CC BY
20
© Е.А. Кононенко, Я.В. Агарков, 2015
УДК 622.271.6(075.8)
Е.А. Кононенко, Я.В. Агарков
О ПРИМЕНЕНИИ ГИДРОМЕХАНИЗАЦИИ ПРИ ОСВОЕНИИ УЧАСТКА АРШАНОВСКИЙ-1 БЕЙСКОГО УГОЛЬНОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ
Обосновано применение гидромеханизации при освоении участка Арша-новский-1 обводненного Бейского угольного месторождения. Ключевые слова: обводненное угольное месторождение, гидромеханизация, разрез, строительство.
Б ейское месторождение располагается в южной части Минусинского каменноугольного бассейна на правом берегу реки Абакан, в междуречье крупных рек Абакана и Енисея. Участок Аршановский — I расположен в западной части северного крыла этого месторождения и находится на территории Алтайского административного района (рис. 1).
На площади месторождения аллювиальный горизонт является основным водоносным горизонтом. Его водоносность приурочена к гравийно- галечниковым отложениям с песчаным и супесчаным заполнителем, которые представлены суглинком (0—0,14 мм)-12,5%; песком (0,14-5 мм)-30,5%, гравием (5-70 мм)-47,5% и галечником (>70 мм)- 9,5%. Моделирование водо-притока от аллювиальных отложений в карьер на стадии его строительства прогнозирует величину расхода 1890-2100 м3/час и коэффициент водообильности — 2 м3/т.
В пределах месторождения аллювиальный водоносный горизонт взаимосвязан с рекой Абакан, которая является для него основным источником питания. При этом, в силу значительной заиленности дна многочисленных озер, развитых в пределах распространения аллювиальных отложений, взаимосвязь этого водоносного горизонта с водами большинства озер затруднена. Дополнительными источниками питания горизонта являются атмосферные осадки, воды нижележащего водоносного комплекса и инфильтрация поливных вод из канала Койбальской оросительной системы.
Рис. 1. Участок Аршановский Бейского угольного месторождения
Дренажные мероприятия, прежде всего, должны преследовать цель ограждения карьера от водного притока из аллювиального водоносного горизонта. Мощность аллювиальных отложений чаще всего составляет 10-18м. Средняя мощность аллювиальных отложений в центральной части месторождения 14-15 м.
При проведении геологоразведочных работ был сделан однозначный вывод: ведение открытых горных работ требует обустройства кольцевой барражной завесы для защиты карьера от притока аллювиальных вод.
Аллювиальные вскрышные породы участка Аршановский 1 Бейского каменноугольного месторождения практически являются песчано-гравийным месторождением и соответствуют У-У1 группе пород по классификации грунтов по трудности их разработки землесосными снарядами.
Учитывая ряд факторов, таких как:
- опыт освоения железнорудных месторождений Курской магнитной аномалии (Михайловское, Лебединское и Стойлен-ское), где для интенсификации строительства и отработки обводненных несвязных вскрышных пород успешно была использована земснарядная разработка, позволившая исключить дорогостоящие работы по осушению месторождений;
- физико-механические свойства аллювиальных отложений и горно-геологические условия Бейского месторождения;
- отсутствие коммуникаций (линий электропередач, до-рог,и т.п.);
- сравнительно низкую стоимость оборудования гидромеханизации и возможность его приобретения у отечественных производителей;
- возможность извлечения строительных материалов из вскрышных пород;
Целесообразно рассмотреть гидромеханизированный (зем-снарядный) способ строительства кольцевой барражной завесы для защиты карьера от притока аллювиальных вод, вскрытия и ввода в эксплуатацию участка Аршавский 1 Бейского месторождения угля. Землесосные снаряды позволяют практически единовременно с принятием решения о строительстве карьера ускоренными темпами осуществить освоение месторождения без подготовительных работ, связанных с его осушением, и не требуют (при применении соответствующего оборудования) подведения электроэнергии и коммуникаций.
Предлагается применить гидромеханизацию для строительства кольцевой барражной завесы с целью защиты карьера от притока аллювиальных вод, вскрытия и отработки обводненных аллювиальных вскрышных пород при эксплуатации разреза на участке Аршавский 1 Бейского месторождения угля.
Специалистам известна схема проходки прорези земснарядом, которая в нашем случае создается свайно-якорным способом на рис. 2. Для формирования барражной завесы в прорезь укладываются глинистые грунты, которые являются хвостами обогащения от разделения гидросмеси аллювиальных вскрышных пород при выделении из них строительных материалов (песка и гравия). После естественной консолидации грунта создается водонепроницаемая преграда. Аналогом это-
го технического решения являются многократно апробированные способы строительства русловых плотин, ядро которых формируется из глинистых пород.
Рис. 2. Проходка прорези земснарядом свайно-якорным способом
ГРАВИЙ >70 ММ X X X X X X X ГРАВИЙ -- 11ГС — Верт 1:20 М.................. Гор 1 100 песок"""""
301 _ 50м 70м 50м 1 |
1 "г
I-\-1
Рис. 3. Схема фракционирования грунта при намыве со свободным откосом
Рассмотрим предложенный для применения в условиях участка Аршановский-1 Бейского угольного месторождения способ разделения гидросмеси аллювиальных вскрышных пород. Простейшая схема — намыв песчано-гравийных пород со свободным откосом на рис.3. Она может быть использована в том случае, когда строительные материалы не могут быть реализованы потребителям и складируются вдоль линии баражной зашиты.
Опыт проведения намыва песчано-гравийных пород со свободным откосом доказал возможность фракционирования грунта таким способом, без применения специального оборудования. При этом надо учитывать, что точность разделения по фракциям недостаточно высока. Процесс фракционирование грунта происходит следующим образом. Грунт на карте намыва распределяется на 4 зоны. Размеры зон при длине карты намыва 200 м: 1-я зона: гравий >70 мм с примесью гравия 5-70 мм - 30 м; 2-я зона: гравий 5-70 мм - 50 м; 3-я зона: ПГС - 70 м; 4-я зона: песок 0,14-5 мм - 50 м.
Глинистые грунты через водосбросный колодец и водоот-водяшую канаву сбрасываются в прорезь глинистой завесы. Расчет величины зон выполнялось по методике СНиП 2.06.05-84.
В том случае, когда есть потребитель песка и гравия и требуется четкое разделение песка и гравия может быть рекомендована схема, представленная на рис. 4 - технология переработки грунта с применением дугового сита (грохота) и гидроклассификатора. Эта технологическая схема предназначена для выделения песка, гравия классов 5-10 мм и более 70 мм, а также суглинков. При поступлении гидросмеси аллювиальных вскрышных пород по трубопроводу от землесосного снаряда производится разделение пород на фракции с последуюшим обезвоживанием продукции на картах намыва.
Рис. 4. Переработка грунта с применением дугового грохота и гидроклассификатора
Для заполнения объема всей прорези глинистыми породами потребуются хвосты обогащения от выделения песка и гравия из аллювиальных вскрышных пород, разработанных в процессе проведения вскрывающих горных выработок для строящегося карьера. Технология проведения вскрывающих горных выработок карьера земснарядом не будет иметь принципиальных отличий от проходки прорези. Годовая производительность землесосных снарядов в горно-технических условиях участка Аршановский - 1 составляет: земснаряд 200-50БК 323,4 тыс. м3 за сезон, а земснаряд 8000-70 соответственно 977,2 тыс. м3 за сезон. Принимая среднюю величину аллювиальных отложений 13,6 м и ширину заходки земснаряда 50м, длина фронта, отрабатываемая землесосными снарядами за сезон, составит соответственно для 200-50БК - 460 м и 800070- 1440 м. При проектировании общее количество земснарядов будет уточняться, также как и его тип. Вероятно, следует принять к рассмотрению земснаряд с производительностью по гидросмеси порядка 4000 м3/час.
Строительство прорези для барражной защиты возможно осуществлять комбинированным способом. Разработка прорези производится земснарядами 200-50БК (грунт VIII группы). Минимальная ширина прорези по урезу воды 30 м. Производство работ для увеличения эффективности и интенсивности
строительства прорези осуществляется совместно с экскаваторами, емкость ковша которых составляет 7-10 м3 (РС-1250). Экскаватор разрабатывает грунт на глубину 4 м, из них 2 м над водой и 2 м под водой и осуществляет погрузку верхней части аллювиальных отложений в автосамосвалы БелАЗ-75132, которые вывозят эти породы к месту переработки (до 2 км). Принципиальная схема разработки верхней части аллювиальных отложений экскаватором РС-1250 и погрузкой в автосамосвалы приведена на рис. 5.
Возможна также технология разработки аллювиальных пород экскаватором РС-1250 и транспортирование их до места гидроклассификации автосамосвалами БелАЗ-75132 (до 2 км). В таком случае необходимо осуществлять процесс пульпоприготовления, т.е. смешивания породы с водой, который рекомендовано производить с помощью бункера-смесителя.
Для выбора задач, которые целесообразно решать способом гидромеханизации при подготовке к эксплуатации и вскрытии обводненных месторождений, был произведен экономический расчет и составлены локальные сметы для различных вариантов технологических схем. Целью проведения экономических расчетов являлось оценка эффективности предлагаемых технических решений по разработке обводненных аллювиальных вскрышных пород и создания условий для ведения открытых горных работ. Расчеты показали, что добыча песка и гравия при проведении вскрытия месторождения и строительстве барражной завесы полностью окупают затраты на эти работы. По варианту, когда на разрезе работают два земснаряда (земснаряд 200-50БК и земснаряд 8000-70), то общий годовой объем разрабатываемых ими обводненных аллювиальных отложений составит -1624 тыс. м3. При намыве со свободным откосом в результате фракционирования грунта по пляжу намыва будет выделено: песка — 352,2 тыс. м3; песчано-гравийная смесь (ПГС) — 500,7 тыс. м3; гравийная смесь — 568,1 тыс. м3. Хвосты обогащения (фракция 0-0,14 мм) укладываются в прорезь, объем 203 тыс.м3. Сумма затрат на разработку и транспортировку грунта земснарядами составляют 283904,22 тыс. руб. Возможная прибыль — 271256 тыс. руб.
Земснаряд 200-50БК _44 м
Грунт разрабатываемый —-:—
Первоначальный/\
■экскаватором
Грунт разрабатываемый земснарядом
шшшшшш
Рис. 5. Комбинированная разработка прорези земснарядом 200-50БК и экскаватором
Проведенный технико-экономический анализ вариантов отработки обводненных вскрышных пород участка Аршанов-ский 1 Бейского угольного месторождения позволил рекомендовать следующий порядок его освоения:
а) На этапе строительства карьера (до ввода в эксплуатацию) разработка обводненных аллювиальных вскрышных пород производится земснарядами с транспортированием до места гидроклассификации и выделения гравия, песка и суглинков.
б) После завершения отработки пород земснарядами выработанное пространство осушается для дальнейшего строительства и эксплуатации карьера по традиционной (без применения гидромеханизации) технологии.
Земснаряды в этот период могут осуществлять строительство открытых дренажных траншей или локальную разработку аллювиальных отложений на отдельных участках месторождения, так как отработка объемов будущих периодов самоокупается и приносит значительный экономический эффект.
в) После ввода карьера в эксплуатацию обводненные аллювиальные отложения экономически выгодно разрабатывать обратной механической лопатой с погрузкой в автосамосвалы и транспортированием вскрышных пород до места их гидроклассификации. гттш
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -
Кононенко Евгений Андреевич - доктор технических наук, профессор, а1коп393@ yandex.ru; Агарков Ярослав Владимирович — аспирант,
Национальный исследовательский технический университет «МИСиС» (НИТУ «МИСиС» Горный институт).
UDC 622.271.6(075.8)
ON THE APPLICATION OF DREDGING DURING THE DEVELOPMENT OF THE PLOT ARSHANOWSKI-1 BEYSCY COAL DEPOSIT
Kononenko E.A., doctor of technical Sciences, professor, alkon393@ yandex.ru, National research technological University «MISIS» (MISIS Mining Institute), Russia, Agarkov Y.V., post-graduate student, National research technological University «MISIS» (MISIS Mining Institute), Russia.
The application of hydromechanization at development area Arshanovsky-1 Beysky coal deposit.
Key words: flooded a coal pit, hydromechanization, incision, building.
