Обоснование проектных решений по рациональному освоению подземного пространства горнотехнических систем

Ларин, Алексей Владимирович

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Обоснование проектных решений по рациональному освоению подземного пространства горнотехнических систем
ВАК РФ 25.00.21, Теоретические основы проектирования горно-технических систем

Автореферат диссертации по теме "Обоснование проектных решений по рациональному освоению подземного пространства горнотехнических систем"

На правах рукописи

Ларин Алексей Владимирович

394603225

* I

Обоснование проектных решений по рациональному освоению подземного пространства горнотехнических

систем

Специальность 25.00.21 - «Теоретические основы проектирования горнотехнических систем»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических паук

Москва 2010

- з июн 2010

004603225

Работа выполнена в Московском государственном горном университете

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор Малкнн Анатолий Степанович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Казикаев Джек Мубдракович

кандидат технических наук, доцент Коновалов Олег Валентинович

Ведущая организация:

ФГУПННЦГП -

«ИГД им. АА. Скочинского»,

г. Люберцы

Защита диссертации состоится «09» июня 2010г. в «14» час. на заседании диссертационного совета Д212.128.03 при Московском государственном горном университете по адресу: 119991» ГСП, Москва» В-49, Ленинский проспектов.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного горного университета

Автореферат разослан « » мая 2 010г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Савич Игорь Николаевич

Общая характеристика работы

Актуальность работы. Объективная тенденция ухудшения горногеологических условий отработки запасов полезных ископаемых, конкурентное противостояние в топливно-энергетическом комплексе газа, нефти, с одной стороны, и угля - с другой, заставили кардинально изменить отношение к угледобывающей отрасли.

В последние годы в угольной промышленности чрезвычайную актуальность приобрели две ранее разобщенные проблемы: экономика и экология. Взаимозависимость этих проблем стала проявляться в стратегическом единении экологической безопасности и экономической эффективности ведения горных работ, в частности при решении задач размещения отходов производства и объектов в подземном технологическом пространстве шахт. Вместе с тем до последнего времени речь не шла о техногенном пространстве, образующимся при подземной разработке месторождений полезных ископаемых. Техногенные факторы, порождаемые жизнедеятельностью человека, все более негативно «нагружают» окружающую среду. Восстановление природных характеристик и свойств окружающей среды в прежнем виде связано с весьма крупными затратами материальных и финансовых средств. Избежать или уменьшить затраты до сих пор удавалось с помощью создания емких, сосредоточенных хранилищ (складов) или сброса промышленных отходов в малодоступных точках планеты (океанах, горах, джунглях). Реализация стратегии реструктуризации шахтного фонда на основе приоритетного развития перспективных шахт предусматривает выполнение комплекса научных, конструкторских и опытно-экспериментальных работ в направлении более рационального использования георесурсов предприятий. В частности, применение «мокрого», и тем более «сухого», способа консервации подземного пространства как объекта многопрофильного использования. К тому же тот или иной способ нейтрализации экологически вредных промышленных отходов напрямую не связан с традиционной технологией добычи полезных ископаемых, что делает обоснования прогрессивных проектных решений по рациональному освоению подземного пространства горных предприятий весьма актуальной как в экономическом, так и в экологическом аспекте.

Целью работы является обоснование проектных решений по рациональному освоению подземного пространства горнотехнических систем.

Основная идея работы заключается в представлении технологического подземного пространства объектом многопрофильного использования в для

обеспечения эффективного развития шахт и сохранения экологичности горного производства.

Основные научные положения, выносимые на защиту:

1. Концепция обоснования направлений многоцелевого использования подземных пространств шахт, как и других горнотехнических систем, должна предусматривать ее реализацию в рамках единой технологической системы предприятия на всех стадиях его функционирования - от проектирования до ликвидации после завершения добычи полезного ископаемого и целевого использования подземного пространства,

2. Многоаспектная сущность прогрессивности и эффективности функционирования шахт для оценки рациональности использования георесурсов недр требует реализации объектно-ориентированного системного подхода с выходом на интегрированные проектные технологические решения.

3. Рациональность использования подземного пространства шахт обеспечивается реализацией прогрессивных мероприятий по освобождению поверхности горного отвода от экологически негативных отходов, частичному сокращению внутришахтных и поверхностных транспортных расходов по перемещению и складированию отходов, созданию надежных в эксплуатации складов, хранилищ, многопрофильных коммуникаций»

Научная новизна работы заключатся в следующем:

• предложены методические принципы обоснования перспективности действующих шахт, а также экологического состояния окружающей среды их функционирования на базе интегральной оценки комплексов с использованием частных показателей, отличающихся многомерностью и объективностью.

• осуществлена систематизация частных экологических показателей, характеризующих степень эколошческой вредности отдельных горногеологических и горнотехнических свойств, а также обоснован порядок ранжирования шахт по уровню экологичности горного производства.

• обоснована и разработана процедура освоения подземного пространства сланцевой шахты «Ленинградская»; обоснованы проектные решеня по размещению склада взрывчатых материалов в капитальных горных выработках.

Научное значение работы заключается в разработке концепции обоснования направлений многоцелевого использования технологического подземного пространства шахт с учетом реализации объектно-ориентированных мер по обеспечению экологичности и эффективности функционирования предприятий.

Практическое значение работы состоит в разработке рекомендаций по реализации методики интегральной квалиметрической оценки экологического состояния шахт и их конкурентоспособности в рыночной среде.

Реализация работы. Рекомендации по использованию технологического подземного пространства использованы при обосновании проектных решений по размещению базисного склада взрывчатых материалов в капитальных выработках шахты «Ленинградская».

Апробация работы. Основные научные и практические результаты исследований обсуждались и получали одобрение на техническом совете Государственного учреждения по вопросам реорганизации и ликвидации нерентабельных шахт и разрезов (ГУ ГУРШ) (Москва, 2007-2008 гг.), на семинарах кафедры ПРПМ МГГУ (2007-2010 гг.); рекомендации по методическим аспектам применения интегральной оценки особенностей выявления и реализации экономико-экологических предпосылок использования подземного пространства обсуждались на научном симпозиуме в рамках «Недели горняка» МГГУ, (Москва, 2006), а также на научных семинарах кафедры подземной разработки пластовых месторождений МГГУ (Москва, 2006-2008).

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликованы 3 научные работы.

Структура и объем. Диссертация состоит из введения, 4 разделов, заключения, содержит 5 таблиц, 16 рисунков, список литературы из 72 наименований.

Основное содержание работы

Угольной промышленности всегда придавалась особая роль в экономике как России, так и многих зарубежных стран. Так, в восьмидесятые годы прошлого столетия предстояло реконструировать и вывести на уровень конкурентоспособных более 40% шахт (344 единицы).

Используя фундаментальные труды основоположников горной науки академиков Шевякова Л.Д., Скочинского A.A., Терпигорева A.M., Агошкова М.И., Мельникова Н.В., Ржевского В.В., Попова А.С, Бойконурова, профессоров Бокия Б.И., Борисова Д.Ф., Кузнецова К.К., целое поколение крупных ученых: профессоров Бурчаков А.С, Казикаев Д.М., Курносов А.М., Квон С.С, Иофис М.А., Капустин Н.Г., член-корреспондентов РАН, профессоров Пучков Л.А., Устинов М.И., Сонин С.Д., Каплунов Д.Р., Астахов А.С, Петренко Е.В., Малкин А.С, Харченко В.А., Воробьев Б.М.,

Еремеев В.М., Килячков А.П., доц. Коновалов О.В. и др. работали над сложнейшими проблемами проектирования шахт, решая задачи оптимизации, развития теории принятия сложных решений.

В последние десять лет состояние шахтного фонда и научные задачи изменились кардинально. Обострилось технологическое и социально-экономическое состояние шахт, полностью нарушилась экономика угольной отрасли в целом. Государство не нашло другого приемлемого для угольной промышленности решения, как объявить реструктуризацию предприятий. Массовое закрытие шахт вызвало необходимость решения новых научных, проектных и производственных задач. Большую долю научных задач решали и продолжают решать академики Трубецкой К.Н., Чантурия ЕЛ., проф. Харченко В.А., чл-корр РАН Рубан A.B., д.т.н. Яновский А.Б., д.т.н. Романов С.М., профессора Сластунов С.В., Картозия Б.А., Корчак A.B., Ковальчук А.Б. и др. Многие задачи по своему содержанию оказались далеки от традиционных, для их решения потребовались новые оригинальные методы, методики и подходы.

Впервые проводимая масштабная и сложная в организационном, финансово-экономическом, социальном отношении реструктуризация гигантской производственной структуры угольной отрасли оказалась малоподготовленной как в научном, так и методическом, правовом отношении.

В ходе исследований в данной работе возникли и получили решение ряд важцых научно-методических и организационных задач:

• установление основных природных, технологических, социально-экономических и экологических факторов реструктуризации шахтного фонда;

• в рамках разработки и апробации методики интегральной оценки стало необходимым обоснование комплексов частных показателей-критериев природных, технологических, социальных условий работы шахт; для выявления прогрессивных, экономичных решений по развитию перспективных и стабильных шахт и закрытию убыточных шахт необходимо обоснование степени вредности экологически негативных последствий действующих я закрываемых шахт;

• осуществление интегральной оценки действующих и закрываемых шахт (более 50 единиц), результаты которой позволили подтвердить как справедливость закрытия многих шахт уральского, дальневосточного, восточно-донбасского, подмосковного, кузбасского, печорского и др. регионов, так и ошибочность отнесения к закрываемым некоторых из шахт;

• формулирование концепции стратегии развития шахтного фонда России, основанной на стремлении повышения доли потребляемого угля в

топливно-энергетическом балансе, соответствующего финансирования, а также использовании решений по повышению конкурентоспособности добычи и потребления угля;

• в качестве эффективных резервов повышения конкурентоспособности действующих шахт установлено обоснование: размещения в шахте хранилищ под разнообразную продукцию, использование элементов технологических схем для складирования запасов материалов и др.;

• обоснование реальной экологической вредности геофизических процессов, проявляющихся на закрываемых шахтах, и разработка превентивных мер по предотвращению негативных последствий;

• установление стратегических направлений развития шахтного фонда, позволяющего поддерживать конкурентоспособность угольной промышленности, долевое участие угля в топливно-энергетическом балансе России объективно обеспечивается запасами имеющихся и приобретаемых ресурсов.

Маркетинг окружающей среды на действующих и закрываемых шахтах вскрыл весьма сложную многокомпонентную систему взаимодействия экологически вредных процессов, явлений, факторов, веществ. В результате число критериев, характеризующих горно-геологическое (механическое), газодинамическое, гидрогеологическое, горно-химическое, радиационное воздействие на окружающую газовую, водную природную и техногенную среду, становится весьма значительным. Поэтому задача всесторонней оценки экологической вредности всех негативных воздействий представляется весьма сложной даже в постановке. Состояние изученности проблемы оценки и нейтрализации экологически негативных воздействий на окружающую среду на закрываемых шахтах вместе с тем позволяет решить эту задачу укрупненно.

Наиболее весомые масштабные, касающиеся почти каждой шахты негативные проявления сводятся к шумам, деформации массива и поверхности, нарушениям ландшафта и отвлечению земли, запыленности и загазованности атмосферы, обводненности поверхности, химического загрязнения воздуха, воды и почвы, радиационного загрязнения воздуха, воды и почвы, а также комбинации перечисленных проявлений.

Сила и масштабность воздействий перечисленных факторов на окружающую среду и через ее посредство на здоровье и безопасность человека различные. Статистические экспертные исследования позволяют ранжировать (на базе балльных оценок) негативные воздействия. Обобщенные балльные оценки могут служить коэффициентами важности того или иного экологически негативного воздействия, Предупреждение и

нейтрализация столь разнообразных негативных воздействий требуют установления причинных факторов и явлений, порождающих загрязнение окружающей среды.

Для оценки степени воздействий экологической вредности на окружающую среду устанавливаются критерии-показатели количественного измерения. Располагая этой численной информацией, можно обосновать и выбрать соответствующие мероприятия по нейтрализации негативных экологических последствий при закрытии шахт.

Таким образом, объединение в единую взаимосвязанную систему порождающих причин экологически вредных воздействий, критериев их вредности и соответствующих мероприятий, нейтрализующих экологический и экономический ущерб, дает возможность на базе методов теории принятия сложных решений произвести численную интегральную оценку экологического состояния действующих и закрываемых шахт.

Значительная часть представленных показателей носит комплексный характер, численное значение их вычисляется по специальным формулам. Так, если атмосферный воздух загрязнен несколькими веществами, приводится расчет комплексного показателя опасности

Сзы - концентрация загрязняющего вещества в воздухе, приведенная в третьему классу;

где Сзцщ - концентрация ¿-того класса опасности;

п - значение коэффициента для загрязняющих веществ соответствующего класса: п = 2,3 - для 1 класса; п = 1.3 - для 2 класса; п = 0,87 - для 4 класса.

В связи с тем что критерии-показатели разнородны и имеют различную размерность, предусматривается приведение их к безразмерной, относительной формуле:

О)

где К^ = —^ - коэффициент загрязнения атмосферного воздуха;

р>

Сзы - Сзйи • п,

sa =

ij jmsx jmin ' (2)

г max

где I; ; 1т;4'; ^ и - относительно эталонные, фактические, максимальные и минимальные значения показателей экологического состояния окружающей среды.

Результаты вычислений (относительные отклонения фактических значений от эталонных) заносятся в матрицу. Полученные безразмерные эквиваленты натуральных значений показателей можно складывать, умножать, что позволяет, в частности, суммировать отдельные разрозненные показатели в интегральную функцию

(pep)

(3)

где <pi - функция важности конкретного i-ro показателя экологической вредности;

Ё«

гп

среднее значение функции важности для всех показателей

экологического состояния окружающей среды;

ш - число дифференцированных (частных) показателей состояния экологии;

—- относительный вес функции важности ¡-го показателя по К

сравнению со средней важностью из всех т - х показателей.

С использованием таблицы относительных отклонений аи и значения коэффициентов важности <р; вычисляются интегральные показатели К,«^ для каждой ¿-той шахты. Полученные значения интегральных показателей располагаются в ранжированный ряд: Кин1д; КИ1Пд+ь который

отображается в виде гистограммной схемы (рис. 1). Гистограмма дает хорошую возможность наглядно сопоставить фактическую экологическую обстановку в районе каждой шахты.

Несмотря на определенные успехи в развитии и применении того или иного направления по оздоровлению экологической среды, получить общее решение болыпинстаа проблем не удается.

Огромные объемы технологического пространства в виде горных выработок различных сроков существования, форм и мест расположения на шахтах и рудниках остаются без пользы, погашаясь, как правило, естественным образом.

О СП

Южная

50 лет Октября

Анжерская

Центральная

им. Ленина

Ленинградская

Коркинская

Промышленна

Батуринская

Зиминка

Аютинская

СП

- - г ~ - X

V. Г

■

Наряду с этим на поверхности создаются «горы» продуктов переработки и использования минерального сырья, промышленных и хозяйственных отходов. Проблема размещения этого материала вызывает беспокойство во всех странах.

По инженерному алогично извлекать под землей попутно пустую породу, искать и занимать на под ее размещение большие участки поверхности и в то же время оставлять образовавшиеся технологические пустоты в недрах земли.

Впервые ученые разных специальностей, производственники и экономисты подршли к необходимости "состыковать" ранее изолированные проблемы: "полезного использования технологического подземного пространства" ц "надежного размещения продуктов промышленного и хозяйственного оборота".

Важнейшие программы разработки и использования подземного технологического пространства сводятся к следующему:

1. Обследование, изучение, инвентаризация подземного технологического пространства. Эта программа направлена на установление ясности в главных вопросах: каким объемом технологического подземного пространства располагают шахты и рудники, как распределено оно по регионам, по горно-геологическим параметрам, по технологическим и пространственным характеристикам.

2. Изучение и инвентаризация материалов, отходов производства, требующих размещения в технологическом подземном пространстве. Проблема использования подземного технологического пространства (11111) имеет как внутреннюю, частную для каждого предприятия актуальность, так и внешнюю. Это заставляет искать способы размещения породы в шахтах и рудниках.

3. Подготовка подземного пространства к размещению породных материалов и отходов. Выбор способов и технологии подготовки технологическогр подземного пространства к приему и складированию породных материалов, отходов производства и городского хозяйства требует конкретных исследований.

4. Разработка и выбор технологии размещения попутной породы и отходов производства в подземном пространстве. Заполнение выработанного пространства лав производится в большинстве случаев для поддержки кровли и управления горным давлением. Попутно достигается иногда и другая цель - не выдавать породу на поверхность, не занимать площади, не нарушать естественные свойства окружающей среды.

5. Оценка и оптимизация вариантов технологий использования технологическогр подземного пространства. Программы решения основных

проблем использования ТПП иллюстрируют широкое многообразие возможных вариантов. Могут быть составлены многовариантные сочетания технологических связок вида материала и отходов с типом подземного пространства, его характеристиками, со способом подготовки пространства и видом технологии размещения.

Среди экологически вредных явлений, имевших место в горнодобывающей промышленности, особенно заметными стали события, связанные с авариями на Верхнекамском месторождении калийно-магниевых солей. Верхнекамское месторождение калийных солей является одним из крупнейших в мире.

Шахтное поле рудника Березнековское калийно-производственное рудоуправление - 1 расположено в пределах Березниковского участка Верхнекамского месторождения калийно-магниевых солей. Следует отметить, что н^д территорией шахтного поля расположены гражданские и промышленные здания и сооружения, трубопроводы, линии электропередач, насыпные дамбы, железные дороги, автодороги, шламохранилище, солеотвал, садовые участки.

Приведенные объекты подвержены серьезным экологическим воздействиям, требующим для их локализации соответствующих решений.

Разработка калийных и соляных месторождений именно подземным шахтным способом диктуется строением месторождения и горно-геологическимж условиями залегания полезного ископаемого.

Возможными источниками проникновения надсолевых вод в горные выработки являются: техногенные трещины в водозащитной толще, образовавшиеся в результате деформирования подработанного массива пород; тектонические трещины и зоны ослабления в водозащитной толще; шахтные стволы и геологоразведочные скважины.

Необходимость сохранения сплошности водозащитной толщи определяет специфические требования к числу пластов, включаемых в состав балансовых запасов. Особенно жесткими являются эти требования для Верхнекамского месторождения, где глубина залегания калийных пластов не превышает 400 м, а мощность ВЗТ на отдельных участках снижается до 30 м.

На руднике применялась механическая и гидравлическая закладка как элемент управления кровлей в технологическом цикле разработки. Кроме того, плотная закладка служит в качестве средства охраны водозащитной толщи. Отставание закладочных работ от очистной выемки на карналлитовом пласте не более 1,5 м.

Учитывая, однако, гидрогеологическую ситуацию как под землей, так и на поверхности, чрезвычайную сложность удержания экологической

обстановки при отработке месторождений верхнекамья, следует использовать только «сухую» закладку.

Удорожание закладочных работ возможно минимизировать за счет снижения затрат на другие процессы (выемку, крепление, проветривание, транспорт).

Многовариантность направлений использования подземного пространства в основном сводится к двум направлениям:

• использование технологического пространства шахт, рудников, тоннелей;

• использование многообразия объектов городского хозяйства.

Высокий уровень развития всех элементов городской жизни, рост городов и другие факторы обусловливают значительные масштабы освоения подземного пространства в городах. Меняется смысл подземного пространства, расширяются функции. В итоге возникает достаточно оснований рассматривать подземное пространство как вид ресурсов недр, используемый в качестве среды для проживания, размещения объектов, выполнения процессов.

Обычно выделяют следующие предпосылки освоения подземного пространства: социальные, горнотехнические, геологические, экономические (экономия энергетических затрат) и оборонные.

Социальные предпосылки освоения подземного пространства заключаются в росте народонаселения и происходящих демографических изменениях, неизбежных техногенных изменениях окружающей среды, необходимости сохранения земельных фондов и улучшения рекреационных возможностей людей и санитарно-гигиенических условий их труда. Считается, что использование подземного пространства целесообразно в районах с высокрй плотностью населения, плодородными почвами, развитой горнодобывающей промышленностью, благоприятными инженерно-геологическими условиями для подземного строительства. Выгодно строить подземные склады на Севере. Переносить под землю предприятия с высокими уровнями пожароопасности и шумообразования также полезно для окружающей среды.

Горнотехнические предпосылки заключаются в том, что в идеальном случае для использования подземного пространства горные породы должны быть прочными, „монолитными, устойчивыми.

Геологические предпосылки освоения подземного пространства заключаются в необходимости достаточно подробного изучения верхних слоев земной коры, которое бы позволило объективно принимать решения о выборе места размещения подземного объекта и технологий его создания. Экономия энергетических затрат как предпосылка освоения подземного

пространства объясняется тем, что подземное пространство позволяет снизить сезонные колебания энергопотребления.

Оборонные факторы служат во многом многозначащей предпосылкой использования подземного пространства.

Считается, что подземные сооружения при незначительных дополнениях имеют стабильную температуру и влажность, чистоту помещений, т.е. те параметры, для обеспечения которых на поверхности необходимо дополнительно 25— 40% объема строительно-монтажных работ.

Надежность и долговременность подземных сооружений значительно выше, чем поверхностных. Срок службы многоэтажных зданий — 100 лет, жилых домов особой капитальности — 125 лет, фруктохранилшц — 28 лет. Можно считать, что основным полезным свойством подземного пространства является его способность вмещать в себя какие-либо объекты или процессы. Кроме того, влияние любого объекта, расположенного под землей, на окружающую среду значительно ниже и в лучшей степени может контролироваться; подземные здания часто не требуют существенных затрат на внешнюю отделку, служат значительно дольше и требуют более низких эксплуатационных затрат, чем поверхностные; более рационально используется земля; снижается уровень шума и вибрации; уменьшаются эксплуатационные расходы (на ремонт здания, гадро- и теплоизоляцию и

др.).

Однако, наряду с преимуществами использования подземного пространства, существуют и некоторые сложности, обусловленные свойствами данного ресурса.

К основным недостаткам подземного пространства по сравнению с поверхностным комплексом относят высокую естественную влажность, отсутствие дневного света, невозможность свободного доступа с поверхности земли, т.к. спуск и подъем осуществляется через определенные выработки (в некоторых случаях это является достоинством), наличие горного давления и возможность сдвижения горных пород вследствие создания или использования подземных пустот, более высокие капитальные затраты при строительстве здания под землей, чем на поверхности.

Подземные полости используются людьми издревле. Существуют данные о том, что еще в прошлом веке во Франции и России строили подземные винохранилшца. Первые подземные гидроэлектростанции были сооружены в Германии (1907 г.) и Швеции (1910 г.). Во время Первой мировой войны в Германии была сделана попытка размещения складов под землей. К концу 50-х годов подземные промышленные предприятия имелись уже в 50-ти странах мира. Площадь некоторых подземных заводов достигла 800 тысяч м2 и брлее, а объем — более 1 млн м .

Наибольший опыт вторичного использования горных выработок принадлежит США, где в г. Канзас-Сити из имеющихся там более чем 20 млн м2 выработок известняковых шахт используется около 2 млн м2 (около 10%). При этом 85% используется под склады различного назначения и холодильники, 7% — под производственные объекты, 5% — под офисы, 3% — под предприятия сферы обслуживания. Там размещаются приборные и сборочные цеха заводов телевизоров, городской промышленный парк, две международные торговые зоны, хранилища ценной документации, комплексные хранилища-холодильники и зернохранилища.

Множественность направлений использования технологического подземного пространства шахт, рудников, тоннелей, порождает большое многообразие научных вопросов и задач (рис. 2).

Значительная часть сложных научных задач и проблем использования технологического подземного пространства решена учеными Ml ГУ, такими как: д.т.н, проф. Картозия Б.А., Корчак A.B., Малкин A.C., Харченко В.А., Ярунин С.А., Петренко Е.В., Шишиц И.Ю. и др.

Широкая систематизация, приведенная в работе д.т.н., проф. Корчака A.B., свидетельствует о достаточно успешном использовании технологического подземного пространства в качестве хранилищ, складов для размещения и сохранения сырьевых ресурсов, промышленной и сельскохозяйственной продукции. Заметное распространение получили подземные водохранилища, газохранилища, нефтехранилища, которые специально сооружаются в специфических горных породах горнопроходческими методами. Так, суммарный объем эксплуатируемых шахтных хранилищ в специально проводимых или специально подготовленных горных выработках составляет для сжиженных газов: в США - более 28 млн м3, во Франции - 180 тыс. м3;

Широкое распространение нашли подземные хранилища ценной документации (научной, производственной, деловой, финансовой, художественной), в которых обеспечивается максимальная безопасность, оптимальные условия хранения и экономическая выгодность.

Одним из технодогичерки осуществимых, экологически безопасных и экономически обоснованных направлений использования 11111 можно считать складирование, сохранение и охрану запасов соответствующих изделий и материалов.

Благоприятные условия для создания складов и хранилищ представляются в полевых капитальных выработках, расположенных на небольшом расстоянии от стволов и околоствольных дворов.

Рис. 2. Множественность направлений использования технологического подземного пространства.

Одновременно обеспечивается удобная схема вентиляции, транспорта, водоотлива той части технологического подземного пространства, которая отводится под склады и хранилища.

Характерным примером решения задачи использования ТПП для действующего подземного склада служит проект размещения базисного склада взрывчатых веществ в капитальных выработках околоствольного двора шахты «Ленинградская» ОАО «Ленинградсланец».

Актуальность необычной идеи разместить базисный (не раздаточный!) склад взрывчатых материалов в шахте сформировалась в связи с необходимостью реконструировать существующий, но технологически устаревший базисный склад на поверхности. В связи с этой реструктуризацией ОАО «Ленингадсланец» и происшедшим сокращением добычи сланца стало целесообразно сокращение расхода ВВ с 2500 т. до 1300 т. в год. Емкость базисного (существующего) склада на поверхности, соответственно, может быть снижена до 400 т. ВВ и 500 тыс. шт. электродетонаторов. С учетом этих обстоятельств, с учетом состояния базисного склада ВМ на поверхности, возрастающих расходов на его содержание и охрану признана необходимой реконструкция.

Разработанный институтом «СПб-Гипрошахт» рабочий проект реконструкции существующего на поверхности базисного склада показал, что доведение параметров и состояния склада до требований «Единых правил безопасности» требует значительных затрат, не обеспечивая в будущем должной надежности по его охране и эксплуатации.

В связи с этим ГУРШсм было принято решение в рамках реализации проекта ликвидации шахты им. Кирова ОАО «Ленинградсланец» разработать вариант рабочего проекта подземного базисного склада ВМ с размещением хранилищ в горных выработках шахты «Ленинградская», (рис. 3).

Анализ состояния базисного склада ВМ на поверхности, его параметров и назначения позволяет согласиться с необходимостью реализации проекта реконструкции. Техническое оснащение склада требует полного обновления. Затраты на обслуживание склада, в особенности на охрану, стали неадекватны объему потребления ВМ в связи со снижением добычи. Излишним оказываются: охраняемый периметр базисного склада ВМ, штатная численность команды охраны в 39 человек, количество блокпостов с собаками и др.

Реализация рабочего проекта требовала на момент Ш кВ. 2001г. (с НДС) 12724,0 тыс. руб. Характерно, что основные производственные фонды базового варианта (в ценах I кВ. 2001г.) составляли 13311,8 тыс.руб. Эксплуатационные расходы по рабочему проекту составляют 6974,21 тыс.руб.

Шахта «Ленинградская» является предприятием по добыче горючего сланца. Горные работы на шахте ведутся на глубине 80 м. Шахта не опасна по газу, но опасна по взрыву пыли. Схема подготовки шахтного поля панельная. Порядок отработки панелей - прямой. Ширина панелей 700-800 м., длина до 2,5 км. Система разработки — длинными столбами по простиранию с отработкой их сдвоенными камерами-лавами на один сборный штрек. Таким образом, подземный базисный склад ВМ располагается в горных выработках шахты «Ленинградская» и предназначен для обеспечения взрывчатыми веществами для взрывных работ на этой шахте.

Обеспечение строительства электроэнергией, водой, теплом и др. предполагается от действующих источников и сетей шахты «Ленинградская».

Для хранения ВВ создается хранилище камерного типа, размещаемое в Юго-Западной обгонной выработке, а для хранения электродетонаторов используется существующий раздаточный склад ВМ шахты. План горных выработок базисного склада ВМ позволяет компактное размещение необходимых камер для противопожарных и защитных дверей, для раздаточной камеры, для депо электрокаров, подогревателей и камеры ожидания. Обеспечивается прямоточное проветривание системы горных выработок с органическим размещением необходимого числа камер. Конструктивно камера для хранения ВВ имеет размеры в свету 2,3 м. по высоте, 2,04 м. по ширине и 4,0 м. в глубину с огнестойким креплением из бетонного пола, кирпичных стен, железобетонного перекрытия, армированного двутавром №12. Строительная прочность крепления камер, а также устойчивость межкамерных целиков, обеспечивающие локализацию и нераспространение взрывной волны, с гарантией сдерживают всякое развитие геомеханических деформационных процессов.

Технико-экономические показатели по вариантам (вариант 1 -поверхностный базисный склад ВМ по утвержденному рабочему проекту и вариант 2 - подземный базисный склад ВМ) приведены в табл. 1.

Таблица 1

Наименование показателей Единица измерения Поверхностный базисный склад ВМ (вариант 1) Подъемный базисный склад ВМ (вариант 2)

1.Капитальные вложения с НДС: тыс.руб. 19976,68 19755,4

2. Годовые эксплуатационные расходы тыс.руб. 10949,5 8599,45

3. Со держание военизированной охраны тыс.руб. 5842,07 138,89

Из табл. 1 видно, что капитальные затраты по варианту 2 ниже на 452,66 тыс.руб. Годовые эксплуатационные расходы сокращаются на 2350,05 тыс.руб. в год, в том числе расходы на охрану базисного склада (военизированной охраны МВД РФ) сокращаются на 5702,24 тыс.руб. Вместе с тем возросли затраты по заработной плате на 550,06 тыс.руб. Безусловно, вариант 2 экономичнее варианта 1.

Таким образом, долговременное проявление положительных факторов реализации npoejcra подземного размещения базисного склада (безопасность содержания и охраны, экономия эксплуатационных затрат) со всей очевидностью погашает значимость проявления сравнительно кратковременных факторов (удорожание строительства и оснащения склада).

Заключение

Диссертация является научно-квалификационной работой, в которой на основании выполненных автором исследований, решена задача обоснования проектных решений по рациональному освоению подземного пространства горнотехнических систем, имеющая существенное значение для развития научных знаний по теоретическим основам проектирования горнотехнических систем.

Основные научные и практические результаты работы, полученные лично автором заключаются в следующем:

1. На основе анализа установлено, 'сто с научной, социально-экономической и технологической точек зрения значительные перемены в

структуре_топливно-энергетического комплекса с повышением доли

производства и потребления угольных ресурсов как вполне обоснованы, так и необходимы. В то же время с позиций полноты использования георесурсного потенциала идея подземных пространств закрываемых шахт явно применима.

2. Практика реструктуризации угольной промышленности подтвердила наличие технологических сложностей, возникающих при закрытии шахт и разрезов, на которых прекращается функционирование систем водоотлива, вентиляции, возникает многообразие экологических вредностей и т.д.

3. Предложена концепция обоснования основных направлений и форм использования технологического подземного пространства шахт с реализацией важных стратегических решений как в текущее время, так и после необходимых исследований и технических проработок.

направлении рационального использования технологических подземных пространств.

5. Анализ возможностей размещения отходов производства в подземном пространстве- в виде «сухой» закладки выработанных пространств шахт позволил обосновать технологические предпосылки решения сложной проблемы, связанной с ликвидацией аварийной ситуации на Верхнекамском месторождении соли.

6. Разработаны рекомендации, направленные на обоснование целесообразности использования подземного пространства шахты «Ленинградская» и использованы при реальном проекте базисного склада взрывчатых материалов в капитальных выработках шахты.

Основное содержание диссертации отражено в следующих опубликованных работах автора:

1. Ларин А.В, Использование технологического подземного пространства шахты для создания базисного склада взрывчатых материалов// Сб, научных трудов студентов магистратуры. -М.: изд-во МГГУ, -2006.-Выпуск 6. -С. 61-68.

2. Ларин A.B., Лопушанская О .Я. Основополагающие принципы выделения неперспективных шахт//Горный информационно-аналитический бюллетень. —2006.-№7. -С. 238-240.

3.Ларин АЛ., Малки н A.C. Формирование и оптимизация технологически^ решений при погашении отработанного пространства шахт//Горный информационно-аналитический бюллетень. - 20Q8.-№11 .-С. 42-45.

Подписано в печать « £3 » Объем 1 п.л.

_2010 г. Формат 60x90/16

Тираж 100 экз. Заказ №

Отдел печати МП У, Москва, Ленинский пр-т, 6

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Ларин, Алексей Владимирович

Введение.

РАЗДЕЛ 1. АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО И СОЦИАЛЬНО-ЭКОНОМИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ И РАЗВИТИЯ ШАХТНОГО ФОНДА РОССИИ.

1.1 Сравнительная характеристика природных условий подземной добычи угля.

1.2 Производственно-технологическое состояние шахтного фонда России.

1.3 Социально-экономические процессы на угольных шахтах.

1.4 Анализ важнейших научно-технических проблем (задач) подземной добычи угля.

1.5 Формулирование проблемы и задач исследования по развитию шахтного фонда.

Выводы.

РАЗДЕЛ 2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ И РАЗРАБОТКА КОНЦЕПЦИИ РАЦИОНАЛЬНОГО ОСВОЕНИЯ ПОДЗЕМНОГО ПРОСТРАНСТВА ГОРНОТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ.

2.1 Комплексное использование ресурсов полезных ископаемых шахт и устранение экологических вредностей.

2.2 Основные условия и цели реструктуризации шахт.

2.3 Оценка важнейших целей реструктуризации и путей её проведения: структурная и технологическая перестройка.

2.4 Анализ и обоснование процессов реструктуризации шахтного фонда. 54 Выводы.

РАЗДЕЛ 3. ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ ПО НЕЙТРАЛИЗАЦИИ НЕГАТИВНЫХ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ЯВЛЕНИЙ НА ЗАКРЫВАЕМЫХ ШАХТАХ.

3.1 Квалиметрическая интегральная оценка экологического состояния шахт.

3.2 Реализация рекомендаций по оздоровлению окружающей среды и использованию подземного пространства.

3.3 Характеристика технологического подземного пространства и его использование.

3.4 Важнейшие программы разработки и использования подземного технологического пространства.

3.5 Обоснование критериев оценки фонда горных выработок и выбор целей их использования.

Выводы.

РАЗДЕЛ 4. ФОРМИРОВАНИЕ И ОПТИМИЗАЦИЯ ПРОЕКТНЫХ РЕШЕНИЙ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ПОДЗЕМНОГО ПРОСТРАНСТВА.

4.1 Реализация рекомендаций по использованию подземного пространства и оздоровлению окружающей среды.

4.1.1 Характеристика состояния Березниквского калийнопроизводственного управления (БКПРУ-3).

4.1.2 Анализ аварийной ситуации на руднике БКПРУ-1.

4.1.3 Причины аварии на руднике БКПРУ-1.

4.1.4 Прогноз развития негативных процессов в результате затопления рудника БКПРУ-1.

Выводы.

4.2 Предпосылки расширения направлений использования подземного пространства.

4.3 Основные направления создания и использования технологического подземного пространства в горном деле и городском хозяйстве.

4.4 Использование подземного пространства для создания складов и хранилищ.

4.4.1 Расположение и геологическое строение Ленинградского месторождения сланцев.

4.4.2 Создание подземного базисного склада взрывчатых материалов.

4.4.3 Актуальность разработки рабочего проекта реконструкции базисного склада ВМ и его корректировки.

4.4.4 Характеристика решений по,корректировке ранее утвержденного рабочего проекта базисного склада ВМ ОАО «Ленинградсланец».

4.4.5 Краткая характеристика предприятия и экономическое обоснование.

Выводы.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Обоснование проектных решений по рациональному освоению подземного пространства горнотехнических систем"

Характерной особенностью состояния угольной промышленности и задач научных исследований является их не традиционность, кардинальные перемены в их содержании, значимости и роли. В историческом плане еще не так давно (вплоть до 80-х годов) понятной и доминирующей чертой развития общественного производства страны (в том числе и в угольной промышленности) наряду с неуклонным ростом его объема является ускоренный темп развития техники и технологии, улучшения качества продукции и снижения общественно необходимого труда на производство единицы продукции. Несмотря на значительные изменения в структуре топливно-энергетического баланса страны в пользу нефти и газа (доля угля в 35%), предусматривалось и поддерживалось весьма значительное наращивание мощности угольной отрасли.

Планировалось ввести в эксплуатацию значительное количество мощных шахт и карьеров, реконструировать и перевооружить многие действующие предприятия.

Так в 80-е годы более 40% (344 единицы) шахт предстояло реконструировать и вывести их на уровень конкурентоспособных. Огромное значение придавалось разработке научного обоснования перспективного плана оптимального развития угольных бассейнов на базе стратегически выверенной структуры топливно-энергетического баланса страны, предусматривающей, кстати, повышение участия в общей добыче наиболее перспективных восточных бассейнов и месторождений.

В частности, намечалось освоение для подземной и открытой разработки крупного месторождения коксующихся углей в Ерунаковском районе в Кузбассе, оправдывал свою роль Нерюнгрийский карьер, анализировались огромные запасы месторождения "Эльга".

Использовались фундаментальные труды основоположников горной науки академиков Шевякова Л.Д., Скочинского А.А., Терпигорева A.M., Агошкова М.И., Мельникова Н.В., Ржевского В.В., Попова А.С, Бойконурова, профессоров Бокия Б.И., Борисова Д.Ф., Кузнецова К.К.; целое поколение крупных ученых: профессоров Бурчаков А.С, Казикаев Д.М., Курносов A.M., Квон С.С, Иофис М.А., Капустин Н.Г.; член-корреспондентов РАН, профессоров Пучков Л.А., Устинов М.И., Сонин С.Д., Каплунов Д.Р., Астахов А.С, Петренко Е.В., проф. Малкин А.С, Харченко В.А., Воробьев Б.М., Еремеев В.М., Килячков А.П. и др., которые работали над сложнейшими проблемами проектирования шахт, решая задачи оптимизации, теории принятия сложных решений.

Прежде всего возникла проблема объективной всесторонней оценки шахтного фонда, разработки процедуры ликвидации шахт, изучения геомеханических, гидрогеологических, газодинамических и экологических последствий.

Большую долю научных, проектных, производственных задач решали и продолжают решать академики Трубецкой К.Н., Чантурия В.А., проф. Харченко В.А., чл.-корр. РАН Рубан А.В., д.т.н. Яновский А.Б., д.т.н. Романов С.М., профессора Сластунов С.В., Картозия Б.А., Корчак А.В., Ковальчук А.Б. и др.

Практика реструктуризации угольной промышленности вызвала срочное осмысление причин и динамики старения технологического и технического уровня шахт, разработки методики ранжирования и группирования шахт, обоснования и реализации технологических решений поддержания технологии шахт на прогрессивном уровне.

Новый комплекс сложных задач возник в связи с проявлением геофизических, геохимических, геодинамических процессов, оказывающих негативное экологическое воздействие на окружающую среду при закрытии шахт. Одновременно стало актуально и необходимо обеспечить нагружение шахт стабильно работающих и перспективных. Эти задачи по своему содержанию оказались далеки от традиционных, для их решения потребовались новые оригинальные методики, методы, подходы.

Выполненная диссертация в основном посвящена решению • указанных научных и практических задач.

Чрезмерное падение уровня всего производственного комплекса > страны поставило угольные шахты в трудное положение. Вместе с ухудшением горно-геологических условий, отсутствие должного финансирования, бесконечный рост цен на транспорт, оборудование и материалы поставили шахты в экономически нерентабельное состояние.

В современный период развития угольных шахт следует вести поиск самых эффективных решений поддержания достигнутого уровня перспективных шахт.

Все увеличивающиеся объемы добывания, переработки и использования «полезных ископаемых», постоянное отстаивание мер по нейтрализации отрицательного воздействия на окружающую среду отходов производства приводит к парадоксальному выводу: большая часть (если не всех) «полезных ископаемых» в конечном счете вредны для человека.

Территории России и сопредельных стран обладают совершенно уникальным набором полезных ископаемых в их недрах; ни европейские государства, ни американские по богатству и разнообразию близких аналогов 6 не имеют. Интенсивное индустриальное развитие бывшего СССР в последние несколько десятков лет было обеспечено мощной группой горнодобывающих отраслей, из которых лидирующая роль отводилась угольной промышленности. Известно, что треть всей вырабатываемой в стране электроэнергии потреблялась горнодобывающими предприятиями, это характеризует масштабы производства в добывающих отраслях.

Подземная разработка угольных и рудных месторождений характеризуется в настоящее время ведением очистных работ на глубинах, достигающих 1000м, все приемлемые к выемке запасы высших горизонтов отработаны, и огромные объемы очистных и подготовительных выработок находятся в состоянии либо полного или частичного обрушения, либо простаивают не задействованные в дальнейшем полезном использовании.

Имеющийся фонд подземных выработок угольных шахт неоднозначен по горнотехническому и геологическому состоянию подземного пространства, по местам расположения выработок относительно жилых массивов, водоемов и др., но с другой стороны и промышленные отходы характеризуются разной степенью опасности для населения существующих рядом подземных шахт и других объектов. Поэтому можно полагать, что для большой группы промышленных отходов имеющиеся подземные выработки являются приемлемыми к использованию в существующем виде, либо после некоторого несложного их доведения. Комплекс инженерных задач для данной группы выработок вытекает из требований по захоронению неопасных отходов и в целом - очевиден.

Наибольшую опасность и, следовательно, необходимость в изоляции и надежном захоронении представляют собой радиоактивные и химические отходы. Первые характерны высокой степенью опасности для людей, особенно в начальный период хранения, далее, со временем опасность снижается. Здесь имеются ввиду геологические периоды времени, период полураспада самого опасного элемента - плутония составляет 30 тыс. лет.

Таким образом, концепция использования технологического подземного пространства шахт (рудников) приобретает не только научный, теоретический, но и социально-экономический, практический смысл. Дело в том, что сколько бы ни говорили, ни доказывали инженерную "красивость" технологии захоронения не имеющих перспективной пользы отходов производства в подземном пространстве, широкого распространения такая практика не получила. Слишком привычным делом, "невинным нарушением" стало загрязнение поверхности твердыми и жидкими отходами производства, слишком не требовательными сами к себе стали люди в части сохранения здоровой окружающей среды.

Такое отношение к экологии уже сейчас приводит к отравлению территорий, на которых размещаются названные предприятия, и территорий, расположенных на путях миграции подземных и поверхностных вод. Кроме того, поскольку при накоплении вредных отходов на земной поверхности нет практически возможности навсегда вывести их из биологического цикла, территории, где они концентрируются, представляют собой потенциальную опасность крупных экологических катастроф.

Например, ущерб, который нанес прорыв небольшого шламохранилища Стебниковского калийного завода в 1981г., составил для региона, примыкающего к реке Днестр, более 50 млн. руб. (по этому времени не мало).

Одной из причин, обуславливающих сложившееся положение, является отсутствие в России структур, служб и предприятий, специализирующихся на удалении из биологического цикла путем подземного захоронения тел из вредных нерадиоактивных отходов, для которых не существует вообще (или пока не существует) рентабельных технологий превращения их в безвредные с выделением полезных компонентов и последующей утилизации полученных продуктов.

Многоведомственный характер процесса загрязнения, формирования экологической энтропии, с одной стороны, и безведомственное отношение 8 общества, государств к ее оздоровлению не позволяют воспринимать эффективные решения этой прогрессирующей "болезни" цивилизованной жизни.

Сочетание доказательств не проходящей вредности (в разной степени) отходов производства на поверхности, определенной выгодности их частичной переработки и сравнительно недорогой технологии их захоронения (размещения, складирования) при государственном, юридическом и финансовом понуждении может породить и укрепить практику неприятия дальнейшего загрязнения окружающей среды.

В этом отношении использование подземного технологически подготовленного при добыче полезных ископаемых пространства для захоронения отходов производства является наиболее приемлемым.

Обострение социально - экономических проблем в угольной промышленности послужило мощным толчком для изыскания и вовлечения ресурсов, источников повышения эффективности работы шахт и разрезов. В последние годы серьезные доказательства приводятся в отношении целесообразности использования образующегося при разработке полезных ископаемых подземного пространства для размещения отходов производства, более широкого применения интенсивных, не капиталоемких технологий добычи угля, что вместе с остановкой убыточных шахт обеспечивало проведение реструктуризации шахт.

Хотя неоднозначное толкование содержания термина «реструктуризация» специалистами разного масштаба привело и продолжает приводить к существенным ошибкам в развитии шахтного фонда, к иллюзии быстрого и легкого выхода угольной промышленности из кризиса, убыточности.

Коренной ошибкой стала политика быстрой ликвидации шахт без попыток поиска их оздоровления путем перевооружения, реструктуризации. Политика стремительного закрытия убыточных (часто временно убыточных) шахт повлекла за собой применение исключительно "мокрого" способа 9 ликвидации технологического подземного пространства без осуществления соответствующих подготовительных мер управления гидрологических, геомеханических, газодинамических процессов.

Затопление шахт при кажущейся малозатратности в действительности повлекло потерю большей части металлокрепи, рельсов, готовых к выемке запасов угля в целиках, капитального околоствольного пространства, капитальных объектов на поверхности, стройматериалов и др.

Анализ технико-экономического обоснования (ТЭО) ряда закрытых (ликвидируемых) предприятий свидетельствует о том, что тщательно разработанных, технологически обоснованных, экономически оптимальных, календарно увязанных процедур выполнения всех работ не разрабатывается.

Менее всего в ТЭО представляются параметры выполнения строительных работ, связанных с мероприятиями, предотвращающими экологически негативные последствия.

Таким образом, необходимо разрабатывать такую процедуру выполнения работ по закрытию неперспективных и убыточных шахт, последовательная реализация которой сводит к минимуму убытки от ликвидации созданных технологических фондов и природных ресурсов.

Актуальность работы. Объективная тенденция ухудшения горногеологических условий разработки угольных запасов, конкурентное противостояние в топливно-энергетическом комплексе газа, нефти, с одной стороны и угля - с другой заставили кардинально изменить отношение к угольной промышленности.

В последние годы в угледобывающей промышленности чрезвычайную актуальность приобрели две ранее разобщенные проблемы: экономика и экология. Взаимозависимость этих проблем стала проявляться в стратегическом единении экологической безопасности и экономической эффективности ведения горных работ, в частности, при решении задач размещения отходов производства и объектов в подземном технологическом пространстве шахт.

Вместе с тем, до последнего времени речь не шла о подземном пространстве, образующимся при подземной разработке месторождений полезных ископаемых.

Техногенные факторы, порождаемые жизнедеятельностью человека, все более масштабно разрушают окружающую среду. Восстановление природных характеристик и свойств окружающей среды в прежнем виде связано с весьма крупными затратами материальных и финансовых средств. Избежать или уменьшить затраты до сих пор удавалось на пути создания емких, сосредоточенных хранилищ (складов) или сброса в мало доступных точках планеты (океаны, горы, джунгли).

Основываясь на стратегии «реструктуризации» шахтного фонда, на приоритетном развитии перспективных шахт, диссертацией предусматривается осуществить комплекс научных, конструкторских, опытно-экспериментальных работ.

В частности, применение «мокрого», и тем более «сухого» способа консервации подземного пространства имеет принципиальное значение не только с экономической точки зрения.

Не менее важно то, что тот или иной способ нейтрализации экологически вредных процессов напрямую не связан с традиционной технологией добычи полезных ископаемых, задача использования ТПП (Технологическое подземное пространство) не входит в основной цикл производственных процессов и потому не является (и не являлась) технологически обязательной.

В связи с этим, актуальность освоения технологии захоронения отходов производства в технологическом подземном пространстве шахт (рудников) очевидна как в технологическом аспекте, так и в экономико-экологическом.

Целью работы является: «обоснование проектных решений по рациональному освоению подземного пространства горнотехнических систем».

Основная идея работы заключается в представлении технологического подземного пространства объектом многопрофильного использования для обеспечения эффективного развития шахт и сохранения экологичности горного производства.

Методы исследований для решения задач используются все более разнообразные: научные обобщения, анализ передового производственного опыта и результатов ранее выполненных исследований; компьютерные эксперименты; методы многокритериальной оценки и принятия сложных решений; теории вероятности и математической статистики.

Основные научные положения, разработанные лично соискателем:

Научная новизна работы заключатся в следующем:

• предложены методические принципы обоснования перспективности действующих шахт, а так же экологического состояния окружающей среды их функционирования на базе интегральной оценки комплексов с использованием частных показателей, отличающихся многомерностью и объективностью.

• осуществлена систематизация частных экологических показателей, характеризующих степень экологической вредности отдельных горногеологических и горнотехнических свойств, а также обоснован порядок ранжирования шахт по уровню экологичности горного производства.

• обоснована и разработана процедура освоения подземного пространства сланцевой шахты «Ленинградская»; обоснованы проектные решения по размещению склада взрывчатых материалов в капитальных горных выработках.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются:

- использованием представительного и надежного объема статистической информации (горно-геологичекой, технологической, горнотехнической, социально-экономической и экологической), характеризующей работу 10 шахт, выступающих в качестве основных объектов исследований;

- адекватностью применения современного математического аппарата теории принятия сложных решений, методик экспертного анализа и выбора вариантов развития шахт;

- проверенными процедурами информационной технологии ранжирования эффективности работы шахт и состояния экологической обстановки при интегральной оценке;

Научное значение работы заключается в разработке концепции обоснования направлений многоцелевого использования технологического подземного пространства шахт с учетом реализации объектноориентированных мер по обеспечению экологичности и эффективности функционирования предприятий.

Апробация работы. Основные научные и практические результаты исследований обсуждались и получали одобрение на техническом совете Государственного учреждения по вопросам реорганизации и ликвидации нерентабельных шахт и разрезов (ГУ-ГУРШ) (Москва, 2007-2008 гг.), на семинарах кафедры ПРПМ МГГУ (2007-2010 гг.); рекомендации по методическим аспектам применения интегральной оценки особенностей выявления и реализации экономико-экологических предпосылок использования подземного пространства обсуждались на заседании секции научного симпозиума в рамках «Недели горняка» МГГУ, (Москва, 2006г.), а так же на научных семинарах кафедры подземной разработки пластовых месторождений МГГУ (Москва, 2006-2008 гг.).

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликованы 3 научных работы.

Структура и объем. Диссертация состоит из введения, 4 разделов, заключения, содержит 4 таблиц, 16 рисунков, список литературы из 83 наименований.

Заключение Диссертация по теме "Теоретические основы проектирования горно-технических систем", Ларин, Алексей Владимирович

Выводы

1. Использование специально создаваемого подземного пространства для размещения складов и хранилищ всевозможных материалов принимает все более широкое распространение. В последние годы нередко предлагаются проекты использования технологического подземного пространства горных выработок закрываемых и действующих шахт.

2. Подземный базисный склад ВМ ОАО «Ленинградсланец» предусматривается для обеспечения взрывчатыми материалами подземной добычи горючих сланцев взрывным способом. В настоящее время в составе ОАО «Ленинградсланец» функционирует одна шахта «Ленинградская». Состояние действующего поверхностного базисного склада требует коренной его реконструкции не только по техническому состоянию, но и по объему хранения ВМ в связи с уменьшением добычи сланца из-за закрытия шахт №3 и им. Кирова.

3. Технологические преимущества подобных проектов демонстрируются в рассматриваемом проекте. Прежде всего, имеет значение подготовленность пространства. Практически из 9117 м , необходимых для размещения ВМ, 5876 м3 подготовлено.

4. Подземное расположение базисного склада ВМ практически исключает несанкционированное проникновение посторонних лиц на склад к ВВ и СИ. Одновременно обеспечивается раздельное размещение складов ВВ и СИ в камерах околоствольного двора, что еще более повышает надежность безопасного хранения ВМ. Можно сказать, что уровень безопасности, охраны и эксплуатации подземного базисного склада ВМ повышается весьма значительно. Устраняется негативное влияние погодных (дождь, гроза, вихри), аварийных (пожары) и диверсионных явлений и факторов.

Таким образом, долговременное проявление положительных факторов реализации проекта подземного размещения базисного склада (безопасность содержания и охраны, экономия эксплуатационных затрат) со всей очевидностью погашает значимость проявления сравнительно кратковременных факторов (удорожание строительства и оснащения склада).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертация является научно-квалификационной работой, в которой на основании выполненных автором исследований решена задача обоснования проектных решений по рациональному освоению подземного пространства горнотехнических систем, имеющая существенное значение для развития научных знаний по теоретическим основам проектирования горнотехнических систем.

Основные научные и практические результаты работы, полученные лично автором заключаются в следующем:

1. На основе анализа установлено, что с научной, социально-экономической и технологической точек зрения значительные перемены в структуретопливно-энергетического комплекса с повышением доли производства и потребления угольных ресурсов как вполне обоснованы, так и необходимы. В то же время с позиций полноты использования георесурсного потенциала идея подземных пространств закрываемых шахт явно применима.

4. Осуществлена систематизация показателей, многополярно характеризующих окружающую среду функционирования действующих шахт и перспективность их после завершения работ по добыче угля в направлении рационального использования технологических подземных пространств.

5. Анализ возможностей размещения отходов производства в подземном пространстве в виде «сухой» закладки выработанных пространств шахт позволил обосновать технологические предпосылки решения сложной проблемы, связанной с ликвидацией аварийной ситуации на Верхнекамском месторождении соли.

6. Разработаны рекомендации, направленные на обоснование целесообразности использования подземного пространства шахты

Ленинградская» и использованы при реальном проекте базисного склада взрывчатых материалов в капитальных выработках шахты.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Ларин, Алексей Владимирович, Москва

1. Агафонов В.В. Оценка технологии и повышения технико-экономической эффективности действующих шахт. Дисс. на соиск. уч.ст.канд.техн. наук, 1986г.

2. Астахов А. С. Динамические методы оценки эффективности горного производства. М., Недра, 1973.

3. Астахов А. С. Проблемы реструктуризации угольной промышленности // Вопросы экономики. 1997. № 6. С. 67-83.

4. Баклашов И.В., Картозия Б.А. Механика подземных сооружений и конструкций крепей. М.: Недра, 1994.

5. Баклашов И.В., Руппенейт К.В. Прочность незакрепленных горных выработок. -М.: Недра, 1965.

6. Безрукова Л.Г., Малкин А.С. Экономическая оценка решений при проектировании и развитии шахт. М., Недра, 1979.

7. Беляев А.Г., Петренко Е.В., Боданский М.Д., Цыганков С.С. Использование подземных сооружений в чрезвычайных ситуациях // Горный вестник. 1997. - № 4. - с. 51-53.

8. Бородин В.И. Перспективы подземного строительства в России и СНГ // Подземное пространство мира. 1995. - № 2. — с. 16-18.

9. Бурчаков А.С, Малкин А.С. Проектирование и комплексная оптимизация параметров угольных шахт. М., Наука, 1972, с.211-311.

10. И. Бурчаков А.С, Гринько Н.К., Ковальчук А.Б. Технология подземной раззработки пластовых месторождений полезных ископаемых. М.: Недра. 1978.

11. Бурчаков А.С, Гринько Н.К., Черняк И.Л. Процессы подземных горных работ. Учебник для вузов. М.: Недра, 1982. -423с.

12. Бурчаков А.С, Малкин А.С, Устинов М. И. Проектирование шахт, М., Недра, 1985, -400с.

13. Ваучский Н.П. Использование подземного пространства для вечного захоронения радиоактивных отходов // Подземное и шахтное строительство. 1992. - № 2. - с. 2-4.

14. Гейман JI.M. Подземные сооружения. Горная энциклопедия. М, Советская энциклопедия. Т. 4, 1989, с. 164-168.

15. Горное дело. Энциклопедический справочник. Т.5. М.: Углетехиздат, 1958.-448 с.

16. Горные науки. Освоение и сохранение недр земли. Под редакцией академика К.Н. Трубецкого. М., Изд-во А.Г.Н. 1997., 478с. .5.

17. Гузеев А.Г. Проектирование и строительство горных предприятий. М.: Недра, 1987.

18. Диссертационная работа Харченко Алексея Викторовича на соискание степени д.т.н. «Эколого-экономическое обоснование использование подземного пространства для развития транспортной инфраструктуры» 08.00.05 Москва, 2005, 222с., РГБ ОД, 71:06-8/24, стр.40.

19. Дядькин Ю.Д. Проблемы комплексного освоения ресурсов недр и использования подземного пространства // Горный журнал. 1990. - № 7, с. 10-11.

20. Еремеев В.М., Диколенко Е.Я. Автоматизированное проектирование угольных шахт // Липецкое изд-во, 1997-192 с.

21. Зайденварг В.Е. Структурные преобразования в угольной промышленности. М.: «Энергетическая политика». 1999, №3 с.25-31.

22. Заславский Ю.З., Мостиков В.М. Крепление подземных сооружений. -М.: Недра, 1979.

23. Иванов А. С., Садардинов И.В., Скуба В.Н. Методологические основы освоения выработанного пространства // Горный вестник. 1997. - № 4. - с. 43-49.

24. Инструкция о порядке проведения оценки воздействия на окружающую среду предприятий угольной промышленности («ОВОСуголь»)- Спб, Гипрошахт, 1994.

25. Иофис М.А., Викторов С.Д., Гончаров С.А. Сдвижение и разрушение горных пород. М., Наука. 2005.

26. Казикаев Д.М. Геомеханика подземной разработки руд. М., МГГУ, -2005. - 542с.

27. Картозия Б.А. Строительная геотехнология. М., МГГУ, 1998.

28. Картозия Б.А., Корчак А.В. Классификация и критерии оценки сложных горно-геологических условий при строительстве подземных сооружений // Горный информационно-аналитический бюллетень / МГГУ, 1996.-№ 1.-е. 15-23.

29. Картозия Б.А., Шуплик М.Н., Федунец Б.И., Корчак А.В. и др. Шахтное и подземное строительство. М.: АГН, 1998.

30. Классификация запасов месторождений и прогнозных ресурсов твердых полезных ископаемых-М.: Минприроды РФ, ГКЗ. 1997г.-16 с.

31. Козловский Е.А., Щадов М.И. Минерально-сырьевые проблемы национальной безопасности России. М., Изд. МГГУ, 1997, 210 с.

32. Корчак А.В. Методология проектирования строительства подземных сооружений. М.: «Недра коммюникейшн ЛТД», 2001. — 416 с.

33. Корчак А.В. Направление развития методологии проектирования строительства подземных сооружений в сложных горно-геологических условиях // Горный информационно-аналитический бюллетень. М.: МГГУ, 1996, - № 4, - с. 48-57.

34. Корчак А.В. Об особенностях информационного обеспечения проектирования, строительства и эксплуатации подземных сооружений в сложных горно-геологических условиях // Горный информационно-аналитический бюллетень. -М.: МГТУ, 1997, № 1, с. 15-22.

35. Красноштейн А.Е., Папулов Л.М., Фрайнбург Г.З. Освоение подземного пространства калийных рудников // Подземное и шахтное строительство, 1993. № 1-2, с. 3-7.

36. Краснянский Г.Л. Инвестиционная политика угольной отрасли. М.: Изд-во АГН, 1999.

37. Крашкин И.С. Разработка пологих угольных пластов в неустойчивых породах. М.: Недра, 1986.-207 с.

38. Кузнецов Ю.Н., Некрасов В.В., Постников В.И. Технологические картографированные отработки запасов выемочных участков. М: МГТУ. 1993г.

39. Кушнеров Ю.П. Методические основы управления инвестициями действующих и строящихся шахт угольной компании. М.: ГИАБ МГГУ, №2,2001.

40. Ларин А.В. Использование технологического подземного пространства шахты для создания базисного склада взрывчатых материалов // Сборник научных трудов студентов магистратуры. М. 2006. Выпуск 6 -с. 61-68.

41. Ларин А.В., Лопушанская О.Я. Основополагающие принципы выделения неперспективных шахт // Горный информационно-аналитический бюллетень. М. - № 7 - с. 238-240.

42. Ларин А.В., Малкин А.С. Формирование и оптимизация технологических решений при погашении отработанного пространства шахт // Горный информационно-аналитический бюллетень. М. 2008. -№ 11 - с. 42-45.

43. Левчиков П.Е., Медников В.И., Дьяченко Г.В. и др. Бурошнековаявыемка угля Киев, Техника, 1982.158

44. Малкин А.С, Пучков Л.А., Саламатин А.Г., Еремеев В.М. Проектирование шахт. М.: АГН, 2000.

45. Малкин А. С. Разработка методов поэтапного проектирования, оптимизации параметров и интегральной оценки проектов угольных шахт. Дисс. На соиск.уч. ст. д.т.н.-М.: Изд. МГИ, 1972г.

46. Малкин А. С., Саламатин А. Г. Моделирование технологических схем шахт. Сб. «Инженерные проблемы разработки недр.» М., Нива России.

47. Малкин А. С., Саламатин А. Г. Оценка шахтного фонда и повышения полноты использования ресурсов. М.: МГГУ, 1996. 95 с.

48. Малкин А.С, Агафонов В.В. Выявление тенденций влияния геологических, технических и экономических факторов на установление постоянных кондиций угольных запасов. -М.: МГТУ, 2008г., 71с.

49. Малкин А.С. Методика учёта затрат на безремонтное содержание подготовительных выработок. Уголь, 1972, №2, с. 4 5.

50. Малышев Ю.Н., Зайденварг В.Е., Зыков В.М., Краснянский Г.Л., Саламатин А.Г., Шафраник Ю.К., Яновский А.Б. Реструктуризация угольной промышленности. (Теория, опыт, программы, прогноз). М., «Росуголь», 536 с.

51. Материалы Международной научно-практической конференции по вопросам освоения подземного пространства города Москвы (Москва-2008) 02.07.2008 «Проблемы, направления и пути решения задач градостроительного освоения подземного пространства города Москвы».

52. Мельников. Н.Н. Подземное пространство важнейший государственный ресурс: эффективность и проблемы освоения // Проблемы развития транспортных и инженерных коммуникаций, 1996. -№5-6, с. 36-41.

53. Меркин В.Е. Комплексное использование подземного пространства при строительстве метрополитенов // Подземное пространство мира, 1995. -№ 2, с. 19-20.

54. Методика анализа технико-экономических показателей угольных шахт. М., ЦНИИЭуголь, 1973, 31 с.

55. Методические рекомендации по оценке эффективности инвестиционных проектов предприятий угольной промышленности. М., ФПК «ИнвестТЭК», 1996.

56. Методические рекомендации по технико-экономическому обоснованию постоянных кондиций для подсчёта запасов месторождений углей и горючих сланцев, 2005.

57. Навитний A.M., Иофис М.А., Айруни А.Т. Опыт разработки угольных пластов под инженерными и природными объектами: Обзор/ЦНИЭИуголь. -М., 1987. 37 с.

58. Нормы технологического проектирования угольных и сланцевых шахт ВНТП 1-92. М., Центрогипрошахт, 1993, 111с.

59. Отраслевая инструкция о порядке ликвидации и консервации предприятий по добыче угля (сланца). Минтопэнерго РФ. М.: Изд. ИПКОНРАН. 1997г.-26с.

60. Певзнер М.Е., Иофис М.А., Попов В.Н. Геомеханика // Высшая школа. 2006. 504с.

61. Петренко Е.В. Особенности оценки проектных решений и эффективности инвестиций при экспертизе технико-экономических обоснований строительства горнодобывающих предприятий. М.: «Экономика угольной промышленности», №2-3, 1997.

62. Петренко Е.В. Повторное использование выработанного пространства в народохозяйственных целях // Подземное и шахтное строительство, 1993.-№ 1-2,-с. 5-7.

63. Петренко Е.В., Петренко НЕ. Классификация подземных сооружений // Подземное и шахтное строительство, 1991. № 9, с. 2-5.

64. Петренко Е.В., Селиванов Г.И., Ярунин С.А. Использование подземного пространства закрывающихся шахт // Уголь, 1994. № 9. - с. 10-12.

65. Плакиткин Ю.А., Климанов C.JI. Состояние акционирования в угольной промышленности. М.: «Уголь», 1997. №7/8.

66. Попов B.JI. Проектирование строительства подземных сооружений. -М.: Недра, 1989.

67. Постановление Правительства Москвы от 18 ноября 2008 г. № 1049-1111 "О Городской программе подготовки к комплексному градостроительному освоению подземного пространства города Москвы на период 2009-2011 гг."

68. Правила охраны сооружений и природных объектов от вредного влияния подземных горных разработок на угольных месторождениях /Министерство угольной промышленности СССР. М.: Недра, 1981. 288 с.

69. Прогрессивные технологические схемы разработки пластов на угольных шахтах. М.: изд. ИГД им. А.А. Скочинского, 1979.

70. Пучков Л.А.У Каледина Н.О. Динамика метана в выработанных пространствах угольных шахт. М.: МГГУ, 1995., 313 с.

71. Рогов Е.И. Системный анализ в горном деле // Алма-Ата, Наука, 1996, -207 с.

72. Саламатин А.Г., Малкин А. С., Жмуровский Д.И. Квалиметрическая оценка технологической и технической прогрессивности угольных шахт. М.: МГТУ, 1999г.

73. Саламатин А.Г., Шумкин АД. Разработка технологических схем выемки запасов в целиках М., изд.МГИ, 1991., 136 с.

74. Сапицкий К.Ф., Дорохов Д.В., Якушевский А.Ю. Технология, механизация и автоматизация производственных процессов при подземной разработке пологих месторождений. М: Недра, 1974.

75. Статья в «Строительная газета» №39 от 29.09.06, Александр Левченко, проф. МГГУ, 1-й зам. рук. Департамента градостроительной политики, развития и реконструкции г.Москвы.78.

Информация о работе

Ларин, Алексей Владимирович
кандидата технических наук
Москва, 2010
ВАК 25.00.21

Диссертация

Обоснование проектных решений по рациональному освоению подземного пространства горнотехнических систем - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы