Введение к работе
Актуальность проблемы. В настоящее время разрабатываемая в стране стратегия устойчивого развития общества диктует необходимость комплексного учета экономических, социальных, экологических и духовных факторов во всех сферах деятельности человека. В этой связи необходимо рассмотреть взаимосвязь понятий "устойчивое развитие" и "безопасность". При этом безопасность понимается как защищенность системы "человек -техника - общество - среда" от внутренних и внешних воздействий, которые могут иметь отрицательные последствия, как для человека, так и для среды его обитания. Любой процесс должен быть оптимизирован по фактору возможных негативных последствий. В этом смысле безопасность понимается как ограничитель роста, выход за пределы которого может привести к необратимым процессам в экономике.
Дальний Восток, выбирая свой путь в будущее, должен учитывать как мировые и российские тенденции, так и особенности своего опыта и геополитического положения, ресурсные и экологические резервы, традиции и духовный мир населения.
Для оценки возможности устойчивого развития Дальневосточного региона в качестве конкретной природно-хозяйственной деятельности рассматривается наиболее энергоемкая горнодобывающая отрасль. С одной стороны, эта отрасль является определяющей в развитии перерабатывающих отраслей, с другой - определяет уровень потребления природно-энергетического потенциала, т.е. качество жизни,
Горно-геологические условия угольных месторождений Дальнего Востока весьма сложные. Характерным их признаком является сильная тектоническая нарушенность, в результате чего пласты угля оказываются раздробленными на бесчисленное количество мелких блоков, ограниченных со всех сторон нарушениями. На всех шахтных полях сильно развита так называемая "вторичная" нарушенность - система мелкоамплитудных нарушений, которые выявляются только при ведении эксплуатационных работ. Условия разработки многих месторождений осложняются также наличием взрывоопасной пыли, значительного газовыделения, самовозгорающихся, удароопасных и опасных по внезапным выбросам угля и газа пластов и др. факторами.
Значительная тектоническая нарушенность характерна также и для большинства рудных месторождений Северо-Востока страны. В этих условиях отработка запасов на нижних горизонтах усугубляется, кроме того, знакопеременным характером теплового режима горных: выработок. Освоение горно-промышленных районов Крайнего Севера, Северо-Востока и месторождений, тяготеющих к БАМу, характеризуется разнообразием
природных условий, однако они имеют одну общую черту - наличие толщи многолетнемерзлых пород, оказывающей огромное влияние на условия, безопасность и эффективность горных работ. Это влияние сказывается в том, что несущая способность, устойчивость обнажений и сопротивление внешним нагрузкам мерзлых сильнотрещиноватых пород существенно зависит от их температуры и резко снижается при оттаивании. В связи с этим осложняется поддержание капитальных и подготовительных выработок, возрастают затраты на их крепление и поддержание, увеличиваются потери и разубоживание полезного ископаемого, ухудшаются условия безопасности ведения подготовительных и очистных работ.
В практике разработки как угольных, так и рудных месторождений в сложных горно-геологических условиях накоплен определенный опыт применения различных методов и приемов технологического характера, позволяющий повысить устойчивость обнажений. К таким приемам относятся, прежде всего определенный порядок отработки залежей в свите, регулирование устойчивости элементов системы разработки за счет оптимизации ее параметров, регулирование теплового режима шахт и рудников и др.
Таким образом, проблема повышения технологической безопасности с позиций устойчивого развития горнодобывающей отрасли должна базироваться на разработке регионального комплекса технических решений, учитывающих геоструктурные, теплофизические и газодинамические особенности месторождений Дальнего Востока.
Анализ опыта работы горнодобывающих предприятий в этих условиях показывает, что несмотря на отдельные научно-технические разработки в этой области, отсутствует единый комплекс научно обоснованных методических положений по проектированию технологии разработки месторождений в сложных горно-геологических условиях.
Создание такого методического комплекса и внедрение его в практику проектирования составляет актуальную народнохозяйственную проблему, решение которой позволит значительно повысить безопасность и эффективность горного производства, снизить потери и разубоживание полезного ископаемого.
Цель работы : научно обосновать и разработать региональный комплекс технических решений по охране труда и окружающей среды, обеспечивающих безопасную и эффективную разработку месторождений в сложных горно-геологических условиях.
Основная идея работы заключается в том, что поставленная цель может быть достигнута созданием и широким практическим использованием при ведении горных работ технологических способов регулирования устойчивостью обнажений с учетом
геоструктурных, газодинамических, теплофизических, гидрогеологических и др. особенностей месторождений Дальнего Востока.
Методы исследований: обобщение и анализ результатов научных исследований в области повышения устойчивости выработок и опыта разработки месторождений в сложных горно-геологических условиях, лабораторные, экспериментальные и теоретические исследования, опытно-промышленные испытания разработанных способов повышения устойчивости обнажений на подземных и открытых горных работах и снижения пожароопасности при разработке самовозгорающихся пластов, методы математической статистики и теории вероятности.
Научные положения, выносимые на защиту:
технологическая безопасность горнодобывающей отрасли обеспечивается в большей степени путем повьипения устойчивости подготовительных и очистных выработок на подземных горных работах;
в основу методологии разработки комплекса технических решений по повышению устойчивости обнажений с целью снижения травматизма от обрушений должен быть положен принцип комплексного учета геоструктурных, геокриологических и других особенностей эксплуатируемых месторождений;
- безопасные условия отработки рудных месторождений системой разработки с
магазинированием руды достигается за счет регулирования горно-технологических;
факторов устойчивости;
разработанные способы: подготовки пластов, принудительного обрушения кровли, перевода оборудования в соседний выемочный блок, конструкции изолирующих перемычек обеспечивают повышение безопасности и эффективности разработки самовозгорающихся пластов и пластов с труднообрушаемой кровлей;
снижение затрат на осушение разрезов, повышение устойчивости бортов и отвалов и рациональное использование запасов при освоении сильно обводненных угольных месторождений Дальнего Востока достигается усовершенствованием технологических бестранспортных схем отработки.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обеспечивается соответствием результатов лабораторных, экспериментальных и теоретических исследований и опытно-промышленного внедрения комплекса технических решений, принятием разработанных методик и технологических схем в практику проектирования и в учебный процесс, а также апробацией результатов исследований на всесоюзных и
международных семинарах и конференциях, технико-экономических совещаниях в производственных объединениях.
Научная новизна работы заключается в следующем
- разработан метод оценки устойчивости обнажений через коэффициент структурного
ослабления массива, учитывающий геометрические параметры ослабляющих структур и
геомеханическое состояние массива;
- выявлены закономерности проявлений горного давления в многолетнемерзлых
породах и при разработке пластов с труднообрушаемой кровлей в условиях сильной
тектонической нарушенности, позволяющие обосновать рациональные параметры
технологических схем и их элементов в различных горно-геологических условиях;
разработаны принципы управления устойчивостью очистных выработок для систем разработки с магазинированием руды, обеспечивающие безопасность горных работ и низкий уровень потерь и разубоживания руды;
получены расчетные зависимости для определения степени структурного ослабления массива и рациональных параметров облегченных крепей;
разработаны технологические схемы выемки угольных пластов с труднообрушаемой кровлей и способы повышения безопасности разработки самовозгорающихся пластов на подземных горных работах;
- разработаны технологические бестранспортные схемы отработки сильно
обводненных угольных пластов открытым способом.
Практическая ценность работы состоит в следующем:
реализован комплекс технических решений, позволяющий повысить безопасность разработки рудных месторождений, снизить потери и разубоживание руды в условиях многолетнемерзлых сильно трещиноватых пород;
разработаны технологические схемы подземной разработки самовозгорающихся пластов и пластов с труднообрушаемой кровлей в условиях сильной тектонической нарушенности;
разработаны и внедрены на предприятиях и в проектных организациях расчетные методики по определению рациональных параметров крепи и систем разработки рудных и угольных месторождений;
разработаны и апробированы технологические бестранспортные схемы открытой разработки сильно обводненных угольных месторождений, позволяющие повысить безопасность горных работ и снизить потери угля в недрах.
Реализация результатов работы. Представленные в работе рекомендации и основные положения внедрены на руднике им. А. Матросова СПО "Северовостокзолото", на шахтах "Капитальная", "Северная" и "Авангард" п/о "Приморскуголь", на разрезе "Ерковецкий - 1" АО "Дальвостуголь" и приняты институтами ВНИИ - 1, Дальстройпроект, ДальвостНИИпроектуголь в качестве методической базы и основных исходных данных для конструирования новых вариантов систем разработки наклонных рудных зон с неустойчивыми вмещающими породами, для составления проектов отработки нижних горизонтов рудников им. А. Матросова, Карамкенского и Дукатского, ш/у "Авангард" и для корректировки проектов строительства и осушения разреза "Ерковецкий - 2".
Результаты исследований явились основой для составления "Инструкции по применению облегченных крепей в условиях сильно трещиноватых пород зоны многолетней мерзлоты", утвержденной в объединении "Союззолото" МЦМ СССР и согласованной в Госгортехнадзоре СССР, кроме того, основные методические положения и опыт промышленного освоения разработанных технологических схем вошли составной частью в учебные пособия "Крепление горных выработок штангами и набрызг-бетоном в сильно трещиноватых многолетнемерзлых породах" ( 1985 г. ) и "Разработка рудных тел в сложных условиях" ( 1986 г. ).
Диссертационная работа включает результаты исследований, выполненных автором с 1978 по 1981 гг. в рамках совместной с ВНИИ-1 комплексной государственной программы КП-1 ГОМ (А. Горные работы ), ряда хоздоговорных тем с СПО "Северовостокзолото" с 1973 по 1981 гг., п/о "Приморскуголь" с 1983 по 1986 гг. и АО "Дальвостуголь" с 1989 по 1992 гг., а также на основе гранта "Разработка научных основ обеспечения безопасности разработки месторождений в условиях многолетней мерзлоты" ( код по ГРНТИ 52.13.35)
Апробация работы. Результаты работы докладывались на Всесоюзном научно-техническом семинаре ( г. Ленинград, 1974 г.), на XVII региональном научно-координационном совещании по проблеме горного давления ( г. Новосибирск, 1976 г.), на технических совещаниях инепггута ВНИИцвегмет ( г. Усть-Каменогорск, 1977 г. ) и объединения "Союззолото" МЦМ СССР ( г. Москва, 1978 г.), на II Всесоюзной научной конференции "Проблемы механики подземных сооружений" ( г. Тула, 1982 г.), на международной конференции 'Экология и безопасность жизнедеятельности. Общие вопросы" ( г. Владивосток, 1994 г. ), на международном семинаре "Современные геологаческие исследования Северо-Востока Азии" ( КНР, г. Чанчунь, 1995 г.), на региональной научно-технической конференции "Приморские зори" Тихоокеанской академии наук экологии и безопасности жизнедеятельности ( г. Владивосток, 1998 г.), на
научных чтениях 'Ъелые ночи" Международной академии наук экологии и безопасности жизнедеятельности ( г. Санкт-Петербург, 1998 г.), на технико-экономических советах рудника им. А. Матросова ( пос. Матросова Магаданской обл., 1974-1981 гг.), шахт "Авангард" и "Северная" ( г. Партизанск Приморского края, 1983-1986 гг.), на технических совещаниях при техническом управлении СПО "Северовостокзолото" ( г. Магадан, 1974-1982 гг. ), на ежегодных научно-технических конференциях Дальневосточного государственного технического университета (ДВГТУ) ( г. Владивосток, 1973-1980 и 1984-1997 гг.). Основные положения работы обсуждались и были одобрены на заседаниях коллегий Минуглепрома СССР и Росугля, техсоветов ПО "Дальвостуголь"( г. Райчихинск Амурской обл., 1989-1994 гг.), институтов "ДальвостНИИпроектуголь" ( г. Владивосток, 1989-1993 гг.), "УкрНИИпроект" ( г. Киев, 1990,1994 гг.).
Публикации. Основные положения диссертации изложены в 38 опубликованных работах, включая 2 учебных пособия и 3 авторских свидетельства на изобретения.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения. 6 глав, заключения, списка литературы из 300 наименований, изложена на 309 страницах машинописного текста, содержит 31 таблицу, 70 рисунков и 10 страниц приложений.
