Оценка технико-экономической эффективности применения мероприятий по безопасному ведению горных работ

- © А.А. Просветова, В.А. Носков,

С.В. Цирель, 2014

УДК 551.24; 338.14

А.А. Просветова, В.А. Носков, С.В. Цирель

ОЦЕНКА ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ МЕРОПРИЯТИЙ ПО БЕЗОПАСНОМУ ВЕДЕНИЮ ГОРНЫХ РАБОТ

Вопрос о технико-экономической эффективности профилактических мероприятий при ведении горных работ на сегодняшний день является наименее изученным разделом горной геодинамики. В статье проведена классификация возможных последствий горных ударов в зависимости от категории состояния горных выработок. Преддожена методика оценки экономического эффекта от применения геодинамического мониторинга и противоударных мероприятий. Применение разработанной методики позволит выбирать оптимальный уровень затрат на обеспечение геодинамической безопасности при повышении безопасности ведения горных работ. Ключевые слова: профилактические мероприятия, горные удары, геодинамические риски, технико-экономическое обоснование.

Актуальной проблемой освоения месторождений твердых полезных ископаемых является значительное увеличение глубины разработки, что ведет к существенному увеличению риска горных ударов. Проблема горных ударов детально рассмотрена многими учеными с геомеханических позиций [1-6]. Однако экономическая сторона эффективности применения профилактических мероприятий и прогноза горных ударов мало исследована, что приводит к затруднениям при планировании хозяйственной деятельности горнопромышленного предприятия в целом.

Выбор самой системы разработки и ее оптимальных параметров тесно связан с ограничениями по фактору горного давления, в том числе:

• порядок отработки;

• размеры и расположение выработок;

• выбор типа крепи;

• управление покрывающими породами;

• разгрузка массива от высоких напряжений.

Тем не менее, рациональный выбор системы разработки и основных параметров является лишь необходимым, но не достаточным условием обеспечения геодинамической безопасности. Необходимы также профилактические мероприятия, базирующиеся на региональных и локальных оценках и прогнозах развития геомеханических ситуаций. Оценки состояния массива и прогнозы риска геодинамических явлений базируются на использования различных методов геодинамического мониторинга.

Вопрос экономической эффективности применения инструментально -методических средств геодинамического мониторинга и прогноза состояния массива следует рассматривать в двух основных направлениях.

Первое направление заключается в непосредственной оценке экономической эффективности применения профилактических мероприятий. Оценку экономической эффективности в данном случае следует осуществлять затратно-сравнительным способом, т.е. суммировать все потенциально возможные затраты, связанные с

ущербом от горного удара и сравнить их с затратами, направленными на его предотвращение:

Э

ппм

= (Рг0 - Рт.) • 3Лп -

В общем случае эта составляющая экономического эффекта оценивается по формуле:

где ЭППМ - экономическая эффективность прогноза и применения профилактических мероприятий по борьбе с горными ударами, руб.; Рг0 - вероятность наступления горного удара без проведения профилактических мероприятий; Рг1 - вероятность наступления горного удара после проведения профилактических мероприятий; 3ЛП - затраты на ликвидацию последствий от наступления горного удара, руб.; 3ПСС - затраты, связанные с ведением мониторинга и составлением прогноза наступления горного удара, руб.; 3ПМ - затраты на проведение профилактических мероприятий.

Второе направление оценки эффекта геодинамического и профилактических мероприятий заключается в оценке эффектов, связанных с возможностями снижения стоимости ведения горных работ в случае увеличения количества применения профилактических мероприятий или улучшении существующих средств геодинамического мониторинга и прогноза состояния массива. Например:

• количества объемов проходки горных выработок и затрат на их крепление;

• снижение удельного расхода взрывчатого вещества;

• уменьшение длительности простоев и др.

Дополнительный (и зачастую немалый) эффект может быть получен за счет создания возможностей отработки тех участков залежи, которые без проведения противоударных мероприятий не могли бы быть отработаны.

ЭДЭ = А3дпм 3дпм

где ЭДЭ - экономическая эффективность применения дополнительных профилактических мероприятий по борьбе с горными ударами, руб.; ДЗДПМ - снижение затрат на ведение горных работ в результате применения дополнительных профилактических мероприятий, руб.:

А3дпм = 3ГР1 - 3ГР2

где 3ГР1, 3ГР2 - затраты на ведение горных работ до применения дополнительных профилактических мероприятий, руб.

Любые экономические расчеты, как затраты, так и последствия проявления динамических явлений, учитывая варианты наступления геодинамического события, должны определяться с учетом геодинамического риска - см. формулу (1). Но и наоборот, нахождение самой вероятности оказывает непосредственное влияние на точность технико-экономических расчетов.

Технико-экономическое обоснование мероприятий по борьбе с горными ударами и проведение прогнозов осуществляется в следующем порядке [6]:

• определяются затраты на прогноз горного удара (прежде всего, затраты на ведение регионального и локального геодинамического мониторинга);

• определяются затраты на реализацию способа предотвращения горного удара;

• определяются возможные затраты на ликвидацию последствий горного удара;

• рассчитывается экономический результат и эффект от проведения мероприятий в очистных и подготовительных забоях (формулы 1 и 2);

Таблица 1

Способы борьбы с горными ударами

№ п/п Вид работ Вид прогноза Способ предотвращения горного удара

1 Планирование отработки (блока, этажа, горизонта) Региональный прогноз Выбор порядка и параметров отработки

2 Подготовительные работы Региональный прогноз Локальный прогноз. Камуфлетное взрывание Бурение разгрузочных скважин Гидрообработка, гидроразрыв

3 Очистные работы Региональный прогноз Локальный прогноз Временная остановка горных работ (отстаивание опасного участка) Камуфлетное взрывание Бурение разгрузочных скважин

• определяется коммерческая и бюджетная эффективность способов борьбы с горными ударами и прогнозов удароопасности горного массива.

Для более лучшего понимания распределения затрат и выявления возможных дополнительных эффектов от прогнозирования и предотвращения горных ударов, необходимо произвести группировку способов борьбы с горными ударами от стадии ведения работ (табл. 1).

Для проведения сравнительного анализа между затратами на проведение профилактических мероприятий и возможным ущербом от горного удара при ведении очистных работ необходимо типизировать возможные последствия горного удара. Для типизации за основу была взята классификация категорий состояния горных выработок предложенная в указаниях по безопасному ведению горных работ на месторождениях, склонных и опасных по горным ударам. Далее при тщательной фиксации всех событий и определении затрат на ликвидацию последствий горных ударов стоит дополнить или изменить принятую классификацию (табл. 2).

После проведения всех расчетов, необходимо дать рекомендации для принятия решения о применении

профилактических мер с целью предотвращения горного удара.

Если ЭППМ >0, то мероприятия по борьбе с горными ударами должны быть выполнены. Если Э„„.. < 0,

ППМ

то необходимость проведения мероприятий определяется уровнем риска причинения вреда работникам горного предприятия. Если уровень риска не превосходит допустимый, то проведение мероприятий должно быть сокращено или вовсе отменено. Если же проведение мероприятий экономически не оправдано, но уровень риска для работников шахты (рудника) превосходит допустимый, то выбор стоит между проведением мероприятий и списанием запасов и всех уже произведенных затрат для их выемки.

При технико-экономическом сравнении и выборе мероприятий следует исходить из того, чтобы затраты на прогноз и проведение мероприятий по борьбе с горными ударами 3ПСС, 3ПМ, расходы на ликвидацию последствий горных ударов 3ЛП, срок окупаемости ТМ были минимальными, а значение экономического эффекта ЭППМ и надежность мероприятия НМ максимальными, то есть [6];

1 1 Т

^псс ^пм 1 м

^ППМ Нм

^ тах

Таблица 2

Классификация возможных последствий горных ударов в зависимости от категории состояния горных выработок

Категории состояния выработок Формы проявления горного давления Последствия после горного удара Затраты на прогноз и проведение профилактических мероприятий Расчет ущерба после горного удара

А Выработка сохраняет устойчивость (разрушения и отслоения не наблюдаются) Последствий нет з = Зпсс + Зпм злп = о

Б Вывалы по трещинам 1) Легкая степень травмирования людей; 2) Незначительные повреждения техники з = Зпсс + Зпм Злп = ЗтЕХ + ЗцЕЛ

В Постепенное хрупкое разрушение пород на контуре в виде шелушения, незначительного динамического заколообразования и плитчатого расслоения пород, отслоения по трещинам 1) Легкая степень травмирования людей; 2) Незначительные повреждения техники з = Зпсс + Зпм ЗлП = ЗтЕХ + ЗЦЕЛ

Г Интенсивное шелушение, динамическое заколообразование 1) Средняя степень травмирования людей; 2) Значительные повреждения техники; 3) Перекрепление горных выработок з = Зпсс + Зпм ЗлП = ЗтЕХ + Зв + ЗЧЕ/] + +3Р + Зпр + Зпи

Д или «опасно» Стреляние и интенсивное динамическое заколообразование, возможны микроудары и горные удары 1) Тяжелая степень травмирования людей; 2) Техника непригодна к дальнейшему использованию; 3) Перекрепление горных выработок; 4) Проходка дополнительных горных выработок з = Зпсс + Зпм ЗлП = ЗтЕХ + Зпв + Зв + +ЗЦЕЛ +зр+ Зпр + Зпи

где 3ТЕХ - затраты на ремонт поврежденной техники в результате горного удара, руб.; Зпв - затраты на проходку дополнительных горных выработок после горного удара, руб.; Зв - затраты на восстановление горных выработок после горного удара, руб.; 3ЧЕЛ - затраты, связанные с травмированием персонала в результате наступления горного удара, руб.; Зр - затраты на расследование обстоятельств возникновения и развития горного удара, руб.; Зпр - затраты, связанные с перерывом ведения горных работ из-за горного удара, руб.; Зпы - затраты, связанные с потерей (или списанием) полезного ископаемого из-за горного удара, руб.

Тем не менее, при решении вопроса о методах отработки зон повышенного геодинамического риска на стадии подхода горных работ к опасной зоне экономические параметры отходят на второй план, и основным критерием выступает обеспечение безопасности работников шахты при сохранении ритма добычи.

Анализ результатов производственной деятельности службы по геодинамической безопасности показывает, что безопасная работа при резком повышении добычи возможна при планомерном внедрении противоударных мероприятий на всех стадиях производства:

• проектирование новых горизонтов рудников, обеспечивая минимальную удароопасность пород (обеспечивая минимальное количество удароо-пасных участков массива);

• разработка и выполнение противоударных мероприятий при строительстве горизонтов с учетом изменения геодинамического состояния массива на всех этапах производства;

• проектирование отработки очистных блоков с учетом фактического геодинамического состояния участков месторождения;

• отслеживание геомеханическими и геофизическими методами изменений напряженно-деформированного состояния массива и корректировка раннее принятых проектных решений в случае возникновения отклонений.

Такой порядок производства работ позволит на каждой стадии исключать неэффективные решения, последствия которых на следующих стадиях развития горных работ трудно, а зачастую - невозможно устранить.

Таким образом, более точное определение геодинамического состояния массива и прогнозирование состояния массива одновременно позволило бы решить ряд технических, экономических, социальных и научных задач, увеличить добычу минерального сырья и повысить рентабельность предприятия.

1. Прогноз и предотвращение горных ударов на рудниках / Под ред. И.М. Пету-хова, А.И. Ильина, К.Н. Трубецкого. - М.: Издательство АГН, 1997. - 376 с.: илл.

2. РД 05-328-99. Инструкция по безопасному ведению горных работ на шахтах, разрабатывающих угольные пласты, склонные к горным ударам. - М.: Ростехнадзор, 2004.

3. РД 06-329-99. Инструкция по безопасному ведению горных работ на рудных и нерудных месторождениях, объектах строительства подземных сооружений, склонных

_ СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

и опасных по горным ударам. - М.: Ростех-надзор, 2004.

4. Положение по безопасному ведению горных работ на месторождениях, склонных и опасных по горным ударам. - М.: Ростех-надзор, 2013.

5. Шабаров А.Н., Дупак Ю.Н., Бату-гин А. С. Тектонически напряженные и разгруженные зоны в горном массиве // Уголь. - 1994. - № 7. - С. 28-30.

6. Методические указания по прогнозу удароопасных рудных и нерудных месторождений. - Л.: ВНИМИ, 1987. - 55 с. ЕШ

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ_

Просветова Анастасия Александровна - аспирант, e-mail: Stasia_89@list.ru, Носков Владимир Александрович - кандидат экономических наук, e-mail: VAnoskov@yandex.ru,

Цирель Сергей Вадимович - доктор технических наук, e-mail: tsirel58@mail.ru, Национальный минерально-сырьевой университет «Горный».

UDC 551.24; 338.14

EVALUATION OF TECHNICAL AND ECONOMIC EFFICIENCY OF MEASURES FOR SAFE MINING OPERATIONS

Prosvetova A.A., Graduate Student, e-mail: Stasia_89@list.ru,

Noskov V.A., Candidate of Economical Sciences, e-mail: VAnoskov@yandex.ru,

TsireI S.V., Doctor of Technical Sciences, e-mail: tsirel58@mail.ru,

National Mineral Resource University «University of Mines».

Question of technical and economic efficiency of preventive measures during mining is by far the most popular part of the research at all stages of field development. The article presents the classification of the possible consequences of rock bursts, depending on the category of mine roadway. Adopted the methods of selecting the order of works will minimize costs and increase the safety of mining operations.

Key words: preventive measures, rock bump, geodynamic risks, feasibility study.

REFERENCES

1. Prognoz i predotvrashchenie gornykh udarov na rudnikakh. Pod red. I.M. Petukhova, A.I. Il'ina, K.N. Trubetskogo (Forecast and prevention of rock bursts in mines. Petukhov I.M., 1l A.l.'in, Trubetskoy K.N. (Eds.)), Moscow, Izdatel'stvo AGN, 1997, 376 p.

2. RD 05-328-99. Instruktsiya po bezopasnomu vedeniyu gornykh rabot na shakhtakh, razrabatyvayush-chikh ugol'nye plasty, sklonnye k gornym udaram (Pfl 05-328-99. Manual on safe underground mining of rockburst-hazardous coal beds), Moscow, Rostekhnadzor, 2004.

3. RD 06-329-99. Instruktsiya po bezopasnomu vedeniyu gornykh rabot na rudnykh i nerudnykh mestorozhdeniyakh, ob"ektakh stroitel'stva podzemnykh sooruzhenii, sklonnykh i opasnykh po gornym udaram (Pfl 06-329-99. Manual on safety of metallic and nonmetallic mineral mining and underground construction under conditions of rockburst hazard), Moscow, Rostekhnadzor, 2004.

4. Polozhenie po bezopasnomu vedeniyu gornykh rabot na mestorozhdeniyakh, sklonnykh i opasnykh po gornym udaram (Safety regulations for mining in rockburst-hazardous conditions), Moscow, Rostekhnadzor, 2013.

5. Shabarov A.N., Dupak Yu.N., Batugin A.S. Ugol', 1994, no 7, pp. 28-30.

6. Metodicheskie ukazaniya po prognozu udaroopasnykh rudnykh i nerudnykh mestorozhdenii (Instructional guidelines on rockburst hazard prediction at metallic and nonmetallic mineral deposits), Leningrad, VN1M1, 1987, 55 p.