CC BY
48
ГОРНЫЙ ИНСТИТУТ КНЦ РАН - ОПОРНАЯ БАЗА ДЛЯ РАЗВИТИЯ НАУЧНЫХ ОСНОВ ГОРНОГО ДЕЛА НА ЕВРОПЕЙСКОМ СЕВЕРЕ РОССИИ
Н.Н. Мельников, академик РАН Г орный институт КНЦ РАН
Аннотация
Изложены сведения об образовании Института, его структуре, кадрах, научных разработках по приоритетным фундаментальным направлениям горных наук, уникальных экспериментальных полигонах, лабораторной и опытно-промышленной базе. Дана информация о связях Института с научными и учебными учреждениями России и международными организациями, о подготовке кадров высшей квалификации, работе диссертационного совета, аспирантуры и базовых кафедр. Ключевые слова:
направления научных исследований, разработки института, полигоны, экспериментальная база, диссертационный совет, аспирантура, базовые кафедры, Горный институт, Кольский научный центр.
Abstract
There have been presented the data on foundation of the institute, its structures, scientific manpower, research and development in priority fundamental areas of mining science, unique proving grounds, laboratory and industrial facilities. The information about relations of the institute with various scientific and educational institutions of Russia and international organizations, staff advance training activities, work of Dissertational Council, postgraduate school and basic university chairs is given here.
Keywords:
research areas, institute’s R&D, proving grounds, research and trial facilities, cooperation, Dissertational Council, postgraduate school, basic university chairs, Mining Institute, Kola Science Centre.
Горный институт Кольского научного центра РАН является единственным исследовательским институтом горного профиля на Северо-Западе России, ему принадлежит ведущая роль в развитии всех добывающих предприятий российской части Европейского Севера. Он выполняет фундаментальные и прикладные исследования для обеспечения рационального и комплексного освоения минеральных ресурсов и стратегического использования подземного пространства с учетом сохранения природной среды.
Институт образован в 1961 г., его директорами на начальном этапе были доктора техн. наук Н.А.Воронков и М.Д.Фугзан. С 1962 по 1980 гг. Институт возглавлял чл.-корр. АН СССР И.А.Турчанинов, с 1980 г. директором является акад. Н.Н.Мельников.
В структуре Института 11 научных подразделений, в штате 199 сотрудников, в том числе 15 докторов наук, 26 кандидатов наук. Государственными премиями и Премиями Правительства отмечены 16 сотрудников, почетных званий «Заслуженный деятель науки», «Заслуженный изобретатель», «Заслуженный строитель» и «Заслуженный химик» удостоены 4 сотрудника.
Институт занимает передовые позиции в ряде приоритетных фундаментальных направлений горных
наук:
• использование подземного пространства для экологически безопасного обращения с ядерными материалами, в т.ч. долгосрочного захоронения радиоактивных отходов;
• технологии подземного строительства специальных объектов государственного назначения;
• разработка рудных месторождений в сложных горно-геологических условиях;
• геомеханическое обоснование и обеспечение безопасности ведения горных работ;
• создание автоматизированной системы контроля геодинамического режима и регистрации техногенных землетрясений и горных ударов;
• комплексная переработка минерального сырья;
• создание новых взрывчатых веществ промышленного типа;
• восстановление техногенно-нарушенных земель;
• применение современных информационных и компьютерных технологий в горном деле;
• разработка методик горных и строительных работ во внеземных условиях.
По этим направлениям достигнуты определенные результаты.
• Созданы научные основы выбора площадок, проектирования, строительства и оценки безопасности подземных могильников радиоактивных отходов (РАО) и подземных хранилищ отработавшего ядерного топлива (ОЯТ) корабельных энергетических установок в геологических формациях кристаллических скальных пород.
• Разработаны концептуальные проекты могильника РАО и хранилища ОЯТ, безопасных для окружающей среды и населения, для конкретных условий Кольского п-ова с учетом образования и накопления РАО и ОЯТ до 2020 г.
• Сформирована система компьютерного моделирования объектов горной технологии, позволяющая на основе интерактивной работы с трехмерными горно-геологическими моделями месторождений реализовать
комплексное решение геологических, маркшейдерских и технологических задач в едином информационном пространстве горного предприятия. Представление горного предприятия как развивающейся системы с возможностью моделирования этапов его развития позволяет повысить обоснованность принятия проектных и плановых решений по обеспечению долговременной устойчивости его работы.
Г|и»* Вн& Гмм) СпэЛ Д-«~чаї (Ь»«* ^ .1ДІ И
1»*****ет.гмш*»»«впсвов***-«ы15 <1 «Г |»*«ч»»стс«,**4і»»*ю'ч:«вв*«г**і 15 <1К ИД ;і--<ад
і>ші^гяжмі!^<імДрД8^К?Д^ЗД___________________________________________________________________________________
Моделирование объектов горной технологии на Кировском руднике ОАО «Апатит»
• Разработано геомеханическое и технологическое обоснование увеличения углов наклона (крутизны) постоянных бортов карьеров путем применения на конечном контуре высоких уступов с субвертикальными откосами с учетом иерархично-блочного строения и гравитационно-тектонических полей напряжений массивов скальных пород, что позволяет повысить экономическую эффективность открытых горных работ. Разработаны Регламенты на перепроектирование конечных контуров карьера рудника «Железный» ОАО «Ковдорский ГОК», Ньоркпахкского карьера Восточного рудника и карьера Центрального рудника ОАО «Апатит», которые приняты институтом Гипроруда к проектированию.
• Созданы алгоритм и компьютерная экспертная система, реализующие новый методический подход к обоснованию параметров геотехнологии при системе разработки с подэтажным обрушением и осуществляющие интерактивное отображение процесса оптимизации.
• Разработана методология управления геодинамическими рисками при ведении горных работ в высоконапряженных массивах скальных пород, отличающаяся тем, что осуществляется прогноз и профилактика не отдельного динамического события, а кризисной области, опасной по динамическим явлениям типа горных ударов и техногенных землетрясений, что позволяет сделать более надежным геодинамический прогноз и повысить безопасность горных работ.
• Учитывая перспективы разработки нефтегазовых месторождений на шельфе Баренцева моря, в частности Штокмановского газоконденсатного месторождения, институт развивает исследования по обеспечению геодинамической безопасности добычи и транспортирования углеводородного сырья в Мурманской обл. На основе разработанной геомеханической модели вовлекаемого в эксплуатацию шельфового нефтегазового месторождения, учитывающей пространственно-геометрические и силовые условия флюидонасыщенного тектонически-блочного массива горных пород (на примере Штокмановского газоконденсатного месторождения), установлены закономерности их напряженно-деформированного состояния, что позволяет прогнозировать развитие деформационных процессов и формирование геодинамического режима.
• Сформирована автоматизированная компьютерная база инженерно-геологических и геомеханических данных по более чем 130 нефтегазовым месторождениям и перспективным структурам шельфа морей Баренц-региона.
ЁД1°М--
• Разработан универсальный программный комплекс для автоматизированного проектирования и организации вентиляции рудников и прогноза состояния атмосферы карьеров при различных метеоситуациях, который позволяет рассчитывать варианты вентиляционных систем, производить выбор их оптимальных параметров и оценку безопасности воздушной среды в выработках, осуществлять расчет схем естественной аэрации и параметров загрязнения атмосферы карьера в зависимости от орографии их расположения, текущих метеорологических и организационно-технических условий. В основу программного комплекса положена необходимость более полного учета факторов, влияющих на аэрогазодинамические процессы и режимы функционирования вентиляционных систем, представляющих сложную, большой размерности гетерономную сеть с внутренними и внешними источниками подачи и распределения воздушных потоков и воздействием на их работу метеорологических и других факторов.
• Совместно с ОАО «Апатит» создан и оснащен современной аппаратурой подземный испытательный полигон федерального значения и разработан комплексный метод оценки энергетических характеристик и относительной взрывной эффективности современных промышленных взрывчатых веществ, основанный на изучении в едином экспериментальном цикле их детонационных и газовых характеристик, оценки степени высвобождения потенциальной энергии в зоне реакции детонационной волны и передачи энергии взрыва в массив горных пород для обоснования области их рационального применения, что обеспечивает качественно новый уровень испытаний и аттестации современных взрывчатых материалов на безопасность, эффективность и экологическую чистоту.
Схема испытательного полигона взрывчатых веществ
• Разрабатываются научные принципы выбора реагентов с заданными свойствами для флотации несульфидных руд. Создан ряд новых реагентов-собирателей из класса бифункциональных соединений (алкил-(алкенил-)дикарбоновые кислоты, амидные и эфирные монопроизводные дикарбоновых кислот), дано теоретическое обоснование их действия в сложных дисперсных минеральных системах. Внедрен способ флотации апатитовых руд в условиях водооборота, включающий использование реагента-регулятора типа Неонол, обеспечивающего повышение технико-экономических показателей и экологическую безопасность апатитового производства. Разработан способ флотации апатитовых руд при пониженной температуре пульпы (10°С), основанный на совместном применении органического регулятора типа Неонол и оптимизированной по
составу собирательной смеси жирнокислотных собирателей, позволяющий значительно сократить энергозатраты в производстве апатитового концентрата.
• Разработана и внедрена в промышленное производство технология обогащения тонкозернистого фосфорсодержащего сырья, обеспечивающая возможность дополнительного производства до 570 тыс. т апатитового концентрата в год с содержанием Р2О5 - 38% из Ковдорского техногенного месторождения.
• На основе изучения физико-химических свойств сульфидных минералов, содержащих элементы платиновой группы, а также минералого-технологических свойств руд месторождения Федорова тундра Кольского п-ова разработан высокоэффективный способ обогащения с использованием оксиэтилированных алкилфенолов в качестве регулятора пенообразования, что позволило получить платино-палладиевый концентрат, содержащий Р - 21.9 г/т, Pd - 106.7 г/т, а также Аи - 7.04 г/т, Си - 10.63%, N1 - 5.40% при пониженном содержании магния.
• Обоснован и экспериментально проверен способ диспергирования газовой фазы за счет энергии падающей струи жидкости, позволяющий регулировать дисперсность газовой фазы изменением напора жидкости. Способ и устройство для его реализации защищены патентом РФ. Данная разработка предлагается для приготовления и дозирования флотационных реагентов-собирателей гетерополярного строения в виде активированных газо-жидкостных смесей с целью интенсификации процесса флотационного разделения минералов. При использовании данного способа в технологиях переработки различного типа руд ускоряются адсорбционные процессы, за счет чего сокращается время флотации в 1.5-2 раза и уменьшается до 40% расход собирателя. Внедрение этой технологии при флотационном выделении нефелинового концентрата позволило только за счет сокращения дозировок собирательной смеси получить экономический эффект свыше 12 млн руб. в год.
• Разработан высокоэффективный способ очистки сточных вод предприятий цветной металлургии, позволяющий не только снижать концентрацию цветных металлов, но и при необходимости извлекать их из стоков предприятия. В основу данного способа положено совмещение нескольких процессов, последовательное выполнение которых позволяет достигать извлечения ценных компонентов до 98%. Способ также защищен патентом РФ.
• Разработана и проверена в
полупромышленных условиях эффективная экологически сбалансированная технология обогащения титансодержащих руд месторождения Юго-Восточная Гремяха основанная на использовании
предконцентрации (выделение
крупнокусковых отвальных хвостов) - для последующего двухстадиального
измельчения руды и получении путем магнитного и гравитационного разделения титаномагнетитового и ильменитового концентратов с последующей доводкой последнего электрической сепарацией или флотационной перечисткой.
• Выполнен комплекс минералоготехнологических исследований хромовых руд месторождений Севера России -Сопчеозерского на Кольском п-ове и массива Рай-Из на Полярном Урале. На основе исследований разработана и доведена до промышленного применения эффективная гравитационная технология комплексной переработки хромовых руд массива Рай-Из, являющихся важнейшим источником сырья для получения хрома и феррохрома.
• Разработаны научные основы восстановления экосистемных функций территории горнопромышленного комплекса с целью сохранения устойчивого состояния биосферы. Методологический подход заключается в повышении биопродуктивного уровня территории за счет поддержания процессов самовосстановления нарушенных земель и создания почвенно-растительного покрова на техногенных ландшафтах.
• Разработана технология восстановления нарушенных земель без нанесения плодородного слоя посевом трав под полимерным покрытием, обеспечивающая оптимизацию биопродукционного процесса за счет подавления ветровой и водной эрозии, улучшения гидротермического режима и физико-механических свойств минерального субстрата, повышения его биохимической активности, уменьшения техногенной нагрузки. Установлено, что создание сеяного фитоценоза обеспечивает формирование гумусового статуса субстрата и быстрое накопление признаков зонального фитоценоза. Нарушенные земли с первого года вовлекаются в биологический круговорот элементов, который является главным механизмом самоорганизации природных ландшафтов и биосферы в целом.
Руда
Кусковые Титано-магнетитовый Ильменитовый
хвосты концентрат концентрат
Схема обогащения ильменит-титаномагнетитовых руд месторождения Юго-Восточная Гремяха
На основании опыта реализации технологии сформулирован принцип адаптивных технологий восстановления нарушенных
земель в соответствии с эволюционно
сложившейся программой образования почв на минеральных субстратах; разработана система поддержки принятия решений по выбору технологий в составе ГИС «Эковыбор». Технология получила высокую оценку, свидетельствующую о современном уровне исследований: Гран-при, 6 золотых и 4 серебряных медали по участию в международных выставках и салонах
промышленной собственности.
• Разработаны и внедрены
технологические решения сохранения
техногенных месторождений и защиты природной среды при складировании отходов рудообогащения.
• С целью снижения техногенной нагрузки на природную среду разработан способ очистки сточных и технологических вод от нефтепродуктов и других органических
загрязнений при их концентрировании в многофазной системе. Введение в рабочий объем потоков с заранее сформированными поверхностными свойствами фаз интенсифицирует процесс отделения загрязняющих веществ и обеспечивает получение нормативных показателей независимо от начального уровня загрязнения. Повышение эффективности процесса очистки обусловлено увеличением удельной сорбционной поверхности в результате использования активированных водных дисперсий воздуха и модифицированного вермикулитового сорбента Версойл. Кроме того, наблюдается значительное снижение содержания взвешенных веществ, катионов кальция, железа, меди.
Институт располагает уникальными геодинамическим и взрывным полигонами. С целью выбора и обоснования безопасных систем отработки месторождений создан Кольский геодинамический полигон, который позволяет исследовать долговременное поведение геологической среды при осуществлении крупномасштабных горных работ.
Для разработки новых способов проверки работоспособности используемых и создаваемых промышленных ВВ, их экологических характеристик и относительной взрывной эффективности создан первый в России подземный испытательный полигон федерального значения.
Институт располагает хорошей экспериментальной базой, одной из важнейших составляющих которой является уникальная опытно-промышленная обогатительная установка. На установке проводились исследования на обогатимость апатитонефелиновых, медно-никелевых, кианитовых, хромовых, титансодержащих, редкоземельных и других руд, а также нерудных полезных ископаемых, в частности, слюд и пегматитов месторождений Мурманской обл. и других регионов страны.
Установка оснащена различным обогатительным оборудованием, в том числе и разработанным в институте, и способна перерабатывать пробы руды массой до 200 т единовременно при производительности до 1 т в час.
Институт имеет тесные связи с производством, что выражается в ежегодном заключении 50-60 хозяйственных договоров.
Институт активно контактирует со многими научными и учебными учреждениями России, а также международными организациями Норвегии, Швеции, Финляндии, Бельгии, Франции, Германии, Великобритании, США, Канады, Японии и др.
В Институте работает диссертационный совет Д002.029.01, который принимает к защите диссертации по специальностям: «Геомеханика, разрушение пород взрывом, рудничная аэрогазодинамика и горная теплофизика»; «Г еотехнология (подземная, открытая и строительная)».
Институт имеет лицензию на ведение образовательной деятельности в сфере профессиональной подготовки кандидатов и докторов наук по специальностям: «Механика деформируемого твердого тела»; «Обогащение полезных ископаемых»; «Горнопромышленная и нефтегазопромысловая геология, геофизика, маркшейдерское дело и геометрия недр»; «Геомеханика, разрушение горных пород, рудничная аэрогазодинамика и горная теплофизика»; «Геотехнология (подземная, открытая, строительная)».
Институт является инициатором и организатором создания базовых кафедр «Горное дело» в Апатитском филиале Мурманского государственного технического университета и «Горное дело и обогащение» в Кольском филиале Петрозаводского государственного университета.
Институт продолжает активно работать над решением актуальных проблем, связанных с обеспечением безопасности страны по стратегическим видам минерального сырья, с экологической безопасностью при обращении с отработавшим ядерным топливом и радиоактивными отходами, с совершенствованием техники и технологии горнообогатительного производства.
