разрастание, что приводит к увеличению затрат на тушение уже сформировавшихся очагов горения и неблагоприятному воздействию на окружающую среду продуктов горения.

Также известен способ мониторинга углепородного отвала с помощью цифровых термометров и термопар, который заключается в том, что в тело отвала на нужную глубину забиваются перфорированные металлические трубки длиной до 2,5 м, спустя 10-15 минут (время прогрева трубки) производится измерение температуры путем поочередного опускания термопары в каждую трубку. Термопары подсоединяют к термометру (регистрирующему прибору), с помощью которого снимают показания (Агапов А.Е., Навитний A.M., Терещенко, Т.Л. Игошин В.М., Каплунов Ю.В., Малышев А.А., Батраков Н.В., Агапитова О.В. Технико-технологические решения по формированию пожаробезопасных параметров и тушению горящих отвалов (террикоников): В 2 кн. Справочное пособие. Москва-Шахты: изд-во ЮРО АГН РФ. - 2008).

Недостатком данного способа является то, что для выявления полной картины состояния отвала (размеров очагов и температуры горения) требуется достаточно большое количество измерений, времени и трудозатрат. Кроме того, поверхность овала над очагом возгорания может разогреваться более чем на 800°С, в связи с чем проведение работ по мониторингу связано с большим риском для здоровья и жизни человека.

Наиболее близким по технической сущности является способ мониторинга углепородных отвалов с применением установленной на беспилотных летательных аппаратах (БЛА) контрольной аппаратуры (например, тепловизоров). Выявление очагов возгорания (мониторинг) осуществляется путем пролета БЛА с установленной контрольной аппаратурой для измерения тепловых полей по профилям, ориентировка которых задается произвольно или вдоль длинной оси отвала (Пономарев B.C., Каплунов В.Ю., Пономарева Е.С., Конев И.А. О рекультивации нарушенных земель и их ландшафтном окультуривании при ликвидации шахт и разрезов // Мониторинг. Наука и технологии №2. - 2014, с. 46-53) и дальнейшего анализа полученных данных. Для получения достоверных результатов мониторинг должен проводиться в ясную, безветренную погоду, в утренние часы, пока земля не прогрелась. В районах с теплым климатом мониторинг проводят только в прохладное время года - весна, осень.

Недостатком данного способа является то, что очаги возгорания линейной, удлиненной формы могут быть пропущены при совпадении их ориентировки с ориентировкой профилей пролета БЛА. Поэтому для их надежного выявления требуется сгущение профилей пролета БЛА. Поскольку для получения достоверных результатов мониторинг должен проводиться в ясную, безветренную погоду, в утренние часы, пока земля не прогрелась, сгущение профилей пролета БЛА увеличивает сроки и затраты на мониторинг и ограничивает возможности известного способа.

Техническим результатом изобретения является снижение затрат на мониторинг углепородных отвалов и сокращение сроков мониторинга за счет уменьшения количества профилей пролета БЛА или их суммарной длины.

Технический результат достигается следующим образом. В районе запланированного мониторинга предварительно выявляют ориентировку границы геодинамически активных блоков земной коры (геодинамически опасной зоны (ГОЗ)) под телом отвала. Профили для пролета БЛА с установленной на них контрольной аппаратурой ориентируют вкрест простирания ГОЗ.

Способ поясняется на фигуре 1. Цифрами обозначены следующие составные элементы: 1 - углепородный отвал; 2 - земная поверхность; 3 - массив горных пород; 4 - зона влияния границы геодинамически активных блоков (геодинамически опасной зоны, ГОЗ); 5 - изолирующий слой; 6 - зона разрушения изолирующего слоя в основании; 7 - зона разрушения изолирующего слоя на бортах; 8 - наносы; 9 - движение воздуха; 10 - очаг горения; 11 - БЛА; 12 - профили для пролета БЛА. Способ реализуется следующим образом.

С помощью метода геодинамического районирования на основе использования топокарт, аэро- и космоснимков разных масштабов, геологических, геофизических, геоморфологических и других материалов производят выделение границы геодинамически активных блоков (ГОЗ) (4), осуществляют идентификацию положения ГОЗ под телом отвала и полеты БЛА с установленной на них контрольной аппаратурой осуществляют вкрест простирания ГОЗ.

Реализация предлагаемого способа возможна на основании того, что геодинамически опасные зоны представляют собой места наиболее высокой опасности возникновения пожаров. Это связано с тем что, геодинамически опасные зоны являются зонами современной деструкции горного массива, обладающими повышенной проницаемостью (И.М. Ватутина, И.М. Петухов. Геодинамическое районирование месторождений при проектировании и эксплуатации рудников. М.: Недра. 1998. 166 с.). При взаимодействии блоков и их относительных смещениях на их границах происходят деформации инженерных и природных объектов на поверхности. При размещении углепородного отвала над геодинамически опасной зоной создаются условия для разрушения с течением времени изолирующего слоя в основании отвала (6) и на его бортах (7) и поступления воздуха в тело отвала, в результате чего очаги пожаров приобретают линейную форму, вытянутую вдоль ГОЗ.

Как известно из практики поисковой геологии и геофизики, от густоты сети наблюдений (расстояния между профилями (маршрутами) и точками наблюдений на профилях) зависит надежность и детальность получаемых результатов (Евдокимов Ю.Д. О некоторых количественных оценках надежности поисковой сети // Вопросы развития геофизики. - Вып. 4. М.: Недра, 1964). В нашем случае при неизвестной ориентации линейно вытянутого потенциального очага пожара расстояние между профилями должно соответствовать его поперечному размеру. Если же ориентация потенциального очага известна (что достигается в предлагаемом способе), то расстояние между профилями можно принимать равным его продольному размеру. При соотношении продольного и поперечного размеров очага как 3:1 и особенно 5:1 и более будет достигаться ощутимый технический эффект.

Пример. На территории Восточного Донбасса имеются горящие и склонные к возгоранию отвалы, что вызывает необходимость их регулярного мониторинга. При расположении отвала над ГОЗ очаг горения приобретает линейную форму. Пример поясняется на фигуре 2. Цифрами обозначены следующие основные объекты: 1 - очаг; 2 - профили для пролета БЛА по известному способу; 3 - профили для пролета БЛА по предлагаемому способу; 4 - ГОЗ. Как правило, отвалы Восточного Донбасса имеют размеры 1000×500 м. Если профили для мониторинга ориентировать вдоль длинной стороны отвала, то для надежного обнаружения имеющегося очага горения с размерами 400×50 м необходимо иметь три профиля (I-I, II-II, III-III) длиной 1000 м с расстоянием между ними A=130 м. В этом случае общая длина профилей составит L_из.сп=3×А=3000 м. Если же ориентировка очага известна по данным геодинамического районирования (предлагаемый способ), то для обнаружения имеющегося очага горения достаточно иметь три профиля (а-а, б-б, в-в) длиной 300 м с расстоянием между ними В=400 м. В этом случае общая длина профилей составит L_пр.сп.=3×B=900 м. Итого, применение данного способа позволяет сократить общую длину профилей, вдоль которых выполняются наблюдения, что снизит затраты на мониторинг углепородных отвалов и сократит сроки мониторинга.