Минин Иван Вадимович, научный руководитель темы, Минин Вадим Витальевич, советник при ректорате ФГБОУ ВО «Уральский государственный горный университет» (УГГУ), Екатеринбург
Излагается разработка технологии для добычи оставшихся запасов в затопленных рудниках в рамках реализации постановления Правительства РФ № 603 от 15.04.2023 «Об утверждении направлений проектов технологического суверенитета и проектов структурной адаптации экономики РФ». Продукт технологии соответствует п. 9.1.9 указанного постановления (плавучие или погружные платформы).
Общая проблема состоит в том, что на планете Земля каждый третий рудник затоплен, в России эта тенденция ещё более печальна, а на Урале каждый второй рудник или шахта погибли в результате затопления. Не удаётся справиться с водой, которая захватывает всё большие пространства из-за климатического потепления, герметичности в горных массивах нет.
Часто полезное ископаемое только начинают добывать, происходит затопление — и для восстановления требуются новые затраты, для примера приведём результаты расчёта показателей восстановления затопленного пространства алмазоносной трубки «Мир» в ценах справочника 2002 года:
— капитальные выработки вскрывающие — 12,2 млрд руб.;
— подготовительные и нарезные горные работы — 5,1 млрд руб.;
— крепление и достижение требований устойчивости горных выработок — 7,1 млрд руб.;
— вентиляционное хозяйство — 4,1 млрд руб.;
— закладка отработанного пространства бетоном — 21,9 млрд руб.;
— водоотливное хозяйство — 4,2 млрд руб.;
— защита рудника от затопления — 6,8 млрд руб.;
— транспорт отбитой руды — 12,2 млрд руб.;
— подъём на-гора отбитой руды — 3,9 млрд руб.;
— ремонтное хозяйство — 1,6 млрд руб.;
— горюче-смазочные материалы — 0,3 млрд руб.;
— проветривание рудника и забоев — 14,9 млрд руб.;
— защита от газопроявлений — 1,8 млрд руб.;
— обогрев шахтного воздуха в холодный период — 6,5 млрд руб.;
— обеспечение устойчивости горного массива и поддержание горных выработок — 7,7 млрд руб.
Итого: 110,3 млрд рублей в ценах 2002 года, на период 2025 года подобные работы, согласно коэффициентам инфляции, превысят 260 млрд руб. — это дороже, чем построить новый рудник. Не затраты главное, а то, что в процессе затопления погибает значительное количество горняков, см. статистику (см. таблицу).
Последнее обрушение горных пород в золоторудной шахте «Пионер» в Амурской области 18 марта 2024 года. Под завалами оказались 13 рабочих, причиной аварии на руднике стали «прорывы воды или обводнённой горной массы в подземные горные выработки», «затопление мест производства работ и оборудования». На «Пионере» это свершилось за четыре минуты. Остались семьи с детьми. Проблему необходимо решать.
Остановить процессы добычи полезных ископаемых невозможно, так как порвётся экономическая цепочка цивилизаций. Следовательно, требуются другие решения, во-первых, сохраняющие жизни, во-вторых, малозатратные.
Таким решением стала разработка безлюдной технологии добычи полезных ископаемых в затопленных рудниках и шахтах и создание комплекса плавучих и дистанционно управляемых с поверхности погружных платформ, машин и механизмов.
Объединённая судостроительная корпорация (ОСК) в лице ПАО «Завод «Красное Сормово» через консорциум «Мега проект» предоставила информацию об элементах, а инженерные решения по технологии добычи оставшихся запасов в затопленных рудниках разработали специалисты Уральского государственного горного университета. Университет создал решением учёного совета от 29.02.2024 «Передовую инженерную школу» для реализации проекта в сотрудничестве с высокотехнологической компанией-партнёром.
Горный университет разрабатывает программы развития новой профессии горняков с подводным беспилотным управлением, эти профессии будут востребованы не только в затопленных рудниках, но и на морском дне. Это 76 % поверхности Земли.
Оборудование для разрушения горной массы:
1) кумулятивный импульсный водомёт с применением эффекта гидродинамической кумуляции. Эффект реализуется при падении плоской ударной волны на криволинейную (вогнутую) свободную поверхность рабочего объёма жидкости, обладающего осевой симметрией. Достигается при прохождении ударной волны в сопле-волноводе конфузоре с аксиальным внутренним конусом, что приводит к образованию тонкой высокоскоростной (до 7 км/с) жидкостной струи. Частота следования импульсов от 0,1–2 Гц, объём жидкости в струе 1–3 дм3, сопло прижимается к горному массиву. Радиальная кумуляция сосредотачивается внутри полости — в зоне, прилегающей к центру сферы. Гидродинамическая теория кумуляции была разработана в 1945 году А. Лаврентьевым;
2) манипулятор для управления гидромонитором по площади забоя состоит из аппарата, имеющего характеристики, представленные в СМИ «Посейдона»;
3) оснащение для сбора отбитой горной массы. Отбитая масса направляется с плавучей платформы после добычи и передвижения погружной платформы на новый забой, идёт последовательная зачистка забоев после отбойки горной массы на необходимую глубину. Это техническое решение защищено патентом, оно учитывает тот факт, что размоченные водой породы теряют прочность.
Оборудование для выполнения работ по транспортировке породы:
1) для транспортировки отбитой горной массы (пульпы из размельчённой горной массы) на надводную платформу используются аэролифты, движителем становится оборотная вода, затопившая рудник;
2) манипулятор для управления всасывающим наконечником.
По «Мега проекту» добыча будет производиться с помощью беспилотников, роботизированных систем и алгоритмов искусственного интеллекта. В затопленном забое одни роботы будут под водой разрушать горную породу, другие насосами собирать отбитый материал, а третьи доставлять руду на погружные платформы или напрямую — на обогатительные фабрики на поверхности.
Управлять производственными процессами люди будут дистанционно, не подвергая себя опасности. Многие процессы будут поручены искусственному интеллекту. По алгоритмам нейросетей и машинного зрения аппараты типа «Посейдона» получат возможность ориентироваться в водной среде и отличать горные породы друг от друга.
При реализации проектов для каждого рудника будут проработаны индивидуальные инженерные решения. При этом специалисты будут опираться на российские технологии и оборудование. Для этого нужно внести изменение в Федеральный закон № 116 «О промышленной безопасности опасных производственных объектов», с требованием, что при переходе работ под предохранительный целик горное предприятие должно применять безлюдные технологии. В случае безлюдных технологий такие аварии обойдутся без жертв и гораздо дешевле.
Это решение особенно актуально для глубоких и опасных рудников, где традиционные методы защиты от затопления недостаточно эффективны. Планируется разработка модульных комплексов для разных типов выработок шахт и рудников.