Методы и модели оценки и управления техногенными рисками при реконструкции гидротехнических сооружений хвостового хозяйства обогатительной фабрики ТОО «KAZ Minerals Bozshakol» (КАЗ Минералз Бозшаколь)
|
Введение 4
Термины и определения 15
Перечень сокращений и обозначений 17
1. Промышленная безопасность и контроль технических, и операционных рисков при управлении хвостохранилищем 18
1.1 Структура участка хвостового хозяйства и водоснабжения 18
1.2 Характеристика хвостохранилища 20
1.3 Технический анализ надежности и безопасной эксплуатации пульповодов, запорной арматуры и насосной станции хвостохранилища . 21
1.4 Оценка промышленной безопасности при эксплуатации систем сгущения пульпы, гидравлического транспорта отходов и оборотного водоснабжения 28
1.5 Контроль за системой гидравлической перекачки хвостов 31
1.6 Технология перекачки хвостов в хвостохранилище на всех этапах
эксплуатации хвостового хозяйства 33
1.7 Аварийное перекрытие водосбросных и водоприемных сооружений .. 35
2 Расчетные методы моделирования сценариев возникновения гидродинамических аварий на дамбах ограждения хвостохранилища на основе анализа и оценки рисков 38
2.1 Технологическое описание хвостохранилища 38
2.2 Особенности хвостохранилищ в аспекте обеспечениях их
промышленной безопасности и надежности 41
2.3 Исследование техногенного риска на объекте хвостового хозяйства обогатительной фабрики с целью управления их надежностью и безопасностью 45
2.4 Моделирование сценариев возникновения гидродинамических аварий на дамбах ограждения хвостохранилища 52
2.5 Физико-математические методы расчета возможных последствий
гидродинамической аварии 63
2.6 Моделирование и оценка опасности прорыва плотины, последствия
прорыва и классификация 67
2.7 Основные результаты моделирования, анализа опасностей и рисков на
хвостовом хозяйстве обогатительной фабрики 70
3 Управление рисками на хвостовом хозяйстве при реконструкции гидротехнических сооружений на основе WRAC-анализа и оценки рисков по методике «Галстук- бабочка» 76
3.1 Методология базовой оценки риска и анализа приоритетных рисков .. 76
3.2 Базовая оценка рисков на рабочем месте по методике WRAC-анализ . 77
3.3 Построение моделей «Галстук-Бабочка» по приоритетным
нежелательным событиям 85
3.4 Риск-ориентированный подход в управлении хвостовым хозяйством и
хвостохранилищем 93
Заключение 104
Список используемых источников 106
Приложение А Классификация уровней тревоги при внештатных и аварийных ситуациях 111
Приложение Б Базовая оценка рисков на хвостохранилище при реконструкции гидротехнических сооружений 114
Приложение В Анализ рисков по методу «Галстук-Бабочка» для участка хвостохранилища 120
Термины и определения 15
Перечень сокращений и обозначений 17
1. Промышленная безопасность и контроль технических, и операционных рисков при управлении хвостохранилищем 18
1.1 Структура участка хвостового хозяйства и водоснабжения 18
1.2 Характеристика хвостохранилища 20
1.3 Технический анализ надежности и безопасной эксплуатации пульповодов, запорной арматуры и насосной станции хвостохранилища . 21
1.4 Оценка промышленной безопасности при эксплуатации систем сгущения пульпы, гидравлического транспорта отходов и оборотного водоснабжения 28
1.5 Контроль за системой гидравлической перекачки хвостов 31
1.6 Технология перекачки хвостов в хвостохранилище на всех этапах
эксплуатации хвостового хозяйства 33
1.7 Аварийное перекрытие водосбросных и водоприемных сооружений .. 35
2 Расчетные методы моделирования сценариев возникновения гидродинамических аварий на дамбах ограждения хвостохранилища на основе анализа и оценки рисков 38
2.1 Технологическое описание хвостохранилища 38
2.2 Особенности хвостохранилищ в аспекте обеспечениях их
промышленной безопасности и надежности 41
2.3 Исследование техногенного риска на объекте хвостового хозяйства обогатительной фабрики с целью управления их надежностью и безопасностью 45
2.4 Моделирование сценариев возникновения гидродинамических аварий на дамбах ограждения хвостохранилища 52
2.5 Физико-математические методы расчета возможных последствий
гидродинамической аварии 63
2.6 Моделирование и оценка опасности прорыва плотины, последствия
прорыва и классификация 67
2.7 Основные результаты моделирования, анализа опасностей и рисков на
хвостовом хозяйстве обогатительной фабрики 70
3 Управление рисками на хвостовом хозяйстве при реконструкции гидротехнических сооружений на основе WRAC-анализа и оценки рисков по методике «Галстук- бабочка» 76
3.1 Методология базовой оценки риска и анализа приоритетных рисков .. 76
3.2 Базовая оценка рисков на рабочем месте по методике WRAC-анализ . 77
3.3 Построение моделей «Галстук-Бабочка» по приоритетным
нежелательным событиям 85
3.4 Риск-ориентированный подход в управлении хвостовым хозяйством и
хвостохранилищем 93
Заключение 104
Список используемых источников 106
Приложение А Классификация уровней тревоги при внештатных и аварийных ситуациях 111
Приложение Б Базовая оценка рисков на хвостохранилище при реконструкции гидротехнических сооружений 114
Приложение В Анализ рисков по методу «Галстук-Бабочка» для участка хвостохранилища 120
Актуальность и научная значимость настоящего исследования. Катастрофический прорыв дамбы хвостохранилища на руднике Коррего ду Фейжао (Corrego do Feijao) бразильской компании Вали С.А. (Vale S.A.) шокировал и привлек внимание к одному из главных рисков ведения горных работ, который все еще недостаточно взят под контроль. Хвостохранилища являются источником некоторых наиболее распространенных и опасных рисков, представляющих угрозу для рабочих, местного населения и окружающей среды, находящихся в непосредственной близости к местам добычи. Из этих сооружений могут просачиваться хвосты, что может привести к загрязнению грунтовых и поверхностных вод. Кроме того, как ясно показала данная авария, неустойчивые дамбы хвостохранилищ могут катастрофически разрушаться и высвобождать огромный объем отходов, что может стать причиной гибели людей, обвалов зданий, лишения средств к существованию, затруднения течения рек и оказать серьезное долгосрочное воздействие на рабочих, местное население и окружающую среду.
Вследствие повреждения хвостохранилища Вали С.А. (Vale S.A.) на железнорудной шахте в городе Брумадинью погибло 248 человек, 22 человека пропали без вести. В результате прорыва дамбы 11,7 миллионов кубометров жидких отходов устремились в долину, снося всё на своем пути, окружающей среде был нанесен колоссальный ущерб. Коренной причиной данной трагедии является отсутствие государственного регулирования работы горнодобывающей и горно-обогатительной отрасли, а также недостаточной производственной контроль владельца объекта.
Результаты отчета «Индекс ответственности горнодобывающей промышленности» (RMI) за 2020 год демонстрируют [40], что, к большому сожалению, многие крупнейшие горнодобывающие компании мира не способны «понять и показать», насколько эффективно они устраняют риски разрушения дамб хвостохранилищ и просачивания хвостовой воды. Тридцать ведущих в своей отрасли горнодобывающих компаний, по которым выполнялась оценка RMI, в среднем получили оценку 22% по отслеживанию, анализу и принятию мер по улучшению управления рисками, связанными с хвостохранилищами, при этом оценка компании Вали С. А. (Vale S. A.) была немного выше средней. В результатах отчета Responsible Mining Index (RMI) приведены сводные данные управления жизненным циклом компаний, где в том числе представлены данные международных горнодобывающих компаний с активами в России и Казахстане: NordGold, Polymetal, Evraz PLC, ERG, RUSAL, Glencore и ArcelorMittal.
Пятнадцать из 30 компаний не продемонстрировали свидетельств отслеживания эффективности устранения этих рисков. И хотя 17 компаний продемонстрировали некоторые признаки выполнения анализа эффективности своих мер по управлению рисками, связанными с хвостохранилищами, не было обнаружено свидетельств того, что эти компании публично раскрывают объем систематического принятия мер на основании выполненного анализа с целью повышения эффективности устранения рисков, связанных с хвостохранилищами.
Более широкие результаты оценки RMI показывают, что компании зачастую не предоставляют достаточной информации об управлении социальными и экологическими рисками, в частности, содержательную информацию о показателях на уровне участка добычи. Слишком часто рабочие, население, подвергающееся воздействию горных работ, правительства и инвесторы находятся в неведении относительно имеющихся рисков и того, насколько эффективно компании занимаются устранением этих рисков. Компании могут неохотно раскрывать общественности эту, возможно, имеющую негативное воздействие и конфиденциальную информацию, однако от применения необходимых мер защиты зависят жизнь и средства к существованию рабочих и местного населения.
В отчете Международной комиссии по большим плотинам (ICOLD) 2001 года исследована 221 авария на хвостохранилищах, при этом был сделан вывод о том, что все из них являлись предотвратимыми. Итак, что могут сделать горнодобывающие компании, чтобы снизить риск таких катастрофических прорывов дамб хвостохранилищ? Прежде всего, компаниям необходимо более полно учитывать риски при проектировании, планировании и строительстве дамб хвостохранилищ. В отчете Программы ООН по окружающей среде (UNEP) 2017 года содержится призыв к компаниям, регулирующим органам и сообществам ставить перед собой общую цель добиваться полного отсутствия аварий на хвостохранилищах и приводится рекомендация группы, исследовавшей аварию на руднике Моунт Поллей (Mount Polley): при управлении хвостохранилищами оценка аспектов безопасности должна выполняться отдельно от экономической оценки, а затраты не должны быть определяющим фактором.
Такие происшествия, как катастрофический прорыв дамбы на хвостохранилище Брумадинью компании Вали С. А. (Vale S. A.), являются суровым напоминанием о неприемлемых рисках, с которыми сталкиваются многие жители, рабочие и окружающая среда в районах добычи полезных ископаемых. Подобные трагедии и другие серьезные неблагоприятные воздействия, в том числе гибель рабочих и нападения на правозащитников, очень плохо отражаются на отрасли в целом и заставляют по-другому рассматривать любые заявления об ответственной добыче полезных ископаемых. Добывающие компании должны доказать, что они ставят во главу угла управление рисками, а не краткосрочные задачи.
Крупнейшей аварией на хвостохранилище в России стал прорыв дамбы на Карамкенском хвостохранилище цианидов 29 августа 2009 года в Магаданской области в период ливневых дождей. Ядовитые отходы из хвостохранилища попали в реки Хасын и Армань по берегам которых стоит множество посёлков и проживают десятки тысяч людей.
Таким образом, разработка и выбор эффективных методов и моделей управления техногенными рисками в горно-обогатительной отрасли все чаще становятся частью стратегического планирования по развитию системы управления безопасностью и безаварийностью производства современных горно-обогатительных комплексов. Эксплуатация гидротехнических сооружений хвостохранилищ горнодобывающих предприятий Евразийского экономического союза требует профессионального и систематического анализа безопасности работ, а также полноту применяемых мер контроля и мониторинга [23]. Отметим, что в России эксплуатируется около 300 хвостохранилищ, из которых более 180 находятся в аварийном состоянии. Разработка эффективных мер по предотвращению аварий на дамбах хвостохранилищ жизненно необходимы во избежание риска более опасных последствий для рабочих и местного населения, масштабного ущерба для окружающей среды, а также высоких затрат на ликвидацию последствий аварий и восстановлению после них. Научно-исследовательская разработка моделей гидродинамических аварий позволяет обнаружить «слабые звенья» технологических элементов хвостового хозяйства и направить ресурсы для повышения их надежности. В научной сфере практически отсутствуют работы и исследования, посвященные описанию процессного подхода анализа и управления рисками на хвостохранилищах горно-обогатительных предприятий, которые могли бы послужить исходным алгоритмом для разработки методов и моделей управления техногенными рисками и охраной труда на современных предприятиях. В настоящей работе, благодаря обширному исходному материалу и системному исследовательскому подходу, удалось определить приоритетные техногенные риски и выработать меры и рекомендации по их контролю, снижению и устранению.
Объект исследования: система управления техногенными, стратегическими и операционными рисками хвостового хозяйства и хвостохранилища ТОО «KAZ Minerals Bozshakol» (КАЗ Минералз Бозшаколь) при эксплуатации и реконструкции гидротехнических сооружений.
Предмет исследования: методы моделирования сценариев возникновения гидродинамических аварий на дамбах ограждения хвостохранилища на основе анализа и оценки рисков; техногенные, стратегические и операционные риски на объекте хвостового хозяйства обогатительной фабрики, а также система управления гидротехническим сооружением на всех стадиях жизненного процесса объекта.
Цель исследования: разработка эффективных методов и моделей управления техногенными рисками, основанных на комплексной оценке рисков, для обеспечения высокого (стабильного) уровня организации промышленной безопасности и охраны труда на хвостохранилище ТОО «KAZ Minerals Bozshakol» (КАЗ Минералз Бозшаколь).
Гипотеза исследования состоит в том, что при эксплуатации и реконструкции гидротехнических сооружений хвостохранилища эффективность системы управления техногенными рисками и последующая эксплуатационная надежность объектов хвостового хозяйства обогатительной фабрики достигается, если:
- проект реконструкции построен на физико-математических моделях
и методах расчета техногенных рисков и анализа уровня защиты (LOPA) горно-обогатительного комплекса в соответствии с государственными и международными нормативными требованиями;
- применена комплексная оценка базовых рисков (HAZOP) и система анализа безопасности работ (JSAS) на всех этапах строительства, при этом экспертами выделяются приоритетные риски;
- используются расчетные методы моделирования перспективных сценариев возникновения гидродинамических аварий на дамбах ограждения хвостохранилища на основе базовой оценки рисков и оценки надежности технологических элементов объекта;
- оценка рисков построена на иерархии средств контроля, риски доведены до подрядных организаций выполняющих реконструкцию гидросооружений, персонал участка уведомлен о порядке реагирования на внештатные ситуации и условия.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
- провести анализ системы промышленной безопасности и контроля технических и операционных рисков при управлении хвостохранилищем;
- разработать расчетные методы моделирования сценариев возникновения гидродинамических аварий на дамбах ограждения хвостохранилища на основе анализа и оценки рисков;
- создать систему управления рисками на хвостовом хозяйстве при реконструкции гидротехнических сооружений на основе WRAC- анализа и оценки рисков по методике «Галстук- бабочка».
Теоретико-методологическую основу исследования составили: компетентностный, инженерно-технический и риск-ориентированный подходы, концепции отечественных и зарубежных ученых о моделировании рисков в бизнес-процессе управления хвостохранилищем на этапах строительства, эксплуатации и реконструкции, подходы к разработке комплексных реестров оценки и управления техногенными рисками, современные инженерно-технические концепции сухого складирования хвостов.
Базовыми для настоящего исследования явились также: научные работы Всероссийского научно-исследовательского института гидротехники им. Б.Е. Веденеева (ВНИИГ), практические работы и статьи Международной комиссия по большим плотинам (ICOLD) и Австралийского национального комитета по большим дамбам (ANCOLD) по изучению проблемы строительства гидротехнических сооружений по проблемам гидротехнического и энергетического строительства, а также эксплуатации гидротехнических объектов, международные практические программы устойчивого развития горнодобывающей промышленности и управления техногенными и производственными рисками на объектах хвостовых хозяйств стран СНГ, Австралии, Канады и Южной Африки.
Методы исследования:
- сбора данных (отбор, изучение, анализ отечественной и зарубежной литературы по проблеме исследования, а также нормативных документов);
- обработки данных (классификация, структурно- функциональный анализ, синтез, сопоставление, обобщение);
- интерпретации и оценки данных (систематизация, сравнительно-педагогический анализ, табличное представление его результатов).
Опытно-экспериментальная база исследования: исследование проводилось на месторождении Бозшаколь, ТОО «KAZ Minerals Bozshakol» (КАЗ Минералз Бозшаколь) подразделения Группы Компаний KAZ Minerals расположенного в Павлодарской области, Республика Казахстан. Опытно-экспериментальной базой исследования являлось действующие хвостохранилище, а также площадка будущего расширения хвостохранилища, на котором выполняются строительные работы. В опытно-экспериментальной работе приняли участие руководитель проекта по строительству хвостохранилища, инженер-строитель гидротехнических сооружений и старший координатор по охране труда и рискам.
Научная новизна исследования заключается в:
- анализе особенности хвостохранилищ с точки зрения обеспечениях их промышленной безопасности и надежности, с обобщением наблюдений распределения частот катастрофических аварий на хвостохранилищах за период 1955-2020 гг.;
- проведенном исследовании техногенного риска на объекте хвостового хозяйства обогатительной фабрики с целью управления их надежностью и безопасностью;
- моделировании сценариев возникновения гидродинамических аварий на дамбах ограждения хвостохранилища (разработаны четыре основные модели обобщенного перспективного сценария возникновения гидродинамической аварии на хвостохранилище обогатительной фабрике в результате обрушения откоса дамбы ограждения, внутренней фильтрационной эрозии тела либо основания дамбы ограждения, перелива воды через гребень ограждения, разрушения водосборного коллектора в теле либо основании дамбы ограждения);
- разработке и экспериментальной проверке физико-математических методов расчета возможных последствий гидродинамической аварии и составления модели прорыва плотины дамбы и зона влияния прорыва с помощью компьютерного моделирования;
- создании реестра базовой оценки рисков по методу WRAC-анализ и систематизация полученных результатов в виде моделей «Галстук- Бабочка» на приоритетные нежелательные события.
Теоретическая значимость исследования заключается в:
- решении проблемы научного обоснования методов проектирования и реализации системы комплексной оценки рисков технологических процессов в управлении хвостохранилищем на опасном производственном объекте, для обеспечения надежности инженерных систем и непрерывности производственного процесса;
- обосновании значимости профессионального выбора компетентной подрядной организации, осуществляющей работы по строительству и модернизации хвостохранилищ, а также важности систематического контроля качества возводимых гидротехнических сооружений;
- доказательстве того, методы и модели оценки и управления техногенными рисками при реконструкции гидротехнических сооружений хвостового хозяйства обогатительной фабрики являются обязательными элементами проекта строительных работ, позволяющие предвидеть будущие опасности, связанные с эксплуатацией объекта.
Практическая значимость исследования. Разработанные в исследовании методы и модели оценки и управления техногенными рисками при реконструкции гидротехнических сооружений хвостового хозяйства обогатительной фабрики на практике позволяют:
- расширить диапазон приоритетных нежелательных событий, которые могут привести к аварийной ситуации на хвостохранилище и приостановке технологического процесса транспортировки хвостов;
- повысить уровень детализации модели прорыва плотины дамбы и обозначения зоны влияния прорыва с помощью компьютерного моделирования;
- оптимизировать время реагирования на внештатные ситуации, для разработки предупреждающих действий и управления аварийными ситуациями.
Достоверность и обоснованность результатов исследования обеспечивались:
- проведенным анализом состояния проблемы в существующей теории и практике от международных организаций, таких как Международная комиссия по большим плотинам и Австралийский национальный комитет по большим дамбам по изучению проблемы строительства гидротехнических сооружений;
- комплексным использованием разнообразных методик проведения исследования рисков прорыва дамбы с использованием средств компьютерного моделирования ArcGIS 10.7 Data Interoperability и ArcGIS 10.7 Data Reviewer;
- теоретическим обобщением передового инженерно-технического опыта и анализа инновационных технических решений Outotec по складированию хвостов на поверхности и под землю, а также методам транспортировке сухого кека;
- внедрением позитивных результатов исследования в практику управления хвостохранилищем и в том числе в разработку технологического регламента по эксплуатации хвостохранилища фабрик по обогащению сульфидных руд.
Личное участие автора в организации и проведении исследования состоит в определении современного состояния системы управления рисками при эксплуатации хвостохранилища; организации и проведении опытно-экспериментальной работы; анализе полученных результатов экспериментальных исследований; формулировании выводов и установленных в исследовании связей и закономерностей; оформлении результатов исследования; внедрении сформулированных в исследовании положений и рекомендаций в инженерно-техническую практику управления хвостохранилищем.
Апробация и внедрение результатов работы велись в течение всего исследования. Его результаты докладывались на следующих конференциях:
- XXXIII международной научно-практической конференции
«Технические науки: проблемы и решения» (Москва, 2020);
- XXXIV международной научно-практической конференции
«Технические науки: проблемы и решения» (Москва, 2020);
- III Конференции по обеспечению промышленной безопасности Группы KAZ Minerals (Усть-Каменогорск, 2019).
На защиту выносятся:
1. Результаты проведенного анализа надежности и промышленной безопасности гидротехнических сооружений хвостового хозяйства и разработанная классификация уровней тревоги при внештатных и аварийных ситуациях;
2. Разработанные методы моделирования сценариев возникновения гидродинамических аварий на дамбах ограждения хвостохранилища на основе комплексного анализа и оценки рисков;
3. Результаты исследования техногенного риска на объекте хвостового хозяйства обогатительной фабрики, особенности хвостохранилищ в аспекте обеспечениях их промышленной безопасности и надежности, а также полученные результаты моделирования, анализа опасностей и рисков на хвостовом хозяйстве обогатительной фабрики;
4. Физико-математические методы расчета возможных последствий гидродинамической аварии;
5. Методы и модели управление рисками на хвостовом хозяйстве при реконструкции гидротехнических сооружений на основе WRAC- анализа и оценки рисков по методике «Галстук- бабочка»;
6. Перспективные инженерно-технические решения основанные на технологии фильтрации и сухой укладки хвостов, позволяющие исключить риск реализации наиболее перспективных сценариев гидродинамических аварий на хвостохранилище.
Структура магистерской диссертации. Работа состоит из введения, 3 разделов, заключения, содержит 17 рисунков, 11 таблиц, список использованной литературы (39 источников), 3 приложений. Основной текст работы изложен на 110 страницах.
Вследствие повреждения хвостохранилища Вали С.А. (Vale S.A.) на железнорудной шахте в городе Брумадинью погибло 248 человек, 22 человека пропали без вести. В результате прорыва дамбы 11,7 миллионов кубометров жидких отходов устремились в долину, снося всё на своем пути, окружающей среде был нанесен колоссальный ущерб. Коренной причиной данной трагедии является отсутствие государственного регулирования работы горнодобывающей и горно-обогатительной отрасли, а также недостаточной производственной контроль владельца объекта.
Результаты отчета «Индекс ответственности горнодобывающей промышленности» (RMI) за 2020 год демонстрируют [40], что, к большому сожалению, многие крупнейшие горнодобывающие компании мира не способны «понять и показать», насколько эффективно они устраняют риски разрушения дамб хвостохранилищ и просачивания хвостовой воды. Тридцать ведущих в своей отрасли горнодобывающих компаний, по которым выполнялась оценка RMI, в среднем получили оценку 22% по отслеживанию, анализу и принятию мер по улучшению управления рисками, связанными с хвостохранилищами, при этом оценка компании Вали С. А. (Vale S. A.) была немного выше средней. В результатах отчета Responsible Mining Index (RMI) приведены сводные данные управления жизненным циклом компаний, где в том числе представлены данные международных горнодобывающих компаний с активами в России и Казахстане: NordGold, Polymetal, Evraz PLC, ERG, RUSAL, Glencore и ArcelorMittal.
Пятнадцать из 30 компаний не продемонстрировали свидетельств отслеживания эффективности устранения этих рисков. И хотя 17 компаний продемонстрировали некоторые признаки выполнения анализа эффективности своих мер по управлению рисками, связанными с хвостохранилищами, не было обнаружено свидетельств того, что эти компании публично раскрывают объем систематического принятия мер на основании выполненного анализа с целью повышения эффективности устранения рисков, связанных с хвостохранилищами.
Более широкие результаты оценки RMI показывают, что компании зачастую не предоставляют достаточной информации об управлении социальными и экологическими рисками, в частности, содержательную информацию о показателях на уровне участка добычи. Слишком часто рабочие, население, подвергающееся воздействию горных работ, правительства и инвесторы находятся в неведении относительно имеющихся рисков и того, насколько эффективно компании занимаются устранением этих рисков. Компании могут неохотно раскрывать общественности эту, возможно, имеющую негативное воздействие и конфиденциальную информацию, однако от применения необходимых мер защиты зависят жизнь и средства к существованию рабочих и местного населения.
В отчете Международной комиссии по большим плотинам (ICOLD) 2001 года исследована 221 авария на хвостохранилищах, при этом был сделан вывод о том, что все из них являлись предотвратимыми. Итак, что могут сделать горнодобывающие компании, чтобы снизить риск таких катастрофических прорывов дамб хвостохранилищ? Прежде всего, компаниям необходимо более полно учитывать риски при проектировании, планировании и строительстве дамб хвостохранилищ. В отчете Программы ООН по окружающей среде (UNEP) 2017 года содержится призыв к компаниям, регулирующим органам и сообществам ставить перед собой общую цель добиваться полного отсутствия аварий на хвостохранилищах и приводится рекомендация группы, исследовавшей аварию на руднике Моунт Поллей (Mount Polley): при управлении хвостохранилищами оценка аспектов безопасности должна выполняться отдельно от экономической оценки, а затраты не должны быть определяющим фактором.
Такие происшествия, как катастрофический прорыв дамбы на хвостохранилище Брумадинью компании Вали С. А. (Vale S. A.), являются суровым напоминанием о неприемлемых рисках, с которыми сталкиваются многие жители, рабочие и окружающая среда в районах добычи полезных ископаемых. Подобные трагедии и другие серьезные неблагоприятные воздействия, в том числе гибель рабочих и нападения на правозащитников, очень плохо отражаются на отрасли в целом и заставляют по-другому рассматривать любые заявления об ответственной добыче полезных ископаемых. Добывающие компании должны доказать, что они ставят во главу угла управление рисками, а не краткосрочные задачи.
Крупнейшей аварией на хвостохранилище в России стал прорыв дамбы на Карамкенском хвостохранилище цианидов 29 августа 2009 года в Магаданской области в период ливневых дождей. Ядовитые отходы из хвостохранилища попали в реки Хасын и Армань по берегам которых стоит множество посёлков и проживают десятки тысяч людей.
Таким образом, разработка и выбор эффективных методов и моделей управления техногенными рисками в горно-обогатительной отрасли все чаще становятся частью стратегического планирования по развитию системы управления безопасностью и безаварийностью производства современных горно-обогатительных комплексов. Эксплуатация гидротехнических сооружений хвостохранилищ горнодобывающих предприятий Евразийского экономического союза требует профессионального и систематического анализа безопасности работ, а также полноту применяемых мер контроля и мониторинга [23]. Отметим, что в России эксплуатируется около 300 хвостохранилищ, из которых более 180 находятся в аварийном состоянии. Разработка эффективных мер по предотвращению аварий на дамбах хвостохранилищ жизненно необходимы во избежание риска более опасных последствий для рабочих и местного населения, масштабного ущерба для окружающей среды, а также высоких затрат на ликвидацию последствий аварий и восстановлению после них. Научно-исследовательская разработка моделей гидродинамических аварий позволяет обнаружить «слабые звенья» технологических элементов хвостового хозяйства и направить ресурсы для повышения их надежности. В научной сфере практически отсутствуют работы и исследования, посвященные описанию процессного подхода анализа и управления рисками на хвостохранилищах горно-обогатительных предприятий, которые могли бы послужить исходным алгоритмом для разработки методов и моделей управления техногенными рисками и охраной труда на современных предприятиях. В настоящей работе, благодаря обширному исходному материалу и системному исследовательскому подходу, удалось определить приоритетные техногенные риски и выработать меры и рекомендации по их контролю, снижению и устранению.
Объект исследования: система управления техногенными, стратегическими и операционными рисками хвостового хозяйства и хвостохранилища ТОО «KAZ Minerals Bozshakol» (КАЗ Минералз Бозшаколь) при эксплуатации и реконструкции гидротехнических сооружений.
Предмет исследования: методы моделирования сценариев возникновения гидродинамических аварий на дамбах ограждения хвостохранилища на основе анализа и оценки рисков; техногенные, стратегические и операционные риски на объекте хвостового хозяйства обогатительной фабрики, а также система управления гидротехническим сооружением на всех стадиях жизненного процесса объекта.
Цель исследования: разработка эффективных методов и моделей управления техногенными рисками, основанных на комплексной оценке рисков, для обеспечения высокого (стабильного) уровня организации промышленной безопасности и охраны труда на хвостохранилище ТОО «KAZ Minerals Bozshakol» (КАЗ Минералз Бозшаколь).
Гипотеза исследования состоит в том, что при эксплуатации и реконструкции гидротехнических сооружений хвостохранилища эффективность системы управления техногенными рисками и последующая эксплуатационная надежность объектов хвостового хозяйства обогатительной фабрики достигается, если:
- проект реконструкции построен на физико-математических моделях
и методах расчета техногенных рисков и анализа уровня защиты (LOPA) горно-обогатительного комплекса в соответствии с государственными и международными нормативными требованиями;
- применена комплексная оценка базовых рисков (HAZOP) и система анализа безопасности работ (JSAS) на всех этапах строительства, при этом экспертами выделяются приоритетные риски;
- используются расчетные методы моделирования перспективных сценариев возникновения гидродинамических аварий на дамбах ограждения хвостохранилища на основе базовой оценки рисков и оценки надежности технологических элементов объекта;
- оценка рисков построена на иерархии средств контроля, риски доведены до подрядных организаций выполняющих реконструкцию гидросооружений, персонал участка уведомлен о порядке реагирования на внештатные ситуации и условия.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
- провести анализ системы промышленной безопасности и контроля технических и операционных рисков при управлении хвостохранилищем;
- разработать расчетные методы моделирования сценариев возникновения гидродинамических аварий на дамбах ограждения хвостохранилища на основе анализа и оценки рисков;
- создать систему управления рисками на хвостовом хозяйстве при реконструкции гидротехнических сооружений на основе WRAC- анализа и оценки рисков по методике «Галстук- бабочка».
Теоретико-методологическую основу исследования составили: компетентностный, инженерно-технический и риск-ориентированный подходы, концепции отечественных и зарубежных ученых о моделировании рисков в бизнес-процессе управления хвостохранилищем на этапах строительства, эксплуатации и реконструкции, подходы к разработке комплексных реестров оценки и управления техногенными рисками, современные инженерно-технические концепции сухого складирования хвостов.
Базовыми для настоящего исследования явились также: научные работы Всероссийского научно-исследовательского института гидротехники им. Б.Е. Веденеева (ВНИИГ), практические работы и статьи Международной комиссия по большим плотинам (ICOLD) и Австралийского национального комитета по большим дамбам (ANCOLD) по изучению проблемы строительства гидротехнических сооружений по проблемам гидротехнического и энергетического строительства, а также эксплуатации гидротехнических объектов, международные практические программы устойчивого развития горнодобывающей промышленности и управления техногенными и производственными рисками на объектах хвостовых хозяйств стран СНГ, Австралии, Канады и Южной Африки.
Методы исследования:
- сбора данных (отбор, изучение, анализ отечественной и зарубежной литературы по проблеме исследования, а также нормативных документов);
- обработки данных (классификация, структурно- функциональный анализ, синтез, сопоставление, обобщение);
- интерпретации и оценки данных (систематизация, сравнительно-педагогический анализ, табличное представление его результатов).
Опытно-экспериментальная база исследования: исследование проводилось на месторождении Бозшаколь, ТОО «KAZ Minerals Bozshakol» (КАЗ Минералз Бозшаколь) подразделения Группы Компаний KAZ Minerals расположенного в Павлодарской области, Республика Казахстан. Опытно-экспериментальной базой исследования являлось действующие хвостохранилище, а также площадка будущего расширения хвостохранилища, на котором выполняются строительные работы. В опытно-экспериментальной работе приняли участие руководитель проекта по строительству хвостохранилища, инженер-строитель гидротехнических сооружений и старший координатор по охране труда и рискам.
Научная новизна исследования заключается в:
- анализе особенности хвостохранилищ с точки зрения обеспечениях их промышленной безопасности и надежности, с обобщением наблюдений распределения частот катастрофических аварий на хвостохранилищах за период 1955-2020 гг.;
- проведенном исследовании техногенного риска на объекте хвостового хозяйства обогатительной фабрики с целью управления их надежностью и безопасностью;
- моделировании сценариев возникновения гидродинамических аварий на дамбах ограждения хвостохранилища (разработаны четыре основные модели обобщенного перспективного сценария возникновения гидродинамической аварии на хвостохранилище обогатительной фабрике в результате обрушения откоса дамбы ограждения, внутренней фильтрационной эрозии тела либо основания дамбы ограждения, перелива воды через гребень ограждения, разрушения водосборного коллектора в теле либо основании дамбы ограждения);
- разработке и экспериментальной проверке физико-математических методов расчета возможных последствий гидродинамической аварии и составления модели прорыва плотины дамбы и зона влияния прорыва с помощью компьютерного моделирования;
- создании реестра базовой оценки рисков по методу WRAC-анализ и систематизация полученных результатов в виде моделей «Галстук- Бабочка» на приоритетные нежелательные события.
Теоретическая значимость исследования заключается в:
- решении проблемы научного обоснования методов проектирования и реализации системы комплексной оценки рисков технологических процессов в управлении хвостохранилищем на опасном производственном объекте, для обеспечения надежности инженерных систем и непрерывности производственного процесса;
- обосновании значимости профессионального выбора компетентной подрядной организации, осуществляющей работы по строительству и модернизации хвостохранилищ, а также важности систематического контроля качества возводимых гидротехнических сооружений;
- доказательстве того, методы и модели оценки и управления техногенными рисками при реконструкции гидротехнических сооружений хвостового хозяйства обогатительной фабрики являются обязательными элементами проекта строительных работ, позволяющие предвидеть будущие опасности, связанные с эксплуатацией объекта.
Практическая значимость исследования. Разработанные в исследовании методы и модели оценки и управления техногенными рисками при реконструкции гидротехнических сооружений хвостового хозяйства обогатительной фабрики на практике позволяют:
- расширить диапазон приоритетных нежелательных событий, которые могут привести к аварийной ситуации на хвостохранилище и приостановке технологического процесса транспортировки хвостов;
- повысить уровень детализации модели прорыва плотины дамбы и обозначения зоны влияния прорыва с помощью компьютерного моделирования;
- оптимизировать время реагирования на внештатные ситуации, для разработки предупреждающих действий и управления аварийными ситуациями.
Достоверность и обоснованность результатов исследования обеспечивались:
- проведенным анализом состояния проблемы в существующей теории и практике от международных организаций, таких как Международная комиссия по большим плотинам и Австралийский национальный комитет по большим дамбам по изучению проблемы строительства гидротехнических сооружений;
- комплексным использованием разнообразных методик проведения исследования рисков прорыва дамбы с использованием средств компьютерного моделирования ArcGIS 10.7 Data Interoperability и ArcGIS 10.7 Data Reviewer;
- теоретическим обобщением передового инженерно-технического опыта и анализа инновационных технических решений Outotec по складированию хвостов на поверхности и под землю, а также методам транспортировке сухого кека;
- внедрением позитивных результатов исследования в практику управления хвостохранилищем и в том числе в разработку технологического регламента по эксплуатации хвостохранилища фабрик по обогащению сульфидных руд.
Личное участие автора в организации и проведении исследования состоит в определении современного состояния системы управления рисками при эксплуатации хвостохранилища; организации и проведении опытно-экспериментальной работы; анализе полученных результатов экспериментальных исследований; формулировании выводов и установленных в исследовании связей и закономерностей; оформлении результатов исследования; внедрении сформулированных в исследовании положений и рекомендаций в инженерно-техническую практику управления хвостохранилищем.
Апробация и внедрение результатов работы велись в течение всего исследования. Его результаты докладывались на следующих конференциях:
- XXXIII международной научно-практической конференции
«Технические науки: проблемы и решения» (Москва, 2020);
- XXXIV международной научно-практической конференции
«Технические науки: проблемы и решения» (Москва, 2020);
- III Конференции по обеспечению промышленной безопасности Группы KAZ Minerals (Усть-Каменогорск, 2019).
На защиту выносятся:
1. Результаты проведенного анализа надежности и промышленной безопасности гидротехнических сооружений хвостового хозяйства и разработанная классификация уровней тревоги при внештатных и аварийных ситуациях;
2. Разработанные методы моделирования сценариев возникновения гидродинамических аварий на дамбах ограждения хвостохранилища на основе комплексного анализа и оценки рисков;
3. Результаты исследования техногенного риска на объекте хвостового хозяйства обогатительной фабрики, особенности хвостохранилищ в аспекте обеспечениях их промышленной безопасности и надежности, а также полученные результаты моделирования, анализа опасностей и рисков на хвостовом хозяйстве обогатительной фабрики;
4. Физико-математические методы расчета возможных последствий гидродинамической аварии;
5. Методы и модели управление рисками на хвостовом хозяйстве при реконструкции гидротехнических сооружений на основе WRAC- анализа и оценки рисков по методике «Галстук- бабочка»;
6. Перспективные инженерно-технические решения основанные на технологии фильтрации и сухой укладки хвостов, позволяющие исключить риск реализации наиболее перспективных сценариев гидродинамических аварий на хвостохранилище.
Структура магистерской диссертации. Работа состоит из введения, 3 разделов, заключения, содержит 17 рисунков, 11 таблиц, список использованной литературы (39 источников), 3 приложений. Основной текст работы изложен на 110 страницах.
В процессе проведенного исследования установлены основные критерии обеспечения надежности и безопасной эксплуатации технологического оборудования хвостового хозяйства (пульповоды, запорной арматуры, насосная станция хвостохранилища), для организации необходимо обеспечить особое внимание на систему контроля и наблюдения за системой гидравлической перекачки хвостов при эксплуатации и технологией перекачки хвостов в хвостохранилище на всех этапах эксплуатации хвостового хозяйства. В основу управления хвостохранилищем должен быть положен риск-ориентированный подход, который позволит обслуживающему и управленческому персоналу не допустить авариную ситуацию на хвостохранилище, которая может привести к катастрофическим событиям. Риск-ориентированный подход к проектированию обеспечивает основу для управления неопределенностью и изменениями, связанными с эксплуатаций хвостохранилища.
Выполнено построение перспективных моделей гидродинамических аварий на дамбах ограждения хвостохранилища (сценарии обрушения откоса дамбы ограждения, внутренней фильтрационной эрозии тела либо основания дамбы ограждения, перелива воды через гребень ограждения, разрушения водосборного коллектора в теле либо основании дамбы ограждения) и приведенные физико-математические расчеты, позволяют на стадиях проектирования, строительства и управления хвостохранилищами ТОО «KAZ Minerals Bozshakol» (КАЗ Минералз Бозшаколь) принять необходимые управленческие решения для недопущения развития данных сценариев.
Обоснованные и реализованные в процессе исследования инженерно-технические рекомендации на основе комплексного исследования рисков и опасностей (WRAC-анализ) присущих участку хвостового хозяйства обеспечили достижение поставленной в исследовании цели и выполнение сформулированных в работе задач. Используемый анализ «Г алстук-Бабочка» позволил определить критические средства управления, направленные на предупреждение и уменьшение последствий опасных событий (и требующие особого внимания со стороны инженерного управления фабрики), и оценку их эффективности.
Вывод по первому разделу: в данном разделе на основе анализа возможных аварий, разработана классификация уровней тревоги при внештатных и аварийных ситуациях (14 событий или условий) и план оповещения о нештатных ситуациях.
Вывод по второму разделу: во втором разделе на основе обширного исследования ретроспективных и перспективных сценариев возникновения гидродинамических аварий на дамбах ограждения хвостохранилищ за последние пол века, выполнены модели четырех наиболее перспективных моделей ГДА, которые необходимо принять во внимание, на стадиях проектирования, строительства и управления хвостохранилищами ТОО «KAZ Minerals Bozshakol» (КАЗ Минералз Бозшаколь).
Вывод по третьему разделу: в третьем разделе раскрыта методология базовой оценки риска и анализа приоритетных рисков, выполненных в процессе исследования. Выполнены расчеты базовой оценки рисков на рабочем месте по методике WRAC-анализ при реконструкции гидротехнических сооружений и приведена оценка текущих способов контроля значительных рисков.
Доказана необходимость интеграции работы по расширению хвостохранилища в стратегическое планирование управления изменениями объекта, для обеспечения долгосрочных стратегических целей, в том числе целей в области охраны здоровья и безопасности населения, общественных и экологических целей в течение всего срока эксплуатации хвостохранилища.
Продолжением дальнейших исследований проблемы может служить разработка проекта управления отфильтрованным материалом и сухой укладки хвостов на третьем этапе расширения хвостохранилища ТОО «KAZ Minerals Bozshakol» (КАЗ Минералз Бозшаколь).
Выполнено построение перспективных моделей гидродинамических аварий на дамбах ограждения хвостохранилища (сценарии обрушения откоса дамбы ограждения, внутренней фильтрационной эрозии тела либо основания дамбы ограждения, перелива воды через гребень ограждения, разрушения водосборного коллектора в теле либо основании дамбы ограждения) и приведенные физико-математические расчеты, позволяют на стадиях проектирования, строительства и управления хвостохранилищами ТОО «KAZ Minerals Bozshakol» (КАЗ Минералз Бозшаколь) принять необходимые управленческие решения для недопущения развития данных сценариев.
Обоснованные и реализованные в процессе исследования инженерно-технические рекомендации на основе комплексного исследования рисков и опасностей (WRAC-анализ) присущих участку хвостового хозяйства обеспечили достижение поставленной в исследовании цели и выполнение сформулированных в работе задач. Используемый анализ «Г алстук-Бабочка» позволил определить критические средства управления, направленные на предупреждение и уменьшение последствий опасных событий (и требующие особого внимания со стороны инженерного управления фабрики), и оценку их эффективности.
Вывод по первому разделу: в данном разделе на основе анализа возможных аварий, разработана классификация уровней тревоги при внештатных и аварийных ситуациях (14 событий или условий) и план оповещения о нештатных ситуациях.
Вывод по второму разделу: во втором разделе на основе обширного исследования ретроспективных и перспективных сценариев возникновения гидродинамических аварий на дамбах ограждения хвостохранилищ за последние пол века, выполнены модели четырех наиболее перспективных моделей ГДА, которые необходимо принять во внимание, на стадиях проектирования, строительства и управления хвостохранилищами ТОО «KAZ Minerals Bozshakol» (КАЗ Минералз Бозшаколь).
Вывод по третьему разделу: в третьем разделе раскрыта методология базовой оценки риска и анализа приоритетных рисков, выполненных в процессе исследования. Выполнены расчеты базовой оценки рисков на рабочем месте по методике WRAC-анализ при реконструкции гидротехнических сооружений и приведена оценка текущих способов контроля значительных рисков.
Доказана необходимость интеграции работы по расширению хвостохранилища в стратегическое планирование управления изменениями объекта, для обеспечения долгосрочных стратегических целей, в том числе целей в области охраны здоровья и безопасности населения, общественных и экологических целей в течение всего срока эксплуатации хвостохранилища.
Продолжением дальнейших исследований проблемы может служить разработка проекта управления отфильтрованным материалом и сухой укладки хвостов на третьем этапе расширения хвостохранилища ТОО «KAZ Minerals Bozshakol» (КАЗ Минералз Бозшаколь).
Заказать работу
Заявка на оценку стоимости
Это краткая форма заказа. После ее заполнения вы перейдете на полную форму заказа работы
Каталог работ (148253)
- Бакалаврская работа (37598)
- Диссертация (977)
- Магистерская диссертация (22018)
- Дипломные работы, ВКР (59939)
- Главы к дипломным работам (2136)
- Курсовые работы (10481)
- Контрольные работы (6265)
- Отчеты по практике (1357)
- Рефераты (1481)
- Задачи, тесты, ПТК (631)
- Ответы на вопросы (155)
- Статьи, Эссе, Сочинения (942)
- Бизнес-планы (51)
- Презентации (106)
- РГР (84)
- Авторефераты (РГБ) (1692)
- Диссертации (РГБ) (1882)
- Прочее (458)
Новости
06.01.2018
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
Помощь в выполнении учебных и научных работ на заказ ОФОРМИТЬ ЗАКАЗ
дальше»» Все новости
Статьи
- Где лучше заказывать диссертации и дипломные?
- Выполнение научных статей
- Подготовка диссертаций
- Подводные камни при написании магистерской работы
- Помощь в выполнении дипломных работ
»» Все статьи
Заказать работу
Заявка на оценку стоимости
Это краткая форма заказа. После ее заполнения вы перейдете на полную форму заказа работы
