Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Обоснование технологических параметров управления рисками при формировании и эксплуатации намывных техногенных месторождений в условиях криолитозоны
ВАК РФ 25.00.22, Геотехнология(подземная, открытая и строительная)

Автореферат диссертации по теме "Обоснование технологических параметров управления рисками при формировании и эксплуатации намывных техногенных месторождений в условиях криолитозоны"

На правах рукописи

""3051196

ОГАНЕСЯН АЛЕКСАН ХАЧАТУРОВИЧ

ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ УПРАВЛЕНИЯ РИСКАМИ ПРИ ФОРМИРОВАНИИ И

ЭКСПЛУАТАЦИИ НАМЫВНЫХ ТЕХНОГЕННЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ В УСЛОВИЯХ КРИОЛИТОЗОНЫ

Специальность 25.00.22. «Геотехнология подземная, открытая и

строительная»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

4 АПР 2013

Владикавказ 2013

005051196

Диссертационная работа выполнена ФГБОУ ВПО Северо-Кавказский горно-металлургический институт (государственный технологический университет) на кафедре «Технология разработки месторождений» им. М.И. Агошкова.

Научный руководитель: Доктор технических наук, профессор ЛОЛАЕВ АЛАН БАТРАЗОВИЧ

Официальные оппоненты:

Доктор технических наук, профессор, проректор по научной работе ФГБОУ

ВПО ЮРГТУ (НПИ) РАЗОРЕНОВ ЮРИЙ ИВАНОВИЧ Кандидат технических наук, доцент, директор ФГБОУ СПО «Владикавказский ордена дружбы народов политехнический техникум (ВГМТ)» ЦИДАЕВ БАТРАЗ САЛАМОВИЧ

Ведущая организация: ФГБОУВПО «МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ГОРНЫЙ

УНИВЕРСИТЕТ»

Защита состоится 16 марта 2013г. в 10-00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.246.02 на базе Северо-Кавказского горнометаллургического института (государственного технологического университета) по адресу:362021, РСО-Алания г. Владикавказ, ул. Николаева, 44,

факс 8(8672) 40-72-03, E-mail: info@,skgmi-gtu.ru.

Автореферат разослан «12» февраля 2013г.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке СевероКавказского горно-металлургического института (Государственного технологического университета).

Ученый секретарь диссертационного совета, -

доктор техн. наук. проф. М.В. Гегелашвили

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы.

Практически каждый год в различных странах происходят аварии горно-технических сооружении, в том числе хвостохранилищ (техногенных месторождений), причем последствия этих разрушений свидетельствует о серьезной опасности накопителей различного рода для людей, инженерных сооружений и элементов окружающей среды.

В связи с этим возведение и эксплуатация намывных накопителей отходов в безопасном режиме с наименьшим риском аварии приобретает все большую актуальность и требует скорейшего решения для разработки и реализации мероприятий по снижению риска и повышению устойчивости техногенного месторождения. Каждое из подобных сооружений, по существу, является уникальным и, как показывает практика, экологическая и технологическая безопасность таких объектов не всегда может быть обеспечена стандартными методами и технологическими приемами, регламентированными положениями нормативных документов. Это приводит к необходимости поиска новых технических решений, направленных на снижение риска аварий с одновременным обеспечением экологической и технологической безопасности хвостохранилищ.

Вопросы управления надежностью процессов возведения и эксплуатации намывных техногенных месторождений с учетом промышленной и экологической безопасности формируют самостоятельную актуальную задачу, имеющую большое научно-практическое значение.

Диссертация является частью завершенных научно-исследовательских работ по темам «Исследования и разработка инновационных технологий комбинированной переработки и утилизации отходов предприятий цветной металлургии» в рамках Федеральной целевой программы «Исследования и разработка по приоритетным направлениям научно-технического комплекса России на 2007-2013 года», ГК №16.515.11.5027, «Разработка оптимальной технологии намыва хвостохранилища «Лебяжье» с ЗФ ОАО «ГМК «Норильский никель», №88-3041/08 от 19. 12.2008 г.ГК №16.515.1 1.5027, «Разработка эффективной технологии выработки лежалых хвостов и пирротинового концентрата» с ЗФ ОАО «ГМК «Норильский никель», №8844/09 от 22.01.2009г.

Цель работы -разработка и обоснование технологических параметров управления рисками при формировании и эксплуатации намывных техногенных месторождений в условиях криолитозоны.

Идея работы- заключается в разработке структурной модели устойчивого функционирования природно-технической геосистемы

«намывное сооружение - окружающая среда» обеспечивающую, внедрение инновационных технических решений при освоении техногенных месторождений в условиях криолитозоны.

Научные положения, защищаемые в работе:

1. Оптимальные технологические параметры возведения намывных техногенных месторождений в рамках предлагаемой математической модели на теории нечетких множеств и математического планирования эксперимента.

2. Технологические параметры - высота дамбы, угол откоса дамбы, ширина пляжа, плотность хвостов, температура тела дамбы, давление подземных вод — устойчивость создаваемого техногенного месторождения находятся в корреляционной связи с достоверностью не менее 90-95 %.

3. Оценка, прогноз рисками аварии и управление ими при создании техногенного месторождения, в условиях совершенствования технологии,осуществляются методами регрессионного моделирования дифференцированно для каждого параметра с точностью до 95 %.

Научная новизна работы:

1. Предложена математическая модель определения оптимальных технологических параметров возведения техногенных месторождений, отличающаяся комплексным использованием теории нечетких множеств и математического планирования эксперимента.

2. Установлены границы в корреляционной связи технологических параметров - высоты дамбы, угла откоса дамбы, ширины пляжа, плотности хвостов, температуры тела дамбы, давления подземных вод - устойчивостинамывного техногенного месторождения.

3. Предложен новый метод регрессионной оценки, прогноза риска и управления ими, в условиях совершенствования технологии, при возведении и эксплуатации намывных техногенных месторождений.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендацийобеспечивается:

- комплексным использованием методов исследований, представительностью исходных данных, необходимым и достаточным объемом теоретических исследований, лабораторных, технологических, опытных и опытно-промышленных экспериментов, высокой сходимостью их результатов, а также реализацией теоретических положений в практике;

- использованием стандартных методик проведения лабораторных исследований на сертифицированных приборах и оборудованиях;

- удовлетворительной сходимостью результатов аналитических исследовании, лабораторных и производственных экспериментов;

- положительными результатами производственных испытаний и промышленным внедрением результатов исследований.

Научное значение работы состоит вразработке методики оценки, прогноза риска и управление им путем совершенствования технологии создания техногенного месторождения.

Практическое значение работы:

• сформулирована комплексная проблема оценки, прогноза и управления рисками при возведении и эксплуатации намывных техногенных месторождений;

• выполнен анализ и определение основных факторов влияющих на безопасность и устойчивость техногенного месторождения в режиме строительства и эксплуатации;

• получены результаты экспериментальных исследований, влияния факторов риска аварии на устойчивость техногенного месторождения;

• разработана и апробирована методика оценки, прогноза риска аварии и управления ими при возведении и эксплуатации намывных техногенных месторождении;

• выполнены расчеты по оценке, прогнозу и управлению рисками с повышением технологической и экологической безопасности сооружения и расчет предотвращенного вреда в случае гидродинамической аварии на хвостохранилище.

• в результате применения полученной методики оценки, прогноза и управления рисками техногенного месторождения в криолитозоне на примере хвостохранилища «Лебяжье» ЗФ ОАО «ГМК «Норильский никель» получена величина предотвращенного вреда.

Реализация результатов работы.

Результаты исследований использованы при составлении проекта на разработку оптимальной технологии намыва ограждающей дамбы хвостохранилища «Лебяжье» и отработку запасов руд пирротинохранилища Норильской обогатительной фабрики Заполярного филиала ОАО ГМК «Норильский Никель». Результаты теоретических исследований использованы в учебном процессе СКГМИ (ГТУ) при подготовке специалистов в области открытой геотехнологии.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и получили положительную оценку на: Международной научной конференции «Информационные технологии и системы. Наука и практика» (Владикавказ, 2009); 5-ой Международной научно-практической конференции «Составляющие научно-технического прогресса»(Тамбов

2009); 5-ой Международной научно-практической конференции «Глобальный научный потенциал» (Тамбов 2009); 7-th European Conference on numerical methods in Geotechnical Engineering «Numage 2010» (Trondheim, Norway, 2010); 1-ой Региональной междисциплинарной конференции молодых ученых «Наука обществу» (Владикавказ 2010); 11-th Congress of the International Association for Geology and the Environment. (New Zeeland 2010); Sixth International Congress on Environmental Geotechnics. (New Delhi, India,

2010); VII Международной научной конференции «Устойчивое развитие горных территорий». (Владикавказ 2010); Международной Научно-Практической Конференции «Опасные Природные Техногенные Процессы на Горных и Предгорных Территориях Северного Кавказа» (Владикавказ 2010); 9-ой Международной конференции «Ресурсовоспроизводные малоотходные и природоохранные технологии освоения недр» (Котону, Бенин, 2010); « 14-th Asian Conference on Soil Mechanics and Geotechnical Engineering» (Hong Kong, 2011); на ежегодных НТК СКГМИ (ГТУ) (Владикавказ, 2008-2012); на расширенном заседании кафедры «Горное дело» ФГБОУ ВПО ЮРГТУ(НПИ) (Новочеркасск, 2012); на 25-ом международном научном симпозиуме «Неделя горняка 2013» (Москва, 2013).

Публикации. Основные результаты исследований отражены в 19 опубликованных работах, в том числе в 4 авторских свидетельствах и патентах, в 5 зарубежных публикациях в трудах Международных конгрессов, симпозиумов и конференций.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения. Основное содержание изложено на 180 страницах машинописного текста, включая 40 рисунков, 18 таблиц и библиографию из 177 наименований отечественных и зарубежных авторов.

Основное содержание работы

Изучено существующее положение безопасной эксплуатации техногенных месторождений в России и за рубежом. Приведены основные положения нормирования возведения и эксплуатации хвостохранилищ. На

базе проведенного литературного обзора сформулирована и поставлена комплексная проблема оценки, прогноза и управления рисками при возведении и эксплуатации намывных техногенных месторождений.

Выше перечисленным вопросам оценки, прогноза и управления риском устойчивости ограждающих конструкций при возведении, эксплуатации и проектировании объектов промышленной гидротехники посвящены многочисленные работы академика РАН К. Н. Трубецкого, И. И. Айнбиндера, Е. Б. Близняка, Г.К. Бондарика, В.В. Бутюгина, М.М. Гришина, А. М. Гальперина, члена-корреспондента РАН Д. Р. Каплунова, В.П. Недриги, H.H. Розанова, A.JT. Гольдина и JI.H. Рассказова, В.Г. Зотеева, С.Г. Аксенова, Г.И.Кузнецова, А.Б. ЛолаеваА. М. Ильина, Д. М. Казикаева, Ю. И. Разоренова, JT. Н. Рассказова, Н. Н. Розанова, М. В. Рыльниковой, И. Н. Савича, и др.

За последние годы накоплен значительный опыт эксплуатации сооружений хранилищ и возведения плотин и дамб, намываемых из отходов производства и отсыпаемых из вскрышных пород, и соответственно разработано большое количество правил, инструкций, рекомендаций и т.д. Основной причиной продолжающихся аварий на гидротехнических сооружениях большинством исследователей и специалистов гидротехников, выдвигается отсутствие постоянного наблюдения (мониторинга) за состоянием плотин и водопропускных сооружений, прогноза развития ситуации и своевременного принятия мер по снижению рисков. Этим вопросам посвящены работы Аксенова С.Г., Антоненко JI.K., Большева Л.Н., Воробьева Ю.Л., Воробьева Ю. В., Васильева А.Б., Василевского А.Г., Гальперина A.M., Головишникова В.И., Ермошкина В.В., Жабовского В.П., Клибашева К.П., Корытова И.В., Мелентьева В.А., Мирцхулавы Ц.Е., Павчич М.П., Ржаницына А.Р., Стефанишина Д.В.,Корытова И.В., Шойгу С.К., Шульмана С.Г., Щетининой А.П., A. Decade, A.S. O'Brien, Swindels.

Проведенный анализ показал, что необходим переход к новой стратегии более точного прогноза и снижения рисков. Эта стратегия должна быть основана на управлении техногенными рисками. Управление рисками предполагает определение факторов риска и целенаправленное управление ими.

Исходя из выше изложенного и учитывая происходящие процессы в период строительства и эксплуатации техногенных месторождений, на основе системного подхода сформулирована комплексная проблема исследований в области оценки, прогноза риска авариитехнологическими параметрами и управления ими. Решение проблемы включает в себя последовательный ряд задач: сбор исходных данных - оценка

существующего положения - разработка прогностической модели развития системы - эколого-экономнческая оценка - унравление рисками путем разработки н применения эффективных инженерных мероприятий, обеспечивающих при рациональных затратах техническую, экологическую н экономическую безопасность при эксплуатации сооружений.

Защищаемое положение ¡.Оптимальные параметры возведения намывных техногенных месторождений в рамках предлагаемой математической модели на теории нечетких множеств и математического планирования эксперимента.

Для оценки устойчивости техногенного месторождения наряду с выявлением факторов, определяющих безопасность сооружения, проведен сбор и анализ целого ряда специальных контролирующих показателей, а для прогноза - установлены пространственные и временные закономерности изменения этих показателей под влиянием природных и техногенных факторов.

Для определения влияния факторов риска (высота дамоы, угол откоса дамбы, ширина тяжа, плотность хвостов, температура тела дамбы, давление подземных вод) на статическое состояние ограждающей дамбы, проведены исследования в области влияния каждого фактора в каждом конкретном случае в зависимости от изменяемых параметров.

Методический подход решения задачи представлен следующим образом:

• на первом этапе, при прогнозировании в условиях неопределенности и соответствующего риска адекватным математическим аппаратом для такого класса задач представляется теория нечетких множеств. На основе теории нечетких множеств показана нечеткая природа инженерно-геологических условий и разработан алгоритм построения прогностических моделей устойчивости ограждающей дамбы хвостохранилища, использование которой возможно для предварительной оценки состояния и безопасности сооружения.

• на втором этапе при определенных технологических параметрах и установленных количественных показателей наиболее эффективным является теории планирования эксперимента. Обоснована необходимость точного прогноза состояния сооружения, разработана математическая модель, оценка адекватности, которой изучаемому явлению заключается в сопоставлении расчетных и фактических значений традиционными статистическими методами (по - критерию Фпшера):^,:»/^, где /<7,иГг -расчетное и табличное значения критерия соответственно.

Защищаемое положение 2. Параметры - высота дамбы, угол откоса дамбы, ширина пляжа, плотность хвостов, температура тела дешбы, давление подземных вод - устойчивость создаваемого техногенного месторождения находятся в корреляционной связи с достоверностью не менее 90-95 %.

Для обеспечения процесса расчетного сопровождения прогноза безопасности хвостохранилшц в эксплуатационном режиме смоделированы различные ситуации, которые могут возникнуть на хвостохранилище в процессе его возведения и эксплуатации: изменение заложения низового откоса и параметров пляжа, изменение физико-механических свойств хвостов, увеличение высоты сооружения и т.д.

В соответствии с методологическими подходами, обоснованными в главе 2 на первом этапе получена модель и дана оценка несущей способности ограждающей дамбы на базе теории нечетких множеств.

Входными переменными определены следующие факторы:

Х1 — функция угла откоса дамбы, градус;

Х2 — функция высоты дамбы, м;

Х3 - функция плотность хвостов, г/см3;

Х4 - функция температурного состояния тела дамбы. К;

А",- - функция давления подземных грунтовых вод, МПа;

Хй - функция ширины пляжа, м.

Результирующее уравнение в кодированном виде имеет вид: У = 1.38-0.1 и, - 0.05*2 + 0.04*3 + 0.08*4 - 0.06*5 + 0.03*6 -

-0.03*,*2 + 0.02*,*4-0.02*2*6 + 0.02*3*5 +0.02*4*5 - (1)

-0.02*4*6 + 0.03*5*6 +0.02*2Хз*4 -0.02*2*3*5 +0.02*3*4*5

Где У-значение коэффициента устойчивости

Нелинейность уравнения (I) указывает на возможность получения результатов при различных сочетаниях факторов, т.е. учесть все вероятные ситуации, создать соответствующие номограммы и на их основе разработать стратегию наблюдений за состоянием тела дамбы и комплекс мероприятий по предотвращению нежелательных ситуаций.

Расчеты были выполнены для хвостохранилища «Лебяжье» ЗФ ОАО «ГМК «Норильский никель».

Базовой расчетной схемой было принято сечение на пикете - 28 (ПК-28) ограждающей дамбы, являющееся наиболее характерным и представляющее наиболее уязвимую зону для аварии. Коэффициент запаса устойчивости составил ккт = 1,48, что свидетельствует об устойчивости

сооружения на момент расчета в соответствии с нормами предъявляемыми к сооружениям такого класса.

Была проведена также оценка устойчивости ограждающей дамбы хвостохранилища с применением теории математического планирования эксперимента, для которой независимыми входными переменными X, выбраны те же 6 основных факторов.

В итоге получена адекватная математическая модель вида: ккт= 1,55 - 0,21IX,- 2,129 10"3Х2+ 0,042*}- 6,172 10~Х-

-0,046*5+8,169 10"4 Х6 (2)

По (2) был проведен расчет коэффициента устойчивости для того же створа дабы (ПК - 28) и он составил куст = 1,54.

Определены наиболее эффективные технологические приемы для управления риском и рассмотрены их влияние на риск возникновения критических ситуаций.

Зависимость изменения коэффициента устойчивости-А',,[тот конструктивных параметров дамбы представлены на рисунке 1. а)влияние высоты дамбы

б)влияние заложения откоса

1,6

1,2 1,0 0,8 0,6 0,1 0,2

1/4

в)влияние ширины пляжа

...............з

л<>

------- ...............................................]

---" --Льні Щіі гочп!

----------------------

Заложение низового о -

Рис. 1 .Изменение кгст в зависимости от изменения геометрических

параметров.

Влияние физико-механических свойств и температурного составляющего изучено с помощью физического моделирования технологии формирования ограждающей дамбы хвостохранилища. Кроме того, на модели исследована эффективность технологических приемов управления риском.

Для исследований был изготовлен лабораторный стенд, состоящий из лотка, органического стекла, с возможностью изменения уклона; пульпораспределительного зумпфа (распределительный пульпопровод), распределительных выпусков ((/у 25 мм), через которые осуществляется намыв (рис.2). При проектировании модели намыва ограждающей дамбы хвостохранилища в соответствии с условиями теории подобия геометрический масштаб был выбран 1:100.

ограждающей дамбы хвостохранилища.

1-рама стола, 2-лист жести, окрашенный и присыпанный песком, 3-желоб, 4-экран из геотекстиля, 5-борт из оргстекла, 6-болты, 7-складывающиеся ножки, 8 - регулировочные шпильки, 9 - зумпф, 10-запорный шаровой кран, 11 - полипропиленовые трубы, 12-регулировочный шаровой кран, 13-штуцер, 14-гайка, шайба резиновая прокладка на герметике, 15-полоса из оргстекла, 16-нить. 17-деревянная подпорка.

Исследовано изменение таких критериев оценки риска аварии и устойчивости, как прочностные характеристики техногенных грунтов - угол внутреннего трения и сцепление(рис.3).

а)от угла внутреннего трения

1,5 ..........-—і

11,171

С целью управления прочностными характеристиками и соответственно устойчивостью ограждающей дамбы смоделирован процесс уплотнения хвостов пляжной зоны с применением самоходного катка статического действия. Расчет коэффициента устойчивости представлен на рисунке 4.

аварии

Влияния температурного состояния тела дамбы и давления подземных грунтовых вод было проверено на хвостохранилище №1(ХХ №1)и пирротинохранилище №2 (ПХ №2) Норильской обогатительной фабрики, разрабатываемого в настоящее время.

Выполнены расчеты температурного режима массива ограждающей дамбы № 5 и пирротинохранилгпца № 2 в зимний и летний период. Расчеты выполнены по программе ипі\¥ау (рис.5).

-Терцаги

-Чугаев_

- Маслова-Берера

1."зима" без 2."зима" с 3."лето" + вода 4,"лето" - вода

выемки выемкой

I Описание варианта

Рис. 5. Диаграммы изменения коэффициента устойчивости в зависимости от

температурного состояния

Результаты расчетов показали, что при выборке концентрата из ПХ 2 в летний период устойчивость дамбы не обеспечивается.

Для решения проблемы и минимизации риска аварии применяется технология управления рисками с помощью изменения геометрических параметров дамбы №5 (выполаживание откоса) и установление минимального размера охранной зоны (50м).

Таким образом, разработанная методика оценки, прогноза состояния и управления им ограждающих конструкций хвостохранилища и безопасности ГТС в целом позволяет давать оценку существующего состояния в процессе реального времени, управление определяющими факторами и безопасностью сооружения, что приводит к снижению риска аварии и принятию своевременных мер, необходимых для безопасной эксплуатации.

Защищаемое положение 3.Оценка, прогноз риском аварии и управление ими при создании техногенного месторождения осуществляются методами регрессионного моделирования дифференцированно для каждого параметра с точностью до 95 %..

Выполненный комплекс экспериментальных исследований, включивший в себя оценочные расчеты на основе теории нечетких множеств, прогнозные расчеты на основе теории математического планирования эксперимента и опыты по управлению риском с применением технологических приемов, позволил разработать методику оценки, прогноза риска аварии управления ими для техногенных месторождений.

Основные положения методики следующие:

1. Сбор исходных данных, обобщение ранее выполненных

работ.

2. Изучение технологических особенностей эксплуатации хвостового хозяйства.

3. Обоснование основных факторов, определяющих устойчивость и экологическую безопасность хвостохранилища.

4. Построение прогностических моделей устойчивости сооружения и их поверка.

5. Уточнение данных, входящих в расчетные схемы (параметры сооружения - высота дамбы, угол откоса дамбы, ширина пляжа, физико-механические свойства-плотность хвостов, температура тела дамбы, микроструктурные исследования - давления подземных вод и т.д.).

6. Составление общей расчетной схемы экологической безопасности сооружения.

7. Расчетный мониторинг устойчивости и экологической безопасности техногенных месторождений.

8. Управление риском при помощи различных технологических и технических инструментов.

Представленный алгоритм приведен на рисунке 6.

Рис. 6. Алгоритм оценки, прогноза риска аварии и управления имипри возведении техногенных месторождений

Разработанная методика была внедрена и опробована на хвостохранилище «Лебяжье» ЗФ «ОАО «Норильский никель» расположенного в норильском промышленном районе.

Хвостохранилище «Лебяжье» расположено на территории Норильского промышленного района. В настоящее время хвостохранилище представлено двумя полями. Первое поле эксплуатируется с 1983 г. и имеет абсолютные отметки гребня ~ 70 м. Второе поле находится в стадии строительства, абсолютные отметки гребня ограждающей дамбы ~ 50 м. На конец эксплуатации хвостохранилище должно представлять собой единый накопитель с отметкой гребня 90 м. (рис. 7).

Проведен расчет устойчивости ограждающей дамбы и установлен риск аварии на сооружении с использованием всех установленных выше закономерностей по выбранным расчетным створам дамбы. Расчетное сопровождение заключается в сравнении информации, получаемой в

результате расчетов, с требуемыми параметрами устойчивости при необходимости, в случае ухудшения параметров устойчивости,принимается решение о выполнении инженерных мероприятий по обеспечению требуемого уровня безопасности (табл. 1)

Таблица. 1. Вид легенды к карте устойчивости хвостохранилища "Лебяжье"

Сочетания нагрузок »воздействий Класс капитальности

1 | II | III | IV

Основные

Выше допустимого >1,3 >1,2 >1,15 >1,1

Допустимый 1,3-1,25 1,2-1,15 1,15-Ы 1,1-1,05

Недопустимый <1,25 <1,15 <1,1 <1,05

Особые

Выше допустимого >1.1 >1,1 >1,05 >1,05

Допустимый 1,1-1,05 1,1-1,05 1,05 1,05

Недопустимый <1,05 <1,05 <1,05 ! <1,05

Примечание. В таблице различными цветами обозначены допустимые, недопустимые и выше допустимые значения коэффициента запаса устойчивости

У иі им<***

Результаты проведенных расчетов для первого поля представлены на карте с цветным обозначением состояния ограждающей дамбы (рис. 8).

£.оэ о Створ

ш9

пк 8

усгойчюоста |1 15

пс 10

лк 6

ПК?

Рис. 8 Результат расчета устойчивости ограждающей дамбы хвостохранилища

По результатам расчетов установлено:

• участки по створам 1, 5 и 8 находятся в устойчивом состоянии;

• участки по створам 2, 6, 7, 11 и 12 должны эксплуатироваться при внимательном соблюдении требований проекта эксплуатации хвостохранилища;

• участки дамбы по створам 3,4, 9 и 10 нуждаются в принятии экстренных мер по повышению несущей способности дамбы.

На указанных участках (3, 4. 9, 10) были применены технологические приемы для управления риском аварии.

Произведено вторичное обвалование хвостов пляжной зоны на расстоянии до 5м с применением экскаваторов (рис.9).

намытых хвостов

Это позволяет образовать дополнительную дамбу обвалования, что в свою очередь приводит к изменению:

• геометрических параметров дамбы с увеличением размеров дамбы по верху.

• процессов консолидации намытых хвостов их ускорению и естественному улучшению основания дамбы.

Произведено статическое уплотнение хвостов слагающих тело ограждающей дамбы, с совершением до 10 проходок бульдозера по одному следу и перекрытием предыдущего на 10 - 20см.

Результаты полученных данных сравнивались с результатами базового варианта расчета устойчивости и оценки риска сооружения. Они

показывают динамику изменения свойств грунтов, что сказывается на показателе устойчивости и риска, доказывая правомерность применения технологии управления риском сооружения (табл.2).

Таблица 2. Сравнительные результаты расчета устойчивости ограждающей _ дамбы первого поля хвостохранилшца_

Значение £,„„, до Значение кпт, после

№ участка применения предложенной применения предложенной

технологии технологии

3 1,05 1,25

4 1,00 1,26

9 1,02 1,31

10 1,14 1,41

Таким образом, технологии управления риском, определенные лабораторными экспериментами, нашли подтверждение на натурных экспериментах и показали правомерность исследований.

Указанный подход по воздействию на факторы риска аварии позволяют проводить управление риском на сооружении в процессе эксплуатации и принимать экстренные меры по снижению риска в опасных зонах ограждающей дамбы хвостохранилища. Это дает возможность подсчета величины предотвращенного вреда в случае аварии в следствии потери устойчивости дамбы или гидродинамической аварии.

Величина финансового обеспечения ответственности определяется, исходя из оцененного в рублях размера максимального вреда, который может быть причинен жизни, здоровью физических лиц, имуществу физических и юридических лиц в результате аварии гидротехнического сооружения.

Наиболее вероятной причиной образования прорана и вытекания из отстойного пруда воды следует принять разрыв распределительного пульповода с последующим размывом щели глубиной 1,50 метра в дамбе обвалования. При этом следует учитывать, что раскрытие прорана будет происходить постепенно.

В общем виде вероятный вред от аварии на техногенном месторождении (по основным составляющим) определяется как сумма:

Ио6щ = Ил + И„ + И2 + Итж, + И5+ И10т (3)

Где Нл -затраты понесенные в результате гибели, пропажи без вести и травматизма людей, 1600 тыс. руб.;

И0 - ущерб основным и оборотным фондам предприятий, кроме основных и оборотных фондов владельца техногенного месторождения, 3381тыс. руб.;

И2 — ущерб готовой продукции предприятий, кроме продукции владельца техногенного месторождения, 980 тыс. руб.;

11тж, - ущерб элементам транспорта и связи, жилому фонду, имуществу граждан, сельскохозяйственному производству, лесному фонду от потери леса как сырья по рыночным ценам, от затопления и гибели лесов по фактическим затратам на восстановление леса, 17219,8тыс. руб.;

И5- расходы на ликвидацию последствий аварии, 872,2тыс. руб.;

И)0- прочие виды ущерба, 2245,Зтыс. руб.;

И„бщ ~~ полные убытки (полный ущерб) от аварии, 22917,1тыс. руб.

Заключение

В диссертации, являющейся законченной квалификационной работой, дано решение актуальной научно - технической задачи разработки и обоснования технологических параметров управления рисками при формировании и эксплуатации намывных техногенных месторождений в условиях криолитозоны.

Основные выводы, научные и практические результаты работы заключаются в следующем:

1. Проведен анализ риска и аварий на хвостохранилищах и показано, что необходим переход к новой стратегии более точной оценки, прогноза и снижения рисков. Эта стратегия должна быть основана на управлении техногенными рисками, что предполагает определение факторов риска и целенаправленное управление ими.

2. На основе системного подхода сформулирована комплексная проблема оценки, прогноза и управления рисками - сбор исходных данных - оценка существующего положения - разработка прогностической модели развития системы - эколого-экономическая оценка - управление рисками путем разработки и применения эффективных инженерных мероприятий, обеспечивающих при рациональных затратах техническую, экологическую и экономическую безопасность при эксплуатации сооружений.

3. Разработана методика оценки, прогноза риска аварии и управления ими с применением факторного анализа, который необходим для определения наиболее информативных и определяющих факторов (конструктивные, физико-механические свойства хвостов, температурное состояние дамбы) влияющих на устойчивость ограждающей дамбы техногенного месторождения, а они в свою очередь представляются лингвистическими переменными в теории нечетких множеств и

независимыми переменными в теории математического планирования эксперимента.

4. Создана и апробирована комплексная методика оценки, прогноза риска и управления ими при возведении и эксплуатации техногенных месторождений, основанной на теории нечетких множеств и математического планирования эксперимента

5. В результате экспериментов по разработанной методике выявлено, что при изменении основных факторов определяющих устойчивость дамбы и технологических приемов подтверждается работоспособность и эффективность применения данного метода управления рисками.

6. Методика оценки, прогноза и управления рисками в процессе возведения и эксплуатации техногенных месторождений впервые была использованы и практически внедрены на хвостохранилище «Лебяжье» ЗФ ОАО «ГМК «Норильский никель».

7. Внедрение методики оценки, прогноза риска аварии и управления ими при возведении и эксплуатации техногенного месторождения показало высокую достоверность получаемых результатов, подтвержденную фактическим состоянием ограждающей дамбы хвостохранилища "Лебяжье" ЗФ ОАО «ГМК «Норильский никель».

8. Проведенный экономический расчет показал эффективность применение разработанной методики и предотвращенный экологический и экономический ущерб только по 6 компонентам составил 22,917100 млн. руб.

Публикации в изданиях рекомендованных ВАК РФ

1. Лолаев А.Б. Акопов А.П., Оганесян А.Х., Сумин М.Н. Прогноз устойчивости ограждающей дамбы хвостохранилища в криолитозоне. //5-ая Международная научно-практическая конференция «Глобальный научный потенциал», Тамбов 2009 г. -с.83-86.

2. Лолаев А.Б. Акопов А.П., Оганесян А.Х., Сумин М.Н. Эколого-технологичеекие аспекты разработки техногенного месторождения в криолитозоне. // Устойчивое развитие горных территорий» 2011, №1. — с. 7783

3. Лолаев А.Б. Акопов А.П., Оганесян А.Х., Сумин М.Н. Технология намыва накопителей каскадного типа для отходов горнодобывающей промышленности. // Устойчивое развитие горных территорий" 2011 г., № 2.-е. 31-34

4. Лолаев А.Б. Акопов А.П., Оганесян А.Х., Сумин М.Н. Исследование и расчет устойчивости ограждающей дамбы при разработке

техногенного месторождения. // Устойчивое развитие горных территорий"

2011 г.,№ 4 (10). - с. 25-31

5. Лолаев А.Б. Акопов А.П., Оганесян А.X., Сумин М.Н.Способ возведения намывной ограждающей дамбы.// Патент РФ, № 2421568, 2011 г.

6. Лолаев А.Б. Акопов А.П., Оганесян А.Х., Сумин М.Н.Способ возведения намывной ограждающей дамбы.// Патент РФ, № 2421569, 2011 г.

7. Лолаев А.Б. Акопов А.П., Оганесян А.Х., Сумин М.Н.Способ возведения намывной ограждающей дамбы.// Патент РФ, № 2451131, 2012 г.

8. Лолаев А.Б. Акопов А.П., Оганесян А.Х., Сумин М.Н. Пульпопровод для намыва ограждающей дамбы. // Патент РФ, № 118321,

2012 г.

Статьи в других изданиях и материалы конференции

1. Лолаев А. Б., Акопов А. П., Оганесян А. X., Сумин M. Н. // Использование геоинформационных систем при разработке технологии намыва дамбы хвостохранилища. // Сборник материалов Международной научной конференции «Информационные технологии и системы». Владикавказ, 2009. - с. 274-277

2. Лолаев А. Б., Акопов А. П., Оганесян А. X., Сумин M. Н. // Оптимизация технологии намыва ограждающей дамбы каскадного хвостохранилища. Сборник материалов 5-ой международной научно-практической конференции «Составляющие научно-технического прогресса», Тамбов, 2009. - с. 148-150

3. Лолаев А. Б., Акопов А. П., Оганесян А. X., Сумин M. Н. // Моделирование процессов возведения намывных гидротехнических сооружений. Сборник трудов Северо-Кавказского горно-металлургического института (государственного технологического университета), вып. 17, Владикавказ 2010. - с. 24-29

4. Лолаев А. Б., Акопов А. П., Оганесян А. X., Сумин M. Н. // Моделирование процесса намывных гидротехнических сооружений. Труды молодых ученых ВНЦ РАН и Правительства РСО-Алания, № 3, Владикавказ 2011.- с. 87-92

5. Лолаев А. Б., Келехсаев A.B., Оганесян А.Х. Прогнозирование риска аварии горно-технического сооружения с применением теории математического планирования эксперимента. // Сборник материалов республиканской научно-технической конференции «Пути совершенствования качества строительства промышленных и гражданских зданий и сооружений», Владикавказ 2012.- с. 347-353

6. Lolaev А. В., Butiugin V. V., Akopov A. P., Oganesian A. Kh., Suniin M. N. Forecasting of the stability of the tailing dam in permafrost region on the basis numerical methods. Proceedings of 711' European Conference on Numerical Methods in Geotechnical Engineering. «Numge - 2010», Trondheim, Norway 2010. - pp. 563-567.

7. Lolaev А. В., Butiugin V. V., Akopov A. P., Oganesian A. Kh., Sumin M. N. Geoecological problems and technological ways of the tailing dump capacity increasing in permafrost region. Extended abstracts of I Ith International Association for Geology and the Environment, New Zeeland, 2010.-pp.533

8. Lolaev А. В., Butiugin V. V., Akopov A. P., Oganesian A. Kh.. Sumin M. N. Geoecological problems and technological ways of the tailing dump capacity increasing in permafrost region. Proceedings of ll"' International Association for Geology and the Environment, New Zeeland, 2010, (CD edition).-pp.4287-4292.

9. Lolaev А. В., Butiugin V. V., Akopov A. P., Oganesian A. Kh., Sumin M. N. Optimization of the invvash technology of the cascade tailing dump levee in permafrost region. Proceedings of 7lh International Congress on Environmental Geotechnics. New Delhi, India, 2010. - pp. 517-520

10. Lolaev А. В., Butiugin V. V., Akopov A. P., Oganesian A. Kh., Sumin M. N. The tailing dump capacity increasing in a mode of operation in permafrost region. Extended abstracts of 11th Asian Regional Congress, Hong Kong, China, 2011.-pp. 1051-1055

11. Lolaev А. В., Butiugin V. V., Akopov A. P., Oganesian A. Kh., Sumin M. N. The tailing dump capacity increasing in a mode of operation in permafrost region. Proceeding of 11th Asian Regional Congress, Hong Kong, China, 2011, (CD edition).

Подписано в печать 08.02.2013. Печать офсетная. Формат 60x84 1/16. Бумага офсетная. У четно-издательских листов 1 п. л. Тираж 100 экз. Заказ № 26

ФГБОУ ВПО «Северо-Кавказский горно-металлургическии институт (государственный технологический университет)». Издательство «Терек». Отпечатано в отделе оперативной полиграфии СКГМИ (ГТУ) 362021, г. Владикавказ, ул. Николаева, 44.

Текст научной работыДиссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Оганесян, Алексан Хачатурович, Владикавказ

СЕВЕРО-КАВКАЗСКИЙ ГОРНО-МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ (ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)

На правах рукописи

ОГАНЕСЯН АЛЕКСАН ХАЧАТУРОВИЧ

ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ УПРАВЛЕНИЯ РИСКАМИ ПРИ ФОРМИРОВАНИИ И

ЭКСПЛУАТАЦИИ НАМЫВНЫХ ТЕХНОГЕННЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ В УСЛОВИЯХ КРИОЛИТОЗОНЫ

Специальности 25.00.22. «Геотехнология подземная, открытая и

строительная»

тг

ДИССЕРТАЦИЯ

^^ С2 на соискание ученой степени

^ СМ кандидата технических наук

О °

СМ ^

* 7 см

Научный руководитель

О

доктор технических наук, профессор ЛОЛАЕВ А.Б.

ВЛАДИКАВКАЗ 2013

Оглавление

Оглавление ..............................................................................................................2

Введение..................................................................................................................5

Глава 1. КОМПЛЕКСНАЯ ПРОБЛЕМА ПРОГНОЗА И УПРАВЛЕНИЯ РИСКАМИ В ПРОЦЕССЕ ВОЗВЕДЕНИЯ И РАЗРАБОТКИ ТЕХНОГЕННЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ В КРИОЛИТОЗОНЕ . 10

1.1. Хвостохранилище и окружающая среда.............................................10

1.2. Нормативно-правовая база природно-техногенной безопасности при возведении и эксплуатации хвостохранилищ в рамках концепции национальной безопасности................................................................18

1.3. Нормативная безопасность ограждающей техногенных месторождений .....................................................................................23

1.4. Комплексная проблема исследований при оценке, прогнозе и управлении рисками в процессе возведения и разработки техногенных месторождений..............................................................37

1.5. Цели, задачи и методы исследований.................................................42

Глава 2. МЕТОДОЛОГИЯ ИССЛЕДОВАНИЯ............................................45

2.1. Факторы, определяющие устойчивость и промышленную безопасность хвостохранилищ ...........................................................45

2.2. Организационно-технологические принципы управления рисками..................................................................................................48

2.3. Обоснование применения теории нечетких множеств.....................50

2.3.1 Элементы теории нечетких множеств .................................53

2.3.2 Методика построения моделей в нечеткой среде................60

2.4 Оценка безопасности ГТС математическими методами...................67

2.4.1 Основные сочетания воздействий и нагрузок на гидротехнические сооружения..............................................68

2.4.2 Расчеты устойчивости по круглоцилиндрическим поверхностям скольжения.....................................................73

2.5 Теоретическое обоснование и исследование влияния определяющих факторов на коэффициент устойчивости куст, установленных факторным анализом, с применением математического планирования эксперимента................................................................77

2.5.1 Моделирование в решении прикладных и кибернетических задач..........................................................................................77

2.5.2 Роль математических моделей в решении задач оптимального управления процессами развития ГТС........79

2.5.3 Парная корреляция и регрессия как индикатор адекватности математической модели.................................81

2.6 Методика построения моделей с помощью пассивного и активного эксперимента при моделировании и выполнении процессов оптимального управления рисками.....................................................89

Выводы по главе...........................................................................................91

Глава 3. ФИЗИКО-МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ УПРАВЛЕНИЯ РИСКАМИ ПРИ ВОЗВЕДЕНИИ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ТЕХНОГЕННЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ..........................................................................92

3.1. Принципы, критерии и обоснование физико-математического моделирования ограждающей дамбы хвостохранилища при прогнозировании и управлении рисками...........................................92

3.2. Прогноз состояния техногенного месторождения (хвостохранилища) с применением математических методов.........94

3.2.1 Моделирование и оценка несущей способности ограждающей дамбы на базе нечетких множеств...............94

3.2.2 Моделирование и оценка несущей способности ограждающей дамбы на базе расчетов устойчивости по круглоцилиндрическим поверхностям скольжения............97

3.2.3 Оценка устойчивости ограждающей дамбы хвостохранилища с применением теории математического планирования эксперимента..................................................99

3.3 Технологические аспекты управляемого риска техногенного месторождения (хвостохранилища) .................................................103

3.4 Физическое моделирование процесса намыва и формирования ограждающей дабы хвостохранилища..............................................107

3.4.1 Технологические и физические методы как инструмент для управления риском на ГТС типа накопителей отходов и хвостохранилищ....................................................................113

Выводы по главе.........................................................................................128

Глава 4. ОЦЕНКА, ПРОГНОЗ И УПРАВЛЕНИЕ РИСКОМ НА ХВОСТОХРАНИЛИЩЕ С ПРИМЕНЕНИЕМ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРИЕМОВ...............................................129

4.1. Методика оценки, прогноза и управления техногенным риском.. 129

4.2. Характеристики объектов и сооружения хвостохранилища "Лебяжье".............................................................................................133

4.3. Оценочные и прогнозные расчеты устойчивости и риска аварии на

первом поле хвостохранилища «Лебяжье» .....................................139

4.3.1 Оценка существующего состояния сооружения...............139

4.3.2 Полевые исследования и технологические меры для управления риском на хвостохранилище «Лебяжье» ......144

4.4. Описание сценария аварии ГТС, в результате которой может быть причинен вероятный вред и расчет предотвращенного вреда.......147

Выводы по главе........................................................................................159

Заключение................................................................................................160

Литература.................................................................................................162

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы.

Практически каждый год в различных странах происходят аварии горно-технических сооружений, в том числе хвостохранилищ (техногенных месторождений), причем последствия этих разрушений свидетельствует о серьезной опасности накопителей различного рода для людей, инженерных сооружений и элементов окружающей среды.

В связи с этим возведение и эксплуатация намывных накопителей отходов в безопасном режиме с наименьшим риском аварии приобретает все большую актуальность и требует скорейшего решения для разработки и реализации мероприятий по снижению риска и повышению устойчивости техногенного месторождения. Каждое из подобных сооружений, по существу, является уникальным и, как показывает практика, экологическая и технологическая безопасность таких объектов не всегда может быть обеспечена стандартными методами и технологическими приемами, регламентированными положениями нормативных документов. Это приводит к необходимости поиска новых технических решений, направленных на снижение риска аварий с одновременным обеспечением экологической и технологической безопасности хвостохранилищ.

Вопросы управления надежностью процессов возведения и эксплуатации намывных техногенных месторождений с учетом промышленной и экологической безопасности формируют самостоятельную актуальную задачу, имеющую большое научно-практическое значение.

Диссертация является частью завершенных научно-исследовательских работ по темам «Исследования и разработка инновационных технологий комбинированной переработки и утилизации отходов предприятий цветной металлургии» в рамках Федеральной целевой программы «Исследования и разработка по приоритетным направления научно-технического комплекса России на 2007-2013 года», ГК №16.515.11.5027, «Разработка эффективной технологии выработки лежалых хвостов и пирротинового концентрата» с ЗФ ОАО «ГМК «Норильский никель», №88-44/09 от 22.01.2009г.

5

Цель работы - разработка и обоснование технологических параметров управления рисками при формировании и эксплуатации намывных техногенных месторождений в условиях криолитозоны.

Идея работы - заключается в разработке структурной модели устойчивого функционирования природно-технической геосистемы «намывное сооружение - окружающая среда» обеспечивающую внедрение инновационных технических решений при освоении техногенных месторождений в условиях криолитозоны.

Научные положения защищаемые в работе:

1. Оптимальные технологические параметры возведения намывных техногенных месторождений в рамках предлагаемой математической модели на теории нечетких множеств и математического планирования эксперимента.

2. Технологические параметры - высота дамбы, угол откоса дамбы, ширина пляжа, плотность хвостов, температура тела дамбы, давление подземных вод - устойчивость создаваемого техногенного месторождения находятся в корреляционной связи с достоверностью не менее 90-95 %.

3. Оценка, прогноз рисками аварии и управление ими при создании техногенного месторождения, в условиях совершенствования технологии, осуществляются методами регрессионного моделирования дифференцированно для каждого параметра с точностью до 95 %.

Научная новизна работы:

1. Предложена математическая модель определения оптимальных технологических параметров возведения техногенных месторождений, отличающаяся комплексным использованием теории нечетких множеств и математического планирования эксперимента.

2. Установлены границы в корреляционной связи технологических параметров - высоты дамбы, угла откоса дамбы, ширины пляжа, плотности хвостов, температуры тела дамбы, давления подземных вод - устойчивости намывного техногенного месторождения.

3. Предложен новый метод регрессионной оценки, прогноза риска и управления ими, в условиях совершенствования технологии, при возведении и эксплуатации намывных техногенных месторождений.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обеспечивается:

-комплексным использованием методов исследований, представительностью исходных данных, необходимым и достаточным объемом теоретических исследований, лабораторных, технологических, опытных и опытно-промышленных экспериментов, высокой сходимостью их результатов, а также реализацией теоретических положений в практике;

-использованием стандартных методик проведения лабораторных исследований на сертифицированных приборах и оборудованиях;

-удовлетворительной сходимостью результатов аналитических исследований, лабораторных и производственных экспериментов;

-положительными результатами производственных испытаний и промышленным внедрением результатов исследований.

Научное значение работы состоит в разработке методики оценки, прогноза риска и управление им путем совершенствования технологии создания техногенного месторождения.

Практическое значение работы:

• сформулирована комплексная проблема оценки, прогноза и управления рисками при возведении и эксплуатации намывных техногенных месторождений;

• выполнен анализ и определение основных факторов влияющих на безопасность и устойчивость техногенного месторождения в режиме строительства и эксплуатации;

• получены результаты экспериментальных исследований влияния факторов риска аварии на устойчивость техногенного месторождения;

• разработана и апробирована методика оценки, прогноза риска аварии и управления ими при возведении и эксплуатации намывных техногенных месторождений;

• выполнены расчеты по оценке, прогнозу и управлению рисками с повышением технологической и экологической безопасности сооружения и расчет предотвращенного вреда в случае гидродинамической аварии на хвостохранилище.

• в результате применения полученной методики оценки, прогноза и управления рисками техногенного месторождения в криолитозоне на примере хвостохранилища «Лебяжье» ЗФ ОАО «ГМК «Норильский никель» получена величина предотвращенного вреда.

Реализация результатов работы.

Результаты исследований использованы при составлении проекта на разработку оптимальной технологии намыва ограждающей дамбы хвостохранилища «Лебяжье» и отработку запасов руд пирротинохранилища Норильской обогатительной фабрики Заполярного филиала ОАО ГМК «Норильский Никель». Результаты теоретических исследований использованы в учебном процессе СКГМИ (ГТУ) при подготовке специалистов в области открытой геотехнологии.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и получили положительную оценку на: Международной научной конференции «Информационные технологии и системы. Наука и практика» (Владикавказ, 2009); 5-ой Международной научно-практической конференции «Составляющие научно-технического прогресса»(Тамбов

2009); 5-ой Международной научно-практической конференции «Глобальный научный потенциал» (Тамбов 2009); 7-th European Conference on numerical methods in Geotechnical Engineering «Numage 2010» (Trondheim, Norway, 2010); 1-ой Региональной междисциплинарной конференции молодых ученых «Наука обществу» (Владикавказ 2010); 11-th Congress of the International Association for Geology and the Environment. (New Zeeland 2010); Sixth International Congress on Environmental Geotechnics. (New Delhi, India,

2010); VII Международной научной конференции «Устойчивое развитие

горных территорий». (Владикавказ 2010); Международной Научно-

Практической Конференции «Опасные Природные Техногенные Процессы

8

на Горных и Предгорных Территориях Северного Кавказа» (Владикавказ 2010); 9-ой Международной конференции «Ресурсовоспроизводные малоотходные и природоохранные технологии освоения недр» (Котону, Бенин, 2010); « 14-th Asian Conference on Soil Mechanics and Geotechnical Engineering» (Hong Kong, 2011); на ежегодных НТК СКГМИ (ГТУ) (Владикавказ, 2008-2012) ;на расширенном заседании кафедры «Горное дело» ФГБОУ ВПО ЮРГТУ (НПИ) (Новочеркасск, 2012); на 25-ом международном научном симпозиуме «Неделя горняка 2013» (Москва, 2013).

Публикации. Основные результаты исследований отражены в 19 опубликованных работах, в том числе в 4 авторских свидетельствах и патентах, в 5 зарубежных публикациях в трудах Международных конгрессов, симпозиумов и конференций.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения. Основное содержание изложено на 180 страницах машинописного текста, включая 40 рисунков, 18 таблицы и библиографию из 177 наименований отечественных и зарубежных авторов.

Автор выражает глубокую благодарность всем коллегам по работе в Северо-Кавказском горно-металлургическом институте (государственном технологическом университете), и в частности, профессору, д.т.н. Габараеву О.З., профессору к.т.н. Касаеву Г.С., ст. преп. каф. СМ и СМ Арутюновой A.B.; директору УРАН ЦГИ ВНЦ РАН и Правительства РСО-Аланаия профессору д.физ.-мат.н. Заалишвили В.Б.; заместителю главного инженера ПООФ ЗФ ОАО «ГМК «Норильский никель» доц. к.т.н. Бутюгину В.В, доценту к.т.н. Келехсаеву А. В., за оказанную научную помощь и поддержку при выполнении работы.

Особую благодарность автор выражает научному руководителю профессору, д.т.н. А.Б. Лолаеву.

ГЛАВА 1. КОМПЛЕКСНАЯ ПРОБЛЕМА ПРОГНОЗА И УПРАВЛЕНИЯ РИСКАМИ В ПРОЦЕССЕ ВОЗВЕДЕНИЯ И РАЗРАБОТКИ ТЕХНОГЕННЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ В КРИОЛИТОЗОНЕ

В главе рассматриваются общие вопросы обеспечения комплексной безопасности эксплуатации намывных техногенных месторождений, технологические схемы эксплуатации, основные требования нормативных документов, предъявляемые к обеспечению безопасности хвостового хозяйства, обсуждаются проблемы, с которыми сталкивается исследователь, проектировщик, строитель и эксплуатационщик.

1.1. Техногенное месторождение и окружающая среда

Промышленное освоение недр всегда было связано с образованием большого количества отходов. К тому же, несмотря на постоянное совершенствование технологий добычи и переработки полезных ископаемых, количество отходов горно-металлургического производства не уменьшается. В настоящее время только десятая, а в некоторых случаях и еще меньшая часть сырья превращается в конечную продукцию. При переходе на переработку бедных руд будет образовываться еще большее количество отходов, для складирования которых потребуются огромные площади [«Доклад о состоянии...», 2006].

Так на сегодняшний день по горнодобывающей промышленности количество твердых отходов составляет от 50 до 95 % извлекаемой из недр горной массы.

Использование таких отходов, в целом незначительно. В год при

о

добыче руд извлекается из недр около 163 млн. м вскрышных (вмещающих) пород, из которых на различные цели используется 28 млн. м (17,2 %), в том

3 3

числе 5,5 млн. м для заполнения выработанного пространства; 10,1 млн. м для производства строительных материалов [«Доклад о состоянии...», 2006]. Обострение положения с обеспечением потребности страны в продукции минерально-сырьевого комплекса обуславливает необходимость вовлечения

в производство сырья техногенных месторождений. Это является еще и важным резервом для интенсивного развития ресурсосбережения, охраны недр, рационального землепользования и защиты окружающей среды, и кроме того, экономически выгодно.

Техногенные ресурсы металлургических предприятий огромны. Так, только на Урале имеется 177 млн. т хвостов обогащения медных и медно-цинковых руд, в которых содержится 475 тыс.