Конференция в Горном институте КНЦ РАН затронула основные проблемы предупреждения удароопасности на промышленных горнорудных предприятиях страны

С 27 по 30 сентября в Горном институте Кольского научного центра РАН проходила Всероссийская научно-техническая конференция с участием иностранных специалистов «Прогноз и предупреждение удароопасности при ведении горных работ». Участие в ней было смешанным: представители исследовательских институтов и вузов горного профиля России, специалисты крупных горнопромышленных предприятий смогли прибыть на конференцию лично и выступить в пленарном заседании, принять участие в рабочих заседаниях конференции и в круглом столе, а некоторые докладчики выступили онлайн.

Четырехдневную встречу в Горном институте посвятили обсуждению современных достижений в области обеспечения геодинамической безопасности, комплексного мониторинга геомеханических процессов, разработки эффективных технологических решений при ведении горных работ в сложных горно-геологических условиях. Основных направлений для обсуждения, дискуссий и обмена опытом выделили три: это теоретические и экспериментальные основы прогноза горных ударов и техногенных землетрясений, новые технологии в мониторинге и моделировании геомеханических процессов, а также обеспечение геодинамической безопасности освоения месторождений полезных ископаемых в целом.

Открыл заседание первого дня конференции директор Горного института КНЦ РАН, доктор технических наук Сергей Лукичёв:

- Тематика нашей встречи крайне актуальна: растет масштаб добычи полезных ископаемых, в среднем по миру углубление горных работ происходит не менее чем на 10 метров в год. Все это приводит к повышению удароопасности при разработке месторождений полезных ископаемых. И если раньше речь в основном шла о подземных горных работах, то сейчас эта проблема актуальна и для глубоких карьеров.

Решение проблемы удароопасности осложняется тем, что не существует одинаковых геомеханических условий ведения горных работ. Например, на Кольском полуострове с проблемой удароопасности столкнулись на относительно небольших глубинах. Можно предположить, что ситуация при ведении горных работ с годами будет только усложняться, и для её решения потребуются объединенные усилия ученых и специалистов горных предприятий.

Сергей Вячеславович подчеркнул, что для исследований и получения актуальных данных сегодня используется ряд разнообразных методов: аналитические, которые очень успешно заменяются методами численного моделирования; натурные и лабораторные исследования, которые остаются одним из главных методов получения объективных данных о свойствах горных пород; мониторинговые системы, которые позволяют получать в онлайн-режиме оперативную информацию о состоянии массива и местах потери устойчивости. Изначально направление, связанное с удароопасностью, было очень тесно связано с решением практических задач, в последнее время благодаря развитию цифровых технологий тенденция совместного решения технологических и геомеханических задач только усилилась.

Начиналось все еще в начале 60-х, и в авангарде проблематики горных ударов в стране тогда были ученые Горного института Кольского филиала Академии наук. С напоминания об этом начал свой доклад руководитель отдела геомеханики, доктор технических наук, профессор Анатолий Козырев. Он рассказал об истории развития, современном состоянии теории и практики снижения удароопасности при разработке рудных месторождениях.

- Мы занимаемся геомеханикой с 1962 года. Фактически основоположниками этого направления были Игорь Турчанинов, первый директор Горного института, и профессор Геннадий Марков. Почти одновременно, начиная с 1964 года, начались динамические проявления горного давления на объектах «Апатита». Они были зафиксированы нами, и нужно было искать объяснение тому, почему на глубинах 100-150 метров происходят такие опасные явления, как горные удары. Это было необычно, ведь у нас прочность пород от 120 до 220-240 Мегапаскалей. Как объяснить этот феномен? Мы пришли к выводу, что все это связано с современными поднятиями Кольского полуострова, его литосферными сдвигами, и именно этим объясняются избыточные тектонические напряжения, которые мы наблюдаем здесь, - рассказал Анатолий Александрович и привел интересные данные о глубинах, на которых работаю современные рудники и карьеры.

- Увеличение глубины горных работ идет постоянно, и сегодня наиболее глубокие в Южной Африке и Индии достигают четырех километров. Канада перешагнула глубину в две тысяч метров, рудник Комсомольский в Норильске имеет глубину около 1900 метров, шахта «Черемуховская глубокая» на Северном Урале – чуть более 1550 метров. На таких глубинах постоянно происходят крупные сейсмические события магнитудой около четырех–пяти. На Кольском полуострове самое крупное событие магнитудой 5,1 произошло на руднике Умбозеро в Ловозерском районе, после чего он был закрыт. А в 1989 году на Кировском руднике зафиксировано событий с магнитудой 4,3.

Возникновение опасных геодинамических явлений вынуждает серьезно заниматься проблематикой горных ударов, их предупреждением и снижением рисков для работников и оборудования. В России сегодня около 45 горных объектов отнесено к категории угрожающих по горным ударам. И когда вблизи происходит сейсмическое событие, всегда начинаются споры: природного характера землетрясение или техногенного? И чем можно объяснить событие на глубине 150-200 метров?

- Для формирования техногенных землетрясений, в том числе при проведении горных работ, необходимо сочетание ряда условий: высокий уровень напряжений, наличие относительно хрупких пород с неоднородностями, благоприятные геоморфологические условия – особый рельеф. Существенное влияние на формирование техногенных землетрясений оказывает крупномасштабная разработка с внушительным объемом извлекаемой и перемещаемой горной массы, взрывное воздействие при проходке выработок и отбойке руды, сезонные водопритоки в район горных выработок и другие факторы. Вызванное горными работами перераспределение напряжений в земной коре сказывается на движении отдельных блоков, выступает в роли триггера сейсмических событий, - говорит Анатолий Козырев. - При природной подготовке землетрясения идет накопление тектонических напряжений при медленно развивающейся деформации, а когда мы ведем горные работы, создаем пустоты и пространства, тем самым увеличиваем концентрацию напряжения, способствуем росту скорости деформации. В результате происходит более раннее созревание мощных сейсмических событий.

Ученые говорят: мы научились управлять горными ударами, а вот что делать с техногенными землетрясениями, которые могут реализовываться на площади в несколько километров, мы пока не знаем. При прогнозировании горных ударов погрешность в определении времени очень большая. Анатолий Козырев в заключение своего выступления подчеркнул:

- Возможно, следует заниматься прогнозами на новом фундаментальном уровне, но лучше создавать такие условия, при которых не возникала опасность реализации сильных сейсмических событий. Ведь мы сами зачастую создаем некую ситуацию, запускаем процесс, а потом боремся с тем, что происходит. Сегодня «большая сейсмология» не вкладывает больших сил в прогнозирование, а занимается проблематикой сейсмостойкого строительства. И в горном деле нам надо переходить именно на такой путь борьбы с горными ударами.

Сегодня ученые Горного института КНЦ РАН активно разрабатывают и применяют различные методы локального и регионального мониторинга удароопасности: это ультразвук, контроль разрушения скважин, оптические наблюдения с помощью видеокамеры по глубоким скважинам, оценка состояния пород и характеристик массива с помощью сейсмостанций. В России и в мире в целом на разных рудниках и шахтах используются различные методы и системы комплексного геомеханического мониторинга. Среди них станции сейсмического мониторинга, лазерные деформометры, станции мониторинга сдвижения земной поверхности, микросейсмические системы и многоканальные сейсмоакустические системы контроля горного давления, геоакустические портативные приборы для локальной экспресс-оценки краевых участков горного массива, станции деформационного контроля глубинными или приконтурными реперами.

О том, как отслеживаются сейсмические события в центре Кольского полуострова, рассказал Павел Корчак, начальник отдела горно-геологических информационных систем Кировского филиала АО «Апатит». Он познакомил слушателей с трехуровневой системой сейсмического мониторинга разрабатываемых предприятием месторождений.

Более 20 научных, учебных организаций и производственных коллективов из университетских столиц и разных горнорудных районов страны стали участниками конференции в Горном институте. В программу вошли доклады авторитетных специалистов, авторов оригинальных исследований и представителей молодого поколения ученых. Участники обсудили новые подходы к определению склонности месторождений к горным ударам и разработку оригинальных технических средств для исследования удароопасности при освоении рудных месторождений, возможности снижения риска крупных техногенных землетрясений, влияние напряженного состояния коры на сейсмический режим крупных карьеров и рост хрупкости горных пород с глубиной земной коры. Были представлены новое программное обеспечение для цифровых лабораторий, многофакторные модели прогноза сейсмоактивности, способы мониторинга деформаций земной поверхности по данным радиолокационный съемки и многое другие.

- Все эти темы, затронутые в рамках конференции, позволят нам в какой-то степени продвинуться в решении задач прогноза и предупреждения удароопасности, - подвел итог Сергей Лукичев.

Окончилась конференция общей дискуссией и принятием решения о продолжении практики проведения конференции каждые 2-3 года.

- Я работаю в области, связанной с геомеханикой, с горными ударами много лет и знаю, что Горный институт КНЦ РАН – это организация, которая добилась больших успехов в области исследований горных ударов. Один из основателей этой научной школы, Игорь Турчанинов, – российский ученый, известный во всем мире. Кроме того, здешние месторождения одни из самых удароопасных в мире и, конечно, поддерживать тут такие высокие объемы добычи в столь сложных условиях – дело исключительное. Помогают этому, конечно же, разработки ученых Кольского научного центра, взаимодействие Горного института с другими организациями такого же профиля, – поделился по завершении конференции доктор технических наук, профессор Горного института НИТУ «МИСиС» Андриан Батугин.

Научные встречи, посвященные геомеханике, проходят и в других местах, но тематика этой – очень конкретная и она в таком концентрированном виде не обсуждалась долгое время. И вот, наконец, впервые за последние 12 лет она состоялась вновь, а значит, хорошие традиции продолжаются. Время идет, проблема сохраняется, но видоизменяется, появляются новые инструменты и новые представления, в обсуждении участвует много молодежи, и мы видим, что наука развивается, что нужно отвечать требованиям производства. Производство сейчас – это высокие темпы добычи, больше, чем было, скажем, 20 лет назад в десять раз. Некоторые шахты имеют производительность до миллиона тонн в месяц. Раньше за год столько не добывали, а это все серьезные воздействия на массив.

Сегодня очень быстро все меняется. И горная наука должна не просто не отставать, а прогнозировать возможные последствия. Это уже вышло за пределы интереса только горняков, теперь это связано с воздействием на экологическую и социальную составляющую жизни человека в горнорудных регионах. Проблема техногенной сейсмичности – комплексная, актуальная сегодня во многих странах мира. Сейчас на нее вынуждены обращать серьезное внимание даже те, кто раньше никогда не думал об этом. Горное дело, добыча нефти и газа, геотермальные проекты – все, что производит масштабное воздействие на недра, приводит к явлению повышенной техногенной нагрузки и сейсмичности, невзирая на конкретный вид деятельности. Это необходимо изучать и так планировать человеческую деятельность, чтобы минимизировать негативные последствия. Все эти вопросы и поднимались на конференции в Горном институте КНЦ РАН, – заключил он.

Спонсорами большой встречи ученых в Апатитах выступили Группа компания «ФосАгро» и Кольская горно-металлургическая компания ПАО ГМК «Норильский никель», а информационными партнерами – журналы «Горная промышленность», «Горный журнал» и издательский дом «Руда и металлы».