Технологии добычи и переработки известняка, мергеля, обеспечивающие более полное использование запасов

Решен ряд задач по оптимизации технологических схем добычи, а также полноты использования недр с учетом ассортимента выпускаемой продукции и увеличения ее ценности на стадиях добычи, переработки и дальнейшего использования. Применительно к современным экономическим и горнотехническим условиям обоснованы научно-методические положения проектирования горных предприятий применительно к условиям системы карьер-строительные предприятия.

Предложена технология, при которой обеспечивается более полное использование добытого известняка. Для этого разработан и внедрен механический способ дробления негабаритов, оптимизированы параметры БВР, недостаточно обожженный щебень предложено использовать для строительства дорог, а некондиционную мелочь предложено использовать для производства карбида кальция и ацетилена, а также для очистки рудничных сточных вод и закладки пустот. Данная технология частично внедрена в ЗАО "Известняк", что обеспечило экономию 1,6 млн. руб/год. Способ более широкого внедрения возможно путем переноса опыта Джегонасского карьера ЗАО "Известняк" и использования разработанных методик для оптимизации совокупности производственных процессов по добыче и переработке.

Для условий Кривенковского месторождения известняков исследования проводились по программе «Приоритетные направления развития черноморского и азовского побережья». Результаты исследований приняты для использования на карьерах, обеспечивающих сырьем предприятия по строительству берегозащитных сооружений, внедрены на карьере Кривенковского месторождения известняков. Опытно-промышленная проверка разработанных технологических схем добычи каменных блоков при той же величине годовой добычи горной массы показала, что доля отходов в виде негабаритов и некондиционной мелочи сократилась на Северном участке с 39 % до 12-15 %. При этом извлекаемая ценность добываемого продукта (каменные блоки для строительства волноломов) составила 326,7 руб/м³, что в 4,5 раза меньше стоимости бетонных блоков, используемых для строительства берегозащитных сооружений.

Для условий ОАО «Новоросцемент» разработан метод определения рационального направления развития горных работ и обоснованы технологические схемы добычи минерального сырья для производства цемента в системе карьер - смежное горное предприятие - производство цемента. Результаты исследований приняты для использования на карьерах ОАО «Новоросцемент». Экономический эффект от применения нового варианта технологической схемы добычи минерального сырья составит 39 млн. руб.

По данному разделу научного направления защищены 3 кандидатских диссертации (Садыков Э.С., Тутушкин И.Г., Земляной М.А.), опубликовано более 50 статей.

Технологии добычи калийных и каменных солей

Развитие научных исследований по этому направлению связано с решением одной из важнейших проблем разработки месторождений, особенно калийных и каменно-соляных, обеспечение гидробезопасности горного предприятия.

Разработаны новые технологии добычи растворимых полезных ископаемых (калийной и каменной соли, соды), обеспечивающие условия сплошности водозащитной толщи и позволяющей одновременно решить проблему размещения жидких и твердых отходов галургического сырья, повысить извлечение полезного ископаемого из недр, обеспечить длительную устойчивость налегающих пород и земной поверхности, а также надежную гидроизоляцию породных массивов и водоносных горизонтов при ликвидации горного предприятия, исключить разрушение дамб водохранилищ.

Проникновение вод в горные выработки стало причиной гибели многих калийных и соляных рудников. Для предотвращения затопления рудников предложен способ (патент РФ № 2235879, автор и патентообладатель д.т.н., проф. Гаркушин П.К.), согласно которому запасы полого-наклонных и крутопадающих залежей отрабатывают в восходящем порядке и в последнюю очередь на контакте с водоносным горизонтом. Способ позволяет исключить проникновение надсолевых вод в горные выработки, разместить отходы обогащения в выработанном пространстве и, таким образом, избежать сооружения хвосто-и шламохранилищ на поверхности, возможных последствий разрушения их дамб, загрязнения окружающей среды, поверхностных и подземных вод; за счет закладки повысить извлечение полезного ископаемого из недр, уменьшить оседание земной поверхности, совместить ликвидацию рудника с отработкой запасов. Известно, что на ликвидацию калийного рудника в послеэксплуатационный период затраты составляют в ФРГ до 120 млн. евро (Российская газета, № 86 (4349) от 24 апреля 2007 г.), продолжительность работ превышает 10 лет.

Развитие научных исследований продолжается в направлении применения этого способа для разработки месторождений нерастворимых полезных ископаемых, в частности, для восходящей отработки брошенных и забалансовых запасов на действующих угольных шахтах и рудниках. Многие работы выполнены в содружестве с другими кафедрами и защищены патентами РФ: способ извлечения полезного ископаемого из охранных целиков у геологоразведочных скважин – с сотрудниками кафедр геологии и геологоразведки (Исаев В.С., Кафтанатий А.Б.); способ отработки околоствольных целиков - с сотрудниками кафедр маркшейдерского дела и шахтного строительства (Иванов И.Ю., Ткачев В.А.); способ определения предела длительной прочности горных пород – с сотрудниками кафедры геофизики, техники разведки и бурения (Сидоренко П.Ф., Цветков В.В., Коваленко А.С.); способ ликвидации вертикальных горных выработок – с сотрудниками кафедры гидрогеологии (Михайлов В.И., Мохов А.В.).

При разработке технологий принимали участие горные инженеры: Петров Р.В., Блохин О.С., Горбатовский К.А., Степаненко А.А., Вавилов С.Л., Болотников А.В., Роскошин Р.А., Куленко С.В.

Для обеспечения эффективности проходки горных выработок созданы новые способы проходки с применением невзрывчатого разрушающего средства, способы разгрузки приконтурного массива пород вокруг камер большо сечения, сопряжений стволов с горизонтальными выработками, подземных сооружений специального назначения.

Получены патенты на изобретения по проведению шахтных стволов с применением НРС-1, по охране камер большого сечения с помощью разгрузочных выработок и скважин, не утратила актуальности идея разгрузки сопряжения вертикальных стволов с горизонтальными выработками с помощью кольцевой (обходной) выработки и скважин, которая защищена авторским свидетельством СССР № 1735589. В связи с ликвидацией многих горных предприятий должна иметь спрос такого вида интеллектуальная продукция, как патент на ликвидацию вертикальных стволов. Получено положительное решение по заявке на охрану подготовительных выработок с применением НРС-1.

Творческий поиск продолжается в направлении изыскания новых технологий, обеспечивающих более высокий уровень безопасной разработки выбросоопасных пластов. Сотрудничество с кафедрой открытой разработки происходит в направлении решения проблем отвалообразования, рекультивации отвалов и хвостохранилищ, опубликовано с сотрудниками всех кафедр ГГФ до 50 научных статей по актуальным проблемам развития технологии, геологоразведки, геологии месторождений, геомеханики подземных сооружений и др. Получено 9 патентов на изобретения и защищена одна докторская диссертация (Гаркушин П.К.).

По научному направлению «Интенсивные ресурсосберегающие методы и средства разработки угольных пластов, использование углей и охрана труда» (руководитель профессор, доктор технических наук, заслуженный деятель науки и техники РФ В.А. Матвеев) выполнены работы теоретического и прикладного характера в области геомеханики, процессов разрушения горных пород и оптимизации планирования схем и параметров горных работ.

В области геомеханики разработанная теория геомеханических процессов в движущемся очистном забое пластового месторождения на новой концептуальной основе в сочетании с геофизическими методами получения исходной информации о структуре кровли позволяет прогнозировать проявления горного давления в движущемся очистном забое в динамике.

Обоснована возможность значительного повышения концентрации работ на антрацитовых шахтах за счет использования забойного и транспортного оборудования нового технического уровня с высокой надежностью и новой вертикально-горизонтальной топологии горных выработок. Определены оптимальные уровни концентрации горных выработок и соответствующие им коэффициенты готовности всей системы шахты. Результаты исследований по этому направлению были использованы при выполнении крупной хоздоговорной работы по заказу Департамента угольной промышленности Минэнерго РФ в 2002 г. «Научное обоснование и разработка выхода на бездотационную работу ОАО «Ростовуголь».

Для повышения темпов и снижения трудоемкости строительства вертикальных стволов проведены исследования и разработана оригинальная параллельная технологическая схема сооружения стволов, усовершенствованы схемы и конструкции узлов безрасстрельной их армировки (руководитель профессор П.С. Сыркин).

Глубокие исследования с выходом на прикладные разработки ведутся по обеспечению эффективного крепления и поддержания горных выработок в сложных условиях их проведения и влияния выработанных пространств очистных забоев (профессор В.А. Ткачев).

Концептуальной базой этих исследований и разработок является принцип максимального использования собственной несущей способности вмещающих пород в приконтурной зоне в качестве составной части средств обеспечения устойчивости выработки, которое достигается за счет снижения внешнего негативного влияния на прочность пород в этой зоне, упрочнения их различными методами и оптимального подбора средств охраны к нагружающей характеристике окружающего массива.

В области обеспечения безопасности горных работ выдвинута гипотеза о природной (генетической) закономерности формирования выбросоопасных зон в угольных пластах в период торфонакопления при изменении фациально-тектонических и физико-химических условий преобразования органического вещества и разработана теория прогнозирования выбросоопасных зон в угольных пластах. Развиты теоретические представления о физико-химических процессах в угольном веществе, которые предшествуют внезапному выбросу, и о механизме инициирования и развития выброса (руководитель профессор Е.А. Колесниченко).

Разработаны безопасные технологические схемы выполнения работ в забое при проведении выработок в выбросоопасной зоне, в основу которых положено создание буферной полосы дегазированного угля с непрерывным контролем ее создания.

Научные исследования на кафедре маркшейдерского дела и геодезии осуществляются по проблеме «Научно-методические принципы создания геоинформационных систем геолого-маркшейдерского и геодезического обеспечения подрабатываемых территорий (на примере Восточного Донбасса)». Учеными кафедры выполняются исследования по госбюджетной теме «Разработка научных основ поиска, разведки, оценки и разработки месторождений с учетом взаимосвязей и взаимовлияния. По этой теме в 2006 г. выполнен этап «Совершенствование методики прогнозирования мелкоамплитудной нарушенности по МГУА и ее проверка в условиях шахты «Садкинская» (Восточный Донбасс).

В 2003 году в ЮРГТУ (НПИ) по инициативе сотрудников кафедры маркшейдерского дела и геодезии (МДиГ) создан научно-исследовательский институт «Недра», директором которого является зав. кафедрой МДиГ проф., докт. техн. наук Калинченко В.М. НИИ «Недра», в котором работают сотрудники кафедры, имеет лицензии на право производства маркшейдерских работ и выполнение инженерно-геодезических изысканий под строительство. В соответствии с этим, коллективом кафедры в составе НИИ «Недра» постоянно ведутся работы по маркшейдерско-геодезическим изысканиям карьеров по добыче нерудных полезных ископаемых, разрабатываются горно-геологические обоснования застройки в пределах горных отводов нефтегазовых месторождений ЮФО, создаются геодинамические полигоны на нефтяных и газоконденсатных месторождениях Краснодарского края и Волгоградской области.

В результате проведенных исследований сформулирована концепция и разработаны принципы создания ГИС маркшейдерско-геологического обеспечения подрабатываемых территорий, ГИС прогнозирования горно-геологических условий отработки шахтных полей, методика оценки влияния современных геодинамических процессов на земную поверхность оценки влияния современных геодинамических процессов на земную поверхность и расположенные на ней здания и сооружения.

На кафедре «Безопасность жизнедеятельности и охрана окружающей среды» работают профессор А.В. Фролов (зав. кафедрой) и доктор технических наук С.О. Версилов, а также 12 кандидатов технических наук, доцентов. Под руководством А.В. Фролова выполнены исследования по разработке методов прогноза и борьбы с газодинамическими явлениями, по созданию информационных систем гигиенического мониторинга и охраны воздушной среды, по разработке методов оценки уровня риска и систем управления охраной труда на шахтах.

В настоящее время научно-педагогическая горная школа ЮРГТУ (НПИ) характеризуется следующими основными показателями:

1. Ученые-горняки ЮРГТУ (НПИ) постоянно выполняют фундаментальные и прикладные исследования в областях: разработка теоретических основ проектирования рудников, карьеров и шахт; создание научных основ более полного и комплексного использования недр применительно к современным экономическим условиям; разработка экологических проблем горного производства; создание научных основ и способов ресурсосберегающей и экологически чистой технологии добычи полезных ископаемых, разработка новой техники и технологии горных работ и др.

Результаты исследований ученых-горняков нашли применение во многих регламентирующих документах, в учебном процессе всех горных вузов страны (в виде вновь созданных учебников и учебных пособий), а также внедрены на горных предприятиях Ростовской области, Северного Кавказа, Урала, Забайкалья, Сибири, а также Казахстана, Киргизии, Узбекистана, Украины с большим экономическим эффектом.

2. Школа горняков имеет высокие показатели уровня квалификации. В ее составе 22 доктора наук. Школа имеет высокие результаты в науке и внедрении результатов в практику горной промышленности. Опубликовано более тысячи трудов.

3. Ученые горной школы выполняют исследования по приоритетным направлениям развития науки и техники по государственным программам и грантам Минобразования РФ.

4. Достижения ученых горной школы широко представлены в академических и других центральных изданиях и на многих международных форумах.

5. Ученые горной школы интенсивно публикуют результаты научных исследований в монографиях, сборниках трудов, материалах конференций, учебниках и учебных пособиях с грифами.

6. Школа горняков зарекомендовала себя стабильным и постоянно развивающимся коллективом. В составе школы 1 заслуженный деятель науки и техники РСФСР, 1 заслуженный работник высшей школы, 6 почетных работника высшей школы.

7. Учеными горной научной школы ЮРГТУ (НПИ) за последние годы опубликовано более 40 монографий, в том числе более 20 монографий в академических изданиях и 10 крупных монографий в издательстве «Недра». Кроме этого опубликовано более 1000 статей, получено более 60 авторских свидетельств на изобретения и патентов. Ученые горной школы организовали и провели на базе НПИ 3 международных научно-технических конференции по проблеме «Комплексное изучение и эксплуатация месторождений полезных ископаемых» (1994, 1995, 1997 гг.). Принимали участие в работе более чем в 20 международных конференциях и симпозиумах. За разработку и внедрение экологически чистой технологии разработки нерудных месторождений получена бронзовая медаль ВДНХ СССР, за монографию «Критерии эффективности добычи руд» – диплом ВДНХ Киргизской ССР.

8. Ученые научной горной школы опубликовали 6 учебников с грифом Министерства и 25 учебных пособий с грифом УМО по горному образованию.

9. Научно-педагогическая горная школа за последние 30 лет подготовила 22 доктора наук: Шестаков В.А. (1968 г., г. Москва, СФТГП ИФЗ АН СССР), Медянцев А.Н. (1972 г., ЛГИ), Секисов Г.В. (1973 г., ИПКОН АН СССР), Матвеев В.А. (1974 г.), Дронов Н.В. (1976 г., МГИ), Малец А.Л. (1986 г., МГИ), Горлов В.Д. (1988, МГИ), Слепцов М.Н. (1988 г., ВНИИпромтехнология), Калинченко В.М. (1988 г., МГИ), Обухов А.А. (1990, ЛГИ), Дулин А.Н. (1995 г., НПИ), Сыркин П.С. (1996 г.), Версилов С.О. (1997 г., НГТУ), Игнатов В.Н. (1998 г., ЮРГТУ), Разоренов Ю.И. (2000 г., НГТУ), Ткачев В.А. (2000 г., ЮРГТУ), Кумыков В.Х. (2001 г., ИГД НАНК), Колесниченко Е.А. (2000 г., МГГУ), Посыльный Ю.В. (2001 г., МГГУ), Каган Г.Ф. (2002 г., ЮРГТУ (НПИ), Гаркушин П.К. (2004 г.), Полухин В.А. (2005 г.), в том числе 15 докторов наук работают в настоящее время в ЮРГТУ (НПИ). Кроме этого подготовлено более 50 кандидатов наук.

Ученые горной школы избраны: академиками РАЕН – 6 чел., академиками АГН – 3 чел., академиком МАНЭБ – 1 чел. Членами-корреспондентами РАЕН избраны 2 чел. Трое ученых горной школы были отмечены государственными научными стипендиями (РАН) – Шестаков В.А. (2 срока), Калинченко В.М. и Матвеев В.А. (по 1 сроку).

Горная научная школа определяет приоритетность научного направления и объединяет всех горняков вуза.