НОРИЛЬСК. «Северный город» – Согласно Концепции совершенствования комплекса крепления горных выработок Заполярного филиала на рудниках Норильска появляются, испытываются и внедряются все более современные мировые технологии. О них «Северному городу» рассказал руководитель направления по креплению горных выработок отдела процессного сопровождения горного производства департамента горного производства Игорь Коправнов.
– Игорь Васильевич, давайте напомним тем, кто не в теме, что есть такая штука, как горное давление. И если в подземные своды не забить много-много двухметровых металлических анкеров, по-простому – стержней, гора сплющит все штреки и подземные «коридоры». Это примитивно говоря. Поэтому укреплять кровлю над головой – очень-очень важно.
– Если сказать техническим языком, более правильно, то, когда мы ведем проходку, строим горную выработку, мы пытаемся что-то достать из недр природы, образовываем пустоты. Проходка идет в основном взрывным методом, а взрыв – это ударное воздействие на массив, при котором идет образование трещин в приконтурном массиве горных выработок. Процессы деформирования и разрушения горных пород развиваются во времени. На практике из-за цикличности проходки (процессы отгрузки, оборки заколов, бурения под крепление и т. д. выполняются последовательно) крепь практически всегда устанавливается с отставанием во временном интервале. В этот период на незакрепленном участке выработки происходит значительное разуплотнение структурных блоков по зонам трещиноватости. При этом массив теряет свою устойчивость. Начинаются процессы вывалообразования и отслоения. Запоздалая установка анкеров резко снижает эффективность их работы. Самый эффективный из методов крепления горных выработок – анкерная крепь.
– Лет 15 назад главным оружием в борьбе с горой за безопасность человека были ЖБШ – длинные железобетонные штанги. Они уходят в прошлое?
– Да, вначале у нас были анкера с цементным заполнением шпура, так называемые ЖБШ. Но так как на заполнение шпура, в который вставляется металлическая штанга, идет цемент с песком (без песка), срок схватывания получается продолжительный и в горную выработку нельзя заходить до четырех часов, это небезопасно. Такой вынужденный простой горной выработки нам не нужен. А если применять химию, пусть она дороже, сроки уменьшаются.
Сейчас у нас внедрено сталеполимерное анкерное крепление (СПА). Полимерные ампулы машина застреливает в шпур, перемешивает их анкером; пять секунд – и СПА набирает несущую способность. Анкера, своевременно установленные и способные воспринимать нагрузку от толщи налегающих пород сразу после
возведения, за счет собственного сопротивления растяжению препятствуют расслоению, разуплотнению нарушенных пород, связывая их с ненарушенными породами в глубине массива выше зоны расслоения. Вдобавок их несущая способность в три-четыре раза больше, чем у ЖБШ.
Применяются также самозакрепляющиеся анкера (СЗА) – они представляют собой трубчатый анкер из специальной стали, с профилем в форме буквы «С». Закрепление стержней в шпурах осуществляется механическим способом за счет силы упругости, распирающей стержень в шпуре меньшего диаметра, чем диаметр трубки, что вызывает передачу нагрузки со стали на горную породу. Фиксация анкера в шпуре обеспечивается за счет упругих свойств металла. Но тут есть ограничения применения.
– Есть что-то круче сталеполимерных анкеров?
– В мире появилась новая технология, когда машина бурит шпуры под анкерное крепление самозабуривающими анкерами, подает перемешанную двухкомпонентную смолу через пустотелый анкер, который сразу набирает несущую способность. Мы испытания провели, необходимую технику заказали. Это машины компаний Epiroc, они придут в конце 2020-го – начале 2021 года. Надеемся, в ближайшем будущем компания Sandvik тоже сможет переделать под новую технологию одну из уже закупленных машин. Смола и сами пустотелые анкера тоже закупаются. На следующий год это крепление уже пойдет, и на рудниках Заполярного филиала в первую очередь. Мы идем правильным путем.
– Чем смола лучше полимера?
– Самозабуривающийся пустотелый анкер убирает влияние человеческого фактора до нуля. Машинист буровой установки забурил анкер, смола от «груди» до устья шпура движется, и, как только она показалась из шпура, он прекращает подачу.
– А крепление с полимерными ампулами человеческий фактор не исключают?
– При креплении полимерными ампулами очень много ответственности лежит на бурильщике, который должен обеспечить полное заполнение шпура. Если он увидел, что зашли не все ампулы, должен остановиться, зачистить шпур и заново произвести застрел полимерных ампул. Но тогда получится меньше установленных анкеров, соответственно, меньше заработная плата. Вдруг кому-то захочется покривить душой? Мы с этим боремся, заказали новые машины, которые будут фиксировать, сколько в каждый шпур было послано полимерных ампул, и я, и любой руководитель сможет увидеть у себя на экране монитора, какое расстояние между шпурами, сколько ушло в каждый шпур полимерных ампул, под каким углом он забурен, это тоже очень важно. С этим сейчас наши айтишники разбираются.
– Появились и другие ноу-хау?
– Раньше мы вначале ставили штанги, потом делали первоначальный набрызг торкрет-бетона, потом вешали металлическую решетку и опять повторяли
набрызг торкрет-бетона, доводя толщину набрызга до паспортной для конкретной горной выработки. А сейчас сразу же после взрывных работ и оборки заколов заезжают машины и делают первоначальный набрызг торкрет-бетона, чтобы предохранить машины от возможного повреждения буровой мелочью и мелкими отслоениями горной массы. И только после этого бурим шпуры, ставим сталеполимерные штанги, вешаем металлическую решетку и опять наносим набрызг торкрет-бетона, доводя его толщину до паспортной для конкретной горной выработки.
Машины автоматизированные, сейчас мы закупили их на все рудники и используем повсеместно. Нам помогает Норильский обеспечивающий комплекс – начал изготавливать пакетированные сухие смеси в мягких разовых контейнерах (МКР). В них цемент и песок сухие, меньше потери этих материалов, быстрее возводится крепь, темпы и производительность увеличиваются. Но процесс по навеске металлической решетки самый трудозатратный по времени. И мы начали применять самозакрепляющиеся анкера совместно с армокаркасами.
– Что это такое?
– Металлическая решетка из листов тяжелой арматуры толщиной от 10 миллиметров, площадью 950 на 950 миллиметров и больше. Каждый сразу же прижимается анкером к массиву при бурении. Армокаркасы ставятся внахлест друг на друга. Потом наносим набрызг торкрет-бетона, поверхность превращается в железобетон, и дополнительно металлическая решетка не нужна. Армокаркас намного прочнее решетки. Это уже другой тип крепи – поддерживающий. Мы сейчас заканчиваем опытно-промышленные испытания по армокаркасам на рудниках «Таймырский» и «Комсомольский», они велись в течение года. Благодаря этой технологии увеличилась и скорость проходки у подрядчиков – до 135 метров по одной горной выработке. Раньше с возведением постоянного вида крепи было до 50 метров.
Дальнейшее развитие этой темы – «Тендон стрепс». Это пластины типа армокаркаса, но он уже большей длины, до 2,5–3 метров.
– Где применяются армокаркасы?
– Все зависит от назначения выработки. Если она нужна для добычи руды, то, может, такая крепь и не нужна. В течение шести месяцев выработка не успеет разрушиться. Мы прошли ее, закрепили анкерами с набрызгом – этого достаточно. Забурили, взорвали камеру и получили руду. А когда выработка служит 25 лет и более, этого недостаточно. Поэтому вешаем сетку и крепим ее усиленной комбинированной и другими видами крепи. Но чтобы от этого уйти, сейчас проводим испытания и пытаемся перейти на фибробетон.
– Но ведь разбрызгивающие эту смесь «пылесосы» быстро ломаются.
– Да, шел раздельно цемент и песок, мы сушили его, возили погрузочно-доставочными машинами. Очень сложно добавить туда фибру в больших объемах, чтобы это хорошо работало в промышленных масштабах. Выручил Норильский обеспечивающий комплекс, который делает нам пакетированный сухие смеси с добавлением фиброволокна. Фибра – это пластиковые или
металлические полоски длиной 25–35 миллиметров, меняющие свойства торкрет-бетона и полностью заменяющие металлическую решетку. Планируем вообще уходить от применения металлической решетки.
– А где может пригодиться технология«Тендон стрепс»?
– Она создаст возможность отказаться от других, более металлизированных крепей, таких как арочная податливая крепь.
– Длинные арочные проходы внутри горы в сложных местах? Но слово «податливая» для нас, обывателей, звучит как «ненадежная».
– Это не так. За счет узлов податливости при горном давлении арочная податливая крепь начинает складываться, сдвигаться, но не разрушается, как железобетонная, и выработка дальше функционирует. Арочная крепь надежнее, но вес одной арки от 300 до 450 килограммов. Мы добываем руду или металл вниз спускаем? И перекрепление арочной крепи во время ремонта – очень тяжелый процесс, выработка выводится из эксплуатации. У «Тендон стрепс» функции те же, но легче производить ремонт крепи горной выработки, и металла на сечение уйдет в три раза меньше. Одна пластина «Тендон стрепс» – 2,5 метра длиной, 0,3 метра шириной, весит 9,6 килограммов. Эту технологию применяют в ЮАР на больших глубинах, от арочной податливой крепи они отказались. Мы тоже проведем испытания у себя в шахте в реальных условиях, тем более что сейчас начали уходить на большие глубины.
– На «Скалистом»?
– Рудник «Таймырский» работает на глубине до 1500 метров. Сейчас на «Скалистом» зашли на проходку разведочных выработок группа компаний «Канекс». У них отметки минус 1600 и 1800. Пошли пока на сбойку сверхглубоких стволов ВС-10 и СКС-1. Потом пойдет строительство горизонтов с дальнейшей добычей руды. Мы еще не работали на таких глубинах. Может, придется использовать какие-то новые виды крепления. Один из перспективных – это «Тендон стрепс».
– Эти пластины идут сплошняком, одна за другой?
– Нет, в том то и дело. Мы также ставим крепь, делаем набрызг фибробетоном или ставим металлическую решетку с набрызгом торкрет-бетона, а поверх этой крепи устанавливаются пластины этого армокаркаса. Сверху мы можем покрыть еще набрызгом торкрет-бетона и в дальнейшем, когда идет нарушение, сможем поставить еще дополнительный армокаркас. Закрепили, и выработка у нас дальше служит.
– Есть где-нибудь в мире крепь, которая дает стопроцентную гарантию безопасности?
– Такую гарантию никто не даст, потому что существуют горные удары, те же землетрясения.
– Землетрясения, слава богу, далеко от Таймыра.
– Землетрясения фиксируют приборы центра геодинамической безопасности Заполярного филиала. Чтобы было понятно: наша руда появилась не просто так, это магма поднималась вверх. Наши взрывы при добыче руды – это тоже сейсмическое воздействие на массив, а мы взрываем каждый день, иногда по нескольку раз. Мы же пытаемся у природы забрать что-то, а она не хочет отдавать. Происходят горные удары разной силы, с разрушением, без разрушения. Это все и на крепь воздействует. Служба центра геодинамической безопасности ведет за этим постоянный мониторинг.
– Какая крепь все же надежнее?
– У каждой своя максимальная нагрузка, и чем она сильнее, тем дороже стоит. К примеру, один анкер сталеполимерный стоит 1000 рублей, а ЖБШ с цементным заполнением – порядка 350–400 рублей, но безопасность людей дороже. У нас согласно Концепции совершенствования комплекса крепления горных выработок на рудниках ЗФ стоит задача обеспечить отсутствие людей в незакрепленном массиве. Это позволяют сталеполимерные и самозакрепляющиеся анкера.
– Вы же сказали, что смола круче.
– Самозабуривающийся пустотелый анкер с двухкомпонентной смолой в два раза дороже обыкновенного сталеполимерного анкера. Мы не отказываемся от ампульного сталеполимерного анкера, но пытаемся выйти на подрядчика, который сделает в этих машинах более совершенную автоматику, исключающую влияние человеческого фактора. Вот в первых машинах не было даже таймеров, фиксирующих время перемешивания, а оно играет роль буквально до секунды. Человек отвлекся, сделал что-то не так, и анкер уже не несет свою нагрузку.
– Руководители рудников, побывавшие на рудниках Канады, рассказывали, что для кровли там одна крепь, для бортов – другая. А у нас?
– У нас введено новое Положение (Инструкция) по выбору типа и параметров крепления капитальных, подготовительных и очистных выработок в предельно напряженном (или ослабленном) блочном массиве рудников Талнаха, и часть бортов мы крепим только набрызгом торкрет-бетоном, где с фиброй, где без фибры, согласно утвержденному паспорту крепления. Раньше по бортам петельки торчали от ЖБШ, где-то металлическая решетка, и погрузочные доставочные машины при зачистке «плинтусов» горной выработки их цепляли, где-то и разрушали крепь горной выработки. Требовался ее ремонт. Сейчас из борта горной выработки ничего не торчит, и при разрушении набрызг торкрет-бетона проще восстановить крепь горной выработки. А крепь набрызг торкрет-бетона тоже держит нагрузку.
– Есть места, где перечисленными технологиями не обойтись?
– В местах сопряжений, это когда пересекаются две выработки, самое опасное место в шахте. Здесь, для того чтобы не было разрушений, дополнительно устанавливается тросовое крепление. Бурим также шпуры и вставляем туда трос на раствор.
– Этот какой-то суперпрочный трос?
– Не то что суперпрочный, но крепление идет на глубину до пяти-семи метров. Вначале в забуренный шпур подают цементный раствор, затем трос сматывают с катушки и подают в заполненный раствором шпур. Если при высоте забоя в пять метров необходимо установить шестиметровый анкер, его не согнешь, а трос сгибается и вставляется нормально. Этот постоянный вид крепи у нас применяется уже порядка пяти лет. Сейчас на все рудники мы дозакупаем необходимую технику, и Заполярная строительная компания уже второй год крепит сопряжения с помощью этих машин.
– Здесь смолу не применяют для скорости?
– Дело в том, что двухкомпонентную смолу только начали внедрять во всем мире. До этого были полимерные ампулы. Сейчас компания Epiroc пообещала нам до конца года сделать одну машину для крепления выработок тросовыми анкерами с применением двухкомпонентной смолы. Она должна появиться в конце года. Сейчас у нас задача усилить все с применением двухкомпонентной смолы. Она должна появиться в конце года. Сейчас у нас задача усилить все сопряжения дополнительно тросовым креплением.
