Управление Ростехнадзора по Калужской области

Современные научные разработки для горнорудной промышленности


Фундаментальные исследования, выполняемые Институтом горного дела Уральского отделения РАН, тесно связаны с решением практических задач горнодобывающей промышленности. Новые знания в этой отрасли могут быть получены только на основе натурных экспериментов и совместного осмысления их результатов учеными и производственниками. Что же сегодня наука предлагает горнякам?

Поле напряжений

Строительство и эксплуатация многих предприятий по добыче руд черных металлов в нашей стране проводились при самом непосредственном участии сотрудников ИГД УрО РАН. Обширна география этих исследований: от Кольского полуострова (рудники Оленегорского ГОКа) и Белгородской области (Яковлевский рудник) до Камчатки (рудник «Агинский») и Хабаровского края (ЗАО «Многовершинное» и Кимкано-Сутарский ГОК). И везде партнерство института с территориальными органами Ростехнадзора способствует снижению риска природно-техногенных катастроф в сфере недропользования.

Одним из наиболее интересных фактов, установленных в последние годы при проведении фундаментальных исследований, было доказательство наличия переменной во времени компоненты поля напряжений горного массива. Говорить о природе этой изменчивости пока рано, есть лишь гипотезы. Тем не менее на основании инструментальных наблюдений была оценена максимальная величина этой переменной компоненты: 15–25% от средних действующих в регионе напряжений. Но даже этот, еще предварительный, результат может быть использован на практике при выборе минимального коэффициента запаса несущей способности конструктивных элементов, что и было сделано для обоснования параметров крепи стволов при составлении регламента на шахте «Естюнинская» (Свердловская область).

Комплекс экспериментальных работ, выполненный деформационными и геофизическими методами на Яковлевском руднике совместно со специалистами кафедры маркшейдерского дела РГГРУ, позволил установить характер запредельного деформирования массива богатых железных руд и оценить его параметры. На основе этих данных для рудника были разработаны рекомендации, прошедшие экспертизу промышленной безопасности и согласование с Ростехнадзором.

В рамках этих же исследований, с помощью подземной наблюдательной станции выявлено наличие оседаний даже без влияния горных работ. Последующее моделирование помогло установить причину этого явления – компрессионное оседание руды в результате ее осушения, что дает основание оценить опасность затопления рудника.

В постоянном движении

Научные изыскания в области сдвижения горных пород позволили решить специфическую проблему уральских городов – Краснотурьинска, Нижнего Тагила, Верхней Пышмы, Березовского, значительная часть которых находится в зонах влияния подземных разработок. В результате сохранено большое число жилых и общественных зданий, промышленных объектов, городской инфраструктуры. Одновременно с этим успешно вовлекаются в повторное хозяйственное использование ранее подработанные земли.

Фундаментальными исследованиями природы и закономерностей возникновения напряженно-деформированного состояния массива горных пород в естественных условиях и при техногенной деятельности выявлены два вида геодинамических движений – трендовые и цикличные с широким спектром частот. Под их влиянием массив горных пород, имеющий иерархически-блочную структуру, находится в постоянном движении. В граничных зонах этих блоков концентрация геодинамических движений и деформаций оказалась в 2–3 раза выше средневзвешенных значений, а во внутренних зонах их уровень, напротив, снижается до половины. Безопасность объектов, таким образом, зависит от их расположения относительно граничных зон.

Полученные результаты дали возможность по-новому подойти к обеспечению безопасности обширного спектра объектов недропользования, включая АЭС, ГЭС, магистральные нефтегазопроводы, скоростные магистрали и транспортные сооружения, коммуникации городской инфраструктуры, высотные здания и сложные конструктивные сооружения.

Институт выполнил технологический регламент к проекту «Технология отработки подкарьерных запасов трубки «Удачная» АК «Алроса» до отметки –580 м системами разработки с обрушением». Ученые обосновали безопасность применения систем с обрушением и доказали, что использование в качестве предохранительной подушки отбитой руды позволяет практически полностью исключить ее разубоживание.

Наука против оползней

С 2004 года сотрудники ИГД УрО РАН проводят систематические инструментальные наблюдения за процессом деформирования северо-западного борта Главного карьера Качканарского ГОКа (Свердловская область). По результатам измерений в трехмерном пространстве выявлено, что в прибортовом мас c иве различаются периоды гравитационного и тектонического деформирования, которые характеризуются разнонаправленными перемещениями отдельных участков массива. При этом генеральное смещение оползневой призмы происходит в направлении выработанного пространства карьера со среднесуточной скоростью 1–3 мм, которую можно считать фоновой. В отдельные периоды времени (чаще в мае–июне) наблюдается активизация деформационного процесса с возрастанием скоростей смещения массива до 20–35 мм и даже до 60 мм в сутки, которое не сопровождается обрушением борта или его участка.

Анализ возможных типов оползней на ограждающих дамбах хвостохранилища ОАО «Качканарский ГОК «Ванадий» (Свердловская область) показал, что при сохранении заложения низового откоса устойчивость дамб возрастает с наращиванием их высоты. Значит, единственным реальным сценарием гидродинамической аварии может быть только размыв дамб. Климатические условия Качканара исключают возможность промерзания фильтрующей части откосов по всей ее высоте, но даже полностью промерзший наслонный дренаж из щебня сохраняет свою фильтрующую способность. На основании этих выкладок был сделан вывод, что толщина наслонного дренажа должна составлять 0,4 метра, а не 3 метра, как было регламентировано проектом. Это позволило предприятию сэкономить около 760 миллионов рублей.

Комплексное участие геомехаников, инженерных геологов и гидрогеологов потребовалось при технической рекультивации карьера № 2 ОАО «Гайский ГОК» (Свердловская область) хвостами обогатительной фабрики. Карьер соединен с подземным рудником дренажным штреком, в котором была сооружена водонепроницаемая перемычка, исключающая возможность затопления рудника. Однако в ходе экспертизы промышленной безопасности возник ряд сомнений в надежности этих мер. ИГД УрО РАН разработан проект сооружения намывного противофильтрационного экрана на поверхности хвостов над кровлей штрека, рассмотрены возможные сценарии аварийных ситуаций и оценены их риски, а также подготовлен проект гидрогеомеханического мониторинга рекультивации карьера. В результате выполнения этих рекомендаций поступление воды из карьера в подземный рудник в обход перемычки прекратилось.

Точные причины аварий

За свою многолетнюю историю институт создал серьезный методический задел по безопасной эксплуатации карьерного транспорта, позволяющий давать исчерпывающую оценку причин аварий.

Например, 9 февраля 2007 года произошла авария в Центральном карьере рудоуправления ОАО «Ураласбест» (Свердловская область) на участке пути железнодорожного поста Карьерный», в результате которой погиб машинист-стажер. Независимая экспертиза, проведенная ИГД УрО РАН, показала, что основные технические причины аварии связаны с неэффективностью срабатывания тормозной системы поезда. Такие выводы сделаны на основе проведенных ранее экспериментальных исследований безопасных способов движения железнодорожных составов на отвалах.

Ежегодно институт выдает около 300 заключений экспертизы промышленной безопасности подвижного состава железнодорожного, автомобильного и конвейерного транспорта.

Для проведения испытаний и оценки технического состояния средств карьерного транспорта в институте разработаны и успешно применяются приборы экспериментального исследования и технического диагностирования карьерных автосамосвалов БТМК101/can, нагрузочные стенды для диагностики дизель-электрических автосамосвалов, приборы регистрации основных параметров карьерного железнодорожного транспорта.

Разработаны методы экспертизы промышленной безопасности технических устройств для приготовления ВВ и заряжания скважин и бурового оборудования с истекшим сроком эксплуатации.

Для обеспечения безопасности ведения буровзрывных работ разработаны и успешно применяются методики:

■ периодических испытаний ВВ, приготавливаемых на местах работ, на соответствие техническим условиям;

■ испытаний ВМ с истекшим гарантийным сроком хранения и выдачи заключения о возможности их использования;

■ исследования сейсмического воздействия взрывов на объекты, находящиеся вблизи мест ведения взрывных работ, с выдачей рекомендаций по параметрам БВР, обеспечивающих сейсмическую безопасность охраняемых зданий и сооружений.

Одно из перспективных направлений деятельности института – технологический и геомеханический аудит горного производства. Его теоретические основы и методика отработаны на предприятиях СУЭК, комбинате «Магнезит» и ряде других горных предприятий. В 2009 году работники института по просьбе ТОО «Корпорация «Казахмыс» выполнили геомеханический аудит всех рудников ПО «Жезказганцветмет» (Казахстан).

Результаты фундаментальных исследований, современное оборудование позволяют специалистам ИГД УрО РАН решать практически любые проблемы, поставленные производством. Совместная деятельность со специалистами горных предприятий нужна и сотрудникам института, ведь так рождаются новые направления горной науки.