CC BY
40
ГЕОТЕХНОЛОГИЯ
УДК 622.275
Б. А. Анферов, Л. В. Кузнецова, И. Л. Борисов
ОТКРЫТО-ПОДЗЕМНАЯ РАЗРАБОТКА НЕТЕХНОЛОГИЧНЫХ ЗАПАСОВ УГЛЯ ТЕРСИНСКОГО ГЕОЛОГО-ЭКОНОМИЧЕСКОГО РАЙОНА КУЗБАССА
Кузнецкий угольный бассейн является основной и наиболее перспективной сырьевой базой энергетической и металлургической отраслей промышлености России [1]. Кроме того, в настоящее время интенсивно развивается направление получения жидких топлив из углей.
Установлено, что угли Терсинского геологоэкономического района (ГЭР) пригодны для про-
ских отчетов (на 01.01.1996 г., позднее данные не пересматривались) в Отраслевой баланс включено 29918 тыс. т угля до горизонта -100 м (см. табл. 1) [6].
Однако разрабатывать их нецелесообразно ни открытым способом (из-за высокого коэффициента вскрыши и экологических последствий) ни подземным (из-за отсутствия эффективной техноло-
Рис.1. Схема расположения геологических участков (1-9) и выходов угольных пластов под наносы Терсинского ГЭР: 1 - «Кушеяковский-I»; 2 - «Кушеяковсшй-II»; 3 - «Кушеяковский-Ш»; 4 - «Кушеяков-ский-111 бис»; 5 - «Кушеяковский-IV»; 6 - «Кушеякоеский V-VII»; 7- «Кушеяковский V111-1X»; 8 - «Ку-шеяковский Х-Х1»; 9 - «Кушеяковский ХП-ХШ»; 128,198, 210 - геолого-разведочные скважины; О - населенные пункты
Таблица 1 - Запасы угля участков «Кушеяковский-1» и «Кушеяковский-11» по данным геологических ______________отчетов, учтенные Отраслевым балансом до горизонта -100 м, тыс.т [6]_____________
Участок Марка А В С1 С2 Запасы всего
Кушеяковский-1 Всего - - 15244 14674 29918
ГЖ - - 11059 9125 20184
Ж - - 4185 5549 9734
Кушеяковский-11 Всего - - 14083 32560 46643
Г А кокс - - 2517 12620 15137
ГЖО - - 11566 19940 31506
ИТОГО: 76561
Рис. 2. Геологический разрез участка «Кушеяковский-Н» по разведочной линии «Кушеяковский профиль»
- на востоке - по разведочной линии Кушея-ковсокого профиля;
- на юге - на 100 м южнее выхода пласта 58 под наносы;
- на севере - проекция на поверхность лини пересечения пласта 75 с гор. + 100 м;
- нижняя граница - гор. + 100 м.
Размеры поля по простиранию пластов соста-
вят 3,0-3,5 км, вкрест простирания - 0,8-1,2 км. Площадь поля - 3,1 км2. Для открыто-подземной разработки каждого из перечисленных пластов необходима индивидуальная технологическая схема вскрытия и подготовки. Обоснование параметров выполнено на примере пласта 58. Запасы угля по пласту 58 мощностью 3,2 м и углом залегания а = 45 градусов до горизонта + 100 м ори-
Рис. 3. Схема вскрытия, подготовки и отработки угольного пласта (разрез вкрест простирания):
1 - угольный пласт; 2 -вмещающие породы; 3 -наносы; 4 - наклонная разрезная траншея; 5 -
вскрышные породы; 6 - уклон; 7 - выемочная камера; 8 - межслоевой целик
Рис/ 4. Схема вскрытия, подготовки и отработки угольного пласта (вид в плане): 1- промплощадка; 2 - линия выхода угольного пласта под наносы; 3 - разрезная траншея; 4 - проходческий комбайн; 5 - уклон; 6 - выемочная камера; 7 - вагон самоходный; 8 - бункер-перегружатель; 9 - телескопический
ленточный конвейер; I, II, III - слоевая камера
ентировочно составляют 1,88 млн. т.
На южной границе горного отвода сооружают промплощадку сбоку от линии выхода пласта под наносы на стороне, соответствующей почве (рис.
3, 4). С промплощадки вскрышными работами проводят разрезную наклонную траншею под углом в к горизонту не более допустимого для применяемых средств механизации (до 10 градусов) и под острым углом у к линии преимущественного простирания пласта. Этот угол определяют из соотношения:
sin у= tg в / tga
Траншею углубляют до коренных пород, а вскрышные породы складируют по обеим сторонам траншеи на дневной поверхности. При этом вход траншеи в коренные породы принимают на расстоянии 30.. .50 м от пласта.
Пройдя наносы, вскрышные работы прекращают; проходческим комбайном с исполнительным органом избирательного действия, например типа ГПКС, со дна наклонной разрезной траншеи и по ее оси проводят небольшой уклон до глубины
ниже зоны выветренного угля примерно на мощность планируемого первого слоя (4 м).
На этой глубине в породах почвы формируют слоевую камеру I с горизонтальным дном сбоку от уклона со стороны пласта. Из этой камеры тем же комбайном проводят горизонтальную выработку -выемочную камеру, сначала в породах почвы в сторону угольного пласта, а затем по пласту (рис.
5).
Тем самым начинают ведение очистных работ. Поскольку глубина ведения очистных работ от дневной поверхности незначительная - горное давление также незначительное, то при устойчивых породах кровли крепления обнажений кровли не требуется (при необходимости предусматривается анкерное крепление кровли пласта в выемочной камере).
Комбайн осуществляет отбойку угля от массива и погрузку в транспортное средство, в качестве которого предлагается использовать самоходный вагон на пневмоколесном ходу, например, В15К.
Самоходный вагон транспортирует отбитый уголь по выемочной камере до слоевой камеры I, где перегружает его в бункер-перегружатель, например, БП-15, который, в свою очередь, перегружает его на телескопический ленточный конвейер, например, 1ЛТП-80, приводная станция которого установлена на промплощадке, а став -на дне разрезной траншеи и в уклоне.
Отработав крыло пласта с одной стороны от слоевой камеры I, комбайн и самоходный вагон выводят из отработанной выемочной камеры в слоевую камеру I и снова зарубают в горный массив, начиная тем самым проведение выемочной камеры во втором крыле пласта аналогичным образом.
После выемки угля во втором крыле очистные работы останавливают, комбайн возвращают в слоевую камеру I и начинают проходческие работы по удлинению уклона. Для этого, начиная со дна слоевой камеры I, придают ему угол наклона, соответствующий углу наклона уклона, и далее удлиняют уклон до уровня следующего слоя, на котором сооружают слоевую камеру II и т.д.
Предлагается следующая схема раскройки пласта 58 (рис. 6). При длине выемочного участка по простиранию пласта 200-250 м, его ширина в
плане составит примерно 100 м. Участку необходимо придать форму параллелограмма с углом наклона его боковых сторон равным углу наклона оси уклона к линии простирания пласта в плане
(т).
Таких участков может быть 15-16, которые могут быть запущены одновременно в работу по добыче угля или по очереди в любом порядке. Количество слоев до горизонта +100 составляет 18.
Исходя из технических характеристик средств механизации [9] и технологических параметров вскрытия и подготовки пласта определены технико-экономические показатели разработки пласта 58.
Исходные данные: производительность комбайна по углю 1,8 т/мин., по породе 1,0 т/мин.; грузоподъемность вагона 17 т, его максимальная скорость движения 9 км/ч.; производительность бункера-перегружателя 0,37 т/с, время его разгрузки 40 с; рабочих дней в году (с учетом праздничных, выходных и актированных дней) 250; продолжительность смены 6 ч., в т. ч. по добыче 5
ч.; горнорабочих 4 чел.; 3 добычные смены в сутки.
Технико-экономические показатели:
Рис/ 5. Поперечное сечение выемочной камеры: 1 - проходческий комбайн с исполнительным органом избирательного действия; 2 - крайнее положение исполнительного органа комбайна в поперечном сечении слоя
Рис/6 - Схема раскройки пласта 58 до горизонта +100 м (вид в плане): 1 - уклон; 2- граница выемочного участка; 3 - выемочная камера; у - угол между осью уклона и линией простирания пласта
- средняя продолжительность цикла по выемке угля в слое 13 мин., включая отбойку угля с погрузкой его в вагон, доставку угля до перегружателя, перегрузку угля из вагона в перегружатель, перегон вагона от перегружателя до очистного забоя;
- объем добычи угля из одного слоя - 4,7 тыс. т, из одного выемочного участка - 84,8 тыс. т;
- время отработки одного слоя 22 смены, включая выемку угля (12) и подготовительные работы для выемки нижележащего слоя (углубление уклона, проведение слоевой камеры, формирование заездов в слой, их крепление, удлинение става конвейера) - 10;
- время отработки выемочного участка - 132 рабочих дня;
- нагрузка на очистной забой - 392 т/см.;
- производительность труда рабочего по добыче 98 т/см.;
- добыча угля по пласту 58 с учетом эксплуа-
тационных потерь (10 %, в т. ч. потери угля в заездах комбайна в пласт и краевых зонах участков) составит 1,2 млн. т.
Предложенный открыто-подземный способ разработки крутонаклонных пластов позволяет осваивать нетехнологичные запасы ценных углей, не пригодные для разработки ни открытым, ни подземным способами.
Кроме того, за счет минимальных объемов вскрышных работ обеспечиваются сохранение природного ландшафта территории, значительное снижение землеемкости ведения горных работ и минимальные объемы последующей рекультивации нарушенных земель.
Работа выполнена при финансовой поддержки гранта РФФИ р_сибирь_а № 13-05-
98030 «Укрепление сырьевой базы угольной промышленности Кузбасса за счет освоения Тер-синского геолого-экономического района».
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Клишин В. И., Ордин А. А., Ческидов В. И., Федорин В. А. Основные концепции оценки предельных объемов добычи угля открытым и подземным способами в Кузбассе // Горный информационно -аналитический бюллетень (научно-технический журнал). - 2009. - ОВ№7. - С. 47-52.
2. Угольная база России. Угольные бассейны и месторождения Западной Сибири (Кузнецкий, Гор-ловский, Западно-Сибирский бассейны; месторождения Алтайского края и Республики Алтай). - М: ЗАО «Геоинформцентр», 2003. - Т. II. - 604 с.
3. Геолого-промышленная карта Кузнецкого бассейна. М-б 1:100 000 / Под ред. А. З. Юзвицкого. -Новосибирск: СНИИГГиМС, 2000.
4. Геологический архив ФГБУН Институт угля СО РАН, г. Кемерово. Фонд Юзвицкого А.З., ТКБУТ. Инв. № 3133, лист 1.
5. Анферов Б. А., Кузнецова Л. В. Подземная газификация угля - перспективное направление комплексного освоения месторождений Кузбасса // Вестник КузГТУ. - 2013. - № 5. - С. 130-135.
6. Обоснование целесообразности освоения нового угленосного района Кузбасса (Терсинского): отчет о НИР (заключ.) / Институт угля и углехимии Сибирского отделения РАН; рук. темы В. А. Федорин. - Кемерово, 2005. - 150 с. - № ГР 0120.0 412567.
7. Анферов Б.А., Кузнецова Л.В. Проблемы и перспективы комплексного освоения угольных месторождений Кузбасса. - Кемерово: ИУУ СО РАН, 2009. - 243 с.
8. Пат. 2490454 Российская Федерация, МПК Е21С 41/00. Способ открыто-подземной разработки мощного крутонаклонного угольного пласта / Кузнецова Л.В., Анферов Б.А.; заявитель и патентообладатель ИУ СО РАН. № 2012109088; заявл. 11.03.2012; опубл. 20.08.2013, Бюл. № 23. 8 с.
9. Копейский машиностроительный завод [электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.kopemash.ru/ Дата доступа 21.05.2014 г.
Авторы статьи
Анферов Борис Алексеевич канд. техн. наук, ведущий научный сотрудник лаборатории эффективных технологий разработки угольных месторождений Института угля СО РАН. Email: b.anferov@icc .kemsc .ru
Кузнецова Людмила Васильевна канд. техн. наук, старший научный сотрудник лаборатории эффективных технологий разработки угольных месторождений Института угля СО РАН. Email: lvk@icc. kemsc. ru
Борисов Иван Леонидович ведущий технолог лаборатории эффективных технологий разработки угольных месторождений Института угля СО РАН. Email: [email protected]
