Космические и цифровые технологии в горном деле: новый взгляд на мониторинг и управление крупномасштабными техногенными рисками

Мурманская область – регион России, где в сложных природно-климатических условиях ведут свою деятельность ряд крупнейших в мире горнопромышленных компаний, в непосредственной близости от которых находятся города и природные достопримечательности. К ключевым элементам горнодобывающей инфраструктуры относятся гидротехнические объекты – хвостохранилища и отстойники: первые предназначены для хранения минеральных отходов, образующихся в процессе добычи и переработки руд, вторые – для аккумуляции и перераспределения промышленных вод. Разработка месторождений и извлечение полезных ископаемых на протяжении многих десятилетий привели к образованию значительных объeмов минеральных отходов, которые оказывают негативное воздействие на хрупкие экосистемы Арктики.

С целью предупреждения техногенных аварий особенно важным является своевременный контроль и прогнозирование состояния промышленных систем. Традиционные методы промышленного мониторинга, как правило, требуют постоянного присутствия специалистов на объектах, что сопряжено со значительными финансовыми и логистическими трудностями, особенно в отдаленных, труднодоступных районах, в сложных арктических условиях. В ответ на эти вызовы группа ученых Горного института Кольского научного центра РАН разработала комплексный подход, позволяющий осуществлять дистанционный контроль за состоянием различных горно-гидротехнических объектов (таких как хвостохранилища отходов, отстойников промышленных вод или водохранилищ и т.д.), а также прилегающих водных акваторий и особо охраняемых природных территорий. Это стало возможно благодаря современным инновациям, развитию и использованию спутниковых систем, геоинформационных технологий и возможности создания цифровых моделей-двойников потенциально опасных промышленных объектов.

Исследование по проекту № 24-27-20013 «Космический мониторинг и оценка рисков окружающей среде горнодобывающих и гидроэнергетических комплексов Мурманской области», поддержанное Российским научным фондом, в котором принимают участие кандидат технических наук, старший научный сотрудник Михаил Мелихов, кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник Анатолий Калашник, кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник Сергей Остапенко и инженер Екатерина Лебедик, опубликовано в американском издании Journal of Mining Science (DOI: 10.1134/S1062739125010168). Оно направлено на разработку и апробацию комплексного подхода к дистанционному мониторингу горно-гидротехнических сооружений в Арктике с целью раннего предупреждения и повышения эффективности оценки безопасности данного типа объектов и реальных масштабов распространения техногенных рисков. Предложенная учеными методология заключается в комплексировании методов и результатов 3D-геофильтрационного моделирования, спутникового дистанционного зондирования Земли, инструментов пространственного анализа и натурных наблюдений.

Трехмерное моделирование выполняется с использованием программных комплексов MODFLOW и 3D Groundwater Explorer. Созданные численные модели воспроизводят в пространстве геофильтрационную структуру грунтового основания и тела дамб, а также положение уровней воды на исследуемом объекте с учетом фактических инженерно-изыскательных и производственных показателей. Расчеты фильтрационного режима осуществляются методом конечных разностей с применением индивидуальных значений коэффициентов фильтрации для каждого структурного элемента. Результаты моделирования позволяют не только оценивать текущее состояние объекта, но и выявлять зоны потенциального повышения гидростатического давления и локальной фильтрации, которые могут представлять угрозу для технической устойчивости и безопасности инженерной конструкции.

Вместе с тем производится сбор и обработка открытых спутниковых данных, полученных, в частности, с помощью программ SNAP и EO Browser Sentinel Hub на...