|
Актуальность работы.
Горные предприятия с точки зрения изучения, проектирования, организации и управления относятся, как геосистемы, к высшей категории сложности, и только при наличии своевременной и объективной информации о состоянии массива возможно производить динамический многомерный анализ существующего положения, моделирование и прогнозирование будущего развития горных работ, с учётом предупреждения негативных экологических последствий для окружающей среды. До настоящего времени технологии подземной разработки месторождений практически не предусматривают дальнейшее использование преобразованных недр (по аналогии с разделом «рекультивация земель» в проекте открытой разработки месторождения, в проекте подземной разработки должен быть раздел с названием, например, «рекультивация недр»), исключение составляют лишь месторождения природных каменных строительных материалов, гипса, известняка, каменной и калийной соли. Недра, после извлечения из них полезных ископаемых, нарушены пустотами, которые можно и нужно использовать в качестве подземных сооружений – завода, атомной электростанции, обогатительной фабрики, хранилища стратегических запасов, могильника бытовых, высокотоксичных, химических и радиоактивных отходов, ёмкости для выщелачивания металла из бедных и забалансовых руд и др. Тем самым решаются две задачи – сохранения недр в новом функциональном качестве и ликвидация отвалов, хвостохранилищ и других экологически вредных объектов на земной поверхности. Всё это потребует дополнительных знаний о горном массиве, особое значение при этом приобретает организационная мера - геомеханическое обоснование выбора технологии освоения недр и природоохранных мер, эколого-экономический прогноз последствий извлечения руды и дальнейшего использования пустот, выработанного пространства.
В настоящей работе рассмотрены мероприятия по совершенствованию технологии освоения самых сложных в отработке и многочисленных (составляющих по запасам 70-80%) сложноструктурных месторождений цветных, благородных, редких, радиоактивных и рассеянных металлов, включая гидротермальные, поскольку некоторые химические элементы (ртуть, медь, свинец, цинк, молибден, кобальт, уран, мышьяк, сурьма) имеют исключительно гидротермальный генезис, а другие добываются на гидротермальных месторождениях совместно с примесями (вольфрам, олово, висмут, золото, серебро, ниобий, тантал, селен, стронций, кадмий, рений, галлий, германий, барий, титан, ванадий, теллур, платина, палладий). Технологии, опробованные в таких сложных условиях, можно успешно применять и в более благоприятной геологической среде.
С увеличением глубины подземных горных работ и усложнением горно-геологических условий повышается риск ошибки в выборе параметров очистных выработок или самой технологии добычи, поскольку оценка производится на основе геологоразведочных данных, содержащих, главным образом, информацию о морфологии, запасах, качестве полезного ископаемого и лишь ограниченные сведения о геомеханическом состоянии породного массива. Между тем именно в период проектирования выбирается схема организации предприятия, система разработки, способы управления горным давлением, порядок отработки залежи, размеры и местоположение целиков и выработок, скорость подвигания забоев, величины плановых потерь руды и другие параметры, от достоверности которых зависят эффективность и безопасность работ. Выбор этих параметров только на основании геологоразведочных данных зачастую приводит к серьёзным ошибкам и авариям.
Из известных технологий подземной разработки в настоящей работе рассмотрены наиболее широко применяемые и полярные по технико-экономическим показателям системы по классификации акад. М.И.Агошкова – с открытым очистным пространством, с твердеющей закладкой и с обрушением руды и пород (этими системами на рудниках отрабатываются около 65% запасов цветных, редких и радиоактивных металлов). Выбранные системы применяются в принципиально различных горно-геологических условиях и для них исключительно актуален выбор оптимальных параметров: пролётов обнажений очистных выработок, прочности и мощности твердеющей закладки, целиков, размеров и расстояния между выпускными отверстиями; а также прогноз местоположения зон концентрации разрушающих напряжений и опасных сдвижений в подработанном горном массиве.
Для очистных блоков, где применяются эти системы разработки, возможны следующие варианты дальнейшего использования выработанного пространства: а) в устойчивых камерах – хранилища, например, сельскохозяйственных запасов, продукции оборонного значения, могильники; б) в зонах же обрушения – ёмкости для последующего извлечения выщелачиванием полезного ископаемого из отвалов забалансовой руды (уложенной в провалах, воронках обрушения) и из оставленных целиков.
Сложноструктурные, например, гидротермальные месторождения отличаются вулканическим происхождением, сложной структурой, резкими перепадами устойчивости массива, чередованием зон разгрузки и избыточного горного давления, расчленением массива тектоническими разломами, а также мощной толщей коры выветривания. Сложные горно-геологические условия требуют предварительной оценки (не позже, чем на стадии эксплуатационной разведки) степени нарушенности массива для выбора наиболее эффективной системы разработки и её оптимальных параметров; или, наоборот, - для изменения физико-механических характеристик массива с целью применения в разных блоках унифицированной рациональной системы разработки. Сложные условия также требуют разработки мероприятий по поддержанию очистного пространства, погашению пустот, локализации опасных сдвижений, снижению опорного горного давления, учёту последствий извлечения руды, а также по сохранению и дальнейшему использованию подземных пустот в качестве подземных сооружений – объектов промышленного, оборонного, сельскохозяйственного, культурологического, медицинского назначения, в качестве хранилищ и могильников.
Рациональное использование ресурсов недр невозможно без взаимоувязки и выбора различных технологических мероприятий, но их геомеханическое обоснование возможно на основе расширенных геолого-маркшейдерских данных, обработанных с использованием современных компьютерных технологий по эколого-математическим моделям с учётом принципов переноса известных горно-технологических решений в новую геологическую среду. В этой связи, совершенствование методик обоснования выбора технологии подземной добычи руды с учётом экологических последствий, на базе геомеханической оценки горного давления и сдвижений пород, устойчивости горного и закладочного массивов, объёмов погашения пустот, и с учётом дальнейшего использования подземного пространства и природоохранных мер - является научно обоснованным техническим, экономическим и технологическим решением, внедрение которого вносит значительный вклад в развитие экономики страны и в развитие научно-технического прогресса.
Представленная работа выполнена по программам НИР и ОКР «Атомная наука и техника» Минатома.
И соответствует двум специальностям: а) специальности 25.00.20 – «Геомеханика, разрушение горных пород, рудничная аэрогазодинамика и горная теплофизика» и б) специальности 25.00.22 – «Геотехнология (подземная, открытая, строительная)».
Смежные специальности: 05.02.22 – «Организация производства (горная промышленность)» и 25.00.36 – «Геоэкология (по техническим наукам)».
- Целью работы является геомеханическое обоснование выбора технологии и организации добычных работ на сложноструктурных месторождениях с последующим использованием подземного пространства, на базе оценки экологических последствий, и согласно паспортам двух специальностей в следующих областях исследований:
- по паспорту специальности 25.00.20 – «Геомеханика, разрушение горных пород, рудничная аэрогазодинамика и горная теплофизика»: а) напряжённо-деформированное состояние массивов горных пород в естественных условиях и его изменение во времени в связи с проведением горных выработок и эксплуатацией месторождения; б) геомеханическое обеспечение подземной добычи полезных ископаемых, разработка методов управления горным давлением, удароопасностью и сдвижением горных пород;
- по паспорту специальности 25.00.22 – «Геотехнология (подземная, открытая, строительная)»: а) создание и научное обоснование технологии разработки техногенных месторождений твёрдых полезных ископаемых; б) разработка теоретических положений и технических решений по использованию подземного пространства; в) научное обоснование параметров горнотехнических сооружений и разработка методов их расчёта.
- Области исследований по смежным специальностям:
- по специальности 05.02.22 – «Организация производства»: а) разработка научных, методологических принципов повышения эффективности функционирования и качества организации производственных систем; б) разработка методов, средств планирования и управления производственными процессами и их результатами; в) разработка методов и средств информатизации и компьютеризации производственных процессов;
- по специальности 25.00.36 – «Геоэкология»: а) разработка технических средств, технологий и сооружений для прогноза изменений окружающей среды и её защиты, для локализации и ликвидации негативных природных и техногенных воздействий на окружающую среду; б) разработка технических методов и средств безопасной утилизации, хранения и захоронения промышленных, токсичных и радиоактивных отходов; в) анализ динамики, механизма, факторов и закономерностей развития опасных природных и техноприродных процессов, прогноз их развития, оценка опасности, превентивные мероприятия по снижению последствий катастрофических последствий.
Идея работы заключается в разработке поэтапных организационных меро-приятий на основе установленных закономерностей развития геомеханических процессов - для изыскания рациональной технологии освоения месторождений, обеспечивающей безопасность, эффективность и экологичность подземных горных работ с максимальной полнотой ивлечения руд и с дальнейшим использованием подземного пространства для хозяйственных нужд.
Задачи исследований:
- установление закономерностей перераспределения горного давления и параметров сдвижения горных пород;
- обоснование методов управления состоянием массива – закладкой, обрушением и сооружением опорных конструкций;
- изыскание способов организации эффективной подземной отработки сложноструктурных месторождений с учётом показателя сложности геолого-морфологического строения и горно-технологических условий добычи руды в эксплуатационном блоке и с учётом последующего использования подземного пространства;
- разработка математических моделей, компьютерных программ для расчёта, моделирования и проектирования параметров систем разработки сложноструктурных месторождений.
Методы исследований: экспериментальные и теоретические исследования массива горных пород с использованием методов сопротивления материалов, теории упругости, механики сплошной среды, численного метода граничных элементов, механики подземных сооружений, строительной механики; обобщение научных исследований в области геомеханики с использованием анализа наблюдаемых проявлений горного давления (напряжений, обрушений, сдвижений) на действующих предприятиях, эксперименты на рудниках; аналитическое, численное и физическое моделирование (на натурных и оптически-активных материалах) процессов сдвижения, обрушения, распределения горного давления; математическое моделирование и аналитические расчёты устойчивости породного и закладочного массивов; эколого-экономическое сравнение эффективности предлагаемых технологических схем добычи; системный анализ последствий добычи с использованием компьютерного моделирования.
Основные научные положения, выносимые на защиту:
1. Научно-методологическое обоснование выбора технологии освоения месторождений заключается в оценке показателя сложности геолого-морфологического строения и горно-технологических условий добычи руды, в геомеханической оценке напряжённо-деформированного состояния горного массива, в анализе устойчивых параметров выработок и размеров зон опасных сдвижений – с целью последующего использования подземного пространства (как в устойчивых выработках, так и в зонах обрушения) для ликвидации на земной поверхности отвалов, хвостохранилищ, складов бедной руды и других экологически вредных объектов.
2. Для выбора технологии последующего выщелачивания металла из бедной и забалансовой руды, размещённой в зонах обрушения, образовавшихся в результате выпуска из камер отбитой рудной массы под обрушенными породами, - необходимо сначала выбрать рациональный режим выпуска и оптимальные параметры днища. А затем, после выпуска руды, произвести работы по гидроизоляции пространства, по улавливанию продуктивных растворов дренажными скважинами, по созданию заграждающего пневматического барьера - снижающих экологическую нагрузку на окружающую среду.
3. Для выбора технологии добычи руды с погашением выработанного пространства закладкой необходимо оценить устойчивые размеры потолочин выработок, созданных из разнопрочных пачек закладки, нижняя часть которой является прочной и несущей, а верхняя, основная часть – заполняется сухими или жидкими отходами, измельчённой породой с малым количеством вяжущих веществ. Для локализации, ликвидации негативных техногенных воздействий на окружающую среду и для последующего использования подземного пространства в сложных горно-геологических и геоэкологических условиях - необходимо заблаговременное сооружение пространственных опорных конструкций из твердеющей закладки.
4. Методологические принципы обоснования выбора оптимальных технологий освоения месторождений с последующим использованием подземного пространства должны базироваться на поэтапном геомеханическом анализе последствий извлечения руды и последующего использования подземного пространства, а также на эколого-экономическом анализе эффективности предлагаемых технологических мер - включающих оценку величин горного давления, сдвижений и деформаций объектов горной охраны, зон концентрации напряжений и разгрузки, обрушений пород, продолжительности устойчивого состояния полостей и необ-ходимых для стабилизации качества объёмов добычи разносортной руды по бло-кам и забоям, а также экономическую оценку природоохранных мер.
Внутреннее единство и логическая завершённость квалификационной научно-исследовательской работы подтверждается следующим:
- в 1 научном положении заложена база для геомеханического прогноза состояния горного массива – оценка сложности массива, его НДС, зон опасных сдвижений, параметров устойчивых обнажений (для систем разработки с открытым очистным пространством); а также обосновываются варианты дальнейшего использования устойчивых горных выработок;
- во 2 научном положении рассматриваются, применительно к системам разработки с обрушением, геомеханические параметры днища камер и режима выпуска; также предлагаются варианты использования зон обрушения для выщелачивания металла из забалансовой руды;
- в 3 научном положении обосновываются геомеханические параметры выработок для систем разработки с твердеющей закладкой, предлагаются разнопрочные несущие конструкции, варианты утилизации отходов в закладке;
- в 4 научном положении аргументируется обобщающая методология выбора технологии на основе поэтапного геомеханического прогноза состояния массива, эколого-математического моделирования и оценки качества добываемых сортов руды.
По паспорту специальности 25.00.20 первое научное положение соответствует области исследования – оценка напряжённо-деформированного состояния массивов горных пород в естественных условиях и его изменения во времени в связи с проведением горных выработок и эксплуатацией месторождения. Первое, второе, третье и четвёртое научные положения соответствуют области исследования – геомеханическое обеспечение подземной добычи полезных ископаемых, разработка методов управления горным давлением, удароопасностью и сдвижением горных пород.
По паспорту специальности 25.00.22 все четыре научных положения соответствуют следующим областям исследования: а) создание и научное обоснование технологии разработки техногенных месторождений твёрдых полезных ископаемых; б) разработка теоретических положений и технических решений по использованию подземного пространства; в) научное обоснование параметров горнотехнических сооружений и разработка методов их расчёта.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждена высокой сходимостью (не менее 70%) аналитических выводов с данными физического моделирования и натурных экспериментов, положительными результатами аналитических и натурных исследований на уран-молибденовых рудниках Приаргунского и Целинного горно-химических комбинатов; научным обоснованием выявленных закономерностей теориями сопротивления материалов, упругости, ползучести, строительной механики, механики подземных сооружений и сплошной среды, использованием современных компьютерных технологий и опытно-промышленным внедрением технологий разработки месторождений, с подтверждением их экономической эффективности.
Научная новизна работы заключается в том, что все предлагаемые организационные мероприятия основываются на установленных геомеханических закономерностях, и оцениваются по эколого-экономическим и математическим моделям:
- прогноз напряжённо-деформированного состояния нарушенного горными работами массива, отличающийся тем, что, с целью получения параметров зон концентрации опорного горного давления, - учитываются деформационные и реологические характеристики неоднородной среды, разрывы сплошности, степень ослабления прочности массива, крепление и закладка выработок, длительность обнажений (прикладная компьютерная программа «Напряжения» прошла апробацию и зарегистрирована во Всероссийском научно-техническом центре – ВНТЦ, рег. № 50200401124);
- прогноз параметров возможных сдвижений пород в подработанном массиве, отличающийся тем, что, с целью получения деформаций, наклонов и кривизны, - учитываются физико-механические свойства налегающих пород, расположение, объём, конфигурация и размер подземных полостей, ожидаемая форма мульды оседания, наличие тектонических разломов, величины опорного горного давления, скорости процесса сдвижения пород в массиве и по разломам, объём и вид закладки полостей (прикладная компьютерная программа «Сдвижения» прошла апробацию и зарегистрирована в ВНТЦ, рег. № 50200401123);
- прогноз запредельной несущей способности породной кровли, отличающийся от известных тем, что, с целью получения устойчивых размеров кровли выработок, - обоснованы критические деформации в плите-потолочине после образования первых пластических шарниров;
- прогноз статической устойчивости подземной полости, отличающийся тем, что, с целью определения устойчивых размеров (длины, ширины, высоты) полости, учитываются: угол наклона бортов, величина горного давления, фактические характеристики среды по каждому боку и кровле полости отдельно;
- выбор параметров днища камер при донном, торцевом выпуске отбитой рудной массы под обрушенными породами, отличающийся от известных тем, что, с целью оценки оптимального расстояния между воронками, диаметра выпускного отверстия, а также суммарного предельного объёма извлекаемой из них рудной массы, - подсчитываются значения потерь, разубоживания, экономического эффекта для каждой дискретной дозы выпуска (в любой момент времени), для любой дучки, в том числе и на границе с погашенной камерой, учитывается объём сегмента эллипсоида выпуска ниже уровня выпускных воронок, изменение со временем коэффициента разрыхления руды, увеличение размеров воронки, закономерность распределения металла в блоке (прикладная компьютерная программа «Выпуск» прошла апробацию и зарегистрирована в ВНТЦ, рег. № 50200401126);
- выбор параметров прочности, пролёта и мощности разнопрочного закладочного массива, отличающийся тем, что, с целью снижения расходов на закладку при сохранении устойчивости искусственной потолочины, - учитываются слоистость и однородность массива, седиментация и фильтрация, сейсмика взрывов и пригрузка слоёв, продолжительность твердения, критические деформации и запредельная несущая способность плиты-потолочины после образования первых пластических шарниров, установлена закономерность распределения давления верхнего малопрочного слоя разнопрочной закладки на нижний несущий слой (упругое основание) в зависимости от соотношения их модулей деформации, прочностей и стадии деформирования (а.с. СССР № 1475253, прикладная компьютерная программа);
- выбор схемы погашения пустот на руднике, отличающийся тем, что, с целью снижения расходов на закладочные работы при обеспечении безопасности объектов горной охраны, - рассчитывается оптимальное соотношение и комбинация объёмов погашения выработок различными видами закладки, с учётом частичной изоляции выработанного пространства, свойств массива и расстояния до объекта горной охраны (прикладная компьютерная программа);
- обоснование нового метода управления состоянием окружающей среды путём заблаговременного сооружения в горном массиве пространственных опорных конструкций, с целью выбора оптимальной единой системы разработки и снижения затрат на добычу руды и на последующую эксплуатацию подземных сооружений, за счёт приведения неоднородных дифференцированных участков и зон массива в равноустойчивое состояние (а.с. СССР № 1603885).
Научное значение работы заключается в получении новых знаний, разработаны:
1) показатель сложности геолого-морфологического строения и горно-технологических условий добычи руды в эксплуатационном блоке - 1 научное положение:
2) методика прогноза запредельной несущей способности слоистой и трещиноватой кровли выработок (математическая модель и компьютерная программа) - 1 научное положение;
3) методика прогноза напряжённо-деформированного состояния массива с учётом местоположения выработок в вулканической кальдере (математическая модель и компьютерная программа) - 1 научное положение;
4) методика оценки статической устойчивости выработки с вертикальными и с наклонными бортами по новому коэффициенту статической устойчивости - 1 научное положение;
5) методика статической оценки высоты зоны обрушения пород в камеру, частично заполненную закладкой - 1 научное положение;
6) методика динамической оценки сдвижения пород в подработанном массиве (математическая модель и компьютерная программа) - 1 научное положение;
7) методика выбора оптимальных параметров днища и режима выпуска для систем разработки с обрушением руды и пород (математическая модель и компьютерная программа) - 2 научное положение;
8) методика выбора оптимальных параметров разнопрочной твердеющей закладки выработок с учётом нового коэффициента влияния слоистости и пригрузки веса массива на упругое основание – для систем разработки с закладкой (математическая модель и компьютерная программа) - 3 научное положение;
9) технологии возведения пространственных опорных конструкций в неоднородном массиве для повышения его устойчивости - 3 научное положение;
10) варианты последующего использования подземного пространства (как в устойчивых выработках, так и в зонах обрушения) для ликвидации на земной поверхности отвалов, хвостохранилищ, складов бедной руды и других экологически вредных объектов, технология выщелачивания бедных руд в зонах обрушения с улавливанием продуктивного раствора – 1, 2 и 3 научное положение;
11) методика выбора необходимой производительности забоев и блоков – для поддержания стабильного качества выдаваемых сортов руды - 4 научное положение;
12) методология выбора оптимальных технологий освоения сложноструктурных месторождений с последующим использованием подземного пространства – на основе поэтапного геомеханического и эколого-экономического анализа последствий - 4 научное положение.
Практическое значение работы состоит в создании, на основе математических моделей, комплекса из шести авторских компьютерных программ (четыре из которых зарегистрированы во ВНТЦ, рег. № 50200401123…50200401126), облегчающих принятие организационных решений и служащих для научного обоснования выбора технологии освоения месторождений на базе геомеханического прогноза состояния недр, безопасности работ, последствий извлечения руды и дальнейшего использования пустот, - включающего комплекс инженерных методов расчёта параметров устойчивости обнажений искусственного и породного массивов, днища камер, режима выпуска руды, напряжений, деформаций и сдвижений; разработаны конструкции опорных сооружений с расчётом их типовых элементов; усовершенствованны технологии рациональной добычи руды системами с открытым очистным пространством, с твердеющей закладкой, с обрушением руды и пород, а также технологии последующего использования подземного пространства.
Реализация работы.
Результаты исследований внедрены в практику проектирования институтом ВНИПИпромтехнологии разработки уран-молибденовой группы месторождений «Стрельцовское» в Забайкалье, урановых месторождений «Камышовое», «Восточное» и «Грачёвское» в Северном Казахстане, включены в отраслевую инструкцию по безопасному ведению горных работ и контролю за сдвижением породных массивов в предохранительных зонах шахт Приаргунского горно-химического комбината, в типовые технологические схемы подземной разработки урановых месторождений Минатома (три проекта: нисходящая слоевая система, подэтажно-камерная система – на мощных залежах и на маломощных, со щелевой отбойкой), вошли в монографию, научные статьи и авторские учебные пособия, используемых в процессе обучения студентов в Российском государственном геологоразведочном университете (РГГРУ) и в Московском государственном открытом университете (МГОУ). При опытно-промышленных испытаниях предложенных автором технологических схем достигнута следующая сравнительная экономическая эффективность (в ценах 80-х годов ХХ века): по разнопрочной закладке на месторождениях «Стрельцовское» 2 руб./м3, что эффективнее базового варианта технологии в 1,2 раза; по пространственно-ориентированным конструкциям на месторож-дении «Грачёвское» 0,08 руб./м3, что эффективнее базового варианта технологии в 1,84 раза; по комбинированному погашению пустот на месторождении «Камышовое» - 14,33 руб./м3; по оценке статической устойчивости камер на месторождении «Грачёвское» условный экономический эффект мог бы составить (при внедрении методики) от предотвращения обрушений пород и разубоживания руды – от 0,4 до 4,2 руб./м3 и от потерь руды от 89 до 180 руб./м3; по оценке и выбору технологии добычи руды на глубоких горизонтах месторождения «Восточное» - 5,5 руб./м3.
Личный вклад автора:
- постановка задач и геомеханического подхода к организации освоения месторождений не только с позиций щадящей и эффективной добычи, но и последующего долговременного использования образовавшихся пустот, экологизации горного производства;
- разработка методологических принципов повышения эффективности функционирования и качества организации разработки месторождений на базе компьютерного моделирования и оптимизации различных вариантов широко применяемых технологий;
- обоснование необходимости создания комплекса методик, позволяющих специалистам предприятий производить организационные мероприятия по подбору вариантов технологий и эффективных параметров горных работ на основе геомеханических, эколого-экономических и математических моделей, с учётом принципа переноса известных горно-технологических решений в новую геологическую среду;
- исследование процессов формирования зон концентрации напряжений, обрушений и сдвижений в неоднородном, нарушенном разломами, трёхмерном горном массиве, совершенствование методик расчёта напряжённо-деформированного состояния массива и сдвижений пород;
- исследование магматогенно-метасоматических, гидротермальных месторождений на основе их происхождения из магматического очага, вызывающего разрывы сплошности земной коры (по которым поднимаются рудоформирующие потоки флюидов), обоснование закономерностей, вызывающих обрушения, сдвижения горных пород над подземной полостью;
- разработка организационных и технологических схем погашения очистных выработок разнопрочной твердеющей закладкой, создание методик моделирова-ния и оптимизации параметров устойчивой породной и искусственной кровли и боков выработок, крепи, параметров днища и режима выпуска рудной массы под обрушенными породами;
- разработка нового метода управления состоянием окружающей среды и технологических схем - заблаговременного приведения разнородных участков горного массива в равноустойчивое состояние, расчёт типовых элементов опорных пространственных конструкций;
- разработка на основе математических моделей комплекса прикладных компьютерных программ, позволяющих специалистам предприятий шаг за шагом использовать при выборе параметров технологии добычи руды современные средства обработки информации.
Апробация работы.
Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на научно-технических советах, семинарах и конференциях во ВНИПИпромтехнологии, на предприятиях ЦГХК и ППГХО, на конференциях РГГРУ, на «Неделях горняка» в МГГУ, на заседаниях: кафедры «Разработка месторождений цветных, редких и радиоактивных металлов» РГГРУ, кафедры «Разработки месторождений полезных ископаемых» и кафедры «Охраны недр и рационального природопользования» МГОУ.
Области применения.
Разработано геомеханическое обеспечение освоения самых сложных в отработке и многочисленных (составляющих по запасам 70-80%) сложноструктурных месторождений цветных, благородных, редких, радиоактивных и рассеянных металлов, на примере усовершенствования наиболее широко применяемых систем разработки – с открытым очистным пространством, с твердеющей закладкой и с обрушением руды и пород, которыми на рудниках отрабатываются не менее 65% запасов цветных, редких и радиоактивных металлов. Технологии, опробованные в таких сложных условиях, можно успешно применять и в более благоприятной геологической среде – при любом техногенном преобразовании недр: добыче руды, подземном строительстве, захоронении отходов.
Публикации. По теме диссертации опубликованы: 28 печатных работ (из них более десяти – в рекомендованных ВАК изданиях), включая монографию и учебник, получены два авторских свидетельства на изобретения и четыре свидетельства о регистрации компьютерных программ во ВНТЦ (рег. № 50200401123 … 50200401126); а также составлены 30 учебных пособий, на пять из которых получен гриф УМО МГГУ (рег. № 51-73…51-76 и 51-79/6) и десять из которых зарегистрированы в Федеральном агентстве по образованию (рег. № 5368…5377).
Основные положения диссертации базируются на результатах натурных исследований, проведённых автором на уран-молибденовых рудниках Приаргунского (Забайкалье) и Целинного (Казахстан) горно-химических комбинатов, на результатах собственных теоретических изысканий в НИЛ-1 Промниипроекта, в Московской государственной геологоразведочной академии, в Московском государственном открытом университете.
Объём работы. Диссертационная работа состоит из введения, семи глав, заключения и приложений (в отдельном томе), содержит 258 страниц основного текста, список использованной литературы включает 275 наименований.
Автор выражает глубокую благодарность научному консультанту - профессору, доктору технических наук, академику и первому вице-президенту Академии Горных Наук России Котенко Е.А., признателен сотрудникам Промниипроекта - В.В.Дейнеру, А.И.Мезину, В.Н.Морозову и другим, оказавшим помощь в проведении экспериментов. Представленная работа завершена благодаря поддержке и ценным советам проф., д.т.н. Ю.А.Боровкова, Г.А.Каткова, проф., д.г.-м.н. А.Г.Милютина, Белова С.В.
Основные выводы и рекомендации, полученные в работе, использованы в практике проектирования гидротермальных месторождений уранодобывающей отрасли, на предприятиях ППГХО и ЦГХК, в учебных пособиях Российского государственного геологоразведочного и Московского государственного открытого университетов и в прикладных компьютерных программах, в научных статьях, в монографии «Выбор рациональной технологии добычи руд. Геомеханическая оценка состояния недр. Использование подземного пространства. Геоэкология» и в учебнике под редакцией проф. А.Г.Милютина - «Экология: геоэкология недропользования» (план издательства «Высшая школа» - I квартал 2007 г.).
Основное содержание работы
Во введении обосновывается актуальность выбранной темы, формулируются принципы организации щадящей подземной разработки сложноструктурных месторождений, с учётом экологических последствий, на базе геомеханической оценки горного давления и сдвижений пород, устойчивости горного и закладочного массивов, объёмов погашения пустот и природоохранных мер, дальнейшего использования подземного пространства на действующих рудниках и на отработанных месторождениях. Описывается принцип выбора методов воздействия на горный массив, эффективных и безопасных технологий горных работ, на базе применения информационных технологий (комплекса авторских прикладных компьютерных программ) для облегчения принятия управленческих, организационных решений. Обосновывается область научных исследований и перечень совершенствуемых систем подземной разработки рудных месторождений – с открытым очистным пространством, с обрушением руды и пород, с закладкой.
В первой главе проанализирована изученность выбранной темы и вопросов организации оценки состояния недр. Исследуются особенности геологического строения сложноструктурных месторождений, рассматривается, как пример, модель образования гидротермального уран-молибденового Стрельцовского месторождения и урановых месторождений Северного Казахстана. Описываются трудности, возникающие при добыче руд на месторождениях магматогенно-метасоматической генетической группы , их значение (составляют 70-80% по запасам руд цветных, редких и радиоактивных металлов).
По данным МАГАТЭ в 1998 году, при одинаковом среднем содержании урана в руде (0,2-0,3%) и примерно одинаковом соотношении открытых и подземных работ, производительность труда в Нигере и в России по количеству урана, добытого на одного сотрудника предприятия, отличается в шесть раз (в Нигере 1,85 т/чел и в России 300 кг/чел). Такая разница отчасти может объясняться отставанием в самой технологии добычи руды, а также неэффективной организационной структурой предприятия, отсутствием мониторинга и прогноза состояния горного массива, низкой оперативностью в принятии управленческих решений при резком изменении ситуации в горных работах. Именно при подземной добыче урана и других редких элементов часто возникают проблемы, связанные с генезисом самого месторождения.
Сложноструктурные месторождения весьма трудны в процессе геологической разведки и при добыче руды. Оруденение на месторождениях приурочено к тектоническим швам различного направления и сочленениям разломов, эти зоны отличаются избыточным горным давлением, интенсивной трещиноватостью пород, высокой контрастностью руды и изменчивостью контура штокверковых и жильных рудных тел. Это приводит к необходимости при выемки руды на различных участках месторождения не только много тратить сил на эксплуатационную доразведку запасов, но и варьировать различными системами разработки, параметрами выработок, применять твердеющую закладку, отказываться от систем с обрушением руды и пород, т.е. увеличивать себестоимость добычи. Такое положение характерно для всех гидротермальных месторождений.
В главе приведена классификация методов прогноза геомеханических преоб-разований подрабатываемых территорий, описывающая модели сдвижения пород в нарушенном массиве по С.Г.Авершину, А.Г.Акимову, Е.В.Беляеву, В.Н.Земисеву, Г.Кратчу, В.Н.Морозову и многим другим учёным, рассматриваются классификации месторождений по А.Г.Милютину и по Н.П.Лаверову, оцениваются запасы урана в России по типам месторождений. Формулируется концепция напряжённо-деформированного состояния горного массива вблизи камерных и слоевых выработок.
Далее рассматривается классификация методик расчётов прочности искусственной кровли из твердеющей закладки - У.А.Алданбергенова, А.А.Борисова, В.А.Вольхина, Б.П.Дробота, Н.Ф.Замесова, Е.Д.Кочеткова, Т.А.Осиповой, В.Д.Палия, Е.С.Смелянского, С.Н.Суглобова, М.Н.Цыгалова и многих других неназванных учёных. Анализ методик расчётов показал, что нормативную прочность закладки обычно получают или по результатам физического моделирования или же по расчётам на допустимые напряжения и деформации однородной балки (жёстко защемленной или свободно лежащей на двух опорах), нагруженной собственным весом или весом пород до земной поверхности. В результате для аналогичных условий, например, при нисходящей слоевой выемке значение нормативной прочности потолочины, полученной разными методами, находится в диапазоне от 2 до 10 МПа. Затем в главе рассматриваются известные варианты организации использования твердеющей закладки при добыче руды, исследуются физико-механические характеристики твердеющей закладки и их корреляционные зависимости.
В результате комплексного анализа сформулирована цель и идея работы, задачи и методы исследований. Затем автором обосновывается методология научных исследований: сначала гипотеза, затем моделирование, теоретическое обобщение и, наконец, промышленная проверка.
Далее в главе приводятся основные результаты исследований автора на моделях (из натурных и оптически-активных материалов) - с соблюдением геометрического, силового и других масштабов моделирования - механизма деформирования и предельной несущей способности искусственной потолочины, опирающейся лишь на неровности боков выработки. Обосновывается механизм нагружения нижней несущей пачки закладки (упругого основания) весом верхней малопрочной пачки – для двухслойной разнопрочной закладки, при этом были получены эмпирические зависимости прочности несущей нижней пачки искусственной потолочины от её параметров и физико-механических характеристик – для упруго-пластического и запредельного деформирования. Также на моделях получена корреляционная зависимость модуля деформации от прочности искусственной потолочины - на упругой и на пластической стадиях её работы.
Установлено, что после образования на опорах, а затем и в пролёте первых трещин, модуль деформации потолочины снижается практически вдвое и увеличивается вдвое темп роста величины прогиба. Но потолочина, тем не менее, остаётся устойчивой вплоть до образования в пролёте третьего пластического шарнира, т.е. кровля обладает запредельной устойчивостью, ведь система статически неопределима и есть лишние связи (по теориям сопротивления материалов и строительной механики).
Определён методический подход к установлению нормативной прочности потолочины по предельному состоянию на основе изучения механизма её деформирования на упругой и пластической стадиях работы, с учётом фактической неоднородности массива твердеющей закладки, характера контактов потолочины с боками выработки, напряжённо-деформированного состояния окружающего горного и закладочного массива, механизма передачи нагрузки от пачки к пачке, от слоя к слою.
Разработана структурная схема решения научной задачи диссертации.
Во второй главе производится оценка методов прогноза напряжённо-деформированного состояния горного массива, влияющего на организацию добычных работ на руднике. Анализируется механизм возникновения напряженно-деформированного состояния нетронутого горного массива по работам А.В. Пейве, А.И. Суворова, В.Е. Хаина, В.В. Белоусова, Г.П. Горшкова, Петухова ИМ, Батугиной И.М., М.А.Иофиса, В.Н.Морозова и многих других.
Автором обосновывается методология прогноза местоположения зон разрывных нарушений (рудоносных каналов) в вулканических сооружениях месторождений, например, кальдерах, на основе закона взаимодействия масс материи в гравитационном поле, с глубинным объёмным источником магматического возмущения. Величины деформаций по перпендикулярным осям определяются после дифференцирования функций смещений и сравниваются с предельными деформациями для данного типа пород, вызывающими разрыв сплошности массива, а также с нормативными деформациями для объектов горной охраны (здания, сооружения и капитальные горные выработки).
Оцениваются методики оценки продолжительности устойчивого состояния подземных полостей, обосновывается применение зависимости Больцмана-Вольтерра-Ержанова, на базе решения уравнения состояния с сингулярным ядром Дюффинга. Приводится авторская методика расчёта главных напряжений в массиве по косвенным признакам, а также инженерный метод оценки напряжений по фактическим вывалам пород Р.А.Ахметгареева, оценивается методика оценки устойчивости целиков и опор М.А.Тлеужанова по трём критериям: по критическим нагрузкам, допустимому сближению кровли-почвы и по запредельной жёсткости целика (критерий удароопасности целиков).
Далее исследуются методики расчёта - М.М.Протодьяконова, В.Д.Слесарева, Г.Н.Кузнецова, Г.Л.Фисенко, Г.В.Мещерякова, С.В.Ветрова и многих других - устойчивых обнажений монолитной, слоистой и трещиноватой породной кровли (для камерных и слоевых очистных выработок). Обосновывается авторская методика оценки устойчивости породной кровли с учётом запредельного деформирования и прогиба потолочины. Приводится, на основе работ С.Крауча, А.Старфилда и М.А.Тлеужанова, математическая модель расчёта параметров напряжённо-деформированного состояния горного массива методом граничных элементов, описывается применение компьютерной программы с учётом объёмного эффекта.
Обосновывается методика организации оценки параметров очистной выемки вблизи объектов горной охраны. Исследуется механизм переноса известных горно-технологических решений в новую геологическую среду на базе использования принципов подобия и нового показателя сложности геолого-морфологического строения и горно-технологических условий добычи руды в эксплуатационном блоке.
В третьей главе исследуется механизм деформирования, сдвижения и обрушения пород в подработанном и структурно нарушенном горном массиве, его влияние на организацию добычных работ, приводится авторская методика оценки параметров сдвижения на основе закона взаимодействия масс материи в электромагнитогравитационном поле Земли. Обосновывается авторский метод статической оценки зоны опасных сдвижений и необходимых объёмов погашения выработок закладкой различного вида, используемый для предупреждения негативных экологических последствий добычи руды. Описано применение компьютерной программы для организации оперативной оценки сдвижений породного и закладочного массива вокруг горных выработок.
Формулируется первое научное положение.
В четвёртой главе рассматриваются методики оценки параметров днища камер и организация добычи руды одной из самых востребованных систем разработки – с обрушением руды и вмещающих пород (при донном и торцевом выпуске). В основу собственных теоретических исследований положена теория выпуска руды по Г.М.Малахову, И.К.Кунину, В.В.Куликову, П.П.Фельшау с использованием экспериментальных работ М.Е.Мухина и Г.В.Головской. Обосновывается авторская методика оценки показателей извлечения при донном выпуске руды с учётом влияния свойств сыпучего материала на характер истечения, фактического распределения содержания полезного компонента по объёму камеры. Приведена экономико-математическая модель планирования режима выпуска, установлены особенности расчётов показателей извлечения при торцевом выпуске, достоинства и недостатки различных конструкций днища камер, получено обоснование оптимального момента прекращения выпуска руды из камеры. Описано применение авторской компьютерной программы для оперативных расчётов показателей извлечения руды в динамике, на произвольный момент времени. Предложены рекомендации по снижению горного давления на выработки горизонта выпуска и меры по снижению потерь и разубоживания - для организации работ системами с обрушением руды и вмещающих пород, а также при открыто-подземном способе добычи с погашением камер под дном карьера породами из рекультивируемых отвалов. Предлагаются варианты подготовки днища блока для последующего использования зон обрушения для размещения и выщелачивания отвалов бедной, забалансовой руды.
Формулируется второе научное положение.
В пятой главе рассматриваются организационные принципы управления состоянием массива при слоевых и камерных системах разработки с закладкой выработанного пространства, наиболее часто применяемых при добыче ценных руд и в сложных горно-геологических условиях. В основу собственных исследований положены работы Палия В.Д., Смелянского Е.С., Цыгалова М.Н., Вольхина Б.А., Требукова А.Л., Алдамбергенова У.А., Дробота Б.П., Дейнера В.В. Приводится сводная ведомость факторов твердения, формирования закладки и их влияние на несущую способность искусственных массивов, обосновываются: новый коэффициент влияния слоистости массива на устойчивость кровли и минимально-необходимая прочность нижней несущей и верхней малопрочной пачки потолочины на разных стадиях её деформирования и для различных вариантов взаимного расположения выработок. Описываются технологии организации приготовления разнопрочной закладки и контроля прочности искусственных массивов. Анализируется механизм совместного деформирования искусственного и породного массивов, механизм передачи пригрузки от пачки к пачке, от слоя к слою.
Предлагаются варианты применения разнопрочных твердеющих смесей при слоевой и камерной системах разработки, с частичной и с армированной закладкой. Обосновываются организационные мероприятия по повышению качества приготовления вяжущего, использованию отходов производства и снижению расхода цемента (т.е. снижению себестоимости закладки) при неизменной несущей способности искусственного массива. Описываются авторские компьютерные программы по оперативному выбору параметров искусственной кровли, крепи и оценке устойчивости выработок.
Исследуются три возможные организационные схемы механизма взаимодействия горного и закладочного массивов, обосновывается необходимость выборочного профилактического укрепления и, напротив, разгрузки участков шахтного поля, выпадающих из среднего ряда по устойчивости вмещающих пород.
Предлагаются авторские технологические схемы опережающего укрепления неустойчивых участков массива, конструкции пространственно-ориентированных опорных сооружений с их расчётом. Обосновывается методика комплексной оценки статической устойчивости полости в целом, а также организационный комплекс геомеханического обеспечения безаварийной и производительной очистной выемки, в основу которого положены результаты натурных наблюдений за состоянием горного массива на сложноструктурных урановых месторождениях.
Формулируется третье научное положение.
В шестой главе обосновывается эколого-экономическая модель оценки последствий того или иного технологического воздействия на массив, степень риска обрушений, а значит, разубоживания и потерь руды, сбоя в ритме очистной выемки, увеличения себестоимости добычи, причинения ущерба окружающей среде. Рассматривается методика предпроектного технико-экономического сравнения вариантов технологии добычи руды по чистому дисконтированному доходу и другим показателям эффективности инвестиций, с учётом эколого-экономической модели.
Описываются результаты промышленных испытаний: а) погашения выработок разнопрочной закладкой на месторождениях Приаргунского горно-химического комбината; б) методики оценки статической устойчивости выработок и технологии укрепления массива пространственно-ориентированными конструкциями на месторождении «Грачёвское»; в) методики оценки необходимых объёмов погашения и организация комбинированной закладки пустот на месторождении «Камышовое»; г) методики оценки и выбора технологии очистных работ на глубоких горизонтах месторождения «Восточное» - для Целинного горно-химического комбината.
Приведена сравнительная экономическая эффективность авторских предложений. Предлагается авторская методика оценки и выбора необходимых объёмов добычи по забоям разносортной руды, реализованная в компьютерной программе. Представляются методы управления качеством и организацией горных работ на основе комплекса авторских прикладных компьютерных программ. Обосновывается методологические принципы выбора эффективных технологий освоения сложноструктурных месторождений с последующим ис-пользованием подземного пространства.
В седьмой главе рассматриваются примеры освоения подземного пространства городов, карстовых пещер, горных выработок шахт и рудников. Исследуются варианты традиционного (в промышленных, медицинских, туристических, культурологических целях) и нетрадиционного (для размещения подземных атомных электростанций, хранилищ радиоактивных и токсичных отходов, сухой закладки из отходов производства, для дробления руды ядерными взрывами, выщелачивания металла в подземных камерах и в зонах обрушения – всего пять вариантов технологий) использования подземных полостей, оценивается их экономическая эффективность. Приводится авторская систематизация осваиваемых подземных пустот и организационные схемы нетрадиционного использования подземного пространства. Для выбранных систем разработки (с открытым очистным пространством, с твердеющей закладкой и с обрушением руды и пород) предлагаются варианты дальнейшего использования выработанного пространства.
Формулируется четвёртое научное положение.
В приложениях приведены обоснования некоторых выводов основного текста диссертации (по главам), исследования физико-механических характеристик горных пород. Описаны в табличной форме методики различных авторов определения вертикальных нагрузок на потолочину, высоты свода естественного равновесия, устойчивой высоты вертикального обнажения, предельного пролёта обнажения породной кровли, расчёта целиков.
Приведён локальный проект выбора технологии добычи руды в очистных блоках с различными геомеханическими условиями и вариантами последующего использования пустот - для уранового месторождения «Юбилейное» на основе применения авторских методик и компьютерных программ, в проекте представлены данные о напряжённо-деформированном состоянии подработанного массива и сдвижении горных пород.
Обосновано применение в работе функциональных зависимостей, характерных для электромагнитогравитационного поля. Приведены справки и акты внедрения, реализации научных положений автора в проектах и в опытно-промышленных работах.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В диссертации даны научно обоснованные технические, технологические и экономические решения - по геомеханическому обоснованию выбора безопасной и эффективной технологии подземной добычи руды на сложноструктурных месторождениях, с использованием выработанного пространства как технологических полостей и с анализом эколого-экономических последствий принимаемых технологических решений - имеющей важное хозяйственное значение для повышения эффективности и безопасности освоения сложноструктурных месторождений. Внедрение результатов научно-исследовательской работы вносит значительный вклад в развитие научно-технического прогресса и экономики страны, существенно повышает промышленную и экологическую безопасность подземной добычи руды на сложноструктурных месторождениях.
Основные научные и практические результаты выполненных автором исследований заключаются в разработке эколого-экономических моделей на основе установленных геомеханических закономерностей, а именно:
1. Определены вероятные зоны разрывных нарушений (а значит и зоны возможного оруденения) в вулканической кальдере гидротермальных месторождений, предложен для оценки применимости известных горно-технологических решений в новой геологической среде - показатель сложности геолого-морфологического строения и горно-технологических условий добычи руды в эксплуатационном блоке.
2. Определены закономерности и эмпирио-аналитические зависимости предельно-допустимых пролётов плоской и сводчатой выработки в трещиноватом и слоистом массиве с учётом арочного распора – от свойств среды, трещиноватости, арочного эффекта и характера нагрузок, на упругой и запредельной стадиях деформирования.
3. Предложен комплекс прикладных компьютерных программ (на основе математических моделей) для геомеханического анализа напряжённо-деформированного состояния подработанного горного массива вблизи выработок - с учётом разрыва сплошности среды по геологическим швам, коэффициента объёмности, критерия долговременной устойчивости массивов и с учётом свойств закладочных массивов, несущей способности целиков: по нагрузкам, деформациям и по жёсткости, что особенно актуально на удароопасных участках сложноструктурных месторождений.
4. Обоснована математическая модель и методика расчёта параметров сдвижений горных пород - с учётом кривизны мульды-аналога, скорости процесса оседания, горного давления, тектонических разрывов сплошности – для сферического, цилиндрического источника возмущения, для пластов, камер и одиночных выработок, - позволяющая в динамике оценивать возможные деформации охраняемых объектов, подбирать вид закладки и объёмы погашения полостей.
5. Установлены математические модели и зависимости показателей извлечения руды на любой момент времени - от размеров выпускного отверстия, от расстояния между дучками, показателя сыпучести, угла падения боков камеры, – для донного и торцевого выпуска руды.
6. Определены закономерности и получены зависимости минимально-необходимой прочности и предельно-допустимого прогиба искусственной потолочины заходок и камер - от параметров обнажения, направления очистной выемки и стадии деформирования, распределения давления малопрочной пачки на несущую пачку, - для разнопрочного массива, для армированной закладки и при частичном погашении одиночных заходок.
7. Обоснован выбор объёмов погашения, изоляции пустот и вида закладочных материалов - в зависимости от параметров разрыхления, компрессионной усадки пород и закладки и от расстояния по восстанию от кровли полости до объекта горной охраны.
8. Определена закономерность и получена зависимость статической устойчивости трёхмерной подземной полости - от геометрических параметров, поля напряжений, тектонических разломов и физико-механических свойств окружающего горного и закладочного массивов, от угла наклона боков камеры.
9. Разработан и обоснован способ профилактического приведения участков неоднородного горного массива в равноустойчивое состояние - за счёт ис-пользования опорных пространственно-ориентированных сооружений - для отработки рудной залежи единой унифицированной системой разработки с одинаковыми параметрами обнажений, предложены различные варианты типовых опорных несущих конструкций с их расчётами.
10. Обоснована методика выбора объёмов добычи многокомпонентного сырья по очистным забоям, блокам – для обеспечения стабильности качества выдаваемой рудной массы по сортам.
11. Разработана методология выбора эффективных технологий освоения сложноструктурных месторождений с учётом последующего использования подземного пространства.
12. Предложены, прошедшие промышленные испытания, технологии освоения сложноструктурных урановых месторождений системами с закладкой, с обрушением и с открытым очистным пространством, а также технологии последующего использования подземного пространства.
Разработанная методология выбора организации добычи руды на базе геомеханической оценки позволяет:
а) определить наиболее напряжённые и деформированные зоны подработанного горного массива; б) заранее предусмотреть мероприятия по снижению негативного влияния горного давления и сдвижений пород; в) выбрать вид закладки, объёмы погашения и изоляции подземных полостей, особенно в предохранительных зонах рудников; г) заблаговременно и целенаправленно укреплять, изменять свойства и состояние вмещающих массивов - путём создания несущих объёмных конструкций; д) использовать наиболее эффективную унифицированную систему разработки и планировать объёмы добычи разносортных руд по забоям и блокам; е) оценить эффективность вариантов дальнейшего использования пустот на действующем и отработанном руднике; ж) проанализировать правомерность переноса (применения) известных горно-технологических решений в новую геологическую среду.
Основные выводы и рекомендации, полученные в работе, использованы в практике проектирования гидротермальных месторождений уранодобывающей отрасли (три проекта), на предприятиях ППГХО и ЦГХК, в учебном процессе двух университетов - МГГРУ и МГОУ (30 учебных пособий), в научных статьях, в монографии и в учебнике.
Основные положения диссертации опубликованы в следующих
работах, рекомендованных ВАК:
1. Котенко Е.А., Дейнер В.В., Порцевский А.К. Способ возведения закладочного массива. - А.с. № 1475253, 1987.
2. Котенко Е.А., Харитошин П.П., Порцевский А.К. Способ защиты искусственных полостей в горном массиве. - А.с. № 1603885, 1989.
3. Порцевский А.К. Прогноз механизма взаимодействия горного и закладочного массивов на месторождениях. - Журнал “Известия ВУЗов. Геология и разведка”, 1998, № 3. - с. 122-130.
4. Порцевский А.К. Оперативное планирование горных работ на горнорудных предприятиях. - Журнал “Известия ВУЗов. Геология и разведка”, 1998, № 4. - с. 114-118.
5. Порцевский А.К. Выбор рациональной технологии добычи руд. Геомеханическая оценка состояния недр. Использование подземного пространства. Геоэкология. Монография. - М.: изд. МГГУ, 2003. - 767 с.
6. Котенко Е.А., Порцевский А.К. Технологии освоения месторождений и использования подземного пространства. – «Горный журнал», № 2, 2004. - с. 79-82.
7. Котенко Е.А., Порцевский А.К. Опыт подземной отработки сложноструктурных урановых месторождений СНГ. – «Горный журнал», № 5, 2004. - с. 32-35.
8. Порцевский А.К. Повторное использование горных выработок. Доклад на «Неделе горняка-2004». – Горный информационно-аналитический бюллетень, изд. МГГУ, № 12, 2004. - с. 199-202.
9. Порцевский А.К. Оценка подобия массивов и принцип переноса известных горно-технологических решений в новую геологическую среду. Доклад на «Неделе горняка-2005». – Горный информационно-аналитический бюллетень, изд. МГГУ, № 4, 2005. – с. 215-217.
10. Порцевский А.К. Систематизация признаков сложноструктурных месторождений. – «Горный журнал», № 1, 2006. - с. 30-33.
11. Порцевский А.К. Тектонофизика, рудогенез и геомеханика. –«Маркшейдерский вестник», 2006, № 2.
12. Порцевский А.К. Геомеханический подход к выбору технологии освоения месторождений, горно-технологический аудит. - «Безопасность труда в промышленности», № 7, 2006. – с. 32-25.
Основные положения диссертации также опубликованы в других работах:
1. Котенко Е.А., Порцевский А.К. Выбор системы разработки сложноструктурных месторождений с предварительным возведением пространственно-ориентированных конструкций. – Журнал «Горнометаллургическая промышленность», 1988, № 1. - с. 10-14.
2. Котенко Е.А., Бирюков А.П., Порцевский А.К. Использование пространственно-ориентированных опорных конструкций при проектировании отработки сложноструктурных месторождений. – Журнал «Специальные вопросы атомной науки и техники», 1988, № 2. - с. 40-48.
3. Павлов В.А., Беляев Б.М.: Порцевский А.К., Татаринов В.Н. Устойчивость породных массивов при разработке сложноструктурных месторождений. – Журнал «Горнометалургическая промышленность», 1991, № 1. - с. 7-11.
4. Котенко Е.А., Порцевский А.К. Применение численных методов при решении геомеханических задач на горных предприятиях. – Журнал «Цветная металлургия», 1991, № 10. - с. 15-18.
5. Котенко Е.А., Порцевский А.К. Новый подход к определению статической устойчивости камер. - Журнал «Цветная металлургия», 1991, № 10. - с. 11-15.
6. Котенко Е.А., Порцевский А.К. Управление устойчивостью горного массива закладкой различного вида. – Журнал «Цветная металлургия», 1992, № 1. - с. 7-9.
7. Котенко Е.А., Порцевский А.К. Новое в геомеханическом обосновании устойчивости подземных сооружений. – Журнал «Цветная металлургия», 1992, № 2. - с. 22-24.
8. Порцевский А.К. К вопросу прогнозирования палеонапряжений и рудоносности в вулканических кальдерах. – Журнал «Цветная металлургия», 1992, № 7-8. - с. 35-36.
9. Порцевский А.К. Сдвижение горных пород и выбор способа погашения выработанного пространства. – Журнал «Цветная металлургия», 1993, № 9. - с. 15-17.
10. Порцевский А.К., Анисимов С.Ю. К вопросу определения показателей извлечения руды при донном выпуске под обрушенными породами. – Журнал «Цветная металлургия». 1993, № 10. - с. 7-8.
11. Порцевский А.К. Прикладная компьютерная программа «Сдвижения». Зарегистрирована в ВНТЦ, 2004. Рег. № 50200401123.
12. Порцевский А.К. Прикладная компьютерная программа «Напряжения». Зарегистрирована в ВНТЦ, 2004. Рег. № 50200401124.
13. Порцевский А.К. Прикладная компьютерная программа «Усреднение». Зарегистрирована в ВНТЦ, 2004. Рег. № 50200401125.
14. Порцевский А.К. Прикладная компьютерная программа «Выпуск». Зарегистрирована в ВНТЦ, 2004. Рег. № 50200401126.
15. Котенко Е.А., Порцевский А.К. Организация подземной добычи на сложноструктурных месторождениях с последующим использованием пустот. Тезисы доклада на Международной конференции «Развитие идей М.И.Агошкова в области комплексного освоения месторождений полезных ископаемых» ИПКОН РАН. Сборник докладов, 2005 г., с. 37-39.
16. Милютин А.Г., Андросова Н.К., Калинин И.С., Порцевский А.К. Экология: геоэкология недропользования. Учебник. – М.: Высшая школа, 2006/2007 г. (план издательства).
Полученные в ходе работы над диссертацией новые научные знания
использованы автором при составлении следующих учебных пособий
для студентов по направлениям подготовки - 550600 «Горное дело»,
065100 «Прикладная геология», 650200 «Технология геологической разведки»:
1. Порцевский А.К. Вскрытие и подготовка рудных месторождений. Учебное пособие по курсу лекций и практических занятий для студентов. – М.: МГГА, 1996. - 46 с.
2. Порцевский А.К. Системы разработки при подземной добыче руды. Учебное пособие по курсу лекций для студентов. – М.: МГГА, 1997. - 33 с.
3. Порцевский А.К. Технологические процессы подземной разработки. Учебное пособие по курсу лекций для студентов. – М.: МГГА, 1998. - 37 с.
4. Порцевский А.К. Технологические процессы подземной разработки. Учебное пособие по курсу практических занятий для студентов. – М.: МГГА, 1998. - 41 с.
5. Порцевский А.К. Управление качеством рудной массы. Учебное пособие по курсу лекций для студентов. – М.: МГГА, 1999. - 45 с.
6. Порцевский А.К. Особенности подземной разработки месторождений радиоактивных руд. Учебное пособие по курсу лекций для студентов. – М.: МГГА, 1999. - 38 с.
7. Порцевский А.К. Подземная разработка угольных месторождений. Учебное пособие по курсу лекций для студентов. - М.: МГГА, 1999. - 24 с.
8. Порцевский А.К. Подземная разработка угольных месторождений. Учебное пособие по курсу практических занятий для студентов. – М.: МГГА, 1999. - 44 с.
9. Порцевский А.К. Инструкция по составлению курсового проекта для студентов. – М.: МГГА, 1999. - 25 с.
10. Порцевский А.К. Методические указания по представлению экономических расчётов в технологической и экономической частях дипломного проекта по подземной разработке месторождений полезных ископаемых. – М.: МГГА, 1999. - 39 с.
11. Порцевский А.К., Анистратов Ю.И. Открытые горные работы. Учебное пособие по курсу лекций для студентов. – М.: МГГА, 1999. - 77 с.
12. Порцевский А.К. Системы разработки при подземной добыче руды. Учебное пособие по курсу практических занятий для студентов. – М.: МГГА, 2000. - 112 с.
13. Порцевский А.К. Последовательность выполнения курсового проекта «Подземная разработка рудных месторождений». – М.: МГГА, 2001.
14. Порцевский А.К. Технико-экономическое сравнение вариантов технологии очистной выемки. – М.: МГОУ, 2002.
15. Катков Г.А., Порцевский А.К. Горное искусство и окружающая среда. Учебное пособие для студентов. – М.: МГОУ, 2004. - 91 с.
16. Катков Г.А., Порцевский А.К., Кусов А.Е. Основы физики горных пород, геомеханики и управления состоянием массива. Учебное пособие с грифом УМО (№ 51-73 от 28.06.2004.) для студентов. Зарегистрировано в Феде-ральном агентстве по образованию (№ 5374 от 16.11.2005.).– М.: МГОУ, 2004. - 119 с.
17. Порцевский А.К., Кусов А.Е., Михайлов Ю.В. Технология проведения горизонтальных, вертикальных горных и горно-разведочных выработок. Учебное пособие с грифом УМО (№ 51-74 от 28.06.2004.) для студентов. Зарегистрировано в Федеральном агентстве по образованию (№ 5373 от 16.11.2005.). – М.: МГОУ, 2004. - 68 с.
18. Катков Г.А., Порцевский А.К. Проектирование горных предприятий. Учебное пособие с грифом УМО (№ 51-75 от 28.06.2004.) для студентов. Зарегистрировано в Федеральном агентстве по образованию (№ 5372 от 16.11.2005.). – М.: МГОУ, 2004. - 104 с.
19. Порцевский А.К. Вентиляция шахт. Аэрология карьеров. Учебное пособие с грифом УМО (№ 51-76 от 28.06.2004.) для студентов. Зарегистрировано в Федеральном агентстве по образованию (№ 5368 от 16.11.2005.). – М.: МГОУ, 2004. - 71 с.
20. Катков Г.А., Порцевский А.К., Кусов А.Е. Геотехнология (физико-химическая). Учебное пособие с грифом УМО (№ 51-79/6 от 09.09.2004.) для студентов. Зарегистрировано в Федеральном агентстве по образованию (№ 5370 от 16.11.2005.). – М.: МГОУ, 2004. - 66 с.
21. Порцевский А.К. Подземные горные работы. Часть 1 и 2. Учебное пособие для студентов. Зарегистрировано в Федеральном агентстве по образованию (№ 5376 от 16.11.2005.). – М.: МГОУ, 2005. - 77 с.
22. Порцевский А.К. Подземные горные работы. Часть 3 и 4. Учебное пособие для студентов. Зарегистрировано в Федеральном агентстве по образованию (№ 5376 от 16.11.2005.). – М.: МГОУ, 2005. - 83 с.
23. Порцевский А.К. Безопасность жизнедеятельности при горных и горно-разведочных работах. Часть 1. Учебное пособие для студентов. Зарегистрировано в Федеральном агентстве по образованию (№ 5369 от 16.11.2005.). - М.: МГОУ, 2005. – 73 с.
24. Порцевский А.К. Безопасность жизнедеятельности при горных и горно-разведочных работах. Часть 2. Учебное пособие для студентов. Зарегистрировано в Федеральном агентстве по образованию (№ 5369 от 16.11.2005.). - М.: МГОУ, 2005. – 95 с.
25. Порцевский А.К., Ганджумян Р.А. Оптимизация буровых и горно-разведочных работ, планирование эксперимента. - Учебное пособие для студентов. Зарегистрировано в Федеральном агентстве по образованию (№ 5371 от 16.11.2005.). - М.: МГОУ, 2005. – 70 с.
26. Милютин А.Г., Порцевский А.К., Калинин И.С. Охрана недр и рациональное недропользование при горных и горно-разведочных работах. - Учебное пособие для студентов. Зарегистрировано в Федеральном агентстве по образованию (№ 5377 от 16.11.2005.). - М.: МГОУ, 2005. – 130 с.
27. Порцевский А.К. Транспорт при горноразведочных работах. - Учебное пособие для студентов. - М.: МГОУ, 2005. – 64 с.
28. Порцевский А.К. Технологические измерения в геологоразведочном производстве. - Учебное пособие для студентов. - М.: МГОУ, 2005. – 70 с.
29. Порцевский А.К. Физика Земли. - Учебное пособие для студентов. Зарегистрировано в Федеральном агентстве по образованию (№ 5375 от 16.11.2005.). - М.: МГОУ, 2005. – 180 с.
30. Вишневецкая Г.И., Порцевский А.К., Андросова Н.К. Экономическая часть в дипломных проектах (работах). Учебно-справочное пособие для студентов. – М.: изд. МГОУ, 2006/2007 г. (план издательства)
Предложенные в диссертации организационные, технические и технологические мероприятия приводят к значительному социальному, экологическому и экономическому эффекту за счёт повышения устойчивости горных выработок и безопасности условий работы горнорабочих, снижения расходов на добычу руды и погашение выработанного пространства, за счёт дальнейшего использования подземного пространства.
|
