Мелихов Михаил Владимирович, научный сотрудник, кандидат технических наук, Горный институт КНЦ РАН, e-mail: m.melikhov@ksc.ru
Разработка месторождений полезных ископаемых относится к одной из наиболее опасных сфер деятельности человека. Согласно статистике Международной организации труда, на мировую горнодобывающую промышленность приходится до 5 % случаев смертельного травматизма, что в количественном выражении составляет около 15 тыс. случаев в год. Основной причиной высокой аварийности горной отрасли и, в частности, открытых горных работ является потеря устойчивости горных выработок в результате проявления различных опасных геологических процессов (рис. 1): оползней, камнепадов, обрушений, просадок, фильтрационных деформаций и т. д.
Строительство современных весьма крупных карьеров нового поколения реализуется за счёт применения специальных высокоэффективных и энергосберегающих технологий и комплексных систем наблюдения. На практике проектируемые параметры уступов и бортов карьеров могут достигать предельных значений, что, в свою очередь, создаёт высокий уровень риска их вероятных катастрофических разрушений с соответствующими экономическими последствиями. Как правило, возведение и эксплуатация горнопромышленных комплексов ведутся в сложных природно-климатических и горно-геологических условиях, а также связаны с интенсивным освоением новых территорий. Следовательно, одним из наиболее эффективных решений проблем в сфере промышленной безопасности может служить внедрение технологий инженерной защиты.
Глобальная конъюнктура рынка инженерной защиты представлена большим многообразием типовых и высокотехнологических решений (рис. 2), которые находят широкое применение и в горнодобывающей промышленности, — это механические анкерные и свайные крепи, подпорные сооружения, инъекции, изолирующие покрытия, противокамнепадные или противолавинные системы и конструкции, защита от подтоплений и т. д. (рис. 3). Применительно к карьерам также имеется положительный опыт промышленных испытаний и вовсе специфических методов на основе энергии взрыва, электросиликатизации, заморозки массивов пород и др. Продукция мировых лидеров данной сферы проходит многоступенчатую тестовую проверку на надежность и прочность как в лабораторных, так и натурных, в том числе промышленных, условиях, примеры таких испытаний приведены на рис. 4. Инновационные технологии в рассматриваемой отрасли будут развиваться исключительно в направлении полной автоматизации и роботизации процессов с закономерным повышением несущих характеристик материалов и конструкций со снижением себестоимости продукции для условий динамически изменяющейся агрессивной среды.
В широком понимании открытый способ добычи полезных ископаемых представляет собой целый горнопромышленный комплекс, состоящий из следующих объектов: карьера, отвального и хвостового хозяйств, промплощадки, обогатительной фабрики, транспортных путей, энергетических и различных других вспомогательных объектов. Следовательно, методы инженерной защиты могут использоваться как средства типовой, так и многофункциональной защиты объектов горного производства.
Целевыми задачами внедрения инженерной защиты на карьерах являются:
— безопасность персонала;
— предотвращение ущерба горной (в том числе роботизированной) технике и капитальным сооружениям;
— сохранность и устойчивость горных выработок;
— надежность дорожных коммуникаций, опор и фундаментов;
— безопасность и устойчивость капитальных сооружений (отвалов, гидротехнических сооружений и водоотводных каналов);
— повышение качества рекультивации нарушенных земель;
— комплексная многофункциональная и многоуровневая защита.
Инженерную защиту капитальных объектов наиболее целесооб-разно предусматривать заблаговременно — на стадии разработки проектов их строительства, на основе детальных инженерных изысканий и прогнозной оценки развития опасных геологических процессов. При выполнении ответственных видов работ вблизи откосов с нахождением в зоне возможного падения скальных обломков людей или горной техники необходима организация их временной защиты.
Соответственно, принципы и подходы к рациональному выбору типовых решений применительно к разрабатываемым карьерам должны основываться на дифференцированном выборе инженерно-технических средств с целью многофункционального обеспечения геодинамической безопасности различных горных объектов в выявленных потенциально опасных зонах в зависимости от инженерно-геологических и горнотехнических условий. Технико-экономическое обоснование проектов включает в себя комплексную сравнительную оценку затрат по отношению к другим технологическим приемам с учетом величины достигнутых материальных эффектов или предотвращенного ущерба. Использование прикладных цифровых технологий, а также методов инструментальной диагностики или геомониторинга на этапе геотехнического сопровождения работ способствует принятию оптимальных, надежных и эффективных управленческих решений.
Актуальные проблемы (рис. 5) в сфере инженерной защиты горных объектов и территорий в условиях российского рынка вызваны отсутствием необходимого инновационного потенциала, фундаментальной исследовательской базы и тесного межотраслевого взаимодействия:
— Промышленность. Данный блок проблем связан непосредственно с регулированием деятельности горных компаний, которые при разработке карьеров несут относительно низкий уровень ответственности в сравнении с теми требованиями промышленной безопасности, которые действуют при подземном строительстве. Внедрение на производстве, в том числе не всегда оптимальных, методов инженерной защиты реализуется без постановки опытно-промышленных испытаний и носит исключительно локальный характер по мере возникновения реальных проблем. Например, в зарубежных странах с развитой горной отраслью инженерная защита уже является неотъемлемой частью горного производства, т. к. системные нарушения в этой области обходятся достаточно дорого горным компаниям, вплоть до лишения лицензии.
— Наука. Данный блок проблем связан с отсутствием современной фундаментальной научно-технической базы: не функционируют специализированные научно-исследовательские центры, имеются ограничения производственного и финансового характера, отсутствуют актуальные отраслевые методические рекомендации и типовые расчеты, пренебрегается опыт отраслевых институтов, а используемые подходы нуждаются в серьезной методической проработке.
— Бизнес. Данный блок проблем связан с отсутствием специфических знаний проблем горной отрасли, недобросовестной конкуренцией, низким уровнем технического оснащения и культуры производства и в целом по рынку услуг относительно низким уровнем качества работ. Компании, как правило, напрямую взаимодействуют с горными предприятиями, что при отсутствии должного обоснования проектных решений приводит к отказу защитных систем и сооружений. Непостоянство и краткосрочность работ также не способствуют инновационному развитию компаний.
В заключение стоит отметить, что мероприятия по инженерной защите относятся к ответственным видам работ. Добиться высокого качества предоставляемых услуг возможно только за счёт правильного понимания имеющихся проблем на основе их всестороннего научно-технического анализа. Положительный опыт является неотъемлемой частью хорошей репутации компании на внутреннем или международном рынке в рамках долгосрочного сотрудничества с горными предприятиями.
