Осноные направления повышения безопасности разработки рудных месторождений на больших глубинах

ние эффективных продаж и поставок ресурсов».

Основные показатели подсис-темыг.

1. Прогноз показателей спроса.

2.Объем продаж.

3. Цена продукции.

4. Запасы.

5. Параметры дебиторской и кредиторской задолженности.

Основные показатели каждой из отдельной подсистемы образует единую систему показателей управления инвестиционным процессом угольной компании.

Декомпозиция угольной компании позволяет рассматривать управление развитием как определение взаимоувязанных траекторий его основных подсистем с последующим «удержанием» показателей подсистем на заданных траекториях путем регулирования на основе анализа результатов реализации конкретных инвестиционных проектов.

Таким образом, корпоративное управление инвестиционным процессом обусловлено целями, которые ставит перед собой компания. Для обеспечения устойчивого развития компания должна строить свою инвестиционную политику на принципах дифференциации нормы прибыли по категориям проектов.

Основными чертами крупных Российских компаний являются:

• высокая капиталоемкость активов;

• вертикальная интеграция;

• значительная зависимости рабочей силы от руководства;

• жесткая очерченность границ компании, прежде всего ее материальными активами.

Современная угольная компания представляет собой производственный агломерат, построенный по принципу холдинга с учетом законченного технологического цикла, включая комплекс угледобывающих, технологических, а также вспомогательных и обслуживающих предприятий. Основные доходы, а соответственно и основные затраты компании формируются угледобывающими предприятиями, которые характеризуются производственно-техническим единством, определенной административноэкономической самостоятельностью и наличием запасов полезного ископаемого, горных выработок, производственных зданий и сооружений, персонала, оборудования, материальных и финансовых ресурсов.

Если учесть, что важнейшим инструментом реализации стратегических задач развития ком-

пании, обеспечивающий финансово-ресурсную основу их осуществления, является проводимая инвестиционная политика, то управление инвестиционным процессом есть движитель для умелого управления этим инструментом. Поэтому, внедрение, определение и отслеживание параметров показателей системы управления инвестиционным процессом обеспечивает динамичное и конкурентоспособное развитие угольной компании.

Выводы

1. Основными подсистема-

ми, с точки зрения управления инвестиционным процессом

угольной компании, являются производственно-техническая, финансово-экономическая и снабженческо-сбытовая.

2. Каждая подсистема характеризуется целевой функцией и набором показателями, образующих единую систему управления инвестиционным процессом.

3. Управление инвестиционным процессом угольной компании может рассматриваться как взаимоувязанное определение траекторий основных показателей подсистем, с последующим их регулированием в ходе реализации инвестиционной программы развития компании.

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ

Цукерман А.И. - инженер, ЗАО УК «Южкузбассуголь», г. Новокузнецк.

УЛК 658.152

© И.И. Айнбинлер, О.В. Овчаренко, В.В. Аршавский, 2002

И.И. Айнбинлер, О.В. Овчаренко, В.В. Аршавский

ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ПОВЫШЕНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ РАЗРАБОТКИ РУАНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ НА БОЛЬШИХ ГЛУБИНАХ

С

овременный период развития подземного способа разработки месторождений полезных

ископаемых характеризуется переходом горных работ на большие глубины (более 500-700 м),

где комплекс проблем обеспечения безопасности ведения горных работ неразрывно связан с вопросами управления горным давлением и удароопасностью массивов горных пород, что определяет выбор основных технических решений при добыче руд.

В последние годы при разработке рудных месторождений наблюдается стабильное снижение числа случаев динамических проявлений горного давления, особенно в наиболее опасной его форме - в виде горного удара. Так, на глубоких рудниках Но-

Рис. 1. Распределение по годам числа динамических проявлений горного давления в разделительном массиве РМ-1

рильского района число динамических проявлений горного давления снизилось с 1975 г. в 2-3 раза, а горных ударов практически не было с 1996 г. На рис. 1 показано подтверждающее эту тенденцию

распределение по годам __________

числа динамических проявлений горного давления на восточном фланге Шахты 2 рудника «Октябрьский» в разделительном массиве РМ-1.

В целом по России в горнорудной промышленности в 19972001 гг. крупных горных ударов не зафиксировано. Это следствие планомерной работы исследователей и производственников, в результате которой практически на каждом месторождении, склонном к горным ударам, выявлена потенциальная ударо-опасность руд и пород, проведена оценка напряженного состояния конструктивных элементов систем разработки и определен комплекс мер по контролю за проявлениями горного давления с учетом исходного напряженного состояния массива, порядка и последовательности развития работ, выбранного способа управления горным давлением.

Однако закономерное ужесточение требований к способам ведения горных работ, службам контроля за удароопасностью массива стали существенно влиять на технико-экономические показатели добычи. Более того, нерациональное применение всего комплекса технических мероприятий, позволяющих снизить риск возникновения горных ударов, может привести к экономической нецелесообразности разработки, особенно относительно бедных руд.

Рис. 2. План развития горных работ в поле рудника «Октябрьский» и на западном фланге рудника «Таймырский»

В ряде случаев потребовалось принципиальным образом изменить конструкции систем разработки и способы управления горным давлением. Например, на Северо-Уральских бокситовых рудниках, где в последние годы наблюдалось наибольшее число горных ударов, до последнего времени применялась производительная и относительно экономичная камерно-столбовая система разработки, которая, к сожалению, несет в себе потенциальную опасность возникновения горных ударов.

На глубинах до 600-700 м при применении специальных способов разработки зона повышенного опорного давления перемещалась на 10-15 м вглубь массива, тем самым создавались относительно благоприятные условия для очистной выемки, и удавалось на определенных стадиях избежать горных ударов. Но ситуация осложнялась при подходе к крупным тектоническим нарушениям, где формирующиеся при выемке зоны повышенных напряжений накладываются на уже существующие зоны повышенных напряжений исходного поля, связанные с нарушением.

В таких условиях часто происходили горные удары, в том числе в целиках, расположенных в выработанном заложенном пространстве, например, известный случай на шахте 15-15 бис при ведении очистных работ по обе стороны от крупного тектонического нарушения. Аналогичная ситуация имела место на Канадских рудниках, разрабатывающих глубокие залежи медноникелевых руд в районе Садбери.

Как показывает практика, большинство горных ударов при камерно-целиковой выемке руды с закладкой выработанного пространства происходит вблизи тектонических нарушений.

Однако, как показал опыт работы рудников Норильского ГМК, использование специальных технологических приемов позволяет обеспечить безопасность ведения

горных работ даже в тектонически нарушенных массивах сложного строения.

На рис. 2 показаны условия разработки разделительных массивов, сформированных на границах шахтных полей: РМ-1 -между шахтами 1 и 2 рудника «Октябрьский» и РМ-2 - между шахтой 2 рудника «Октябрьский» и западным флангом шахты 1 рудника «Таймырский».

Эти рудники разделяет крупное тектоническое нарушение -Горный сброс, имеющий угол падения 60-65° на восток, амплитуду смещения до 70 м и ширину -до 10 м. Работы здесь ведутся встречными фронтами до Горного сброса, с опережающей отработкой запасов в поле рудника «Таймырский».

При отработке массива РМ-2 снижение числа случаев динамического проявления горного давления обусловлено применением сплошной выемки руды с закладкой выработанного пространства твердеющими смесями, а также использованием методов активного воздействия на массив -созданием искусственной податливости путем бурения разгрузочных скважин в наиболее опасных зонах.

В рудном массиве РМ-1 динамические проявления горного давления (шелушение, стреляние, отслоения и обрушения пород из кровли и боков пород, глухие удары в массиве) зафиксированы в основном в припочвенной части рудного тела, в массиве и выработках вблизи меридиональных и широтных фронтов, т.е. в зоне максимума опорного давления, и приурочены к тектоническим нарушениям различных порядков.

Как видно из диаграммы (рис. 1), число случаев динамических проявления в 1999 г. резко возросло (84 случая) по сравнению с 1998 г. (54 случая) и превысило уровни всех предыдущих и последующих лет. При этом наблюдалось увеличение числа сейсмособытий с энергией более 1000 Дж, а в 37 случаях энергия превышала 2000 Дж.

Это объясняется формированием единой мульды сдвижения между шахтами 1 и 2, вследствие

достижения пролетом подработки 240 м (при широтной разрезке с учетом фронта разгрузки) при критическом пролете 80 м, достигнутом еще в 1993 г., а также большой тектонической нарушен-ностью массива и предполагаемой подвижкой центрального структурно- тектонического блока.

С учетом сложившейся геоме-ханической ситуации, было принято целесообразным до достижения разделительным массивом РМ-1 ширины 80 м отрабатывать его запасы существующими широтными и меридиональными фронтами. Установлено рациональное по фактору горного давления соотношение скоростей подвигания меридиональных и широтных фронтов. Исходя из технологических возможностей, принята уступная форма подвигания меридиональных фронтов с опережением панелей, примыкающих к широтным фронтам, что снижает нагрузки на участках сопряжений взаимно перпендикулярных фронтов отработки.

Для формирования защищенной зоны в РМ-1 и региональной разгрузки рудных массивов РМ-1 и РМ-2 предусмотрено бурение разгрузочных скважин по кровле или почве рудного тела.

В результате принятых мер число проявлений признаков удароопасности в разделительных массивах в 2001 г. сохранилось примерно на уровне 1997-1998 гг. Проявлений 1 и 2 категории удароопасности не было.

Отмеченная взаимосвязь возрастания числа "крупных" сейсмособытий над рудным и закладочным массивами с ежегодным ростом объемов профилактических мероприятий и соответствующим увеличением площадей, подрабатываемых разгрузочными скважинами, в результате чего в движение приходят значительные объемы вмещающих пород, свидетельствует о посадке подработанных пород на закладку, что способствует уменьшению нагрузок на разделительные массивы.

Проявление "крупных" сейсмособытий - тенденция положительная, означающая, что значительная часть потенциальной

энергии упругого сжатия расходуется на взаимные перемещения тектонических блоков. Этим исключается вероятность крупномасштабного накопления энергии и ее высвобождения в динамической форме.

Таким образом, превентивное инициирование сейсмических событий в сочетании с мерами по локализации опасных напряжений и проведением в этих зонах специальных мероприятий по разгрузке снижает уровень действующих напряжений до безопасных значений, что позволяет уменьшить параметры временных разделительных массивов (ширину целиков до 80-100 м вместо 200 м по проекту) без изменения общего направления фронта горных работ.

Интересен опыт и других регионов, где, существенно не изменяя технологию ведения горных работ, применяют технические решения, сводящие к минимуму риск возникновения крупных горных ударов при постоянном инициировании сейсмических событий меньшей разрушающей силы.

Так, на руднике «Таштагол» после известных событий 1985 г., когда произошло два крупных горных удара, был разработан и проведен комплекс мероприятий (разгрузка массива с помощью отрезных щелей эллиптической формы, специальные способы подрезки блоков и взрывания, применение определенных последовательности и порядка выемки запасов), в результате чего крупных горных ударов не наблюдалось с 1987 г.

Несомненно, технология,

применяемая для выемки богатых руд Норильского района с использованием твердеющей закладки прочностью 4-8 МПа, достаточно дорога, а комплекс дополнительных мероприятий по приданию массиву искусственной податливости с целью предотвращения горных ударов существенно влияет на экономические показатели отработки.

Один из способов придания искусственной податливости массиву вокруг подготовительных и капитальных выработок и вокруг очистных забоев - это

Рис. 3. Структура затрат на добычу 1 т руды на руднике “Таймырский”

Рис. 4. Структура затрат на предотвращение горных ударов на руднике “Таймырский”:

1 - сооружение перекрытия в кровле рудного тела; 2 - бурение разгрузочных шпуров станками СБУ: 3 - бурение разгрузочных скважин станками ЦММ-2; 4- содержание сейсмостанции “Норильск”; 5 - содержание УППГУ; 6 - научно-исследова-тельские работы; 7 - перекрепление выработок торкрет-бетоном; 8 -перекрепление выработок комбинированной крепью; 9 - усиленное комбинированное крепление горных выработок

бурение скважин и шпуров различного диаметра глубиной до 20 м специально закупленными для этих целей станками вращательного бурения типа ЦММ-2. Объем бурения только в 2001 г. составил около 45 км.

Структура затрат на добычу руды на Норильском ГМК и на предотвращение горных ударов показана на рис. 3. Отметим, что в затратах на предотвращение горных ударов более 25% приходится на бурение разгрузочных скважин и шпуров, что сопоставимо с затратами на сооружение перекрытия в кровле рудного тела (31 %) и на усиленное комбинированное крепление горных выработок (рис. 4). В зонах, где повышенные напряжения близки к предельным и массив отнесен к I категории удароопасности, в соответствии с Инструкцией по безопасному ведению горных работ, применяется второй способ придания массиву искусственной податливости - ка-муфлетное взрывание.

Применение такой технологии, например, на СУБРе, потребовало бы столь значительных дополнительных капитальных вложений в строительство закладочных комплексов, приобретения материалов и соответствующего оборудования для производства работ по разгрузке массива, что разработка месторождений стала бы не-

рентабельной. Не случайно ставится вопрос о разведке и эксплуатации месторождений сырья для алюминиевой промышленности в других регионах, близких к Уралу.

Следует отметить, что применяемая в Норильске сплошная слоевая система разработки постоянно совершенствуется с целью уменьшения затрат на дополнительные мероприятия по обеспечению безопасности выемки. В вариантах систем разработки, предложенных ИПКОН РАН успешно внедренных на ряде крупных глубоких рудников, повышение безопасности и эффективности работ достигается выбором таких порядков и последовательности выемки запасов, при которых удается локализовать зоны возникновения опасных напряжений, разгрузив большую часть отрабатываемого массива. При этом исчезает необходимость проведения противоударных мероприятий по всему шахтному полю, что существенно снижает затраты. Такие возможности предоставляет применение клинообразной выемки как по падению, так и простиранию залежи (рис. 5) [2]. В практике ведения горных работ на удароопасных месторождениях клинообразная выемка применялась на рудниках ЮАР и Индии.

В России клинообразная выемка впервые испытана в широких масштабах на руднике «Таймырский» НГМК. При применении этой технологии удалось существенно снизить уровень напряжений, в том числе и при стыковке фронтов очистной выемки по простиранию и восстанию. Данной техно-

логией уже добыто порядка 10 млн т руды при производительности панели, в 1,2-1,5 раза превышающей среднюю производительность отработки. При этом испытаны следующие варианты системы разработки:

• с оставлением временного панельного целика (гор.-1050 м) и без него (гор.-1100 м);

• технология очистной выемки слоями снизу вверх с предварительной надработкой кровли и без нее;

• методы стыковки фронтов очистной выемки при одновременной отработке смежных панелей по простиранию и восстанию залежи, а также при отработке на заложенное выработанное пространство.

Перспективы дальнейшего внедрения этой технологии связаны с развитием работ на рудниках "Таймырский" (гор.-1400 м) и "Скалистый"

Все проявления горных ударов сказываются, в основном, на состоянии горных выработок, по чему и судят о силе горного удара и его последствиях.

Например, сильное разрушение крепи капитальных выработок наблюдалось на руднике Таштагол. Аналогичные разрушения (деформация арочной крепи, излом бетонной и деревянной затяжки, пучение почвы) наблюдались и на руднике «Октябрьский» НГМК.

Анализ результатов обследования состояния крепи выработок вентиляционно-закладочного (800м) и откаточного (-906 м) горизонтов в центральной и восточной части разделительного массива РМ-1 показал, что наиболее интенсивное разрушение крепи, деформирование штреков до эллипсовидной формы наблюдается на участках наложения зон опорного давления от широтных и меридиональных фронтов, а также в выра-

ботках, расположенных в зонах сильной тектонической нарушен-ности и находящихся на расстояниях 30-60 м от зоны очистных работ. Это свидетельствует о том, что деформации рудного и породного массивов здесь носят незатухающий характер.

Представляет интерес опыт крепления капитальных выработок на удароопасных рудниках Канады [3], показывающий, что если при больших статических нагрузках усиление крепи является достаточной мерой для предотвращения разрушения крепи и пород в окрестности выработки, то при динамических нагрузках изменяются требования к крепи и, соответственно, ее конструкция. Здесь монолитная бетонная крепь становится неэффективной, поскольку при динамических нагрузках и при возможности больших смещений крепь должна обладать достаточной податливостью, допускать значительные смещения как для сохранения связи между отдельными ее элементами, так и для диссипации энергии и управления процессом обрушения для обеспечения устойчивости выработок.

1. Айнбиндер И.И, Овчаренко О.В, Аршавский В.В. Способы управления горным давлением и обоснование технических решений, обеспечивающих безопасность выемки обширных пологих залежей на

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ

Таким образом, желательные характеристики крепления зависят от его функции - для предотвращения разрушения требуется жесткое крепление с высоким сопротивлением; для предотвращения осыпания и вывалов ослабленных пород необходима предварительная нагрузка крепления, наконец, при опасности высоких динамических нагрузок требуется достаточная податливость системы, позволяющая предотвратить катастрофические последствия горного удара («пережить удар»).

Соответственно, варьируются и отдельные элементы системы крепления и их сочетания. Так, укрепление породы для предотвращения ее разрушения осуществляется штангам с заполнением шпура бетоном или синтетическими смолами. Для сохранения связи между отдельными элементами при условии больших смещений между анкерами применяются специальные скользящие механизмы или податливые упругие материалы, увеличивающие податливость крепи в целом. Для предотвращения обрушения породы в выработки применяется сетка либо усиленный сеткой бетон. Соединение элементов

больших глубинах// Горный вестник -1995.- N 4. - С.39-44.

2. Развитие интенсивных методов добычи руд на больших глуби-нах//Н.Ф. Замесов, И.И. Айнбиндер, Л.И. Бурцев и др. - М.: ИПКОН АН

Рис. 5. Схема сплошной клинообразной выемки руды по восстанию залежи с образованием временных разделительных целиков и отработкой запасов слоями в воходящем порядке: отрабатываемый участок; 2,3 - транспортный и вентиляционный уклоны; 4 - рудоспуск; 5- вентиляционный восстающий; 6 - очистные выработки; 7 - очистные ленты; 8 - слои; 9, 10, 11, 12 - слоевой,

разрезной, вентиляционно-сборочный и вентиляционный штреки; 13 - выработки перекрытия; 14 - граница панелей. крепления (это часто самые слабые звенья в системе крепления) осуществляется прочными пластинами.

Как показал анализ мировой практики, основные виды крепи на зарубежных рудниках - анкерная и комбинированная (до 85%), позволяющие надежно поддерживать выработки как в крепких, так и слабых породах, при высокой скорости проходки, малой материалоемкости и трудоемкости, снижении объемов горнопроходческих работ по сравнению с арочной крепью.

Таким образом, анализируя имеющийся опыт отработки глубоких рудных месторождений, можно определить основные перспективные направления повышения безопасности разработки -это, во-первых, выбор таких технологических схем выемки, при которых безопасность работ на большей части шахтного поля обеспечивается заведомо малым уровнем действующих нагрузок, а места повышенных напряжений локализованы и именно в них проводятся специальные мероприятия по разгрузке. Во-вторых, усиление защиты выработок от обрушения горной массы, что позволит снизить риск горных ударов, охватывающих обширные площади. И, наконец, превентивное инициирование сейсмических событий с целью разгрузки горного массива.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

СССР.- 1990.

3. Kaiser P.K, McCreath D.R., Tannant D.D. Canadian Rockburst Support Handbook. - Geomechanics Research Centre. -1996.

Айнбиндер Игорь Израилевич - доктор технических наук, ведущий научный сотрудник ИПКОН РАН.

Овчаренко Оксана Васильевна - кандидат технических наук, старший научный сотрудник ИПКОН РАН. Аршавский Владимир Владимирович - кандидат технических наук, директор ГМОИЦ НГМК.