CC BY
13
© Е В. Еременко, 2012
УДК 622.271 Е.В. Еременко
КОНЦЕПЦИЯ РАЗРАБОТКИ ОБШИРНЫХ МОЩНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ СЛАБОНАКЛОННОГО ЗАЛЕГАНИЯ С УЧЕТОМ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ ФОРМИРОВАНИЯ ИЗБЫТОЧНОГО ВЫРАБОТАННОГО ПРОСТРАНСТВА
Установлены закономерности формирования избыточного внутреннего выработанного пространства от геологических и горно-технических факторов. Обоснован порядок разработки обширных мощных месторождений слабонаклонного залегания.
Ключевые слова: избыточное выработанное пространство, порядок разработки, горно-технические факторы.
Определенный способ понимания проблем разработки месторождений полезных ископаемых складывается при изучении трудов академика В.В. Ржевского. Трактовку существенных явлений связанных с открытой разработкой можно найти в каждом издании, выполненном под его руководством.
На целесообразность и экономическую эффективность выделения очередности блоков в границах отдельных карьерных полей, этапов разработки указывал академик В.В. Ржевский. Неоднократно подчеркивая, что на месторождениях значительной протяженности целесообразно создавать « ... карьеры первой очереди, что позволяет ликвидировать разбросанность горных работ и, за счет этого, повышать эффективность горнотранспортного оборудования, а так же создавать условия для регулирования объемов вскрышных пород» [1 ].
При увеличении экспорта нефти и газа повышается степень использования угля на внутреннем рынке как основного энергоносителя. Рост объема угледобычи возможен за счет интенсивного
освоения как уже эксплуатируемых, так и проектируемых к отработке угольных месторождений Восточной Сибири и Дальнего Востока. Особое место среди них занимает Канско-Ачинский бассейн. (КАБ), на территории которого сосредоточено около 40% разведанных российских запасов углей, пригодных для открытой разработки.
В пределах КАБа в настоящее время известно около 30 буроуголь-ных месторождений пригодных к открытой разработке и 7 угленосных площадей. По классификации академика В.В. Ржевского пласты характеризуются « . слабонаклонным залеганием основной части залежи (до 8-10 0)», по вертикальной мощности пласта относятся к мощным залежам (более 40 м). Наиболее крупными месторождениями в западной части бассейна являются: Итатское, Бере-зовское, Боготольское. В восточной части бассейна крупные запасы угля сосредоточены на Абанском и Бородинском месторождениях (табл. 1).
Специфическими особенностями разработки обширных мощных слабонаклонных месторождений являются:
Таблица 1
Характеристика месторождений Канско-Ачинского бассейна
Месторождение Основной пласт Запасы всего месторождения, млн. т. Угол падения град. Площадь месторождения, км2
мощность, м глубина залегания, м
1.Итатское 24-80 10-200 20884 1-3 650
2. Барандатское 40-93 10-300 15680 2-5 360
З.Урюпское (южное крыло) 4-70 8-200 7638 2-4 88
4.Березовское (южное крыло) 15-70 12-300 18097 2-5 330
5.Назаровское (южное крыло) 12-15 2-50 1872 2-5 220
6. Боготольское 3-56 10-300 8599 2-5 114
7. Бородинское 20-57 10-110 3328 0-3 2500
8.Переяслав-ское 8-12 8-68 740 0-3 144
9.Абанское 10-25 2-76 30574 1-3 1886
^ Значительная площадь залежей (от 80 до 2500 КМ2);
^ Наличие мощного пласта полезного ископаемого (от 15-20 до 7080 М);
^ Небольшая мощность вскрыши на выходах пласта под наносы (от 8 до 12 м).
Разработку месторождений КАБа традиционно ведут несколькими блоками. Как правило, отстающий блок размещают на выходе пласта под наносы, а проходку разрезной траншеи ведут по бестранспортной технологии. Вскрышу строительного периода укладывают на внешние отвалы, в то время как в опережающем блоке сформировано незаполненное внутренне выработанное пространство.
При разработке мощных месторождений слабонаклонного залегания возникает, особенно в начальный период, избыточное выработанное пространство (ИВП). Под избыточным выработанным пространством следует понимать часть внутреннего пространства, которое не используется для размещения вскрыши на отвалах. ИВП в плане ограничено: на флангах карьерного поля
и по восстанию предельным контуром карьера, по падению - возможным положением откоса отвального яруса, максимально приближенного к рабочей зоне. Нижняя граница соответствует положению сформированных отвалов, верхняя - отметкам господствующего рельефа.
Идея исследования заключается в использовании закономерностей формирования избыточного выработанного пространства для улучшения экологической обстановки в зоне влияния открытых горных работ и технико-экономических показателей карьеров при блочной отработке обширных месторождений слабонаклонного залегания.
В ходе выполнения исследования были поставлены и решены следующие задачи:
1. Анализ технологии разработки обширных мощных месторождений слабонаклонного залегания.
2. Установление особенностей и закономерностей формирования избыточного выработанного пространства при отработке обширных мощных месторождений слабонаклонного залегания.
Таблица 2
Степень влияния факторов, %
Наименование Избыточное выработанное пространство
Объем, м3 Размер от выхода пласта под наносы, м
Увеличение угла падения залежи на 10 Увеличение мощности пласта на 1м Увеличение угла откоса рабочего борта на 10 Увеличение результирующего угла откоса отвала на 10 -33,0 +4,1 +2,3 +1,0 -17,0 +3,8 +0,7 +0,7
3. Установление области распространения ИВП.
4. Исследование динамики ИВП на первоначальное место заложения отстающего блока.
5. Разработка методики обоснования порядка разработки обширных месторождений на основе закономерностей формирования ИВП.
6. Обоснования области применения технологии отработки вскрышной толщи на основе закономерностей формирования ИВП.
Результаты решения некоторых задач были опубликованы Горно-информационном аналитическом бюллетене (ГИАБ) посвященном семинарам научного симпозиума «Неделя горняка» предыдущих лет. [2, 3].
Избыточное выработанное пространство представляет собой не что иное, как потенциальный техногенный ресурс горнодобывающего предприятия, который появляется независимо от направления развития горных работ, применяемой технологии, параметров системы разработки.
В основу методики определения параметров ИВП положено решение геометрической задачи определения объема вскрышной заходки и приемной емкости отвала за каждый шаг подвигания фронта работ. Разность между приемной емкостью отвала и объемом вскрышной заходки дает искомую величину избыточного выработанного пространства. Установлено, что на объем ИВП влияют: геологи-
ческие и горно-технические факторы. К геологическим отнесены угол падения пласта ( у ) и мощность пласта ( Ну ), коэффициент остаточного разрыхления ( Кр ), угол подъема рельефа ( 5 ), а горно-техническим - угол откоса рабочего борта ( а ), результирующий угол откоса отвальных ярусов ( в ) и длина отвального фронта ( Ьо ).
При развитии работ по падению залежи характер изменения геологических факторов оказывает влияние на объем и размер ИВП, а горнотехнических - в большей степени на его объем. Например, увеличение угла падения залежи на 10 приводит к уменьшению объема ИВП на 30,0 %, а мощности пласта на 1 м - увеличению на 4,1 %. Основные результаты по степени влияния исследуемых факторов приведены в табл. 2.
Апробация методики моделирования для условий Березовского буроугольного месторождения подтвердила ее состоятельность. Вместе с тем различная интенсивность изменения мощности вскрыши, гипсометрии почвы и кровли угольного пласта обусловила ярко выраженный волнообразный характер изменения ИВП. Конкретные геологические условия предопределили иной характер влияния отдельных факторов на объем ИВП. При этом установлено, что наиболее точно характер формирования ИВП аппроксимирован полином 2-го порядка (рис. 1)
В) 9
8 7
1 6 I
I 5 ^
^ 3 ф 3
.о
ю
О 2 1 0 -1
р ч
т /
/ \
Л г- \
!
/ 1
/ \
1
20 6 20 11 20 16 20
"" ® — Обьем ИВП при угле рабочего борта 15 градусов "" ~ Обьем ИВП при угле откоса рабочего борта 18 градусов _Обьем ИВП при угле откоса рабочего борта 21 градус
Подвигание отвального фронта,м
□ 3( ;о 7 :о ю 30 14 №
- Обьм ИБП (начальные данные)
- Обьм ИБП (мощность уменьшена на 10 м)
- ОбьемИВП (мощность увелнченана 10 м)
Подвигание отвального фронта, м
~ Обьем ИВПпри результирующемугле отвала 15 градусов ' Обьем ИВП при результирующемугле отвала 18 градусов ' Обьем ИВП при результирующемугле отвала 21 градус
Подвигание отвального фронта, м
0
Рис. 1. Полиномиальные зависимости изменения расчетных объемов ИВП от угла падения залежи (а), мощности пласта (б), угла откоса рабочего борта (в), результирующего угла отвала (г)
Коэффициент корреляции равен 0,97, в то время как для полинома 3-го порядка он не превышает 0,75.
Сущность предлагаемой концепции в следующем:
• Обоснование порядка разработки обширных мощных месторождений слабонаклонного залегания
• Установление первоначального места расположения отстающего блока и периода ввода его в эксплуатацию с учетом закономерностей формирования ИВП в опережающем блоке
• Перемещение вскрыши по минимальному расстоянию в ИВП
Рис. 2. Порядок разработки обширного мощного месторождения слабонаклон-
ного залегания
опережающего блока через торцы по системе скользящих съездов
• Формирование поверхности техногенных отвальных ярусов до господствующего уровня дневной поверхности
Рассмотрены более 20 вариантов порядка разработки Березовского месторождения в границах разреза «Березовский». По данным геологической разведки выделены участки разработки с длиной по простиранию 4800 м и размером в крест простирания - 5000м. Для привязки к существующему положению горных работ на разрезе «Березовский» длина опережающего блока принята равной 2000м ( ПК 0 - ПК 20 ), а длина отстающего - 2800 м (ПК 20 - ПК 48). Длина этапа по падению принята равной 200 м и общее число этапов на выделенном участке равно 25 (рис. 2).
Учитывая множественность возможных вариантов, для исключения необходимости выполнять в каждом из них детальные технико-экономические расчеты, целесообразно воспользоваться теорией графов.
В рекомендуемом варианте первый блок отрабатывают традиционно от
выходов пласта, второй - отстающий во времени и пространстве, закладывают только после того как в блоке сформировано ИВП с параметрами, позволяющими размещать вскрышу строительного периода второго блока по короткому плечу откатки, через примыкающие торцы, используя систему скользящих съездов. В дальнейшем, во втором блоке производится разворот фронта горных работ в крест простиранию. Необходимость его обусловлена увеличением мощности вскрыши в первом блоке и невозможностью размещения всего объема вскрышных пород в собственном выработанном пространстве. Подобный разворот позволяет создать дополнительное выработанное пространство, в которое можно перемещать вскрышу первого блока по короткому плечу откатки.
Разворот фронта обеспечивает также дополнительную грузотранс-портную связь. В итоге создаются реальные предпосылки для распределения грузопотоков вскрыши не только при создании первоначального фронта работ в отстающем блоке, но и в основной период эксплуатации карьера.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Ржевский В. В. Открытые горные работы: в 2ч. 4.2 Технология и комплексная механизация: Учебник для вузов. - М.: Недра, 1985.- 549 с.
2. Еременко Е.В., Синьчковский В.Н. Концепция формирования техногенного ресурса карьера // Горный информационно- аналитический бюллетень «Проблемы теории и практики открытых горных работ»
- М.: Изд-во МГГУ, Направление «Геотех-
нология», семинар 12. выпуск №2. 2006. с. 228-232.
3. Синьчковский В.Н., Еременко Е.В. Экономическая оценка технических предложений формирования транспортных грузопотоков // Горный информационно-аналитический бюллетень «Проблемы теории и практики открытых горных работ» - М.: Изд-во МГГУ, Направление «Геотехнология», семинар 12. выпуск №4. 2006. с. 364-367.
КОРОТКО ОБ АВТОРЕ -
Еременко Евгений Владимирович - кандидат технических наук, доцент, е-шаП: [email protected], Сибирский федеральный университет, Институт горного дела, геологии и геотехнологий.
- ОТДЕЛЬНЫЕ СТАТЬИ
ГОРНОГО ИНФОРМАЦИОННО-АНАЛИТИЧЕСКОГО БЮЛЛЕТЕНЯ
(ПРЕПРИНТ)
МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ РАСЧЕТА КООРДИНАТ ДВИЖЕНИЯ
МОРСКИХ ОБЪЕКТОВ ПРИ ПОТЕРЕ КОНТАКТА
Редкозубое С.А., Симачев Н.Д., Грехов Н.И., Рыков В.В.
Отдельные статьи Горного информационно-аналитического бюллетеня (научно-технического журнала). — 2012. — № 5. — 17 с.
Разработана математическая модель расчета движения морских объектов при потере контакта с использованием элементов аналитической геометрии, теории вероятности, гидроакустики. Предложено, для прогнозирования движения морского объекта, проводить оценку намерений объекта совершить тот или иной маневр: прямолинейное движение, удерккание и смена курса, циркуляция.
Ключевые слова: геометрические характеристики, морской объект, системой гидроакустических станций.
MATHEMATICAL MODEL OF CALCULATION OF COORDINATES
OF MOVEMENT SEA OBJECTS AT CONTACT LOSS
RedkozubovS.A., SimachevN.D., GrekhovN.I., Rykov V.V.
The mathematical model of calculation of movement of sea objects is developed at loss of contact to use of elements of analytical geometry, the theory of probability, hydroacoustics. It is offered, for forecasting of movement of sea object, to carry out an appraisal of intentions of object to make this or that maneuver: rectilinear movement, deduction and shift, circulation.
Keywords: geometrical characteristics, sea object, system of gidroakustiche-sky stations.
