Использование подземного пространства в новом качестве

 

Без подземного строительства нельзя представить себе нашу сегодняшнюю жизнь. Виды практического использования подземных горных выработок для раз-мещения объектов весьма разнообразны ¹³. Ученые и экономисты считают, что мно-гие объекты можно и нужно размещать под землей, используя для этого естествен-ные и специальные камеры. Считается, что число объектов, расположенных под землёй, удваивается каждые 10 лет. Большинство объектов промышленного и склад-ского назначения на шахтах и рудниках размещаются в карбонатно-сульфатных (гипс, известняки, ангидрид) и галогенных (калийные и каменные соли) породах по-сле полной или частичной выемки полезного ископаемого.

 

Но до сих пор в проектах подземной разработки месторождений не предусмат-ривается дальнейшее использование искусственных пустот в качестве подземных сооружений – объектов промышленного, оборонного, сельскохозяйственного, куль-турологического, медицинского назначения и в качестве хранилищ и могильников. В проектах же открытой разработки месторождений такой раздел обязательно при-сутствует и называется – рекультивация карьера. Активно развиваемое перспектив-ное научное направление - освоение подземного пространства - понимается сегодня узкотрадиционно: лишь как использование природных и техногенных полостей. В более широком смысле сохранение недр подразумевает процесс управления состоя-нием недр, подготовки массива с целью изменения функционального назначения

 

¹³ Котенко Е.А., Порцевский А.К. Технологии освоения месторождений и использования подзем-ного пространства. - Рук. деп. в «Горный журнал» в июне 2003 г.

 

пустот. Новая методология освоения месторождений¹⁴, включающая технологии не только разработки, но и последующего использования подземного пространства - требует дополнительных знаний о горном массиве, при этом особое значение при-обретает обоснование выбора технологии освоения недр, геомеханический, техноло-гический и социально-экономический прогноз последствий извлечения полезных ископаемых и дальнейшего использования пустот.

 

Объём свободного подземного пространства всех шахт и рудников страны уже составляет более 1 млрд. м³ капитальных и подготовительных выработок и прирас-тает очистными работами еще на 500 млн. м³/год. Технологическое подземное про-странство (термин А.С.Малкина) включает в себя подготовительные, капитальные и очистные горные выработки, образовавшиеся при подземной разработки МПИ. Вы-данный из недр, например, уголь во всём мире формирует объём отходов примерно 120 млт.т/год. Вместе с тем, огромные объёмы подземного пространства в виде гор-ных выработок различного срока существования остаются без пользы, погашаясь, как правило, естественным образом. Зная же дальнейшую судьбу конкретной выра-ботки, можно заранее отыскать более щадящий вариант её проведения, крепления (так же можно оценить варианты технологии очистных работ).

 

Особое значение приобретает подземное строительство промышленных объек-тов для регионов с наличием ценных сельскохозяйственных земель, лесных угодий, а также в северных районах, где нежелательно наземное строительство. Такое ос-воение подземного пространства по сравнению с обычным строительством позволя-ет снизить капитальные вложения в 1,2-1,5 раза, а эксплуатационные затраты - в 1,5-1,8 раза.

Выбор способа строительства (вид, конструкция, параметры крепей, гидроизо-ляция, системы кондиционирования воздуха и т. п.) определяется в основном назна-чением и требуемой степенью надёжности подземных сооружений, принятой техно-логией производства объекта, размещаемого в подземных горных выработках, и, ко-нечно, свойствами массива вмещающих горных пород.

 

Насколько широка перспектива использования недр только на рудниках и шах-тах страны можно оценить по нижеприведённой карте размещения основных место-рождений негорючих полезных ископаемых и плотности сельского населения (чем гуще цвет, тем выше плотность). Известно, что в настоящее время 80% зерновых хранится там, где производится. В этих условиях на них воздействуют дождь, избы-точная влажность, тепло, холод, насекомые, плесень, бактерии, грибки, птицы; они подвержены прорастанию, прогорклости, перезреванию и проч.

 

Одним из наиболее перспективных направлений использования подземного пространства является применение сухих и проветриваемых помещений под храни-лища пищевых запасов, ведь известно, что огромная часть выращенного урожая ежегодно теряется из-за недостаточности объёмов зерно- и овощехранилищ.

 

Известны многочисленные примеры эффективной и безопасной утилизации техногенных подземных пространств (выработок). Международная Тоннельная Ас-социация, в лице своей рабочей группы по планировке подземных пустот по назна-чению, подразделяет утилизируемые техногенные подземные пространства на пять основных групп: а) музеи горного дела; б) объекты социально-бытового назначения

¹⁴ Порцевский А.К. Выбор рациональной технологии добычи руды. Геомеханическая оценка со-стояния недр. Использование подземного пространства. Геоэкология.- М.: изд. МГГУ, 2003, 767 с.

 

(офисы, товарные базы, производственные помещения, клиники); в) хранилища дол-госрочного резерва, можно использовать и для выращивания грибов, лекарственных растений; г) захоронения промышленных отходов, в том числе «могильники» для радиоактивных отходов; д) научно-исследовательские лаборатории и эксперимен-тальные установки, включая подземные атомные электростанции.

 

Какие бы наземные конструкции не возводились человеком, в том числе за-щитные, их прочность не может сравниться с прочностью, защитными свойствами скальных пород. В среднем предел прочности пород на растяжение в 1,5-2 раза, а на сжатие в 4-5 раз превышает аналогичные характеристики для бетона.

 

Размещение под землёй некоторых производств обеспечивает им не только за-щиту, но и постоянство производственно-комфортабельных условий: температуры, влажности, запылённости, отсутствия внешних шумов и вибраций… Эти качества особенно целесообразны для высокоточных производств, высоких технологий. Ми-ровой опыт по подземным заводам свидетельствует, что здесь на 18-20% выше не только качество продукции, но и производительность труда.

Освоение подземного пространства, понимаемое как возведение подземных со-оружений в горных массивах (табл. 2), широко происходит на наших глазах – строи-тельство метрополитена, гаражей, торговых комплексов, плавательных бассейнов, концертных залов, стадионов, автомобильных и железнодорожных тоннелей… На-пример, под Токио планируется к 2010 г. создание подземного города в полном смысле этого слова, а снег здесь складируют уже сейчас.

 

Известны нетрадиционые варианты использования подземного пространства¹⁵: размещение подземных атомных энергогенерирующих комплексов, подземные хра-нилища РАО, выщелачивание металла в подземных камерах и в зонах обрушения и др.

Известны классификации повторно используемых подземных сооружений Ме-ждународной Тоннельной Ассоциации, Корчака А.В., Умнова В.А. и других авторов

– по новому функциональному назначению. Авторская классификация осваиваемых пустот включает в себя несколько классификационных признаков. Как видно из ни-жеприведённой классификации, главное значение в выборе способа использования пустот имеет геомеханический аспект их обоснования.

 

Как видно из приведённой классификации (табл. 10), главное значение в выборе способа использования пустот имеет геомеханический аспект обоснования.

 

Таблица 10