Введение к работе
Актуальность работы. Многократное увеличение-за последние 15-20 лет потребления алюминия па .мировом рынке и в отечественной промышленности потребовало интенсивного развития горнодобывающих предприятий алюминиевой отрасли. Основным источником сырья для алюминиевой промышленности страны являются месторождения Североуральского бокситового бассейна, где добывается около SO % бокситов России.
В силу огромной стратегической ценности алюминиевого сырья требовалось постоянное наращивание объемов добычи боксита на Североуральских месторождениях, разрабатываемых ОАО "Севуралбокситруда" (СУБР), что вызвало вовлечение р. эксплуатацию участков месторождений с весьма сложными природными условиями.
Интенсификация добычи боксита привела к быстрому понижению горных работ , которое составляет 20-25 и ежегодно в условиях высокой обводненности участков месторождений, неравномерной закарстованности и ударо-опасности вмещающих пород.
Сегодня на шахтах СУБРа добыча боксита ведется с глубины 800-1000 м, вскрываются и готовятся новые горизонты на глубинах до 1500 м.
С увеличением глубины горных работ обострились проблемы их эффективного и безопасного производства, резко увеличились издержки на вскрытие и подготовку нопых горизонтов, снизилась продуктизиость уникального гидротехнического комплекса для защиты северного крыла бассейна от обводнения, возросли требования к качеству противоударных мероприятий. Для решения вышеперечисленных проолем требовалось принципиально изменить подходы к строительству и отработке глубоких горизонтов рудников СУБРа.
Поэтому задача обоснования способов сооружения новых горизонтов па глубинах превышающих 1000-1200 м, в условиях удароопасности и высокой обводненности является весьма актуальной.
В соответствии с изложенным целью диссертационной работы является разработка рациональных схем вскрытия глубоких горизонтов рудных месторождений и способов сооружения вскрывающих выработок в условиях удароопасности и высокой обводненности вмещающих пород.
Основипя идея работы заключается в повышении эффективности гор
ных работ при вскрытии глубоких горизонтов обводненных удароопасиых ме
сторождении путем оптимизации параметров многоступенчатых схем вскры
тия и мер безопасного сооружения вскрывающих выработок на основе новой
стратегии их защиты от затопления. . - -
В соответствии с поставленной целью осиопиымп задачами исследования являлись:
1) обосновать техническую возможность эффективности безопасного ведения горных работ при сооружении горизонтов без'наличия двух псиосрел-
ственных выходов на поверхность и оценить ее экономическую целесообразность;
2) разработать методику и установить параметры оптимизации много
ступенчатых схем вскрытия глубоких горизонтов в условиях удароопасности и
высокой обводненности массива пород на основе теории графов;
3) оценить уровни риска регионального и локального прогнозов ударо-
1 опасности на основе количественных показателей и критериев, отражающих
нестабильность получаемой информации и разработать методику выбора мер по снижению удароопасности массива пород в вскрывающих выработках.;
4) разработать новую стратегию и критерии выбора региональных мер
защиты вскрывающих выработок от обводнения, учитывающие значимость
защищаемых объектов и надежность проектируемых мероприятий при плани
ровании горностронтельных работ.
Методы исследован»;!. При выполнении исследований использовался комплекс методов, включающий обобщение результатов ранее выполненных исследований, шахтные и аналитические исследования, построение математических моделей и математическое моделирование на ЭВМ, методы теории гра-
фов и математической статистики.
Защищаемые положения:
-
Расположение и число базовых горизонтов и вскрывающих выработок следует определять по совокупности экономических и технических критериев на основе теории графов с оценкой интервала оптимальности альтернатив.
-
Выбор способов снижения удароопасности массива пород в вскрывающих выработках и обеспечения их устойчивости производится по вероятностным критериям, с учетом затрат на обнаружение опасной ситуации, дополнительных издержек на ее локализацию и ущерб от последствий аварий.
-
Строительство глубоких горизонтов на участках месторождений с во-доупором, отделяющим, верхние горизонты от околорудного при отсутствии
между ними прямой гидравлической связи можно осуществлять без осушения
надрудной толщи.
Достоверность защищаемых положений, выводов и рекомендаций подтверждается системным характером исследований, адекватностью предложенных моделей, сходимостью аналитических результатов с данными производственных испытаний, результатами технико-экономического анализа с использованием статических методов, масштабностью и эффективностью внедрения рекомендаций диссертации в производство.
Научная новизна результатов исследований заключается в следующем: .''...'':'.:.''.
-Предложен и обоснован набор критериев для оптимизации многоступенчатых схем вскрытия глубоких горизонтов рудных шахт: минимальная сумма объемов вскрывающих выработок, минимальное время вскрытия глубоких горизонтов, минимум капитальных затрат, минимум приведенных капитальных и эксплуатационных затрат, максимум чистого приведенного дохода.
Получены новые критерии эффективности мероприятий по борьбе с горными ударами и защите выработок от затопления, увязывающие издержки па мероприятия и потенциальный ущерб от последствии аварий.
Разработана новая концепция защиты вскрывающих выработок от затопления, с учетом ожидаемой результативности действующих и вновь проектируемых дренажных узлов и гидротехнических сооружений, особенностей строения вмещающих пород - расположения, распределения и мощности водо-упора в надрудиой толще,
Определены условия применения методов прогнозирования водопри-токов во вскрывающие выработки в зависимости от степени закарстованности массивов горных пород и высотных отметок вскрываемых выработок.
П^акгнчесггая значимость работы заключается в:
разработке многоступенчатых схем вскрытия глубоких горизонтов шахт Североуральского бокситового бассейна и определении их оптимальных параметров (числа ступеней и расположения базовых горизонтов);
разработке оптимального взаиморасположения вскрывающих горных выработок и расположения их относительно залежи полезного ископаемого;
установлении количественных критериев оценки достоверности прогноза удароспасностн массива пород и разработке мер по повышению качества прогноза и снижению удароспасностн горных выработок;
определении условий применения методов прогнозирования водопри-токов во вскрывающие выработки и разработке мер их защиты от затопления;
разработке алгоритмов и программ минимизации материальных и временных затрат на вскрытие глубоких горизонтов и повышение безопасности сооружения вскрывающих выработок;
Реализация результатов работы проводится по программе развития шахт Североуральского бокситового бассейна, утвержденной советом директоров ОАО "Севуралбокситруда" и комитетом по металлургии Российской Федерации. На основании результатоп исследований разработан технический проект на вскрытие глубоких горизонтов шахт СУБРа и начата его практическая реализация.
Переход на ступенчатые схемы вскрытия только одной шахты "Красная шапочка" позволяет уменьшить капитальные затраты на 24,2 миллиарда рублей (в ценах второго квартала 1993 г.) сократить сроки строительства на 5-6 лет и обеспечить предприятие запасами не менее чем на 12-13 лет. Целесообразность перехода па ступенчатые схемы вскрытия с оптимальными параметрами (число ступеней, расположение базовых горизонтов) для условий СУБРа подтверждена решением Госгортехнадзора Российской Федерации.
Личный вклад автора диссертационной работы заключается в постановке задач и разработке методики исследований, сборе и обобщении материалов, научном обосновании схем вскрытия глубоких горизонтов, построении моделей и разработке новой стратегии защиты выработок от затопления, организации практической реализации результатов исследований.
Апробпник. Содержание и основные положения работы обсуждались на III Международном симпозиуме 'Торное дело в Арктике" (С- Петербург, 1994), семинаре Госстроя России "Проблемы инженерно-геологических и инженерно-экологических изысканий и инвентаризации земель и инженерных коммуникаций в Уральском регионе'' (Екатеринбург, 1995), 1 Международном симпозиуме "Экология и раззитие Севсро -Запада" (С- Петербург, 1995), IV Международном форуме "Горное оборудование, переработка минерального сырья, новые технологии, экология" (С.-Петербург, 1996), научно-технических советах и совещаниях Госгортехнадзора России, Уральской Государственной горно-геологической академии, ПО "Севуралбокситруда", АО СУБР (1992-1996).
Публикации. Содержание диссертации опубликовано в 9 печатных работах..
Автор выражает глубокую благодарность научным руководителя* д. т. н., проф. Б.Д. Половову, д. т. п., проф. B.JI. Трушко,.к. т. н., доц. Н.Н. Ле-шукову; а также многим другим научным работникам и специалистам ОЛС "Севурабокситруда", оказавшим помощь в постановке задач исследований сборе материалов и обсуждении результатов экспериментальных исследова ний.
Структура и объем работы. Диссертация включает введение, четыр* главы, общие выводы и рекомендации, библиографический указатель из 17, наименований. Объем диссертации - 191 страница машинописного текста, К таблиц, 40 рисунков.
