Безопасность насыпных дамб хвостохранилищ остаётся одной из наиболее сложных инженерных задач современного горнопромышленного комплекса. В отличие от классических гидротехнических плотин, хвостовые сооружения характеризуются неоднородностью намыва, изменчивостью физико-механических свойств складируемых материалов и постоянной трансформацией геометрии тела дамбы в процессе эксплуатации. По данным обзорного исследования систем мониторинга хвостовых сооружений отмечается, что «the failure rate of tailings dams worldwide … is estimated at 1.2%, compared to the 0.01% rate for traditional water dams» [1]. Данный показатель указывает на повышенную уязвимость подобных объектов и подчёркивает необходимость совершенствования систем наблюдений.
Современные исследования демонстрируют устойчивый переход от периодического геодезического контроля к автоматизированным и цифровым системам мониторинга. При этом в научной литературе наблюдается определённая фрагментарность: значительная часть публикаций сосредоточена на совершенствовании отдельных технологий, тогда как вопросы их методологической интеграции остаются недостаточно проработанными. Это формирует научный разрыв между технологическим развитием приборной базы и системным пониманием мониторинга как инструмента управления устойчивостью.
Роботизированная тахеометрия остаётся одним из базовых методов маркшейдерского контроля. В исследованиях Zhou et al. (2021) подчёркивается широкое применение роботизированных станций при мониторинге деформаций плотин и анализируется влияние атмосферной рефракции на точность измерений [2]. Высокая точность в контрольных точках, возможность автоматизации циклов наблюдений и формирование плотных временных рядов делают данный метод эффективным инструментом для контроля критических зон. В классической работе Lutes (2002) указывается, что «an automated data collection and processing system has been created for geodetic displacement monitoring» [3], что подтверждает потенциал автоматизации в снижении человеческого фактора и повышении регулярности измерений. Однако метод по своей природе остаётся точечным, а пространственная полнота ограничивается геометрией визирования и количеством установленных отражателей.
ГНСС-мониторинг в последние годы активно развивается как средство формирования устойчивой координатной основы и длительных временных рядов. Reguzzoni et al. (2022) демонстрируют, что статистическая обработка GNSS-рядов позволяет выделять устойчивые тренды смещений и поддерживать системы раннего предупреждения [4]. Преимущество метода заключается в возможности непрерывных наблюдений и анализе динамики процесса. Тем не менее, точность вертикальной компоненты остаётся более чувствительной к условиям приёма сигнала, а интерпретация результатов требует строгой фильтрации шумов и оценки доверительных интервалов.
Существенное развитие получила беспилотная фотограмметрия (UAV-SfM), обеспечивающая построение детализированных цифровых моделей поверхности. Loots et al. (2022) отмечают, что фотограмметрия является наиболее распространённым методом дистанционного зондирования в горной промышленности [5]. Преимущество подхода состоит в получении пространственно непрерывной информации, что позволяет выявлять локальные деформации, изменения геометрии откосов и гребня дамбы. Однако воспроизводимость результатов между различными эпохами съёмки напрямую зависит от качества геодезической привязки и стабильности контрольных точек, что делает необходимым обязательное сопряжение с наземными измерениями.
Методы спутниковой интерферометрии (InSAR) позволяют получать данные о медленных смещениях на больших территориях. В работе Xie et al. (2023) продемонстрировано применение SBAS-InSAR для мониторинга хвостовой дамбы, что подтверждает потенциал технологии в задачах ретроспективного анализа и выявления зон повышенной активности [6]. Однако InSAR фиксирует смещения вдоль линии визирования спутника, что ограничивает прямую интерпретацию в трёхмерной системе координат. Кроме того, метод чувствителен к когерентности поверхности и требует обязательной валидации наземными наблюдениями.
Критический анализ публикаций показывает, что ни один из методов не обеспечивает одновременно высокой точности в контрольных точках и полной пространственной картины деформационного поля. Точечные методы (RTS, GNSS) гарантируют метрологическую надёжность, но ограничены дискретностью сети наблюдений. Площадные методы (UAV, InSAR) обеспечивают пространственную полноту, однако требуют строгой геодезической увязки и не всегда обладают достаточной точностью для принятия оперативных решений без дополнительной валидации. Таким образом, ключевая научная проблема заключается не в отсутствии технологий, а в отсутствии унифицированной интеграционной модели их комплексного применения.
Представляется обоснованным рассматривать маркшейдерский мониторинг как многоуровневую систему, в которой роботизированная тахеометрия и ГНСС формируют метрологическую основу, беспилотная съёмка обеспечивает пространственную детализацию, а InSAR используется для регионального скрининга и ретроспективного анализа. При этом принципиальное значение приобретает анализ временной динамики смещений, включая оценку скорости и ускорения деформаций, а не только их абсолютной величины. Именно изменение характера тренда способно выступать ранним индикатором перехода сооружения в неустойчивое состояние.
Гипотеза настоящего исследования заключается в том, что интеграция точечных и площадных методов при условии строгой метрологической сопоставимости и анализа временных рядов позволит повысить чувствительность системы мониторинга к ранним признакам нестабильности. Такой подход обеспечит переход от регистрации геометрических изменений к прогнозированию поведения сооружения с учётом гидрогеологических и эксплуатационных факторов.
Научная новизна работы состоит в систематизации современных исследований с позиций маркшейдерской методологии и в обосновании концепции гибридной интегрированной системы мониторинга, ориентированной на анализ динамики деформационных процессов. В отличие от изолированного применения отдельных технологий, предлагаемый подход рассматривает их как взаимодополняющие элементы единой метрологической и аналитической структуры.
Список литературы
- Zare, M. A review of tailings dam safety monitoring guidelines and systems / M. Zare [и др.]. – Basel: MDPI, 2024.
- Zhou, J. Accuracy analysis of dam deformation monitoring / J. Zhou [и др.]. – PLOS ONE, 2021.
- Lutes, J.A. Automated dam displacement monitoring using a robotic total station / J.A. Lutes. – University of New Brunswick, 2002.
- Reguzzoni, M. GNSS-based dam monitoring / M. Reguzzoni [и др.]. – Basel: MDPI, 2022.
- Loots, M. A review of remote-sensing UAV in mining industry / M. Loots [и др.]. – SAIMM, 2022.
- Xie, W. SBAS-InSAR based deformation monitoring of tailings dam / W. Xie [и др.]. – Sensors, 2023.
