CC BY
12
© С.Н. Серышев, 2006
УДК 622.86
С.Н. Серышев
МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАЗРАБОТКИ РЕГЛАМЕНТА БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ СКВАЖИННОЙ ГИДРОДОБЫЧЕ
Скважинная гидродобыча (СГД) богатых железных руд отличается высоким уровнем автоматизации практически всех технологических процессов.
Разработка и внедрение технологического регламента по обеспечению условий жизнедеятельности и промышленной безопасности работающих (далее по тексту - Регламент безопасности) при освоении месторождений способом СГД является важной задачей.
Информационной базой для разработки Регламента безопасности послужили результаты анализа законов и иных нормативно-правовых актов Российской Федерации, а также материалы научных исследований выполненных в ФГУП ВИОГЕМ и БГТУ им.В.Г. Шухова [1, 2].
Разработанные регламентирующие требования к недропользователям по безопасности работ и обеспечение жизнедеятельности трудящихся при СГД основывались на следующем [3].
1. С целью комплексности решения вопросов технико-экологической безопасности работ разработана классификация опасности процесса гидроизвлечения руды, позволившая
68
учесть влияние производства на обеспечение жизнедеятельности работающих.
2. Для учёта опасности всех стадий производственного процесса, разработана структура Регламента, включающая направления, темы и объекты опасности технологии гидро-извле-чения.
3. С целью достижения технической безопасности работающих, найдена зависимость напряженно-деформируемого состояния подрабатываемых массивов от объёмов извлечения горной массы.
При определении условий жизнедеятельности при СГД учтены технические особенности технологических процессов гидроизвлечения руды из недр и инженерно-геологические условия залегания месторождений, которые характеризуются следующим.
Разрабатываемые рудные тела залегают на глубине 500
- 1000 м под чехлом надрудной толщи осадочных пород мощностью от 400 до 600 м. Надрудная толща горного массива представлена отложениями различных геологических периодов, которые включают от 6Ш до 10™ горизонтов подземных вод, локализованных водоупорными породами. Рудная толща, представленная переотложенными богатыми рудами общей мощностью от 50 до 350 м, расположена на кристаллическом фундаменте окисленных и неокисленных кварцитов.
Способ СГД основан на извлечении руд через скважины с использованием рабочих агентов под большим давлением
- воды для придания подвижного состояния рудной массе и воздуха для эрлифтного подъёма рудной пульпы. Способ включает следующие производственные этапы: подготовительные работы (бурение и оснастка технологических скважин); непосредственно добычные работы (спускоподъемные операции с гидродобычным оборудованием, подача рабочих агентов и эрлифтный подъём рудной пульпы); гидротранспо-рировка пульпы к приёмным ёмкостям; отгрузка готовой продукции.
Разработка Регламента безопасности нами основывалась на методических положениях и принципах. Важнейшими принципами являются следующие:
69
- комплексность охвата технологических процессов в целом;
- достоверность и полнота сведений о применяемом оборудовании и условиях их эксплуатации;
- системность подхода при оценке безопасных условий работы;
- соответствие требований Государственных Законов о промышленной безопасности и Охране окружающей среды;
- возможность дублирования требований Регламента безопасности к различным технологическим этапам гидроизвлечения руды;
- совместимость требований с действующими Правилами бурения скважин и эксплуатации электрооборудования;
- динамичность требований и возможность их дальнейшего совершенствования;
- надёжность требований Регламента безопасности для использования их в качестве одного из элементов управления производством.
Методические положения охватывали следующее:
- стандартизация и научное обоснование требований Регламента безопасности к соблюдению паспортов оборудования и режимов его работы;
- обобщение количественно-качественных показателей пространственно-временного изменения состояния эксплуатируемых массивов горных пород;
- обоснование методов достоверной и своевременной оценки полноты требований к соблюдению технологических регламентов работы оборудования и технологии в целом;
- систематизация обобщающих требований к техническому персоналу, обслуживающему оборудование;
- классификация и дифференциация требований для различных стадий освоения месторождений в общей системе Регламента безопасности.
Нами выделены объекты, характеризующие возникновение технической и экологической опасности, представленные в разработанной классификацией (табл. 1).
Классификация основана на разделении технологии СГД на отдельные объекты ожидаемой опасности и объединения их
70
по степени технических и экологических последствий, влияющих на жизнедеятельность работающих и безопасность их работы
Техническая опасность способа СГД определяется:
- состоянием надрудной толщи подрабатываемых массивов, нарушение которой может повлечь за собой формирование мульды сдвижения и (или) обрушение поверхности непосредственно у устья скважины и возникновение опасных условий для работы;
- эксплуатацией поверхностных высоконапорных трубопроводов для транспортировки рабочих агентов (воды, воздуха) и рудной пульпы;
- работой сложного технологического оборудования (вышек над скважинами, механизмов для спуска-подъёма скважинных технологических трубопроводов, высоконапорных насосов и компрессоров);
71
- эксплуатацией энергетического оборудования (обслуживание электросетей, работа электродвигателей компрессоров и насосов, подъёмных механизмов, бытового и вспомогательного оборудования и др.);
- подготовкой товарной руды (складирование рудной пульпы, её гравитационное обогащение, погрузка и транспортировка товарной руды).
Экологическая опасность тесно связана с технической и характеризуется следующим:
- нарушение состояния надрудной тощи, в процессе добычных работ и последующему нарушению режима подземных вод в результате разрывов водоупорных горизонтов;
- оседание поверхности в пределах мульды сдвижения (обрушение) может приводить к деградации рельефа местности и нарушению режима поверхностных водотоков, потерь продуктивности земель различного назначения;
- порыв пульпопроводов сказывается на нарушение режима складирования рудной пульпы и последующее запыле-ние земель в пределах горного и земельного отводов и прилегающих территорий.
При разработке Регламента безопасности мы исходили из общей теории безопасности [4], предусматривающей вы-
72
деление категорий опасные события и опасные ситуации. Нами определено, что опасное событие - часть (элемент) технологического процесса; опасная ситуация - выполняемая обслуживающим персоналом работа в элементе технологического процесса. Возникновению опасной ситуации предшествует определённое опасное событие.
Следуя этому, оценка опасных событий и ситуаций нами осуществлена на основе разработанной классификации опасности процесса гидроизвлечения руды, которая основана, во-первых, на принципе разделения технологического процесса на отдельные его элементы (опасные события) и, во-вторых, на принципе их объединения по степени опасности выполнения при этом работ (опасные ситуации) обслуживающим персоналом (табл. 2).
Методической основой классификации является оценка ожидаемой опасной ситуации в 10ш бальной системе. Классификация позволила оценить каждую из опасных ситуаций с позиции их влияния на жизнедеятельность работающих.
73
Учитывая, что для обслуживающего персонала одной из наиболее опасных ситуаций является работа в условиях формирования очистных выемок и возможного оседания (обрушения) налегающих пород (II-В-1.1, 2 табл. 2), нами проанализированы особенности системы разработки и оценено напряжённо-деформируемое состояние подрабатываемых массивов горных пород, представляющее одну из главных причин возникновения опасных ситуаций (см. табл. 1 и 2).
76
Рис. 1. План размещения добычных скважин при СГД: 1 - ось скважины; 2 -контур (граница) добычной камеры; 3 - граница добычного блока скважины; 4 -граница добычного блока куста скважин (выемочной единицы) гк - радиус добычной (технологической) камеры; с1ц - минимальная ширина межскважинных целиков; Ц - расстояние между осями скважин гидродобычи;
А, В, С, О, Е - возможные направления отработки шахтного поля.
Проектом определена система разработки месторождения одиночными скважинами, равномерно рассредоточенными в пределах горного отвода. Между скважинами предусматривается оставление межкамерных целиков. Параметры системы разработки следующие (рис. 1).
Расстояние между осями скважин - 58 м, диаметр добычной скважиной камеры - 28 м, ширина межкамерного целика - 30 м, из камеры извлекается 200,0 тыс. т руды.
Залежь богатых железных руд, мощностью в среднем 260 м, характеризуется наличием 3 - 4х слоёв «слабых» руд (ссж < 3 МПа), представленных 36 % в общей толще залежи, переслаиваемых «крепкими» рудами (ссж > 3 МПа), которые составляют 64 % от общих запасов руд.
Отрабатываются «слабые» руды. Формирование добычных камер, как показывают опытные работы, происходит по схеме представленной на рис. 2.
Безопасность работ при добычных работах во многом определяется степенью устойчивости горного массива. Для исключения случаев формирования мульды сдвижения с обрушением налегающих пород непосредственно у устья скважины, необходимо управление изменением напряжённо-деформируе-мого состояния горного массива. Подрабатываемая налегающая 500 метровая толща горных пород включает отложения карбона (известняки) мощностью 50220 м, залегающие в кровле руды. Эти породы являются ос-
77
•' '- контур скважинного забоя при отсутствии обрушения налегающих крепких пород;
/ " ~ •• - контур выработанного пространства при его заполнении обрушенными крепкими рудами с коэффициентом разрыхления 1,2 - 1,3;
-- - контур пространства с устойчивым сводом в пределах залегания крепких
руд;
1 - межскажинные целики из слабых и крепких руд; 2 - смежные скважинные камеры; 3 - залежи слабых руд (а™ < 1,2 - 3,0 МПа); 4 - залежи крепких руд (а™ > 26 -5 МПа); 5 - скважины; т - мощности слабых руд; т - мощности крепких руд; а -угол наклона рудных залежей
Рис. 2. Порядок отработки богатых руд:
новным породомостом, состояние которого определяет устойчивость выше расположенного горного массива.
Нами найдена зависимость удельных максимальных прогибов породомоста от объёмов извлечения руд ^изв) из скважины (рис. 3).
Наиболее рациональный объём извлечения руды из камер при принятых параметрах системы разработки, и коэффициенте извлечения 7,6 % не должен превышать 200,0 тыс.т. (объём камеры « 57,6 тыс. м3).
78
Мониторинг состояния технико-экологической безопасности при СГД
Методы оценки опасности технологического процесса
Характеристика объектов технологического процесса
Закономерности возникновения опасных событий и ситуаций
Меры предупреждения опасных ситуаций
Конкретные требования к недропользователям по безопасному выполнению работ в рамках технологических процессов СГД
Рис. 4. Структура мониторинга Технико-экологической безопасности при СГД
Управление НДС массивов осуществляется в процессе добычных работ на основе соблюдения предложенного в ВИОГЕМ показателя продуктивности скважин, отражающего выход руды 1 п.м. продуктивной толщи с учётом заданной производительности скважины, а также результатов наблюдений за сдвижением массивов с использованием радиоактивных реперов.
При разработке регламентирующих требований использовались результаты мониторинга состояния технико-экологичес-кой безопасности на всех стадиях технологических процессов (рис. 4).
Мониторинг безопасности позволяет охватить весь комплекс регламентирующих требований к недропользователям при использовании технологии СГД.
Для обоснования конкретных требований к недропользователям нами разработана структура Регламента безопасности (рис. 5).
Разработанная структура является составной частью методологии составления Регламента безопасности, основан-
79
ная на учёте всех стадий и особенностей технологического процесса способа СГД, позволяющих дифференцировать весь комплекс конкретных требований к недропользователям по соблюдению безопасных условий производства работ.
Структура предполагает выделение направлений, тем и объектов регламентации.
Разработанные регламентирующие требования Регламента безопасности учитывали, во-первых, существующие технические ограничения по эксплуатации технического оборудования и электроустановок, с учётом специфики их использования применительно к технологии СГД, во-вторых, горно-техничес-кие требования, отражающие специфику эксплуатации недр (система разработки, напряженно-деформируемое состояние горных массивов, технология и режим работы скважин) и, в-третьих, экологические требования, которые совместно с перечисленными выше, обеспечивают приемлемую жизнедеятельность при ведении горных работ.
Система управления техникой безопасностью основана на организационно-правовой работой по соблюдению требований, изложенных в разработанном технологическом регламенте по обеспечению условий промышленной безопасности.
80
Структура Регламента технико-экологической безопасности при СГ Д
Рис. 5. Структура Регламента технико-экологической безопасности при СГД
Управление экологической безопасностью производства осуществляется на основе выполнения разработанных нами мероприятий по рациональному недропользованию, составной частью которых являются условия рациональной эксплуатации и охраны запасов железных руд, ресурсов подземных вод, а также земельных угодий, воздушной среды и ландшафтной системы в целом.
Обеспечение недропользователем безопасных условий труда и жизнедеятельности трудящихся при СГД достигается на основе соблюдения требований Регламента безопасности
81
и реализации системы управления безопасностью труда и условиями экологически приемлемой жизнедеятельностью рабочих на предприятии и населения на прилегающих территориях.
Таким образом, Регламент безопасности разработан на основе осуществления мониторинга технико-экологической безопасности, результаты которого позволили выявить условия возникновения опасных событий и опасных ситуаций, что использовано при разработке регламентирующих требований к недропользователям [5], обеспечивающих безопасность жизнедеятельности и охрану труда работающих при СГД.
- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Безопасная эксплуатация производственных объектов: Монография/ Г.М. Горшколепов, С.Н. Серышев, Б.А. Храмцов. - Белгород: издательство БГТУ им. В.Г. Шухова, 2004 - 132 с.
2. Разработка и освоение новых конкурентоспособных технических средств и технологии скважинной гидродобычи с глубокой переработкой руд, обеспечивающих отработку железорудных месторождений на глубинах свыше 800 м с получением высококачественного металлургического сырья. Заключительный отчёт по НИР, шифр 11.802.1 1.0014, гос.регистр. № 01200310704. Белгород, 2004.-249с.
3. Колесников В.И., Стрельцов В.И. Физическая геотехнология сква-жинной гидродобычи железных руд и рациональное недропользование. -М.: НИА-Природа, 2005. - 326 с.
4. Клебанов Ф.С. Общая теория безопасности. Сборник статей Горнометаллургической секции РАЕН, Аренс В.Ж. и др.. - М.:, Интермет Инжиниринг, 2005. с. 175-186.
5. Временный технологический регламент по обеспечению условий промышленной безопасности при гидроразработке Гостищевского месторождения богатых руд скважинной технологией. Белгород.: ФГУП ВИОГЕМ, Управление Курско-белгородского округа Госгортехнадзора России, 2004г.
- 37 с.
6. Серышев С.Н. «Оценка промышленной и экологической безопасности при технологии СГД» «Освоение месторождений минеральных ресурсов и подземное строительство в сложных гидрогеологических условиях» Часть 2, г. Белгород, ФГУП ВИОГЕМ, 2005.
— Коротко об авторах-
Серышев С.Н. - ФГУП ВИОГЕМ, г. Белгород.
© I .Л. ......... tuuu1
82
Таблица 1
Классификация объектов опасности СГД для жизнедеятельности людей
№ п/п Объект опасности при технологическом процессе Техническая Экологическая
1. Массив горных пород, характеризуемый его устойчивостью 1.Т.1 Обслуживание скважин в условиях формирования мульды сдвижения
1.Т.2 Обрушение в зоне мульды сдвижения 1.Э.1 Нарушение режима подземных вод
1.Э.2 Нарушение морфологии рудных тел
1.Э.3 Нарушение рельефа местности и земельных угодий
1.Т.3 Опасность работ при обрушении налегающих пород -
2. Сооружение и эксплуатация скважин 2.Т.1 Спускоподъёмные операции -
2.Т.2 Замена оборудования -
2.Т.3 Обслуживание оборудования -
2.Т.4 Локализация водоносных горизонтов 2.Э.1 Нарушение режима подземных вод
3. Трубопроводы с высоким давлением рабочих агентов (воды, пульпы, воздуха) 3.Т.1 Прорыв трубопроводов, ремонтные работы 3.Э.1 Засорение, пыление территории
4. Складирование рудной массы, отгрузка товарной руды 4.Т.1 Обслуживание пульпоприём-ников, погрузочных механизмов 4.Э.1 Рассеивание пыли на окружающие территории
Таблица 2
Классификация опасности работ технологических процессов гидроизвлечения руды
Стадии технологии Составные части технологического процесса Элемент (часть) технологического процесса (опасное событие) Виды работа обслуживающего персонала в технологическом процессе (опасная ситуация) Степень опасности работ, приводящих к травматизму или экологическому нарушению
1 2 3 4 5
I. Подготовительные работы I-А Монтаж буровой вышки 1-А-1 Установка буровой вышки 1-А-1.1 Монтажные работы 7,0
1-А-1.2 Работа с электрооборудованием 9,0
1-А-2 Обвязка скважины на поверхности 1-А-2.1 Такелажные работы 8,0
I-В Бурение скважин 1-В-1 Спускоподъемные операции 1-В-1.1 Работы по спуску-подъёму бурильных труб 6,0
1-В-1.2 Обслуживание электрооборудования 9,0
1-В-2 Подготовка и использование промывочных жидкостей 1-В-2.1 Подготовка промывочной жидкости 5,0
1-В-2.2 Доставка жидкости в скважину 4,0
1-В-3 Работа цементирующей установки и цементация затрубных пространств 1-В-3.1 Закачка цементного раствора в затрубное пространство 5,0
I-С Демонтаж буровой вышки 1-С-1 Спускоподъемные операции 1-С-1.1 Демонтажные работы 7,0
1-С-2 Перемещение обо- 1-С-2.1 Работы с привлечением 5,0
рудования (буровой выш- транспортных средств
ки) на новое место работы !-С-2.2 Такелажные работы 8,0
Продолжение табл. 2
1 2 3 4 5
11-А Гидроизвлечение ру- И-А-1 Спускоподъёмные операции И-А-1.1 Спуск / подъём труб 8,0
ды И-А-2 Замена оборудования И-А-2.1 Наращивание или уменьшение длины трубопроводов 7,0
И-А-2.2 Обслуживание электрооборудования 9,0
И-А-3 Изменение режима добычных работ П-А-3.1 Изменение режима работы скважины 6,0
II-В Формирование очист- И-В-1 Достижение проектных показателей объ- И-В-1.1 Ожидаемое изменение формы выемочных пространств 10,0
ных выемок ёмов извлечения руды из добычных камер И-В-1.2 Оценка объёма извлечения руды из камер 10,0
И-В-1.3 Работы по изменению режима работы скважины 6,0
И-В-2 Изменение режима извлечения руд П-В-2.1 Работы по переходу к отработке очередного интервала залежи руды 7,0
т о б го II-С Геофизические рабо- И-С-1 Монтаж оборудования И-С-1.1 Работы по монтажу и демонтажу геофизической сети 4,0
ф _0 н Т ты И-С-2 Геофизические наблюдения И-С-2.1 Работы по наблюдению за положением радиоактивных реперов в добычных скважинах 4,0
ю о Ч И-С-2.2 Тоже в наблюдательных геомеханических скважинах 4,0
И-С-2.3 Оценка смещений массивов 10,0
И-Д Маркшейдерский мониторинг состояния горных массивов И-Д-1 Развитие геодезической сети И-Д-1.1 Закладка реперов наблюдательной сети 3,0
И-Д-2 Маркшейдерские наблюдения И-Д-2.1 Маркшейдерские наблюдения 4,0
И-Д-2.3 Камеральная отработка результатов наблюдений 2,0
Продолжение табл. 2
1 2 3 4 5
И-Е Гидрогеологические наблюдения И-Е-2 Обслуживание наблюдательного оборудования И-Е-1.1 Работы по контролю за уровнем подземных вод 4,0
И-Е-1.2 Оценка развития депресси-онной воронки 10,0
И-Ж Работы по оценке состояния воздушной среды И-Ж-1 Замеры качества воздуха И-Ж-1.1 Определения ареалов загрязнения земель 3,0
III. Ликвидация скважин Ш-А Работы по консервации скважин Ш-3-1 Такелажные работы по демонтажу скважины Ш-3-1.1 Извлечение технологических трубопроводов 8,0
Ш-3-1.2 Погрузка и транспортировка труб 7,0
Ш-3-2 Ликвидационные работы Ш-3-2.1 Цементация поверхностной части скважины 6,0
Ш-Б Рекуль- тивационные работы Ш-И-1 Горнотехническая рекультивация Ш-И-1.1 Планировка рельефа местности 4,0
Ш-И-2 Биологическая рекультивация Ш-И-2.1 Нанесение плодородного слоя 4,0
IV. Скла-диро- ^-А Доставка рудной пульпы к приёмным ёмкостям ^-А-1 Обслуживание приёмных ёмкостей М-А-1.1 Наблюдение за состоянием ложа ёмкостей 5,0
М-А-1.2 Гидроизоляция ёмкостей 3,0
IV-А-2 Обслуживание ^-А-2.1 Работы по обслуживанию 6,0
пульповодов трубопроводов и задвижек
^-А-2.2 Ремонтные работы гидротранспортной системы 7,0
V. Отгрузка товарной руды V-А Доставка руды к Ж/Д станции V-А-1 Погрузка руды V-А-1.1 Обслуживание погрузочных механизмов 5,0
V-А-2 Транспортировка руды V-А-2.1 Обслуживание транспортных механизмов 5,0
