Можно листать вниз
Мельницы и дробилки Retsch
Узнать больше Свернуть
Развернуть

Немецкая компания Retsch более 100 лет лидирует в производстве мельниц, дробилок, виброгрохотов и делителей проб для предприятий горнодобывающей промышленности.

Подробнее Свернуть
Нашли ошибку? Выделите ее мышкой
и нажмите
Ctrl + Enter
Поделиться:
Вы уже голосовали
Спонсор статьи

Чем глубже в шахту

03.03.2021

Как глубоко люди готовы спуститься под землю, чтобы поднять богатства земных недр на поверхность? Рекордсменом по глубине считается африканская шахта Мпоненг, где нижние горизонты расположены на глубине почти 4 км, и работы продолжаются. «Ныряют» сюда за золотом — в основном.

Чем глубже в шахту
Фото: nornickel.ru

Пока оставим африканские выработки с их сверхглубинами и вернёмся на родную землю. Не секрет, что Россия  — страна сырьевая, и вся наша земля испещрена норами шахт. Но так далеко под землю наши шахтёры не спускаются — во всяком случае сегодня. Дальше всех намерен двинуться ГМК «Норильский никель»: по проекту, уже через пять лет добыча руды на шахте «Глубокая» рудника «Скалистый» будет идти на глубине 2–2,5 км. И именно «Норильский никель» является обладателем самой глубокой шахты в Евразии.

В России, да и в странах бывшего СССР, глубоких шахт не так много. Заведующий кафедрой «Шахтное и подземное строительство» СФУ Сергей Вохмин обратил наше внимание на угольные шахты Донбасса: когда их строили, это была территория Украинской ССР. «Шахтёрская-Глубокая», «Гвардейская», «Прогресс» и ряд других имеют глубину более километра.

«Тут дело не в том, кто ведёт добычу: СССР это или современные государства, имеют значения горно-геологические условия и тип полезного ископаемого. Уголь Донбасса известен давно — хороший коксующийся уголь. Добыча идёт много десятилетий, а пласты тут крутопадающие — вот и причина больших глубин.
Кузбасский уголь по своим свойствам не хуже. И тут, можно считать, повезло: промышленная добыча идёт не так давно, и пласты пологопадающие — не требуется спускаться глубоко под землю», — объясняет профессор Вохмин.

Самая глубокая кузбасская шахта — Осинниковская, от поверхности 900 м. А самая глубокая в России угольная шахта — «Комсомольская» компании «Воркутауголь», тут уже 1100 м. По  российским меркам — глубоко, по африканским — так себе.

Но важно понимать, что на четыре километра африканские шахтёры опускаются за золотом, существование же угольных шахт такой глубины едва ли возможно: даже ценный коксующий уголь вряд ли позволит окупить затраты на строительство и эксплуатацию таких объектов.

«Конечно же, чем выше цена полезного ископаемого, тем на большие капитальные затраты готов недропользователь, чтобы его достать из-под земли. Скажем, бокситы СУБРа — очень ценный продукт. Руды Норильского промышленного района — вообще уникальные. Достаточно сказать, что богатые руды рудника «Комсомольский» сразу грузили в вагоны и отправляли на переплавку, минуя стадию обогащения. И то, что ЗФ ПАО «ГМК «Норильский никель», который добывает высокоценный и востребованный продукт, имеет одни из самых глубоких выработок — это закономерно», — объясняет Сергей Антонович.

Много его выпускников, горных инженеров, работали и трудятся в настоящее время на рудниках этой компании.

Чем глубже в шахту

Движение вглубь

Число глубоких шахт, в том числе и в нашей стране, растёт. И Сергей Антонович уверен, что мы продолжим всё глубже уходить под землю за полезными ископаемыми. В стране постоянно ведут геологоразведочные работы, новые месторождения наносят на карту.

90% точности в планировании позволила достичь "Норильскому Никелю" реализация программы "технологический прорыв"

Как правило, это объекты, находящиеся на больших глубинах и  пригодные только для подземной разработки. Со временем большая часть месторождений, пригодных для открытой, наиболее эффективной эксплуатации, будет отработано. Поэтому через несколько лет перечень шахт и рудников с глубиной отработки километр и более непременно расширится.

На самом деле, это уже происходит, правда, сегодняшние примеры едва ли можно отнести к достижениям геологоразведки. Шахта «Черёмуховская-Глубокая» СУБРа (входит в состав ОК «Русал») совсем недавно введена в эксплуатацию — в 2015 году. Но СУБР на североуральских землях давно: бокситы добывают уже более 80 лет. Работы шли на основании технико-экономических проектов института «Гипроникель».

Однако пять лет назад возможности созданной инфраструктуры горнодобывающего предприятия оказались исчерпаны. Так появилась новая шахта, которую добытчик намерен развивать, в том числе и уходить на нижние горизонты.

«Для вскрытия залежи бокситов ниже отметки минус 1040-го метра пройден вертикальный скипо-клетевой ствол диаметром 8 метров на глубину 1530,2 м. Планом предусмотрено развитие горных работ на отметках до минус 1250-го метра.

Отработка запасов боксита в границах горизонтов минус 920-го метра — минус 1250-го метра началась в 2009 году и будет производиться до 2040 года. Вскрытие V очереди глубоких горизонтов, ниже горизонта минус 1250-го метра до горизонта минус 1780-го метра предполагается осуществить слепыми наклонными стволами.

Отработка запасов в границах горизонтов минус 1340-го метра — минус 1780-го метра будет производиться с 2039-го по 2086 год», — рассказал директор по производству СУБРа Виталий Матвеев.

На всех шахтах СУБРа применяют безлюдные технологии с использованием дистанционного управления на транспорте по добыче руды таким образом получают 30% от общей добычи боксита

Шахта «Глубокая» ЗФ ПАО «ГМК «Норильский никель» также уже давно значится в списке выработок-рекордсменов. Правда, проект, который задумала компания, совсем новый и очень смелый: по информации компании, добыча руды на шахте «Глубокая» рудника «Скалистый» будет осуществляться в  максимально автономном режиме — к этому объекту мы сегодня ещё вернёмся.

Движение под землю — удовольствие не из дешёвых. По словам Сергея Вохмина, когда шахта проходит отметку в полкилометра, её строительство и  обслуживание становится очень дорогим: «дальше по мере спуска на глубину рост затрат идёт уже не по прямой, а по параболе». И все процессы шахстостроения превращаются в сложные инженерные задачи.

Воздух подземных глубин. Вентиляция шахт

В числе первых сложностей Сергей Вохмин назвал организацию вентиляции в шахтах. В России большинство глубоких шахт расположены на севере материка. Если обратиться к опыту того же ЗФ ПАО «ГМК «Норильский никель», то здесь на поверхности выработки температура может быть -40 °С и ниже. Но в шахту такой холодный воздух подавать нельзя — стволы будут обмерзать.

Чем глубже в шахту
Фото: nornickel.ru

Поэтому воздух предварительно нужно нагреть, минимум до +2 °С. Но шахта — живой организм: на поверхности тут одни условия, которые зависят от температуры воздуха под открытым небом, а на определённой глубине температура стабилизируется. И дальше, по мере движения на глубину воздух, подаваемый в шахту, нагревается как от массива горных пород, так и от работающих машин и механизмов.

При подаче воздуха в шахту, рассказывает Сергей Антонович, температура через каждые 100 метров поднимется примерно на 1 градус. Внизу температура породы уже приближается к 30 °С. Именно с  такими условиями столкнулись при строительстве рудника «Октябрьский», готовится к этому рудник «Скалистый». Вот и получается: на поверхности подаваемый под землю воздух необходимо нагреть, а на глубине — остудить до требуемых 26 °С.

В выработках шахты Мпоненг в ЮАР температура уже выше 60 °С, и здесь используют специальные резервуары с ледяной смесью, чтобы охладить воздух. Все эти мероприятия подразумевают исложные инженерные расчёты, и существенные затраты.

Менеджер управления по коммуникациям и работе с инвесторами АО  «Северсталь Менеджмент» Павел Рудковский добавляет: чем больше глубина, тем сложнее направить воздух в необходимом объёме и заставить его двигаться в требуемом направлении по сети горных выработок.

Дело в том, что самая глубокая угольная шахта в  России «Комсомольская» представляет собой именно сеть реконструированных и объединённых в одну малых шахт. Плюс к тому, «Комсомольская» категорирована как шахта, опасная по внезапным выбросам угля и газа.

«Что касается дегазации, то тут нужно создать необходимое разряжение в трубопроводе, чтобы имеющийся газ в максимальном объёме можно было забрать. Чем больше газа забирает дегазация, тем меньше его в выработках. Чтобы улучшить эту сеть, мы заменили 10 вакуумнасосов на станциях: те, что функционировали ранее, на тот момент выработали свой ресурс.

Дополнительные трубопроводы позволили увеличить пропускную способность сети. На выемочных участках прокладываем трубопроводы большего диаметра. Используем комплексную дегазацию. В настоящее время идёт бурение дегазационных скважин с поверхности, что до недавнего времени в условиях наших глубин и вечной мерзлоты казалось невозможным.

Для проветривания подготовительных забоев используем более производительные вентиляторы местного проветривания», — поделился опытом «Комсомольской» Павел Рудковский.

«Проветривание шахты «Черёмуховская» производят по фланговой схеме всасывающим способом. Свежий воздух поступает по стволам СКС, 9бис, 8бис. На каждом рабочем горизонте воздух по полевым штрекам поступает в северном и южном направлениях.

Далее свежая струя попадает в орт-заезд каждого действующего очистного блока и по выработкам происходит проветривание очистных и подготовительных забоев. Исходящая струя по системе блоковых вентиляционных восстающих поднимается на вышележащие вентиляционные горизонты, откуда по квершлагу выдается по южному вентиляционному стволу.

В тупиковые выработки воздух подают с использованием вентиляторов местного проветривания. В зависимости от производственной мощности шахты, от принятой системы отработки, порядка отработки выемочного участка проветривание забоев осуществляется как за счёт общешахтной депрессии, так и вентиляторами местного проветривания», — рассказал о системе воздухообмена «Черёмуховской-Глубокой» Виталий Матвеев.

Вопросы безопасности в шахтах

Тема безопасности людей под землёй, пожалуй, должна была возглавить перечень важнейших задач, возникающих при обустройстве шахты. Правда, Сергей Вохмин говорит, что тут требования одни и те же для всех: будь то 15-метровая выработка (а с этой отметки работы считаются подземными) или 2-километровый рудник. Всем нужны системы позиционирования, системы связи и системы контроля различных веществ.

Другой вопрос, что на глубине поджидают дополнительные опасности. Мы уже начали говорить о взрыве метана — да, это может случиться на любом опасном по газу и пыли предприятии, однако 1000 и более метров породы над головами людей — это дополнительная ответственность, ведь работников в случае чего придётся эвакуировать.

Вообще, если говорить о сложностях, имеет смысл обратиться опыту шахты «Комсомольская» — вот кто не ищет лёгких путей. С 1970-х годов здесь добывают уголь, несмотря на опасность по газу и пыли, на очень непростые геологические условия.

«Наши сотрудники имеют большой опыт работы в условиях зон повышенного горного давления и горно-геологических нарушений. Добычу ведут в том числе на территории тектонических нарушений, и работы в зонах влияния этих нарушений являются наиболее опасными — их проводят с применением различных профилактических мероприятий.

Для безопасности сотрудников работает система позиционирования и оповещения персонала «Страта» со  встроенными газоанализаторами метана, информация с которых в режиме реального времени поступаетна пульт диспетчера для своевременного принятия мер.

Также на предприятии используют другие системы безопасности, например, установлена дегазационная система — комплекс аппаратур «КРУГ», автоматическая система взрывоподавления АСВП, системы мониторинга за сейсмической активностью GITS и GITS L, а также работают шахтные осланцеватели», — рассказал Павел Рудковский.

И даже если шахте не присвоена категория по газу и  пыли, есть другая проблема — горные удары. Сергей Вохмин отмечает, что возможность горного удара как раз растёт по мере движения вглубь и напоминает, насколько опасно это явление: рушится не только порода, но и крепь.

С горными ударами столкнулся СУБР: ещё в 1970-х годах эта проблема дала о себе знать, и вскоре все здешние шахты были отнесены к удароопасным. С понижением горных работ, говорят специалисты, проблема обостряется.

«В начале 1980-х мы прибрели оборудование — построили сейсмостанцию «Североуральск», все подземные выработки оснащены сетью сейсмопавильонов, и информация о происходящих в шахтах горных ударах фиксируется на сейсмостанции с точным определением места их проявления, энергии и времени происшествия.

По статистическим данным, за последние годы геодинамическая обстановка на шахтах СУБРа существенно осложнилась, отмечается постоянный рост уровня сейсмической активности шахтных полей. Растёт общее количество сейсмических событий, в том числе сильных (с энергетическим классом 4 и более), а также мощных ударов горно-тектонического типа.

В целом предприятие имеет огромный опыт в этих вопросах, сюда приезжают перенимать опыт специалисты с других месторождений», — делится Виталий Матвеев.

И да: чем глубже шахта, тем больше нагрузка на крепь. Профессор Вохмин говорит, что в таких выработках обязательно используют комбинированное крепление — добавим этот пункт к списку сложностей.

Чем глубже в шахту

Вода под землёй

Как правило, говорит Сергей Антонович, в глубоких шахтах возникает также проблема обводнённости, поскольку водные горизонты пересекаются. С этим опять же столкнулись североуральские добытчики. Выше мы говорили о том, что «Воркутауголь» ведёт добычу в  сложных горно-геологических условиях, так вот СУБРу полезные ископаемые тоже достаются непросто.

Более 900 человек работают сегодня на шахте "комсомольская"

Пласт тут довольно мощный (до 5 м), но крутопадающий  — 25 градусов. Такое расположение рудного тела не позволяет широко применять современное высокопроизводительное горное оборудование: оно не преодолеет такие уклоны.

Плюс к тому, месторождения, которые отрабатывают шахты предприятия, разделены мощными тектоническими нарушениями, при этом каждое из них изрезано нарушениями мелкоамплитудными. Оруденение прерывистое, имеются безрудные участки. Ну и большой приток воды.

«История развития СУБРа всегда была связана с решением проблем защиты шахт от вредного влияния подземных и поверхностных вод. На  современном этапе разработки месторождений водоносность пород составляет 50-70 м3 на добычу 1 тонны боксита. Компания «Русал» принимает исчерпывающие меры для обеспечения безопасных условий.

Все шахты оснащены мощными водосборниками с необходимыми насосными установками, на поверхности оборудованы дренажные узлы. Русла рек и ручьёв, расположенные над месторождением, взяты в бетонную облицовку на протяжении более 60 км. Все эти сооружения находятся под контролем, и соответствующие службы проводят профилактический ремонт действующего оборудования», — комментирует Виталий Матвеев.

Правда, не во всех глубоких шахтах возникают проблемы с водой. Например, в «Осинниковской» ЕВРАЗа водоприток относительно небольшой. Равно как и в руднике «Скалистый Глубокий» «Норникеля», что удивило и самих специалистов компании.

По проектным расчётам, это 20-40 «кубов» в час. Интересно, что руководитель направления промышленной автоматизации и метрологии Департамента информационных технологий ПАО «ГМК «Норильский никель» Вадим Нафталь называет этот фактор дополнительной сложностью.

«Получается, что рудник наш будет сухим, а это большое количество пыли, которая может помешать работе беспилотной, автономной и дистанционно управляемой техники. К тому же в таких условиях велика вероятность пожара. По предварительному плану, мы будем добавлять воду для кондиционирования.

В то же время есть существенные плюсы: не будет высокой влажности: вкупе с повышенной температурой она бы сделала работу людей в таких условиях просто невыносимой», — рассуждает Вадим Михайлович.

Спуск в глубокие шахты

Можно предположить, что доставка людей и оборудования на большие глубины обернётся ещё одной сложностью для владельцев глубоких шахт, однако специалисты говорят, что этот процесс как раз отлажен. Лучшего транспорта для спуска, чем клеть, пока не изобрели.

Разве что, говорит Сергей Вохмин, клети стараются устанавливать повышенной вместимости и более скоростные, потому как доставка шахтёров в выработку в любом случае занимает много времени. Дальше в ход идёт электровозная откатка или монорельс, в ходу и колёсный транспорт, то есть в данном случае глубокие шахты от неглубоких не слишком отличаются. Разве что такой нюанс: наши эксперты отметили, что именно глубина делает эти системы особенно ответственными.

«Компания «Русал» уделяет большое внимание вопросам создания комфортных условий труда для персонала. Вертикальный ствол шахты «Черёмуховская» оборудован двухэтажной клетью, в которой одновременно размещается 80 человек. В клети работники опускаются на базовый горизонт минус 1040-го метра.

По горизонтальным горным выработкам до рабочего места сотрудников перевозят в клетевых вагонетках ВПГ-18 с применением электровоза К-14. Для передвижения по наклонным выработкам применяют моноканатные кресельные дороги (МДК), а также подъёмные установки с  вагонетками ВЛН-10Г и ВЛН-10П. К забоям, где отработка запасов ведут с  применением самоходного дизельного оборудования, доставку людей производят подземными автобусами», — рассказал Виталий Матвеев.

«Людей в «Комсомольскую» доставляем при помощи клетьевого спуска на отметку -620м. Далее работники передвигаются по наземной железной дороге в людских вагонетках, которые тянет за собой аккумуляторный электровоз на расстояние 4 км. Спуск на  нижестоящие горизонты осуществляют подвесные монорельсовые дизелевозы компаний «Scharf» и «Ferrit». Для доставки материалов и оборудования схема абсолютно такая же, только используется грузовой транспорт», — поделился Павел Рудковский.

Фото: nornickel.ru

Автономный рудник

Таким образом, сложностей достаточно. И «Норникель», кажется, нашёл радикальный способ решить почти все из них: вывести из рудника максимальное количество человек и сделать его работу автономной.

«Рудник «Скалистый» — это уникальный объект в составе минерально-сырьевого комплекса «Норильского никеля». В первую очередь он уникален своей геологией, расположением рудного тела — оно залегает на глубине более 1,5 км. Стволы данного рудника сегодня самые глубокие в Евразии, пока никто не смог нас обогнать. Проектные мощности — не менее 1,5 миллионов тонн богатой руды в год, объект рассчитан на эксплуатацию в течение 25 лет», — рассказал Вадим Нафталь, выступая на конференции «Майнекс».

Пять лет назад «Норникель» запустил программу «Технологический прорыв», и в 2020 году завершился первый её этап. Этот опыт станет фундаментом для создания автономного рудника.

«Расскажу о том, что войдёт в состав комплексной автоматизации. В первую очередь отмечу уже реализованные в рамках «Технологического прорыва» решения: горно-геологическая информационная система, система оперативного планирования, система информационного моделирования. Кроме того, это системы диспетчеризации, связи, автоматизации водоотлива и ряд других.

На текущий момент у нас есть все компоненты для того, чтобы построить автономный рудник. С этого года у нас уже запланировано внедрение беспилотной техники — самосвалов с автономным и дистанционным управлением. В 2022 году мы намерены запустить электровозную откатку с дистанционным управлением.

Основная проблема, которую мы сейчас видим и для решения которой концентрируем свои силы, — это организация работ в таком руднике с использованием всех наших возможных и доступных на сегодняшний день технологий.

У нас есть дистанционно управляемые буровая, ПДМ, самосвал, электровоз, есть наработки по дронам для сканирования. Но нам ещё нужно увязать это всё в единый технологический процесс, чтобы все операции проходили, так скажем, бесшовно. Без этого мы не сможем выйти на запланированный уровень эффективности, не сможем достичь нужного коэффициента технической готовности техники. Это сейчас основные точки приложения усилий для специалистов «Норникеля» и наших партнёров, привлекаем также зарубежный опыт», — поделился Вадим Нафталь.

Он обозначил две ключевых цели этого сложного и необычного проекта. Первая — это безопасность работ, всё то, о чём мы говорили выше. Если вывести человека из шахты, он не попадёт под обвал, не пострадает при затоплении шахты, не расшатает своё здоровье постоянными спусками и подъёмами. Кстати, Сергей Вохмин между делом отметил, что и сегодня по безопасности производства «Норильский никель» «на  уровне ведущих мировых компаний».

А вторая задача — повышение эффективности и производительности, это ведь цель любого бизнеса. Опыт «Технологического прорыва» показал, что внедрение цифровых технологий оборачивается реальными, измеримыми результатами. Эффективности добытчик планирует добиться в первую очередь за счёт снижения организационных простоев.

Внедрение системы диспетчеризации, по предварительным грубым оценкам, позволила снизить простои на 15-20%. Специалист пояснил, что речь идёт о простоях именно организационных, а не производительных — тех, которые можно устранить за счёт грамотной стыковки, «сшивки» всех технологических операций.

Текст: Анна Кучумова


Поделиться:
Статья опубликована в журнале Добывающая промышленность №1, 2021

Понравился материал? Подпишитесь
на отраслевой дайджест и получайте подборку статей каждый месяц
.

Нашли ошибку? Выделите ее мышкой
и нажмите
Ctrl + Enter
Поделиться:
Вы уже голосовали
Еще по теме

Подпишитесь
на ежемесячную рассылку
для специалистов отрасли

Спецпроекты
Уголь России и Майнинг 2021 | Обзор выставки
Спецпроект dprom.online, посвящённый международной выставке «Уголь России и Майнинг 2021» в Новокузнецке. Репортажи со стендов компаний-участников,...
Mining World Russia 2021 | Обзор выставки
Спецпроект MiningWorld Russia 2021: в прямом контакте. Читайте уникальные материалы с крупной отраслевой выставки международного уровня, прошедшей...
День Шахтёра 2020
В последнее воскресенье августа свой праздник отмечают люди, занятые в горной добыче. В День шахтёра 2020 принимают поздравления профессионалы своего...
Уголь России и Майнинг 2019
Спецпроект dprom.online: следите за выставкой в режиме реального времени.

Ежедневно: репортажи, фотоотчеты, обзоры стендов участников и релизы с...

COVID-2019
Спецпроект DPROM-НОНСТОП. Актуальные задачи и современные решения. Достижения и рекорды. Мнения и прогнозы. Работа отрасли в условиях новой...
Mining World Russia 2020 | Репортаж и обзор участников выставки
Международная выставка в Москве Mining World Russia 2020 – теперь в онлайн-режиме. Показываем весь ассортимент машин и оборудования для добычи,...
популярное на сайте
Обзор выставки Уголь России и Майнинг 2021. Читать на портале Свернуть

Подпишитесь
на ежемесячную рассылку
для специалистов отрасли

Спасибо!

Теперь редакторы в курсе.