Институт Горного дела УРО РАН и его вклад в развитие минерально-сырьевого комплекса России
С.В. Корнилков, д-р техн. наук, проф., директор Института горного дела УрО РАН
В.Л. Яковлев, д-р техн. наук, проф., чл.-кор. РАН, Советник РАН, руководитель Уральского отделения АГН
А.В. Глебов, канд. техн. наук, зам. директора
А.А. Панжин, канд. техн. наук, ученый секретарь
Институт горного дела УрО РАН, созданный в 1962 г. на базе горного сектора Горно-геологического института Уральского филиала Академии наук СССР, – один из ведущих научно-исследовательских институтов страны в области горного дела, более 55 лет тесно связан с историей и развитием горнодобывающей промышленности России и Урала. ИГД УрО РАН является исследовательской организацией, осуществляющей научное обеспечение недропользования в части разработки теоретических основ стратегии освоения и комплексного использования минерально-сырьевых ресурсов, создания научных основ новых технологий разработки глубокозалегающих месторождений, исследования проблем геомеханики и разрушения горных пород. Основной миссией института являются фундаментальные и прикладные исследования, базирующиеся на принципах системности, комплексности, междисциплинарности и инновационной направленности в области недропользования с целью обеспечения энергоэффективности, ресурсосбережения, промышленной и экологической безопасности в горнодобывающей промышленности Уральского региона и России в целом.
Исследованиями института последних лет показано, что обеспечение ресурсосбережения при добыче, транспортировании и переработке минерального сырья достигается за счет повышения извлечения полезного ископаемого из недр; вовлечения в отработку забалансовых запасов; организации прикарьерной (внутришахтной) рудоподготовки; формирования рудопотоков требуемого качества, раздельной добычи и комплексной переработки руд. При разработке стратегии комплексного освоения глубокозалегающих рудных месторождений подземным и комбинированным способом в условиях дефицита местного сырья для металлургического комплекса Урала разработана технология, предусматривающая внедрение подземных рудоподготовительных комплексов, обеспечивающих повышение экологической и экономической эффективности добычи и переработки рудного сырья за счет размещения хвостов предварительного обогащения в выработанном пространстве и, как следствие, существенного уменьшения отходов производства концентрата на поверхности.
Технико-экономическими расчетами на примерах Вагранской золоторудной площади, Малышевского изумруднобериллиевого месторождения, рудника Шатыркуль (Казахстан) и других доказано, что организация рудоподготовки на местах ведения горных работ значительно уменьшает риски реализации инвестиционных проектов за счет общего снижения совокупных эксплуатационных затрат, улучшения логистической составляющей перемещаемых и перерабатываемых объемов горной массы, а также некоторого сокращения капиталоемкости горно-обогатительного производства.
Одним из перспективных дополнительных источников сырья признаны ранее складированные запасы медьсодержащих забалансовых руд Свердловской и Челябинской областей, переработка которых может быть осуществлена с использованием средств рентгено-радиометрической сепарации. Так, изменение параметров системы разработки, а также взрывной отбойки высокочистого кварца Кыштымского позволило увеличить выход высокочистого концентрата с 37 до 52%. Эти данные свидетельствуют о том, что ресурсо- и энергосбережение обеспечивается в том числе и за счет применения комплекса разнообразных технологических схем подготовки и очистной выемки, в наибольшей степени соответствующих горно-геологическим, горнотехническим и геоэкономическим условиям освоения месторождения. Это подтверждено также технологическими регламентами и технико-экономическими соображениями эксплуатации Тарыннахского и Сарбайского железорудных месторождений, Учалинского и Гайского меднорудных месторождений и пр.
Разработанный в ИГД УрО РАН комплексный метод геологотехнолого-эколого-экономической оценки минеральносырьевой базы основан на создании совокупности геоинформационных моделей оцениваемых объектов и поэтапном геолого-экономическом обосновании параметров будущих горнодобывающих предприятий. При этом методика выбора вариантов формирования стратегий развития крупных горнодобывающих предприятий включает исследование основных направлений инновационного совершенствования технологий добычи и переработки сырья, выявление системообразующих элементов минерально-сырьевой базы и формирование краевых вариантов очередности вовлечения в отработку месторождений, обоснование программы геологоразведочных работ, а также выработку инвестиционных предложений по реализации программы поддержания и развития минерально-сырьевой базы. Такой подход реализован при формировании стратегии развития комбината «Магнезит», оценке освоения месторождений Полярного и Приполярного Урала и пр.
Обеспечение энергоэффективности производственных процессов достигается созданием инновационных технологий. Созданное в лаборатории разрушения горных пород оборудование контроля процесса бурения взрывных скважин проходит испытания в условиях комбината «Ураласбест». Его действие основано на исследовании механизмов разрушения горных пород и прогнозировании физико-механических свойств массива по данным бурения взрывных скважин, результатом чего является ресурсосберегающая технология взрывной подготовки горной массы.
Активно продолжают свою деятельность созданные в 1960-х годах коллективы научных школ. Деятельность школы карьерного транспорта направлена на разработку научных основ формирования транспортных систем карьеров, обоснование технологических и технических требований на создание новых средств карьерного транспорта (специализированные транспортные средства, роботизированные горнотранспортные комплексы и др.) Исследования базируются на установлении закономерностей развития карьерного пространства во взаимосвязи с динамикой схем вскрытия и транспортных систем глубоких карьеров. Налаженная коллективом система неразрушающего контроля обеспечивает диагностику горно-транспортных машин с позиций их безопасной эксплуатации. Соответствующие экспертные заключения разрабатываются практически для всех крупных горнодобывающих предприятий Уральского региона.
Деятельность школы геомеханики посвящена обеспечению безопасности и эффективности недропользования. Фундаментальные и прикладные исследования, обеспечивающие разработку методов энергоэффективного освоения глубокозалегающих месторождений с учетом геодинамических особенностей, структурного строения и напряженно-деформированного состояния отрабатываемого массива, охватывают широкий круг проблем взаимодействия природных и техногенных систем горных предприятий и других сфер недропользования.
Управление качеством минерального сырья, особенно в условиях ухудшения его показателей с глубиной разработки, оптимизация параметров горнотехнических систем с учетом долгосрочного прогнозирования потребности в минеральном сырье и комплексного использо-вания ресурсов недр является одним из перспективных направлений исследований, которые выполнялись и выполняются в интересах Качканарского ГОКа, комбината «Магнезит», уральского титанового кластера и пр.
Обоснована эффективность, в том числе энергетическая, отработки титано-магнетитовых руд по типам, предложена схема подземного выщелачивания отходов обогаще-ния меднорудного сырья с использованием тепла недр Земли, экспериментально изучена технология импульсной магнитомеханической рудоподготовки, обеспечивающей повышение производительности измельчения руд (класс – 74 мкм). На основе изучения закономерностей процессов разделения и извлечения полезных компонентов из природных и техногенных месторождений предложены усовершенствованные схемы рудоподготовки и усреднения.
Изучаемые закономерности техногенной трансформации компонентов окружающей среды при освоении природных и техногенных месторождений и исследование форм проявления и площади распространения процессов негативного воздействия являются теоретической основой для предотвращения и ликвидации негативного воздействия на окружающую среду при освоении георесурсов – обеспечения экологической безопасности в горнодобывающей промышленности Уральского региона и современных биотехнологий их экологической реабилитации.
В связи с тем что геоинформационные системы (ГИС) являются наиболее эффективным инструментом для оперативного анализа обстановки и принятия решений в сфере управления природопользованием как на локальном уровне – предприятие, холдинг, – так и на региональном и глобальных уровнях, в Институте развиваются геоинформационное моделирование и изучение гидрогеохимических процессов в районах отрабатываемых и затопленных медноколчеданных рудников (Левихинский, Туринский и др.).
Разработаны концептуальные гидрогеомиграционные модели, отражающие закономер-ности перераспределения химических элементов в подземных водах как в процессе добычи полезного ископаемого, так и после ее завершения. Такие исследования позволили оценить для Магнитогорского МК допустимость складирования хвостов обогащения, металлургических шлаков и пылей газоочистки в выработанном пространстве карьера.
Ряд подразделений института выполняют исследования, направленные на обеспечение промышленной безопасности при недропользовании. В их числе работы челябинского филиала ИГД УрО РАН, связанные с исследованием закономерностей и функциональных связей в структурах управления и технологических процессах с целью повышения эффективности и безопасности производства, а также созданием моделей адаптации горнодобывающего предприятия к изменяющимся условиям его функционирования путем совершенствования систем управления и организации производства. Результаты работ широко используются на угледобывающих предприятиях Кузбасса.
Широко используются в практике работы предприятий с подземным способом разработки рекомендации по прогнозу, предотвращению и организации контроля опасных геомеханических процессов и явлений, основанные на результатах натурных и теоретических исследований генезиса, механизма их возникновения в процессе недропользования. Изучение закономерностей формирования напряженнодеформированного состояния массива горных пород и развития очагов катастрофических событий в процессе отработки месторождений является основой для геомеханического обоснования устойчивости горных конструкций при подземной и открытой разработке, безопасных параметров очистной выемки, а также разработки методов оценки и управления устойчивостью насыпных и намывных дамб, отвалов пустых пород и пр.
В последние годы одним из главных направлений прикладных исследований в области геомеханики является обеспечение безопасности ведения горных работ на предприятиях энергетического и горно-металлургического комплекса, безопасного строительства особо ответственных сооружений и городской инфраструктуры, предотвращения затопления рудников, а также оценка допустимости строительства объектов на подработанных горными работами терри ториях.
В институте работает аналитическая группа, координирующая научно-аналитические исследования, осуществляющая подготовку аналитических статей, реализующая консультативную деятельность по созданию и развитию методов геоинформационного отображения и моделирования минерально-сырьевых комплексов, геотехнологических, геомеханических и гео-экологических тематических объектов при создании ГИС горнодобывающих предприятий.
С целью расширения международного сотрудничества Институтом организован Филиал в республике Казахстан (г. Астана), который аккредитован как субъект научной и научной технической деятельности Республики Казахстан, получена генеральная лицензия на право ведения работ, связанных с проектированием объектов недропользования на территории Казахстана. Институт сотрудничает с «Карагандинским государственным техническим университетом » по подготовке высококвалифицированных кадров, ведет консультации докторантов по специальностям «Горное дело» и «Маркшейдерское дело».
Ведется активная работа по организации взаимодействия с белорусскими НИИ и заводом «БЕЛАЗ» по реализации Соглашения о сотрудничестве Национальной академии наук Беларуси, Уральского отделения Российской академии наук и Академии наук республики Саха (Якутия) в области создания новой техники и технологии для освоения районов Крайнего Севера. Институт сегодня в состоянии решать самые сложные академические и прикладные задачи при освоении и эксплуатации глубокозалегающих месторождений минерального сырья со сложными горно-геологическими и горнотехническими условиями залегания. Научные разработки института реализуются более чем на 50 предприятиях, расположенных на Северо-Западе и в Центре страны, на Урале, в Сибири, в Белоруссии, в Казахстане и Украине.
Наиболее тесные контакты установлены с ОАО «БЕЛАЗ», АК «АЛРОСА», Качканарским, Коршуновским, Михайловским, Оленегорским, Ковдорским, Донским, Высокогорским, Бакальским, комбинатом «Ураласбест» и другими горно-обогатительными комбинатами и рудоуправениями. Институт поддерживает творческие контакты более чем с 20 научно-исследовательскими, учебными и проектными институтами.
На базе действующих исследовательских лабораторий создан комплекс инновационных центров, являющихся своеобразным окном для вывода разработок института в производство и приема предложений от компаний и фирм, среди которых:
• Центр испытаний горного и транспортного оборудования: неразрушающий контроль, технический аудит, диагностика, испытания и настройка горнотранспортного оборудования;
• Центр коллективного пользования (ЦКП) «Уральский Центр геомеханических исследований природы техногенных катастроф в районах добычи полезных ископаемых»;
• Центр экспертизы промышленной безопасности, выполняющий экспертизу: проектной документации на разработку, строительство, расширение, реконструкцию, техническое перевооружение, консервацию и ликвидацию опасного производственного объекта; технических устройств, применяемых на опасном производственном объекте; зданий и сооружений на опасном производственном объекте; деклараций промышленной безопасности, а также иных документов, связанных с эксплуатацией опасных производственных объектов;
• Проектный центр: проектирование горнодобывающих предприятий, разработка регламентов, техникоэкономических расчетов и обоснований;
• Центр разрушения горных пород, филиал ЗАО «Взрывиспытания»;
• Научно-образовательный Центр «Геотехнологии»: совершенствования адресной подготовки специалистов в области геотехники, геотехнологии, геомеханики и геоэкологии разработки недр; подготовка кадров высшей научной квалификации; проведение комплексных исследований по научному профилю Института;
• Уральский институт геомеханики: внедрение достижений научно-технического прогресса в горнодобывающую промышленность и другие смежные области народного хозяйства, выполнение специфичных НИОКР в области геомеханики.
Организованы и оснащаются центр изучения физико-механических свойств горных пород и центр экологического мониторинга.
Ежеквартально издается электронный сетевой рецензируемый сборник научных статей «Проблемы недропользования », размещаемый на сайте http://trud.igduran.ru и в системе научной электронной библиотеки E-Library (РИНЦ).
Накопленный опыт, а также произошедшие в последние годы структурные изменения позволяют коллективу Института горного дела УрО РАН перейти в сложившихся условиях к дальнейшему совершенствованию организации исследований, обеспечивающих решение актуальных проблем недропользования. Совместная деятельность института с проектными и научными организациями обеспечивает разработку комплексных целевых проектов и исследований для горнодобывающих предприятий, создание условий для выпуска и испытаний нового горнодобывающего оборудования, повышение методического уровня научного сопровождения горного производства.
