Сейсмическая культура
Об опыте обеспечения безопасности массовых взрывов
В 2002-2008 годы в Кузбассе было в порядке вещей читать и слушать в средствах массовой информации, что вчера в Кемеровской области в районе города N или разреза Х в 22.00 или в 02.00 произошел взрыв на участке открытых горных работ.
Малое количество сейсмостанций в регионе, а также несовершенство программного обеспечения и трудоемкость ручного анализа, с которыми сталкивался тогда Алтае-Саянский филиал геофизической службы СО РАН (Новосибирск) способствовали порой непрофессиональным публикациям журналистов и негативному общественному резонансу, жалобам населения, а также необходимости периодически собирать совещания в администрации Кемеровской области и останавливать ведение взрывных работ на одном или нескольких разрезах.
По результатам рассмотрения этих вопросов по решению АКО
в 2013 году был создан Координационный совет Кемеровской области по сейсмическим событиям, который объединил усилия ученых нескольких академических, вузовских и отраслевых научных и экспертных организаций, а также руководителей и специалистов угледобывающих предприятий и организаций, проводящих взрывные работы, активно занимающихся совершенствованием буровзрывных работ.
С первых же совещаний по вопросам произошедших сейсмических событий, которые проводил тогда первый заместитель губернатора Валентин Мазикин, члены Координационного совета акцентировали внимание на том, что большая часть территории Кемеровской области находится в зоне высокой природной сейсмической активности и что ни один ответственный за взрыв главный инженер не допустит проведения взрыва в темное время суток, так как в этом случае невозможно проверить результаты и дать команду на отработку взорванной породы экскаватором и т.д.
В результате этих обсуждений и решения, принятого АКО в тесном взаимодействии с Сибирским управлением (СУ) Ростехнадзора (Кемерово), были установлены дополнительные ограничения: взрывы должны проводиться не просто в светлое время суток (согласно нормативным документам), а до 17.00.
Кроме того, в 2009 году при СУ Ростехнадзора была создана рабочая группа по совершенствованию буровзрывных работ, рекомендации которой стали успешно применяться на разрезах области. В итоге предприятия, ведущие взрывные работы, стали активнее заниматься не только качеством взрывчатых веществ (ВВ) и средств инициирования (СИ), но и внедрением современных научно-технических решений по конструкциям скважинных зарядов, экспериментальными исследованиями по оценке уровня воздействия взрывов на охраняемые объекты, разработке рекомендаций по обеспечению их сейсмобезопасности.
Благодаря этим исследованиям и рекомендациям Координационного совета по сейсмическим событиям в Кузбассе по решению АКО и при финансовой поддержке угледобывающих предприятий Кузбасса Алтае-Саянский филиал геофизической службы СО РАН, в настоящее время Алтае-Саянский филиал Федерального Исследовательского Центра «Единой Геофизической Службы РАН» (АСФ ФИЦ ЕГС РАН), получил достаточно развитую сеть сейсмостанций в Кузбассе, а также возможность цифровизации всего процесса регистрации, передачи и обработки записей сейсмособытий с использованием современных программных продуктов, позволяющих автоматизировать и ускорить эту обработку до 1,5-2 минут.
Свою сеть сейсмостанций имело также ГКУ «Агентство по защите населения и территории Кузбасса» департамента по чрезвычайным ситуациям при АКО, которое аналогично фиксировало все сейсмособытия, происходящие на территории области, и объединяло их с информацией АСФ ФИЦ ЕГС РАН. Кроме того, агентство в период с 2018 по 2024 год выполняло следующие работы:
- составление по заявкам организаций суточного планового графика проведения промышленных взрывов на территории Кузбасса;
- разведение во времени взрывных работ между разными горнодобывающими предприятиями для исключения наложения взрывов и отслеживания фактического времени взрывных работ на каждом предприятии;
- составление каталога сейсмособытий, происшедших за предыдущие сутки с указанием типа событий (промышленный взрыв, местное природное землетрясение, региональное землетрясение, далекое землетрясение и т.п.);
- ежесуточное предоставление каталога сейсмособытий за предыдущие сутки в адрес заинтересованных сторон, занимающихся вопросами обеспечения сейсмобезопасности.
По предложениям координационного совета в Кузбассе приняты более жесткие, чем предусмотрены нормативными документами РФ, ограничения по допустимой величине энергетического класса промышленных взрывов, когда при магнитуде, равной 3,0 и более, предприятия должны проанализировать причины ее увеличения после очередного взрыва и более взвешенно обосновывать параметры последующих массовых взрывов. Тем самым снижая негативное воздействие взрывов не только на здания и сооружения, но и на жителей области.
СУ Ростехнадзора благодаря каталогу сейсмособытий на территории Кузбасса смогло оперативно отслеживать магнитуды при взрывных работах на предприятиях, своевременно указывать организациям, ведущим взрывные работы и организациям-недропользователям на необходимость применения современных наилучших доступных технологий при ведении буровзрывных работ, включающих применение эффективных конструкций скважинных зарядов, взрывчатых веществ с минимальным воздействием на окружающую среду; рекомендовать проведение научных исследований по разработке сейсмобезопасных параметров взрывов.
В частности, Новационная фирма «КУЗБАСС-НИИОГР» за четверть века научных исследований на основе глубокого изучения не только отечественного, но и зарубежного опыта, заложенного в нормативные документы Великобритании, США и Германии, а также комплекса экспериментальных исследований в промышленных условиях более чем 30 разрезов и карьеров Кузбасса и Новосибирской области, разработала методику обоснования сейсмобезопасных параметров массовых взрывов для самых разных условий ведения взрывных работ. Она опирается на практику 8-12 опытных взрывов на разных бортах и уступах конкретного карьера с записью каждого взрыва на 7-12 сейсморегистраторов, расставленных как в основании охраняемых объектов, так и в створах от взрываемого блока в направлении охраняемых объектов.
Такие экспериментальные исследования позволяют учесть все многообразие факторов, геологических, гидрогеологических, горнотехнических условий ведения взрывных работ, а также конструкций и состояния охраняемых объектов и обосновывать допустимую пиковую (максимальную) скорость колебаний земной поверхности в основании охраняемых объектов. В частности, по наиболее жестким требованиям нормативных документов Германии допустимая скорость колебаний в основании наиболее ответственных жилых и социальных объектов не должна превышать 5 мм/с. Для сравнения, допустимая скорость колебаний земной поверхности в основании промышленных зданий составляет до 20 мм/с.
Разработанная Новационной фирмой «КУЗБАСС-НИИОГР» методика позволяет прогнозировать скорость колебаний на заданном расстоянии от взрываемого блока при проектной массе взрывчатого вещества в группе на основе регрессионного анализа облака экспериментальных точек, в котором выполняется ряд статистических тестов. Методика достаточно трудоемкая, так как требует наличия парка современных сейсморегистраторов, в том числе во взрывозащищенном исполнении для работы в угольных шахтах, опасных по газу, а также проведения достаточно большого количества инструментальных измерений, но компенсируется высокой надежностью прогноза, поскольку в этом случае автоматически учитываются особенности распространения сейсмических волн на конкретной производственной площадке.
Предложенный подход очень хорошо зарекомендовал себя за последние 15 лет при оценке сейсмического действия на нескольких десятках горных предприятий Кузбасса, Новосибирской области и Красноярского края.
Метод был использован также для оценки безопасных условий ведения взрывных работ вблизи подземных магистральных газопроводов в Кузбассе, магистральных водоводов между Прокопьевском и Киселевском, магистральных водоводов через реку Обь в Новосибирске, при ведении взрывных работ вблизи шахты «Алардинская» на Калтанском разрезе, шахты «Южная» на разрезе «Черниговец», шахты «Талдинская-Западная-1» на разрезе «Заречный-Северный» и «Салек», шахты «Южная Глубокая» на Талдинском разрезе, Шахтоуправлении им. А.Д. Рубана, шахты «Алексиевская» и шахты «Байкимская» на Моховском разрезе и др.
Использование разработанных по результатам опытных взрывов рекомендаций позволяет достичь показателей, когда уровень их воздействия на охраняемые здания и сооружения в несколько раз ниже нормативных требований. Научно обоснованные параметры короткозамедленного взрывания позволили увеличить объем горной массы за один взрыв, тем самым уменьшить количество проводимых взрывов, а значит, снизить дискомфорт для жителей ближайших населенных пунктов. В последние восемь лет рекомендации фирмы касаются минимизации еще одного негативного действия — ударной воздушной волны.
В результате такого взаимодействия заслуженной гордостью многих разрезов и специализированных организаций Кузбасса, ведущих взрывные работы, являлась статистика ГКУ «Агентство по защите населения и территории Кузбасса», в которую не попадает большая часть взрывов, так как в силу своей малой магнитуды они даже не фиксируются сетью сейсмостанций.
При этом в Кузбассе регулярно регистрируются достаточно интенсивные сейсмические события природного характера, вызванные динамическими процессами в земной коре, происходящими в соседних с Кузбассом регионах Алтае-Саянской сейсмоактивной области, а также в более далеких регионах мира. Что касается непосредственно Кузбасса, то согласно картам общего сейсмического районирования вся территория Кемеровской области имеет сейсмичность не ниже 6 баллов по шкале МСК-64, заложенной в основу нормативных документов для сейсмостойкого строительства. При этом расчетная сейсмичность большинства площадок застройки на юге Кузбасса достигает 7–8 баллов. Природные сейсмические события сопоставимы по своей интенсивности и частоте появления с сейсмическими воздействиями от промышленных взрывов.
Исследования, проведенные за последние 20 лет сейсмологами Алтае-Саянского филиала ФИЦ ЕГС РАН, позволили также подтвердить сформулированный ранее вывод о том, что «короткозамедленное» взрывание, применяемое на открытых горных работах Кузбасса, не оказывают какого-либо значимого влияния на активизацию природных сейсмических событий в регионе, в том числе в ходе одного из самых крупных землетрясений в Кузбассе — Бачатского, в 2013 году.
Таким образом, членам Координационного совета Кемеровской области по сейсмическим событиям удалось организовать профессиональное взаимодействие ученых, производственников, недропользователей, организаций, ведущих взрывные работы, органов государственного контроля и надзора, правительства Кузбасса и в целом ряде консультирование жителей и собственников зданий и сооружений. В настоящее время в ходе оптимизации управленческих функций правительство Кемеровской области — Кузбасса сочло обоснованным создать рабочую группу по обеспечению сейсмобезопасности Кузбасса при Комиссии по предупреждению и ликвидации чрезвычайных ситуаций и обеспечению пожарной безопасности Кемеровской области — Кузбасса. Координация и организационно-техническое обеспечение деятельности рабочей группы по сейсмобезопасности Кузбасса поручены Министерству угольной промышленности Кузбасса совместно с Департаментом по чрезвычайным ситуациям Кузбасса.
При этом задачи ГКУ «Агентство по защите населения и территории Кузбасса» по мониторингу техногенной и природной сейсмики переданы ГУ МЧС России по Кемеровской области — Кузбассу с тем, чтобы обеспечить не только контроль за промышленными взрывами и разведением их по времени, но и вести учет за другими техногенными источниками сейсмических событий, а также знать общую картину сейсмических событий в Кузбассе.
Надеемся, что повышение статуса рабочей группы позволит не только восстановить ранее принятые Координационным советом по сейсмическим событиям в Кузбассе обоснованные решения по обеспечению сейсмобезопасного ведения взрывных работ в Кузбассе, но и организовать изучение природы других техногенных сейсмических событий, а также воспитать у населения культуру проживания в регионе с повышенной природной сейсмичностью.
Рабочей группе необходимо обратить внимание на проблемы, характерные для природы сейсмических событий в Кузбассе, которыми надо заниматься научным коллективам, недропользователям и организациям, ведущим взрывные и горные работы в Кузбассе. К числу первоочередных направлений деятельности рабочей группы следует отнести:
1. Организацию оперативного ведения базы данных сейсмических событий в Кузбассе с ежесуточным представлением этих сведений руководству и соответствующим специалистам правительства Кузбасса, СУ Ростехнадзора, муниципальных органов власти и научных организаций, ведущих исследования по обеспечению сейсмобезопасности Кузбасса.
2. Исследования влияния природной сейсмики и техногенных сейсмических событий на устойчивость подземных горных выработок, откосов, уступов, отвалов и бортов разреза, а также заглубленные водо-, газо- и нефтепроводы с тем, чтобы разработать требования к выбору их параметров и конструктивного исполнения с учетом возможных сейсмических воздействий на стадии проектирования и реконструкции этих сооружений.
3. Оценку уровня влияния подземных горных работ, в том числе на стадии погашения (проектного обрушения) подземных горных выработок, разрушения охранных целиков, а также крупных водохранилищ и накопителей жидких промышленных отходов на активизацию природно-техногенных сейсмических событий в Кузбассе.
4. Разработку рекомендаций по включению в проекты угольных и рудных шахт Кузбасса, особенно при комбинированной открыто-подземной разработке месторождения, обязательных требований по учету уровня природной сейсмичности, а также возможных техногенных сейсмических воздействий, в том числе от промышленных взрывов на поверхности и в шахте.
5. Учитывая сложные горно- и гидрологические условия большинства месторождений в Кузбассе, продолжить исследования по оценке уровня сейсмического действия массовых взрывов на участках открытых горных работ, расположенных вблизи жизненно важных объектов (городских водоводов, газопроводов, ЛЭП, социальных объектов и т.п.) с привлечением экспертных и научных специализированных организаций для разработки рекомендаций по безопасному ведению взрывных работ вблизи этих объектов.
6. Разработку методических подходов по обеспечению сейсмической безопасности при ведении взрывных работ на участках открытых горных работ вблизи подземных горных выработок при комбинированной открыто-подземной разработке угольных и рудных месторождений.
7. Организацию ведения взрывных работ на соседних участках разреза или близко расположенных карьерных полях соседних разрезов с разнесением по времени в соответствии с методическими рекомендациями специализированных организаций.
8. Проведение контрольных сейсмологических измерений уровня сейсмического действия массовых взрывов в случаях появления жалоб населения и собственников охраняемых объектов с оценкой соответствия параметров взрывов ранее разработанным рекомендациям, требованиям нормативных документов и проектной документации.
9. Разработку критериев сейсмической безопасности массовых промышленных взрывах с учетом дискомфорта жителей прилегающих районов.
10. Организовать регулярное ознакомление жителей Кузбасса, администраций муниципальных образований области, руководителей и специалистов организаций, разрабатывающих проекты, а также ведущих взрывные и горные работы, с результатами работ научной рабочей группы по обеспечению сейсмобезопасности Кузбасса, с правилами поведения в случае сейсмических колебаний в результате землетрясений.
Андрей Брижак,
Министерство угольной промышленности Кузбасса
Александр Михеев,
Сибирское управление Ростехнадзора
Сергей Протасов,
Алексей Новиньков,
Павел Самусев,
Андрей Завьялов,
Новационная фирма «КУЗБАСС-НИИОГР»