Управление Ростехнадзора по Калужской области

Итоги конкурсов на соискание премии им. акад. А. А. СКОЧИНСКОГО


Премия им. акад. А. А. Скочинского была учреждена в 1974 г. к 100- летию со дня рождения ученого. Учредителями премии в настоящее время являются: Министерство энергетики Российской Федерации, Российская академия естественных наук, Горная академия, ФГУП ННЦ ГП — ИГД им. А. А. Скочинского, НИИ проблем охраны труда, МГГУ, Ростехнадзор и СУЭК-уголь.

Согласно Положению о премии им. акад. А. А. Скочинского лауреатами конкурса в 2009 г. в результате тайного голосования определены два творческих коллектива с работами :

1. Разработка промышленно безопасной технологии подземного выщелачивания бедных полиметаллических руд .

Авторы : В. И. Нифадьев, акад. НАН Республики Кыргызстан, д-р техн. наук, проф. ( Кыргызско-Российский Славянский Университет им. Б. Н. Ельцина ( КРСУ ), г. Бишкек ); А. Е. Воробьев, д-р техн. наук, проф. ( КРСУ, г. Бишкек — Российский университет дружбы народов ( РУДН ), г. Москва ); К. Г. Каргинов, д-р техн. наук, проф. ( ОАО «Норильский никель», г. Москва ); В. И. Комащенко, д-р техн. наук, проф. ( РГГУ, г. Москва ); Т. В. Чекушина, канд. техн. наук, ст. науч. сотрудник ( ИПКОН РАН, г. Москва ).

Независимые эксперты: Е. А. Котенко, вице-президент Академии горных наук, д-р техн. наук, проф.: Л. А. Пучков, президент Московского государственного горного университета, чл.- кор. РАН, д-р техн. наук, проф.

Результаты проведенных авторами исследований направлены на повышение промышленной безопасности разработки полиметаллических месторождений с одновременным увеличением экономической эффективности их освоения.

При исчерпании богатых и легкообогатимых руд горное предприятие ( рудник ) закрывается ( консервируется ) или перепроектируется на шахтное подземное выщелачивание ( ШПВ ). Эта система обладает высокой экономической эффективностью и способствует рентабельной разработке бедных и убогих, забалан­совых руд. Одновременно снижается риск возникновения аварийных ситуаций, обусловленный как уменьшением общего количества персонала, работающего в подземных условиях, так и собственными свойствами объема добычных выработок с неподдерживаемым выработанным пространством, магазинированием выщелачиваемой руды и т. д.

Внедрение результатов исследований особенно актуально в условиях недостаточности геологической информации и неопределенности залегания руд, что свойственно полиметаллическим сложно-структурным месторождениям. При этом определяют оптимальную производственную мощность геотехнологического рудника исходя из планируемых экономических показателей: объема первоначальных инвестиций, периода их окупаемости, прибыли, получаемой по годам, периода функционирования предприятия. Проводят детальный анализ минерально-сырьевой базы предприятия ( горно-геологических характеристик ), включая абсолютное и удельное содержание металлов, формы их нахождения, показатели их сквозного извлечения и т. д.

Обеспечивают ( в соответствии с показателями двух предыдущих этапов ) выбор технологического проекта разработки сложно-структурного полиметаллического месторождения. Технологический проект разработки месторождения должен предусматривать возможность необременительного ( по времени, затратам и технологической увязке ) изменения ( в случае существенного изменения исходной горно-геологической информации ).

Проводятся выбор, расчет и организация горнопроходческих, горнодобычных и рекультивационных работ на руднике ШПВ ( включая буровзрывные работы, проходку горных выработок, откатку горнорудной массы, магазинирование руды, ее обработку технологическими растворами, выщелачивание полиметаллов, направленную миграцию продуктивных растворов на поверхностный комплекс, выделение полиметаллов из растворов и рекультивацию недр ).

В соответствии с результатами анализа рынка существующего специального оборудования определяется его оптимальная спецификация и обеспечивается совместимость различных установок между собой.

По характеру организации освоения сложно-структурных полиметаллических месторождений методами ШПВ основные горно-подготовительные и добычные процессы должны рассматриваться как единый производственный цикл с определенно заданной последовательностью.

При формировании организационно-технологической схемы освоения сложно-структурного полиметаллического месторождения методами ШПВ устанавливают возможные варианты производственной мощности геотехнологического предприятия. На основе анализа горно-геологических показателей определя ется вероятностный диапазон возможных объемов добычи полиметаллов ( промышленных продуктов ). Для каждого из диапазонов строится свой вариант организационно-технологической схемы, со своими набором и количеством технологического оборудования, кото­рые определяют исходя из его максимально возможной производительности.

Существенное влияние на конструкцию блоков ШПВ и их параметры оказывает изменение таких характеристик месторождения полезных ископаемых, как мощность, протяженность, угол падения рудного тела и содержание полезного ископаемого компонента ( полиметаллов ).

Помимо изменения геометрических параметров ( высота, длина, ширина ) блока ШПВ изменение характеристик рудного тела также влияет на их конструкцию. В частности, важным параметром является угол наклона рудного тела, который обусловливает использование двух вариантов конструкций блока ШПВ — с мага зинированием руды или с ее обрушением.

При этом характер изменения исходной проницаемости руд позволяет применять взрывное дробление. Причем сложная морфология рудного тела, а также настоятельная необходимость в качестве дробления полиметаллических руд предопределяют взрывание на зажатую маломощную среду, с обязательным учетом эффекта «наведенной микротрещиноватости». Однако технологически наиболее легко изменяются гидродинамические параметры выщелачивания, реальные значения которых определяются в зависимости от вида и значения кольматирования руд.

Значительное внимание авторов уделено вопросам управления риском возникновения аварийных ситуаций на геотехнологических рудниках. Для этой цели использовались математическое моделирование и специальный аналитический аппарат, сложившийся в данной области.

Анализ причин несчастных случаев от обрушений и падений кусков горной массы позволил констатировать, что основные из них носят организационный характер и выражаются в невыполнении требований правил и норм безопасности, направленных на соблюдение принятых проектно-технических решений и технологических регламентов.

Результаты исследования авторов по обеспечению безопасности от обрушений пород кровли показали тенденцию изменения количества обрушений в зависимости от типа взрывания пород горного массива. При этом для снижения сейсмического воздействия взрывов на окружающий выработку горный массив было предложено проводить комплекс мероприятий, включая :

сокращение количества шпуров на забой в целях доведения линий наименьшего сопротивления вспомогательных и отбойных шпуров до 600 – 800 мм, а расстояний между верхними оконтуривающими шпурами до 500 мм;

уменьшение количества ВВ, взрываемого в одной ступени замедления, до 2 – 4 кг;

использование в верхних оконтуривающих шпурах рассредоточенных воздушными промежутками зарядов аммонита 6 ЖВ, инициируемых ДШ, в зависимости от устойчивости пород;

применение в боковых оконтуривающих шпурах уменьшенных зарядов аммонита 6 ЖВ в зависимости от устойчивости и коэффициента крепости пород;

проходку выработок с опережающим забоем и последующим расширением их до проектного сечения. При этом величина опережения забоя равна двум ходкам;

использование комбинированного взрывания за­рядов ВВ электродетонаторами ЭДКЗ -153 Н и ЭДЗД при максимальном количестве ступеней замедления;

взрывание зарядов ВВ в последнюю очередь в верхних оконтуривающих шпурах;

повышение эффективности размещения шпуров в забое.

Кроме технологических рисков, исследовали риск управленческий и влияние законодательства на риск возникновения аварийной ситуации. Было установлено, что обеспечение технологической безопасности находится в области снижения разности рассогласования между фактическим состоянием объекта и требованиями безопасности, что достигается вводом в систему безопасности блока обратных связей.

Кроме того, рассчитано математическое ожидание потерь ( ущерба ) от возникновения технологического риска, основанное на учете вероятности появления аварий и зависящее от периода деятельности объекта. Выявлена математическая зависимость индивидуального риска для персонала, описываемая посредством координат нахождения, типа аварии, возможной частоты аварии и вероятности гибели работников.

Авторами подготовлен комплекс мероприятий, внедрение его позволяет понижать уровень отрицательного воздействия взрыва на горный массив и устойчи­вость выработок, который разработан на основе установленной взаимосвязи между несчастными случаями со смертельным исходом и авариями I – II категорий.

В качестве замечания по работе члены комиссии и независимые эксперты отметили, что проведенные исследования ограничены разработкой рекомендаций только для полиметаллических месторождений, хотя их можно было распространить и на другие объекты цветной металлургии, и прежде всего на меднорудные.

2. Разработка и внедрение в учебный процесс подготовки инженеров горно - экологического профиля системного подхода к освоению природоохранных технологий подземной добычи угольных месторождений , опасных по газовыделениям и внезапным выбросам метана , на основе анализа различных способов экологической защиты окружающей природной среды .

Авторы : И. Л. Машковцев, канд. техн. наук, проф.; Е. В. Станис, канд. техн. наук, проф.; Саумитра Нараян Деб, д-р техн. наук ( РУДН ).

Независимый эксперт : Н. И. Устинов, канд. техн. наук, ННЦ ГП — ИГД им. А. А. Скочинского.

Работа выполнена в РУДН и может служить пособием при подготовке горных инженеров по специальности «Разработка месторождений полезных ископаемых». При этом авторы работы в основном представ­ляют научную школу, созданную акад. Л. Д. Шевяковым и проф., д-ром техн. наук А. П. Судоплатовым. Внедрение в учебный процесс подготовки горных инженеров системного подхода к освоению природоохранных технологий при подземной отработке угольных месторождений, опасных по газовыделению и внезапным выбросам метана, на основе анализа раз­личных способов экологической защиты окружающей природной среды является актуальным и весьма своевременным. Определяется необходимостью в расширении знаний контингента студентов-горняков как РУДН, так и других вузов, а также научных специали стов, занятых в этой области в странах ближнего и дальнего зарубежья.

Работа выполнена в форме доведения до студентов методических решений проблем по освоению угольных месторождений. Этот вывод подкреплен рядом публикаций авторов, включая большое количество патентов, часть из которых внедрена в производство.

При этом результаты теоретических и экспериментальных исследований по природоохранным технологиям разработки угольных месторождений, опасных по газовыделению и внезапным выбросам, могут иметь научное и практическое значение не только при под­готовке студентов, но и для специалистов, занятых в отраслевых научно-исследовательских институтах и практикующих на производстве.

Вследствие проведенных авторами исследований:

обобщены и проанализированы все существующие способы отработки нижних горизонтов шахт, опасных по газовыделению и внезапным выбросам;

получены закономерности проявлений горного давления в зависимости от параметров движения очистного забоя, временного и бокового опорного давления, определяющие появление возможных зон внезапных выбросов метана;

изложены способы безлюдной выемки угля мало­мощными слоями, исключающими практически опасные сдвижения вышележащих пород;

обобщены экологические способы защиты при выемке угля из месторождений, окружающей природной среды от опускания поверхности, от загрязнения атмосферы, фауны и флоры, защищенные рядом патентов;

изложены способы разработки мощных пластов пологого и наклонного падения диагональными слоями, обеспечивающие снижение величин и скорости опускания земной поверхности над выработанным пространством;

разработаны и рекомендованы к использованию экологические способы защиты забоев и подготови тельных выработок от мелкодисперсной пыли с помощью электроосаждения;

созданы способы извлечения метана из общешахтной вентиляционной струи на основе использования закономерности ламинарного и турбулентного движения воздуха.

Члены Комиссии по присуждению премии им. акад. А. А. Скочинского отметили, что результаты проведенных авторами работы исследований получили широкое распространение не только в Российской Федерации, но и за рубежом, а также одобрение специалистов лаборатории «Комплексная механизация очистных работ» ФГУП ННЦ ГП — ИГД им. А. А. Скочинского.

Независимый эксперт отметил, что в работе недостаточное внимание уделено технологии добычи угля из высокогазоносных пластов, позволяющей использовать нетрадиционные способы защиты среды.

Лауреатом конкурса в 2010 г . за работу «Создание системы повышения безопасности угольных шахт на основе адаптивного метода мониторинга углепородного массива» по единогласному решению членов Комиссии по присуждению премии им. акад. А. А. Скочинского признан творческий коллектив в составе : С. Б. Алиева, д-ра техн. наук ( ООО «Техносинтез» ), А. М. Газалиева, д-ра хим. наук, акад. НАН РК ( КарГТУ ), Н. А. Дрижда, д-ра техн. наук ( КарГТУ ), Б. М. Кенжина ( ТОО «МашЗавод № 1 » ), Ю. М. Смирнова, д-ра техн. наук ( КарГТУ ) .

Рецензенты : А. В. Джигрин, д-р техн. наук, директор по научной работе ( ФГУП ННЦ ГН — ИГД им. А. А. Ско-чинского ) и Ю. Н. Кузнецов, д-р техн. наук, проф. ( МГГУ ).

В последние годы внимание научных и инженерных работников угледобывающей промышленности сосредоточено на создании надежных методов мониторинга состояния угольного массива и прогноза газодинамических явлений. К наиболее эффективным из них относится сейсмоакустический метод, основанный на возбуждении и приеме упругих колебаний в горном массиве. Это позволяет при соответствующем техническом и технологическом сопровождении значительно повысить безопасность работы угольных шахт.

Практическая реализация указанного метода возможна при создании машин и механизмов, способных генерировать и передавать угольному пласту сейсмические нагрузки с независимым и плавным регулированием выходных показателей — амплитуды силы и перемещения, частоты, скважности и формы импульса.

Авторы работы исследовали состояние современных методов прогнозирования техногенных аварий и катастроф в угольных шахтах, основные причины которых — внезапные выбросы из углепородных массивов, а их очаги — тектонические нарушения пластов, в которых скапливаются значительные объемы газа при повышенном давлении.

В последние годы для обнаружения подобных нарушений используется сейсмоакустический метод. Анализ применения этого метода в Кузнецком, Донецком и Карагандинском угольных бассейнах показал его невысокую эффективность из-за невозможности оперативного регулирования параметров воздействия на массив при изменяющихся его физико-механических свойствах и условиях залегания. Установлены основные закономерности распространения и отражения волн в угольных шахтах при сейсмоакустических воздействиях на углепородный массив, позволяющие оценить характер геологических нарушений. Они легли в основу научно обоснованных рекомендаций для разработки адаптивного метода воздействия на углепородный массив при создании системы повышения безопасности угольных шахт.

Создан комплекс технических решений, обеспечивающий возбуждение сейсмоакустических волн с заданными параметрами и с возможностью их оперативного регулирования с изменением физико-механических свойств массива и условий его залегания. Исследованы закономерности рабочих процессов модуля, позволяющие генерировать и передавать в углепородный массив сейсмоакустические сигналы заданной формы, амплитуды и частоты. Предложена математическая модель для расчета основных параметров вибрационно-сейсмоакустических модулей, обеспечивающих устойчивую передачу сейсмоакустических сигналов в различных горно-геологических условиях.

Получены зоны устойчивой отработки сейсмоакустического сигнала для различных режимов работы вибрационного модуля и форм управляющего сигнала. При этом наиболее оптимальный с точки зрения технической устойчивости — синусоидальный управляющий импульс.

В процессе исследований были поставлены и решены следующие задачи :

•  Проведены аналитический обзор современных методов обнаружения геологических нарушений и критический анализ результатов сейсмоакустических исследований в углепородных массивах.

•  Установлены основные закономерности распространения и отражения сейсмоакустических волн в угольных пластах при сейсмоакустических воздействиях на углепородный массив.

•  Разработана система повышения безопасности угольных шахт на основе адаптивного метода мониторинга углепородного массива с выбором оптимальных амплитуд, частот и скважности для обнаружения нарушений и прогноза зон внезапных выбросов.

•  Исследованы и оптимизированы основные параметры исполнительных органов для сейсмоакустического воздействия с учетом характеристик углеродного массива.

•  Выполнены математическое моделирование и выбор оптимальных режимов адаптивного сейсмоакустического воздействия для установления характера нарушений и их координат.

•  Использование полученных результатов исследований позволит отказаться от дорогостоящих взрывных работ в угольных шахтах при сейсмоакустических исследованиях, уменьшить простои технологического процесса добычи, снизить непроизводительные расходы, связанные с проведением бросовых горных выработок.

Оборудование, изготовленное на основании результатов исследований, было установлено на экспериментальном полигоне ТОО «МашЗавод № 1», используется на промышленных объектах КФ АО «Азимут Энерджи Сервисез» и ТОО «Научно-производственная фирма «Данк».

В результате проведенных комплексных теоретико-экспериментальных исследований впервые были:

установлены закономерности распространения и отражения сейсмоакустических волн в угольных пластах при адаптивном методе воздействия;

созданы методические основы адаптивного метода воздействия на углепородный массив, обеспечивающие возбуждение сейсмоакустических волн с заданными параметрами, для обнаружения геологических нарушений, прогнозирования зон внезапных выбросов и повышения безопасности работ;

подготовлен комплекс технических решений по созданию системы повышения безопасности угольных шахт на основе адаптивного метода мониторинга углепородного массива;

разработана методика сейсмоакустических воздействий на массив, позволяющая установить характер распространения сейсмоакустических волн в тектонически нарушенном углепородном массиве с оценкой характера нарушений и их координат.

Основной показатель, характеризующий эффективность сейсмоакустического воздействия на углепородный массив, — вид амплитудного спектра. Предложены критерии выделения зон нарушенности углепородного массива, в том числе для выявления мелкоамплитудных тектонических нарушений.

Результаты работы утверждены и уже широко применяются на шахте им. 50-летия Октябрьской революции Карагандинского угольного бассейна; в Карагандинском филиале КФ АО «Азимут Энерджи Сервисез»; экспедиции «Карагандауглеразведка» и ТОО «Институт Гипроуглегормаш».

Рецензенты работы, в частности, отметили, что результаты проведенных многолетних исследований являются актуальными для России, Казахстана, Украины и других угледобывающих стран.

Выдвинутая авторами рабочая гипотеза о том, что повышение эффективности мониторинга за состоянием углепородного массива, обнаружения нарушений и разгрузки его от внутренних напряжений возможно при создании адаптивного метода воздействия, реализована в комплексных теоретико-экспериментальных исследованиях вибрационно-сейсмического гидравлического модуля и основных закономерностях распространения и регистрации сейсмических волн в углепородном массиве.

При этом разработан и исследован новый метод воздействия — адаптивный, заключающийся в неоднократном воздействии на массив детерминированных механических колебаний заданной формы, частоты, амплитуды и скважности.

Авторами установлены рациональные величины внутренних параметров и выходных показателей как метода в целом, так и устройства для его осуществления — вибрационно-сейсмического модуля. Экспериментальные исследования показали достоверность принятых гипотез и предположений и дали возможность установить поправочные коэффициенты для их введения в расчетные формулы.

Значимость результатов работы для горной науки, по мнению рецензентов, заключается в следующем :

•  Созданный геофизический адаптивный метод мониторинга за тектоническим состоянием углепородного массива позволяет адекватно оценить нарушения и разработать средства для контроля и управления его состоянием.

•  Разработаны средства осуществления адаптивного метода мониторинга за тектоническим состоянием углепородного массива.

•  Установлены внутренние параметры и выходные показатели вибрационно-сейсмических модулей, предназначенных для реализации адаптивного метода мониторинга.

•  На математических моделях и при компьютерном эксперименте объективно доказаны преимущества адаптивного метода, выражающиеся в оперативном обнаружении нарушений в угольных пластах и установлении их координат; оценке вещества, находящегося в нарушении, и его физического состояния; частичной разгрузке напряжений в массиве из-за наличия нарушений.

Эти положения воплотились в практической ценности представленной работы для угольной промышленности:

обоснован и разработан принципиально новый метод мониторинга состояния углепородного массива, применение которого на угольных шахтах позволит повысить эффективность обнаружения тектонических нарушений;

разработаны методы расчета, создания и исследования средств для реализации адаптивного метода мониторинга состояния углепородного массива;

созданы и внедрены в практику новые методы исследования и прогнозирования технической устойчивости выходных показателей вибрационно-сейсмических модулей;

разработаны схемы управления вибрационно-сейсмического воздействия на углепородный массив и регистрации отраженных сигналов;

создана компьютерная модель вибрационно-сейсмического воздействия на массив, которая позволит заранее, еще до использования ее в натурных условиях, оценить эффективность обнаружения геологических нарушений.

В ходе обсуждения работы были высказаны замечания, не оказавшие существенного влияния на ее результаты и не снизившие ее значимость:

при рассмотрении результатов математического моделирования основное внимание уделено каналовым волнам, но не упомянут вклад и характеристики иных типов волн, формирующих результирующий информативный сигнал;

несмотря на значительный объем анализов методов мониторинга, стоило бы больше внимания в работе уделить вопросам комплексирования методов наземной и подземной сейсморазведки при решении задач прогноза геологической нарушенности угольных пластов.

Члены Комиссии по присуждению премии им. акад. А. А. Скочинского особо отметили, что результаты проведенных исследований были опубликованы в научно - технических изданиях России, Казахстана, Украины и др., а также представлены на научно-технических советах, совещаниях и конференциях, в НИИ и вузах.

По итогам обсуждения результатов работы «Создание системы повышения безопасности угольных шахт на основе адаптивного метода мониторинга углепородного массива» и представленных авторами опу бликованных работ и патентов, а также масштабности и значимости решенных ими задач было сделано заключение, что выполнено актуальное и значимое для горной науки научное исследование.

В соответствии с действующим Положением о премии им. акад. А. А. Скочинского коллективам авторов в торжественной обстановке были вручены дипломы лауреатов премии и нагрудные знаки с изображением А. А. Скочинского.

Комиссия и Совет учредителей информируют научную общественность о результатах проведенных конкурсов за 2009 и 2010 г г. и приглашают к участию на соискание премии в 2011 г. При этом напоминают, что лауреатами премии могут стать граждане Российской Федерации, а также их коллеги — соавторы по работам — граждане СНГ.

Члены Комиссии по присуждению премии им. акад. А. А.Скочинского выражают благодарность и признательность Юрию Людвиговичу Худину, председателю комиссии, за плодотворное сотрудничество, желают ему долгих лет жизни и благополучия.

Новым председателем Комиссии по присуждению премии им. акад. А. А. Скочинского избран д-р техн. наук, проф. Эдуард Варданович Петросянц.