Новые технологии извлечения сибирских руд разработаны в ИГД СО РАН.
Богаты полезными ископаемыми месторождения Сибири и Арктической зоны: полиметаллы и редкоземельные металлы, медь, никель, апатиты, уголь, алмазы - всего и не перечислишь. Разработки на многих месторождениях ведутся еще с 1930-1940-х годов, следовательно, с каждым годом шахты спускаются все ниже, растут напряжение, температура, опасность разрушения горных пород. И здесь на помощь приходят инновационные технологии. Их реализация на горных предприятиях уже позволила получить экономический эффект более полутора миллиардов рублей и довести объем добычи до 40 миллионов тонн руды.
За разработку и внедрение научно-исследовательских опытно-конструкторских и технологических решений добычи в условиях больших глубин и высоких напряжений коллектив авторов под руководством доктора технических наук Андрея Еременко (ИГД СО РАН, ГИ КНЦ РАН, ФГБОУ ВО «Санкт-Петербургский университет императрицы Екатерины II», НИТУ МИСиС, КузГТУ, Хабаровский ФИЦ ДВО РАН, ЗФ ПАО «ГМК Норильский никель», АО «Евраз ЗСМК») был выдвинут в 2024 году на премию Правительства РФ в области науки и техники.
В гостях у «Поиска» - руководитель этих работ, потомственный горняк, заведующий лаборатории физико-технических геотехнологий Института горного дела им. Н.А.Чинакала СО РАН, автор 430 научных работ и 82 авторских свидетельств и патентов Андрей Еременко.
– Андрей Андреевич, в чем состоят основные проблемы освоения существующих и разработки новых рудных месторождений Сибири и Арктики?
– Прежде всего речь о безопасности работ. Возьмем, скажем, железорудные месторождения Горной Шории, апатит-нефелиновые залежи Кольского полуострова и медно-никелевые руды Норильска. Расстояния между ними огромные, а условия работы во многом схожие: сейсмичность районов, горное давление, большие глубины. Самая глубокая шахта России находится в Норильске - там добыча ведется на глубине двух километров, за рубежом доходит и до 3-4 километров. Освоение таких горизонтов обострило проблемы прогноза и предотвращения геодинамических явлений. Быстрое сокращение запасов руды большинства разрабатываемых рудных тел, ухудшение горно-геологических и геомеханических условий с ростом глубины, а также увеличение доли добычи богатых руд в предохранительных целиках, оставленных для охраны поверхности, приводят к созданию в массиве зон, опасных по техногенным землетрясениям и горным ударам.
– И надежда на применение разработанных с участием ИГД СО РАН автоматизированных систем мониторинга и заблаговременное прогнозирование сейсмических событий и геодинамических явлений…
– Такие системы есть на каждой шахте, их специфика зависит от условий работы. Например, в центральной части Кольского полуострова осуществляется непрерывный мониторинг сейсмичности. Основа регистрационной сети - три постоянные станции: «Апатиты» (AP0), среднеполосная станция TER и широкополосная станция APA. В Горной Шории для микросейсмического мониторинга и регистрации геодинамических явлений на сейсмостанциях применяется аппаратура системы «Релос Р/Л».
В сотрудничестве с красноярским предприятием «Автоматика» наш институт разработал различные типы автоматизированных комплексов мониторинга. Уже применяются системы контроля горного давления («Релос АС»), представляющие аппаратно-программный комплекс для геомеханического мониторинга и оперативной оценки состояния массива горных пород. Системы позволяют регистрировать и анализировать широкий спектр параметров. Для анализа данных используются высокопроизводительные алгоритмы, разработанные на основе новейших подходов, включающих применение численных методов, кластерного анализа и искусственного интеллекта. Наша заслуга - определение четких критериев безопасности горных работ. В случае опасности участок немедленно огораживается и закрывается. А затем думаем о способах разгрузки массива. Один из перспективных вариантов - камуфлетное или сотрясательное взрывание.
В июне установим новую автоматизированную систему контроля за деформацией и движением массива в шахтах Норильска. Будем собирать данные и отрабатывать на практике критерии опасных подвижек.
Благодаря нашим исследованиям на многих месторождениях уже определены закономерности распределения зоны максимума напряжений в районе выработок на глубинах 600-1000 м и более, установлена интенсивность распределения зон сейсмической активности в массиве горных пород в зависимости от очередности выемки залежей различными фронтами, а также закономерности распределения в условиях повышенных горизонтальных напряжений опасных деформационных и удароопасных зон в районе выработанных пространств. Ведется их мониторинг.
– Насколько я понимаю, если мы хотим разрабатывать месторождения в суровых арктических условиях, движение вглубь неизбежно?
– Значительного прироста добычи можно достигнуть за счет освоения богатых руд Сибири, Арктической зоны и Дальнего Востока на месторождениях, располагающихся на склонах и опасных по горным ударам, в законсервированных предохранительных целиках (часть залежи полезного ископаемого, оставляемая нетронутой при разработке месторождения) под промышленными и водными объектами, ранее не отработанных по причинам безопасности или экономической целесообразности.
Мы проводили обширное исследование «Влияние взрыва на вмещающий массив». Так, в давно разрабатываемых месторождениях образуются выработанные пространства - пустоты. Их объем влияет на состояние массива вокруг. В Горной Шории, например, работы ведутся в густонаселенных районах. Наверху поселки, города. И комплекс взрывных и буровых работ нужно провести так, чтобы удар на вмещающий массив был незначительным и обошлось без техногенных землетрясений.
За годы работы созданы научно-технические и методические основы подхода к проблеме диагностики геофизических предвестников разрушения горных пород, в том числе геодинамических явлений техногенного характера. Наш коллектив сформировал новую концепцию применения разработанных технологий добычи богатых руд с учетом геодинамики. Изучаем формирование зон концентрации напряжений, опасные деформационные и геодинамические явления и в зависимости от этого решаем, как вскрыть месторождение, где именно взять руду и как поднять ее на поверхность. Это все планируется на десяток лет вперед. А потом корректируем проект на основании текущего мониторинга.
В сложных горно-геологических условиях Сибири и Арктики системы разработки всегда комбинированные. И наша задача - выбрать верную технологическую схему в зависимости от конкретных условий.
Научная школа Андрея Андреевича ежегодно прирастает учениками, среди которых уже один доктор и 12 кандидатов наук. А династию горняков Еременко продолжил сын Виталий, тоже доктор наук, директор научного центра МИСиС.
Беседовала Ольга КОЛЕСОВА
Фото предоставлено А.Еременко
