Перейти к основному содержанию

Можно ли сэкономить на безопасности при ведении горных работ

шахта
© ugold.ru

Уральское управление Ростехнадзора завершило расследование смертельного несчастного случая, который произошёл в минувшем ноябре в шахте «Центральная» компании «Южуралзолото». Тогда при ведении буровых работ в результате обрушения горной породы погиб 28-летний проходчик.

Как сообщила пресс-служба ведомства, причинами трагедии стали «нарушение требований инструкции по безопасности и охране труда», а также «несовершенство технологии способа крепления». То есть ошибки, допущенные при возведении в выработке конструкции, защищающей людей от падения на них каменных глыб.

Аналогичные случаи, которые ведут к смертям или травмам шахтёров, а чаще не приводят ни к каким печальным последствиям и остаются практически незамеченными, происходят довольно-таки регулярно. Встречаются и обратные ситуации, когда руководство горнорудных корпораций перестраховывается и возводит чрезмерно стойкие и дорогие крепи. Это, конечно, минимизирует вероятность обрушения кровли, но ведёт к дополнительным капиталовложениям, увеличению себестоимости продукции и, как следствие, снижению конкурентоспособности бизнеса.

А существуют ли способы найти «золотую середину»? И, с одной стороны, гарантировать (насколько это возможно) устойчивость подземных объектов, а, с другой, - избежать чрезмерных финансовых затрат на возведение крепей, предотвращающих обрушение горных пород? Для профильных предприятий ответ на этот вопрос, особенно - в периоды экономических спадов и низких цен на сырьё, как, например, во время локдауна 2019 года, не просто актуален, а стратегически важен.

шахта
© riotinto.com

Этим направлением исследований традиционно занимаются учёные Научного центра геомеханики Санкт-Петербургского горного университета. Аналитические данные, полученные его специалистами в ходе натурных и лабораторных изысканий, а также благодаря созданию цифровых двойников, позволяют им эффективно определять зоны возможного обрушения на подземных рудных месторождениях, достоверно прогнозировать развитие геомеханических процессов в пластах и, как следствие, рассчитывать нагрузки на крепь применительно к конкретным геологическим условиям. В итоге предприятия-партнёры вуза получают оптимальные решения, некоторые из которых даже внедряются в их нормативную документацию.

«Сегодня мы наблюдаем явную тенденцию к интенсификации производственных процессов. Спрос на сырье растёт. В связи с этим увеличиваются объёмы добычи, глубина и масштабы рудников, изменяется напряжённое состояние массивов пород, меняется степень структурной нарушенности, то есть горно-геологические условия постепенно усложняются. Всё это ведёт к необходимости пересмотра и дополнения существующих подходов к оценке развития геомеханических процессов в приконтурном массиве. То есть на участках, которые оказываются в зоне техногенного воздействия, в связи с чем меняется их естественное поле напряжений», - говорит аспирантка Горного университета Мария Вильнер.

Она также уточняет, что подземный рудник представляет собой вовсе не коридор, который строится из точки «А» в точку «В», а разветвлённую систему взаимно пересекающихся выработок, аналогичную улично-дорожной сети. Согласно исследованиям, до 40 % от общего числа обрушений происходит именно при рассечке сопряжений, то есть при пересечении тоннелей друг с другом, или их перекреплении. Тем не менее, определение нагрузок на крепь на таких участках в соответствии с существующей нормативной базой выполняется по методике, принятой для одиночных выработок.

Мария Вильнер
© Форпост Северо-Запад

«На пересечениях горных выработок прогноз напряжённо- деформированного состояния приконтурного массива осложняется их пространственной геометрией, а также наложением зон их влияния. Именно поэтому необходимо предложить новый подход к оценке устойчивости сопряжений, основанный на представлении массива в виде дискретной среды, где процесс деформирования и обрушения пород прогнозируется в рамках единой расчётной модели», - поясняет Мария Вильнер.

Своё исследование аспирантка выполняет в соавторстве с коллегами из Научного центра геомеханики, а также кафедры строительства горных предприятий и подземных сооружений Санкт-Петербургского горного университета. В его рамках она выявила новые закономерности, определяющие связь между напряжённым состоянием массива, его структурной нарушенностью и интенсивностью развития негативных процессов при строительстве сопряжений горных выработок. На основании полученных данных было выполнено обоснование поправочных коэффициентов, учитывающих такие факторы, как параметры трещиноватости, конфигурация сопряжения, угол между пересекающимися тоннелями и ряд других.

«Форма и размеры зоны возможного обрушения на сопряжении выработок зависят от их геометрических параметров и физико-механических свойств массива. А наибольшее влияние оказывают напряжённое состояние горных пород и пространственная геометрия структурных нарушений. Итогом наших изысканий станет разработка методических положений, позволяющих с максимально возможной на сегодняшний день точностью оценивать размер зоны потенциального обрушения с учётом всех рассмотренных факторов», - резюмировала представительница Горного университета.

Учёные петербургского вуза уверены, что их исследование существенно увеличит точность прогнозов. А рекомендации, составленные на основании усовершенствованных расчётов, позволят значительно повысить геомеханическую безопасность при строительстве и эксплуатации выработок в структурно-нарушенных массивах горных пород. Результатами этого проекта уже заинтересовался ряд отечественных добывающих компаний.