CC BY
66
Науки о Земле
УДК 622.143
Воронов Евгений Тимофеевич Evgeny Voronov
Вашенков Виктор Владимирович Viktor Vashenkov
Марьясов Дмитрий Владимирович Dmitry Maryasov
Мершеев Андрей Викторович Andrey Mersheev
ОПЫТ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И ОРГАНИЗАЦИИ БЕЗОПАСНОГО ВЕДЕНИЯ БУРОВЫХ И ГЕОЛОГОРАЗВЕДОЧНЫХ РАБОТ С ПОВЕРХНОСТИ ЛЬДА ЗАТОПЛЕННОГО КАРЬЕРА
EXPERIENCE IN DESIGN AND ORGANIZATION OF SAFETY IN DRILLING AND GEOLOGICAL EXPLORATION OF THE ICE SURFACE FLOODED QUARRY
Описан уникальный опыт проектирования и организации безопасного проведения буровых геологоразведочных работ в зимний период со льда замерзшего затопленного карьера Тасеевского золоторудного месторождения. Приведен комплекс изыскательских работ по формированию надежных буровых площадок с учетом запаса прочности льда. Приведена методика мониторинга состояния поверхности льда в процессе бурения геологоразведочных скважин. Описан комплекс технических решений и организационных мероприятий по обеспечению безопасности буровых работ в особо сложных ледовых условиях. Обосновано, что минимальный риск для персонала и буровой установки может быть обеспечен при условии достоверных расчетов прочности льда, организации мониторинга за толщиной льда и степенью прогиба его поверхности в процессе бурения, организации необходимой страховки и обеспечении персонала спасательным снаряжением.
A unique experience in designing and organizing of safety in drilling and exploration in winter out of the frozen ice of the flooded quarry Taseevsky gold deposit is described. The complex of survey works on the development of reliable drilling sites with the safety margin of the ice is given. The technique of monitoring the state of ice surface during drilling of exploration wells is presented. The complex of technical solutions and organizational measures to ensure the safety of drilling operations in harsh ice conditions is described. It is proved that the minimum risk to personnel and the drilling rig can be provided by significant strength calculations of ice and the rate of its surface bending degree during drilling, organization of the necessary insurance and personnel rescue equipment.
The technique of survey control, including hourly instrumental measurements of spatial displacements of ice during drilling, as well as when driving and stopping traffic is developed. The critical limits of ice surface
Разработана методика маркшейдерского контроля, включающая ежечасные инструментальные замеры пространственных смещений льда при бурении скважин, а также при движении и остановке транспорта. Установлены критические пределы перемещения ледовой поверхности, при котором буровые работы прекращались и буровая установка эвакуировалась. Для безопасного ведения бурения разработана специальная инструкция при суммарной массе буровой установки 40 т. Разработаны технология и варианты формирования высокопрочных буровых площадок на базе использования бревенчатых настилов в комплексе с намораживанием льда. Для проведения буровых работ в сложных условиях разработан технологический регламент, который предусматривает для каждой буровой площадки разработку оперативного плана организации работ с учетом фактической обстановки и состояния льда
movement at which the drilling works were stopped and evacuated are established. For safe conduct of drilling, a special instruction at a total weight of 40 t of the drilling rig is developed. The technology and options for the formation of high-drilling sites based on the use of timber flooring in conjunction with the freezing of ice are also developed. For drilling works in difficult conditions production schedules are designed, which provide the development of an operational plan for the work organization, taking into account the actual situation and the state of the ice
Ключевые слова: Тасеевское золоторудное месторождение; бурение разведочных скважин со льда водоемов; мониторинг устойчивости буровой площадки; прочность льда; безопасность буровых работ
Key words: Taseevsky gold deposit; drilling of exploratory wells out of ice water bodies; monitoring of drilling site stability; strength of ice; safety of drilling operations
Г I ля повторной отработки Тасеевского Х_1золоторудного месторождения в 2005 г. УК «Русдрагмет» принято решение о проведении комплекса геологоразведочных работ с целью наиболее объективной оценки запасов металла под затопленным отработанным карьером. Глубина карьера составляет около 100 м, и на 50 м по высоте он затоплен за прошедшие годы консервации. Объем воды в карьере составлял около 3,5 млн м3.
Проектом предусматривалось бурение геологоразведочных скважин глубиной 120...450 м по сетке 100х50 м и 50х50 м.
В результате технико-экономического анализа наиболее оптимальным по затратам и срокам проведения до разведки рудных тел под карьером оказался вариант бурения скважин в зимний период со льда замерзшего затопленного карьера.
В декабре 2006 г. по заказу ООО «Тасеевское» ООО «Забайкальский горнотехнический центр» приступил к выполнению
работ по проектированию колонкового бурения с поверхности льда затопленного карьера. На всех этапах по организации работ во главу угла заказчиком, проектировщиком и подрядчиком (ООО «Русская буровая компания») поставлены вопросы обеспечения безопасности проведения работ.
Для разработки методики предпроек-тных работ учтены все нормативные требования [1 — 10] и зарубежный опыт организации буровых работ с поверхности льда в Канаде и США [11 — 13]. Анализ имеющейся информации еще раз подтвердил особо высокую степень опасности при проведении буровых работ со льда, т.к. были отмечены трагические случаи ухода под лед автотранспортной техники с человеческими жертвами. Несомненно, что повышенный риск мог вообще исключить выполнение работ в данных условиях. Поэтому уже на этапе проектирования буровые работы со льда отнесены к категории опасных производственных объектов, и для «ледового
участка» запроектирован целый комплекс мер по обеспечению безопасности проведения геологоразведочных работ.
До разработки «Проекта строительства и организации ледовой переправы и буровых стоянок на замерзшем карьере» проведен необходимый объем наблюдений и изыскательских работ по оценке ледовой обстановки.
Изыскания и ледовая разведка велись силами ООО «Тасеевское». Изыскательские работы начались с замеров толщины льда первого декабря 2006 г. путем бурения ледо-буром скважин в пяти точках: две скважины показали толщину льда по 25 см, две — по 28 см и одна — 31 см. Наиболее тонкий лед оказался в местах активного притока воды снизу, наиболее толстый — в активной зоне дренажа борта карьера со стороны р. Унда, дававшего поверхностную «наледь».
Количество точек наблюдения было увеличено в январе 2007 г. до 19, а в феврале — до 37. Усиление ледового покрытия производилось с использованием рекомендаций и требований «Инструкции по проектированию, строительству и эксплуатации ледовых переправ» (5-6). Определено 19 точек буровых стоянок, где в ежедневном режиме велся мониторинг состояния ледового покрытия.
Важная роль в мониторинге состояния ледового покрытия отводилась маркшейдерскому контролю. На ледовой площадке были заложены 9 реперов на расстоянии около 100 м друг от друга, по которым круглосуточно с часовой периодичностью проводились инструментальные замеры пространственных смещений льда с использованием безотражательного электронного тахеометра SET 630 R, установленного на уступе карьера.
Кроме того, двумя нивелирами SETL, установленными на «твёрдой» поверхности уступов карьера, проводились замеры вертикальных перемещений буровых вышек. В результате установлены нормальные суточные вертикальные перемещения ледового покрова (в среднем 15 мм), зависящие от изменения температуры воздуха, и установлен критический предел, после которо-
го буровые работы останавливались, а вышка эвакуировалась с буровой площадки. Вся информация оперативно передавалась диспетчерской службе ООО «Тасеевское» и проектировщику (ООО «ЗабГТЦ»), а в экстренных случаях — руководству ООО «Тасеевское».
Кроме маркшейдерских наблюдений отслеживались процессы давления воды снизу, изучалось трещинообразование, структура льда по выпиленным монолитам, рассчитывались несущие нагрузки льда.
По результатам замеров и определению прироста толщины льда с учетом дневных и ночных температур воздуха в карьере давалась оценка состоянию ледового покрытия и возможности проведения работ. Определялась степень необходимости намораживания и вида армирования буровых площадок, а также очередность их подготовки и ввода в эксплуатацию.
При выборе дорожной трассы между буровыми площадками учитывались, в первую очередь, толщина льда, масса буровых установок и возможность подъезда автотракторной техники к ним. Для надежности и подтверждения контрольных цифр, заложенных в проекте, предусмотрено наблюдение за прогибом ледового покрытия при движении и остановке транспорта.
Контрольная проверка расчётных параметров несущей способности льда, перед размещением буровых установок, проводилась при движении и остановках автомобиля — цистерны УРАЛ-375 общей массой 16 т. Предельное время нахождения буровой установки на одном месте определялось по формуле
P max - P „ t =--K , ч,
0.75 • P
где t — предельное время стояния груза, ч;
Р max — предельная масса груза, для данной толщины льда, т;
Р — масса буровой установки (груза) для которого определяется время стоянки, т;
К — температурный коэффициент.
Для создания запаса прочности значительная площадь ледового покрытия карьера была подвергнута наморозке сверху путем налива мотопомпой.
Первого марта 2007 г., когда толщина льда на первой буровой площадке с учетом армирования искусственного намораживания достигла 135 см, начато бурение первой, разведочной скважины установкой колонкового бурения Board Longyear LF-90.
Работы производились на буровой площадке специальной конструкции для длительного размещения на ней суммарного груза массой до 40 т. Разработано три варианта конструкции буровых площадок в зависимости от предполагаемого места бурения скважин. Технологическая схема строительства буровой площадки включала следующие операции:
а) бревна длиной 5 м и диаметром 20...25 см укладывались в один слой на площадку размером 72 м2 (6х12), на
которой затем велось намораживание льда;
б) под колею саней буровой установки устанавливался настил из досок и прибивался к вмороженным в лед бревнам;
в) буровая установка транспортировалась бульдозером Т-170 на настил и укреплялась «отбойными брусьями» (см. рисунок).
Транспортировка буровой установки производилась бульдозером Т-170 с использованием буксировочного троса длиной 50 м в целях снижения суммарной нагрузки на лёд и исключения возможности образования крупных трещин, снижающих время «стояния» на буровых площадках. Использование дополнительных тягачей на ледовое покрытие в радиусе 100 м не разрешалось.
Буровая площадка
В проекте было определено время нахождения всех большегрузных статических и движущихся объектов на поверхности льда. Так, например, для бульдозера Т-170 остановка и стоянка на льду допускалась не более 3,5 ч, т.к. под постоянной нагрузкой лед претерпевает постепенную деформа-
цию — ползучесть, которая после определенного времени может привести к разлому. Кроме того, лед в карьере имел мелкие сухие трещины и неравномерную толщину, и поэтому все расчеты продолжительности стоянки буровых установок производились для массы не более 40 т.
В результате детально разработанного и методически обоснованного проекта, а также компетентного руководства по организации буровых работ специалистами ООО «Тасеевское» программа по доразвед-ке нижних горизонтов Тасеевского карьера была полностью выполнена.
Важнейшие для данного проекта вопросы безопасности и охраны труда согласованы с территориальным органами Ростех-надзора. Заказчиком, проектировщиком и подрядчиком принято неукоснительное правило — на каждое перемещение буровой установки составлять план организации работ с учетом фактической обстановки и состояния льда. Специалистами исполнителя разработан «План ликвидации аварий на участке проведения буровых работ». В процессе эксплуатации буровых площадок и транспортных подъездов регулярно проводились замеры толщины льда; заделывались трещины в ледовом покрытии, выдерживался интервал движения по льду. В связи с опасностью разрушения льда при нагрузках от буровых установок и от движущегося по льду транспорта и бульдозерной техники, приняты беспрецедентные меры безопасности. Двери движущегося по льду транспорта или другой техники были всегда открыты, а водитель или машинист страховался тремя спасателями путём зацепки за спасательный пояс верёвки на расстоянии 30...60 м от движущейся техники. Двери тепляка буровой установки были постоянно открыты, а буровой мастер и его помощник страховались через страховочный пояс и верёвку, конец которой находился у постоянно дежурившего на расстоянии 30 м от буровой установки спасателя. В целях отработки плана ликвидации аварий на участке ведения буровых работ проведена инсценировка аварийной ситуации (резкая просадка льда), по результатам которой оценивались знания специалистов и рабочих, их готовность к действиям в нештатных ситуациях, и на основе выявленных недостатков внесены изменения и дополнения в ПЛА. В целях проведения возможных спасательных работ при возникновении чрезвычайных ситуаций на льду приказом Управля-
ющего директора ООО «Тасеевское» создан сводный спасательный отряд в количестве 15 человек, руководитель которого прошёл подготовку в Управлении по предупреждению и ликвидации чрезвычайных ситуаций Читинской области. Кроме того, предприятием заключен договор с государственным учреждением «Поисково-спасательная служба Читинской области».
Бурение скважин на площадках в срединной части ледового покрытия Тасеевс-кого карьера показало повышенный прогиб льда, что вызвало необходимость не только дополнительного искусственного намораживания и армирования, но и ограничения нагрузки как самой установки, так и сопутствующего оборудования и обслуживающей автомобильной и транспортной техники.
В данной ситуации масса бурового комплекса снижена до 10 т, что позволило-вести работы на ледовом покрытии в течение нескольких суток.
Опыт реализации данного проекта показал, что для проведения буровых работ на льду целесообразно иметь маневренные буровые установки на базе автомобиля или на автошасси с использованием легких тягачей — автомобилей. Применение тяжелых буровых установок с массой до 14...24 т (на санях с теплым вагоном или самоходные установки на базе трактора Т-4, которые использовались при бурении со льда на Тасеевском карьере) не рекомендуется из-за малого расчетного времени стоянки (2 ч). Выполнение буровых работ тяжёлыми буровыми установками, как показала практика наших работ, возможно, но при постоянном контроле прогиба льда маркшейдерской службой и организации возможности немедленной эвакуации персонала и оборудования в предаварийной ситуации. Успешное завершение работ по колонковому бурению со льда затопленного Тасеевского карьера показало, что вопросы безопасности труда необходимо слаженно решать на всех стадиях реализации проектов с участием всех служб исполнителей работ.
Опыт проведения буровых работ с ледового покрытия на Тасеевском карьере может быть успешно использован при про-
ведении геологоразведочных работ как на природных — замерзающих реках, озерах, техногенных объектах — карьерах шламо- а также на шельфах северных морей. остойниках обогатительных фабрик, так и
Литература_
1. Федеральный закон «О промышленной безопасности опасных производственных объектов», № 116 ФЗ от 21.07.1997 г.
2. Инструкция о порядке разработки, согласования, утверждения и состава проектной документации на строительство предприятий, зданий и сооружений (СНиП 11-01-95).
3. ГОСТ 2.850-75 - ГОСТ 2.875-75 «Горная графическая документация».
4. Правила безопасности при ведении геологоразведочных работ. СПб., 2005.
5. Единые правила безопасности при разработке месторождений полезных ископаемых открытым способом. ПБ 03-498-02.
6. Общие правила промышленной безопасности для организаций, осуществляющих деятельность в области промышленной безопасности опасных производственных объектов ПБ 03-517-02.
7. Правила техники безопасности при изысканиях и проектировании автомобильных дорог. М., 1975.
8. Инструкция по безопасности труда при производстве на льду ОАО «Прииск Усть-Кара» и расчёту грузоподъёмности льда дражных разрезов, 2004.
9. Инструкция по проектированию, строительству и эксплуатации ледовых переправ. ОДН 218.010-98. Федеральная дорожная служба России. М., 1998. Отраслевые дорожные нормы.
10. Правила безопасности при проектировании геологоразведочных работ. СПб., 2005.
11. Canadian Mineral Explaration. Health & Safety. Annual Report, 2005.
_References
1. Federalny zakon «O promyshlennoy bezopas-nosti opasnyh proizvodstvennyh obektov», № 116 FZ ot 21.07.1997 g. (Federal Law «On industrial safety of hazardous production facilities», № 116 FZ of 21.07.1997).
2. Instruktsiya o poryadke razrabotki, soglaso-vaniya, utverzhdeniya i sostava proektnoy dokumen-tatsii na stroitelstvo predpriyatiy, zdaniy i sooruzheniy (SNiP 11-01-95) (Instructions on the development, coordination, approval and composition of design documentation for construction of enterprises, buildings and structures).
3. GOST2.850-75 - GOST2.875-75 «Gornaya graficheskaya dokumentatsiya» (GOST 2.850-75 — GOST 2.875-75 «Mining graphic documentation»).
4. Pravila bezopasnosti pri vedenii geologoraz-vedochnyh rabot [Safety rules for the conduction of exploration]. St.-Petersburg, 2005.
5. Edinye pravila bezopasnosti pri razrabotke mestorozhdeniy poleznyh iskopaemyh otkrytym spo-sobom. PB 03-498-02 (Uniform rules for safety in the development of mineral deposits by open way. PB 03498-02).
6. Obshhie pravila promyshlennoy bezopasnosti dlya organizatsiy, osushhestvlyayushhih deyatelnost v oblasti promyshlennoy bezopasnosti opasnyh proizvodstvennyh obektov PB 03-517-02 (General rules for industrial safety organizations working in the field of industrial safety of hazardous production facilities PB 03-517-02).
7. Pravila tehniki bezopasnosti pri izyskaniyah i proektirovanii avtomobilnyh dorog [Safety regulations for research and designing roads]. Moscow, 1975.
8. Instruktsiya po bezopasnosti truda pri proiz-vodstve na ldu OAO «Priisk Ust-Kara» i raschyotu gru-zopodyomnosti lda drazhnyh razrezov (Instructions on safety in the production on ice of JSC "Mine Ust-Kara" and calculations of ice dredge cuts lift-capacity), 2004.
9. Instruktsiya po proektirovaniyu, stroitelstvu i ekspluatatsii ledovyh pereprav. ODN 218.010-98. Federalnaya dorozhnaya sluzhba Rossii (Instructions for the design, construction and operation of ice crossings. ODN 218.010-98. Federal Road Service of Russia). Moscow, 1998. Industry road rules.
10. Pravila bezopasnosti pri proektirovanii ge-ologorazvedochnyh rabot [Safety rules for designing exploration]. St.-Petersburg, 2005.
11. Canadian Mineral Exploration [Canadian Mineral Exploration]. Health & Safety. Annual Report, 2005.
12. Ice safety Extension FactSheet. The Ohio Stqate University. AEX-392-03.
13. Travaux sur les champs de glace. Commission de la santé et de la securite du travail du Quebec Depot legal-Bibliotheque nationale du Quebec, 1996.
12. Ice safety Extension Fact Sheet [Ice safety Extension Fact Sheet]. The Ohio Stqate University. AEX-392-03.
13. Work on the ice fields. Committee on Health and Safety of the work of national legal-Quebec Depot Library of Quebec [Travaux sur les champs de glace. Commission de la santé et de la securite du travail du Quebec Depot legal-Bibliotheque nationale du Quebec], in 1996.
Коротко об авторах _
Воронов Е.Т., д-р техн. наук, профессор, заслуженный деятель науки РФ, Забайкальский государственный университет, г. Чита, Россия bzyd@zabgu.ru
Научные интересы: безопасная технология подземных горных работ в условиях вечной мерзлоты; радиационная безопасность урановых рудников России; проблемы борьбы с пылью и вентиляции на подземных горных работах
_Briefly about the authors
E. Voronov, doctor of technical sciences, professor, honored scientist of Russia, Transbaikal State University, Chita, Russia
Scientific interests: safe technology of underground mining in permafrost; radiation safety of uranium mines in Russia; problems of dust control and ventilation systems in underground mining operations
Вашенков В.В., руководитель отдела экспертиз ООО «Забайкальский горнотехнический центр», горный инженер, г. Чита, Россия
Научные интересы: экспертиза проектов и деклараций на ОПО; экспертиза зданий, сооружений и устройств в области промышленной безопасности
V. Vashenkov, head of expertise LLC «Transbaikal Mining-technical center», mining engineer, Chita, Russia
Scientific interests: examination of projects and declarations on the PBO; examination of buildings, structures and devices in the field of industrial safety
Марьясов Д.М., зам. директора АНО «Забайкальский горнотехнический центр», горный инженер-маркшейдер, г. Чита, Россия
Научные интересы: проектирование и экспертиза проектов горнотехнических систем и уникальных сооружений; охрана недр при разработке месторождений
D. Maryasov, deputy director of the NGO «Transbaikal Mining-technical center», mining engineer-surveyor, Chita, Russia
Scientific interests: design and assessment of mining systems projects and unique structures; protection of natural resources in the development field
Мершеев А.В., начальник строительного отдела ООО «Забайкальский горнотехнический центр», инженер-строитель, г. Чита, Россия
Научные интересы: проектирование и экспертиза проектов горнотехнических систем и уникальных сооружений
A. Mersheev, head of the construction department of «Transbaikal Mining-technical center», civil engineer, Chita, Russia
Scientific interests: design and assessment of mining systems projects and unique structures
