CC BY
42
УДК 622..271
А.Г. Горбачевский
ОТРАБОТКА ОСТАТОЧНЫХ ЗАПАСОВ ЮНЬ-ЯГИНСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ ОТКРЫТЫМ СПОСОБОМ В УСЛОВИЯХ ЗАПОЛЯРЬЯ
Семинар № 16
1. Общие сведения о месторождении
Юньягинское месторождение каменного угля расположено в северо-восточной части Печорского угольного бассейна в 15 км от Воркутинского месторождения.
С 1964г. месторождение разрабатывалось шахтой «Юнь-Яга». В соответствии с постановлением Правительства РФ от 03.04.1996 № 385, а также Программой реструктуризации Печорского угольного бассейна, добыча угля с 1.05.1996 г. прекращена, а шахта как производственная единица ликвидирована.
Административно месторождение входит в состав Воркутинского промышленного района республики Коми. Центром района является г. Воркута, вблизи месторождения расположен пос. Советский. Месторождение связано с г. Воркута железной дорогой, а также шоссейной дорогой. Общая площадь месторождения в пределах контура рабочей угленосности составляет 15,6 км2 при максимальной длине 6,2 км и ширине 3,3 км. Месторождение представлено тремя структурами I порядка: юньягинская брахисинклинальная складка, восточно-юньягинская брахисинклинальная складка и разделяющая их средне-юньягинская антисинклиналь.
Территория месторождения достаточно хорошо освоена, имеются линии электропередач, телефонная связь, коммуникации, административно-культурно-бытовые и прочие сооружения. Электроснабжение района месторождения осуществляется по ЁЭП-35кВ от энергосистемы Воркутинского промышленного района. Теплоснабжение осуществляется от районной котельной, расположенной на промплощадке бывшей шахты «Юнь-Яга». Хозяйственно-бытовое водоснабжение централизованное - от Усинского водовода.
Месторождение приурочено к одной из депрессий водораздела бассейнов рек Воркуты и Усы. Рельеф поверхности спокойный, пологоволнистый, типично тундровый с абсолютными отметками +165, +180м. В юго-восточной части месторождения протекает р. Юнь-Яга, на площади месторождения находится несколько ручьев, также характерно наличие достаточно хорошо развитой озерноболотной системы.
Территория района занята типичными для региона и подзоны южных тундр Европейской части России ерниково-моховыми и ерниково-лишайниковыми тундрами. Растительность района весьма скудная, сельскохозяйственных угодий нет. Пониженные места обычно сильно заболочены и покрыты травянистым и
моховым покровом с кустами карликовой березы. По долинам рек и ручьев встречаются заросли ивняка.
Климат района субарктический с резкими колебаниями температур и давления. Средняя температура воздуха за многолетний период наблюдений составляет минус 6,3 °С при абсолютных минимумах -42 - -52 °С и максимумах +30- + 32 °С.
Количество осадков неравномерное в течение года и колеблется от 370 до 680 мм, снежный покров сохраняется на протяжении 230 дней, с октября по май месяцы. Суточный слой осадков при обеспеченности 63 % - 20 мм. Среднее число дней с осадками за теплый период - 76 дней. Наиболее часты осадки в сентябре, октябре и марте (22-23 дня). Самым сухим месяцем в году является июль, в этом месяце года число дней с осадками составляет около 10 дней. Наибольшее количество осадков приходится на зимнее время. В этот период выпадает около 60 % среднегодового количества осадков.
2. Г орно-геологическая
характеристика поля карьера
Горно-геологические условия Юнь-ягинского месторождения характерны для угольных месторождений подобного типа.
Геологоразведочные работы и подсчет запасов проводились в 1952, 1956, 1960 гг. После 1960 г. представления о геологическом строении месторождения, его гидрогеологии и криологии изменились, в связи с чем, в 1970-72 гг. были проведены дополнительные геологоразведочные работы.
Скважинами и горными выработками шахты «Юнь-Яга» вскрыты четвертичные и пермские отложения.
Угленосные отложения слагают асимметричную брахисинклинальную складку, вытянутую в широтном на-
правлении, с крутым (36-50°) северным и более пологим (8-18°) южным крыльями. К востоку от нее в процессе доразведки запасов выявлена дополнительная синклинальная складка площадью около 3 км2, обособленная от основной антиклинальным перегибом. В северозападной части месторождения также имеется обособленная синклинальная складка, образованная антиклинальным перегибом пласта пщ от основной мульды.
Угленосность месторождения связана с отложениями рудницкой подсвиты, нижневоркутинской свиты кунгурского яруса, которые заключают
9 пластов угля, достигающих рабочей мощности. Из них только два пласта п11 и п14 характеризуются простым строением, остальные пласты имеют преимущественно сложное строение, состоят из двух-трех пачек, невыдержанные по простиранию. Именно выхода пластов п11 и п14 под наносы представляют интерес для их отработки открытым способом.
В целом по месторождению углы залегания угольных пластов на выходах под наносы колеблются в пределах от 5° до 45°. Преобладающие углы залегания пластов 5-18°. Мощность пластов колеблется от 1,6-2,2 м. Мощность покрывающих наносов 5-30 м.
Основная кровля угольных пластов представлена толстослоистым переслаиванием песчаников и алевролитов, общей мощностью до 10 м.
Непосредственная кровля сложена слоистыми алевролитами и аргиллитами, общей мощностью до 6м. В ее нижней части, практически повсеместно, непосредственно на пласте п14 залегает 0,1-0,4 м весьма слабого аргиллита, тонко-горизонтально слоистого за счет обуглившихся растительных осадков с многочисленными линзочками угля. Эта часть непосредствен-
ной кровли характеризуется как неустойчивая, легко обрушающаяся ложная кровля.
Почва пласта пц сложена аргиллитами, ниже алевролитами и песчаниками. Породы почвы достаточно устойчивы и не обладают пучащими свойствами.
В процессе ведения подземных горных работ (до ликвидации шахты) наблюдения в выработках показали, что выше вентиляционных штреков (гор. + 150 м) углевмещающие породы находятся в зоне физического выветривания. Горные породы здесь вне зависимости от их литологического состава весьма неустойчивы и склонны к обрушению, сползанию, высыпанию. Значительные по высоте вывалы ослабленных пород иногда обнажают в выработках вентиляционного штрека четвертичный покров.
Породы почвы пластов несколько прочнее пород кровли. Если сравнивать характеристики кровель пластов пц и П14, то можно сделать вывод, что прочности пород этих пластов практически одинаковые. С понижением вглубь заметного увеличения прочности пород не наблюдается. Только на выходах пластов под наносы наблюдается снижение прочности пород.
В соответствии с представлениями о криологическом строении Печорского угольного бассейна и проведенной типизации территории по этому признаку Юньягинское месторождение располагается в области развития массивно-островной многолетнемерзлой зоны. Общая криологическая характеристика для подобного вида районов состоит в следующем: площадь распространения многолетнемерзлой зоны составляет 50-60 % с наличием сквозных таликов на остальной ее части, максимальная мощность зоны колеблется в пределах 180-200
м при средних значениях 50-70 м и преимущественных величинах до 2030 м, температура изменяется от -0,5 до -3,0 °С.
Суровый температурный режим способствовал сохранению глубокого промерзания горных пород. Небольшая мощность четвертичных отложений, выдержанные слои водоносных песчаников, повышенная трещиннова-тость массива обусловили специфическое тепловое воздействие на многолетнемерзлую зону со стороны поверхностных и подземных вод, способствующее ее деградации и возникновению сквозных многолетних таликов. Одновременно на отдельных участках уменьшилась и мощность мерзлой зоны. На территории месторождения многолетнемерзлая зона занимает по площади 50-60 %, на примыкающих водораздельных участках эта величина уменьшается до 3040 %.
Верхняя поверхность мерзлой зоны на большей части месторождения сливается с деятельным слоем, а в полосах стока, понижениях, заросших кустарником, под небольшими озерами и ручьями она опущена на 10-15 м.
Наиболее значительные по размерам участки мерзлой зоны приурочены к понижениям рельефа, осложненными озерными и озерно-болотными осадками, перекрытыми слоем торфа более 1,0 м. Здесь наблюдается максимальная мощность мерзлой зоны (более 100 м), при ее температуре до минус 2,5-3,0 °С. В основном это западная и северо-западная части месторождения. При мощности четвертичных отложений 15-29 м, с перекрытием их слоем не более 0,5 м торфа, образующим небольшие (около 1 га) вытянутые узкими полосами (50-70 м) формы рельефа, мощ-
ность многолетнемерзлой зоны составляет 40-60 м.
Сквозные многолетние талики преимущественно распространены в южной и юго-восточной частях территории, и встречаются они, как правило, под крупными неосушенны-ми озерами, рекой Юнь-Яга, отдельными ручьями и в районе провальных воронок.
Особенности мерзлотного строения Юньягинского угольного месторождения в значительной степени сказываются на характере гидрологических условии района, степени обводненности, инженерно- геологической устойчивости пород.
Данные о мерзлотно-гидрологических условиях Юньягинского угольного месторождения, полученные в период разведки и разработки месторождения подземным способом, а также ведением мониторинга подземных вод, свидетельствуют о сложности этих условий, обусловленных рядом природных факторов. Поле шахты расположено в понижении рельефа с многочисленными торфяниками и термокарстовыми озерами, и характеризуется наличием р. Юнь-Яга и трех ручьев.
В геологическом строении шахтного поля имеет место наличие нескольких водоносных песчаников большой мощности, залегающих в кровле рабочих угольных пластов, чему способствует незначительная мощность четвертичных отложений на большей части площади месторождения. Естественные гидрогеологические условия на месторождении нарушены в 1953 г., в связи со строительством шахты. Строительство шахты осуществлялось с большими во-допритоками. К концу 1964 года, когда шахта была сдана в эксплуатацию, режим подземных вод претерпел уже большие изменения. В
водоносных горизонтах, залегающих в кровле отрабатываемых пластов, уровни подземных вод значительно понизились, а общешахтные водопри-токи достигли 720 м3/час. Образовавшаяся крупная депрессионная воронка достигла контуров месторождения, а на юге вышла за его пределы, охватив и русло и долину р.Юнь-Яга. В 1965 г. уровни подземных вод под руслом реки опустились на 40 м и сток реки большую часть года полностью отсутствовал. По данным гидрогеологических исследований фильтрация вод из реки Юнь-Яга в недра составляла 110 м3/час. Общее снижение уровня подземных вод в основных подрабатываемых водоносных горизонтах составило 65-130 м.
К 1971-73 гг. формирование де-прессионной воронки закончилось, а среднегодовые шахтные водопри-токи стабилизировались в объеме 525 м/час. С этого периода и до 1982 г. наблюдался подъем уровня водопритока, что было вызвано, по-видимому, климатическими условиями. До закрытия шахты уровень подземных вод и шахтные водоприто-ки стабилизировались.
Однако в период с сентября 2000 по настоящее время в результате ведения открытых горных работ по выходам угольных пластов пц И П]4 и осуществления откачки стационарных шахтных вод, уровень подземных вод на поле бывшей шахты «Юнь-Яга» был понижен до отм. +140 м.
Прогнозные водопритоки в карьеры ориентированы на среднегодовые и без учета вод поверхностного стока с сопредельных территорий. В зимнее время водопритоки будут значительно ниже, чем в остальное время года. Максимальные притоки подземных вод в карьеры будут наблюдаться в теплый период года.
3. Запасы и качество полезного ископаемого
Запасы полезного ископаемого по пластам п ц и п 14 подсчитывались Воркутинской шахтной геологоразведочной конторой в 1972 г при проведении доразведки поля шахты Юнь-Яга. При проведении доразведки запасов угля в 1972 г., для определения запасов угля по выходам пластов под наносы, выделялась глубина залегания угля от выходов пластов под четвертичные отложения до кровли вентиляционных штреков по данным пластам. По марочному составу угли оцениваемых пластов относятся к марке К. Подсчет запасов угля производился согласно кондициям, утвержденным протоколом Госплана СССР №165 от 02.09.1959 г. по следующим требованиям:
• минимальная мощность пласта при простом строении для подсчета балансовых запасов принималась 0,7 м и максимальная зольность 25 %;
• при сложном строении пласт считается кондиционным, если Суммарная мощность породных прослоев не превышает 30 % мощности угольной пачки и среднепластовая зольность, с учетом засорения, не превышает 25 %
В качестве горизонтов подсчета запасов были приняты:
- по юго-западной и западной части выходов пластов под наносы, а также по западной изолированной структуре (ЗИС) - гор.+ 150 м;
- по восточной части выходов угольных пластов под наносы и восточной изолированной структуре (ВИС) - гор.+140 м.
В 1970 г. Центральной Межведомственной комиссией по расчистке балансовых запасов углей и горючих сланцев запасы угля Юньягинского месторождения находящиеся выше вентиляционных штреков пластов бы-
ли списаны. Для определения объемов запасов угля на выходах пластов под наносы использовались данные Отчета о доразведке поля шахты Юнь-Яга Печорского угольного бассейна. Подсчет запасов угля, предполагаемых к отработке открытым способом, производился по блокам
В результате ведения открытых горных работ в западной части выхода пласта пц и П14 под наносы запасы в период с сентября 2000 года были отработаны, в связи с этим объем запасов угля по западной части выхода пласта пц по состоянию на 01.01.2006 не осталось (1200 тыс. т).
В результате подсчета объемы запасов угля на выходах пластов под наносы, рассматриваемые для отработки открытым способом, с учетом добытого угля, составили 6-8 млн т.
Проектом предполагается отработка списанных запасов на выходах угольных пластов под наносы до означенных горизонтов по периметру поля шахты Юнь-Яга открытым способом. Общая протяженность выходов пластов под наносы составляет около 6 км. На всем протяжении рассматриваемой зоны пласты сохраняют свою структуру и качество.
Расчет эксплуатационных потерь угля при добыче произведен в соответствии с принятой проектом схемой подготовки пластов к выемке.
Эксплуатационные потери и засорение угля определены при усредненных величинах углов падения пластов, мощности пластов и мощности породных прослойков отдельно при подходе экскаватора со стороны кровли и со стороны почвы пласта. Объемный вес для боковых пород и породных прослоев принят средний по участку.
В соответствии с методикой и расчетами проектом принят уровень потерь на уровне 15 %, засорения -
10 %.
В последующем, при эксплуатации и годовом планировании в зависимости от принятой технологии и оборудования значения потерь и засорения угля уточняются
Первоначально в отработку была вовлечена западная часть месторождения, что было обусловлено рядом благоприятных факторов:
• близким расположением пластов к месту отгрузки угля (промпло-щадке);
• выдержанностью пластов и отсутствием строений вблизи места производства работ;
• возможностью ведения горных работ в направлении повышения рельефа начиная с места откачки шахтных вод, поднимаясь в отметках в направлении на север.
В настоящее время, по мере отработки западной части месторождения, горные работы развиваются на восточной части выходов пластов под наносы.
Мощности и строение пластов были приняты с учетом данных геологического отчета о доразведке запасов поля шахты Юнь-Яга печорского угольного бассейна и данных дополнительной разведки выходов угольных пластов, а также по данным планов горных работ шахты Юнь-Яга.
Таким образом, объем запасов угля, предусмотренных к отработке открытым способом, по выходам пластов ВИС, ЗИС, пц и П14 Юнь-ягинского месторождения составляют 6-8 млн т.
При применении комплексов типа БИМ-28 и БИМ-29, без производства вскрышных работ, возможна добыча до 70% запасов, заявленных в ТЭО кондиций по рекомендации НТЦ-НИИОГР (до 9 млн.)
Качественных характеристики и степень окисленности углей определялись по отобранным в горных
выработках шахты специальным пробам угля, находящегося в зоне окисления, и по данным опробования керна разведочных скважин, расположенных в зоне выходов пластов под наносы.
По заключению о качестве углей, приведенному в «Отчете о доразведке...»: «Угли являются весьма устойчивыми к окислению. Нижняя граница зоны окисления не превышает глубины 25 м от поверхности. По заключению ПечорНИИпроект при обогащении окисленность углей снижается и не оказывает заметного влияния на их технологические свойства».
Исходя из выше изложенного, можно сделать вывод, что запасы угля, пригодные для коксования могут составлять 80-90 % от предложенных к отработке открытым способом.
Анализируя данные видно, что уголь на выходах пластов пц щ4 является не окисленным, и его качественные характеристики практически не отличаются от характеристик угля, добываемого ранее шахтой «Юнь-Яга», что подтверждает ране сделанный вывод об устойчивости углей к окислению и его пригодности для коксования.
4. Режим работы разреза
Режим работы на вскрышных и буровых работах составляет 295 дней в 2-е смены продолжительностью по 12 часов в каждой смене. Режим работы на добычных работах и углепогрузочном пункте: 295 дней в году в одну смену продолжительностью по 12 часов в каждой смене.
Взрывные работы предусматривается проводить в первую смену.
Режим работы вспомогательных служб - два выходных дня в неделю, 260 рабочих дней в году в одну смену продолжительностью 8 часов.
Производственная мощность разреза установлена 450 тыс. т/год.
С целью возможности обеспечения проектной мощности 500 тыс. т/год выполнена проверка по объему промышленных запасов угля, горнотехническим возможностям, сроку амортизации основных фондов.
В качестве основных горнотехнических факторов при определении проектной мощности разреза были приняты:
- горно-геологические условия залегания пластов (количество и мощность, углы падения, запасы угля и т.д.);
- принятое горно-транспортное оборудование, высота и количество вскрышных и добычных уступов, структура отрабатываемых уступов (вскрышные и добычные или смешанные);
- схемы вскрытия и нарезки вскрышных горизонтов.
Таким образом, с учетом горнотехнических возможностей, исходя из эксплуатационной производительности экскаватора ЭКГ-5 А, принятых систем вскрытия и разработки, а также организации работы экскаваторно-автомобильных комплексов, производственная мощность разреза принята равной 500 тыс. т. угля в год.
5. Описание производства
Юньягинское месторождение каменных углей относится к Воркутин-скому геолого-промышленному району Печерского бассейна.
Месторождение находится за пределами городской черты г. Воркута, в южной части примыкает к пос. Советский (Черт. П 2814 447.1 - ГП).
Ближайший железнодорожный пункт (станция Воркута) удален на 12 км. Бетонированная автодорога связывает г. Воркута, бывшую шахту «Юнь-Яга» и пос. Советский.
Месторождение приурочено к одной из депрессий водопритоков бассейнов рек Воркуты и Усы. Рельеф поверхности спокойный, типично тундровый на площади месторождения находятся несколько ручьев, также характерно наличие хорошо развитой озерно-болотной системы. Количество осадков в течение года колеблется от 370 до 680 мм.
На промплощадке шахты имеется: электроподстанция 35/6; котельная; автодорога и ж/д путь; площадка угольного склада, ремонтные цеха.
С 1964 г. месторождение разрабатывалось шахтой «Юнь-Яга», которая в 1996 году была ликвидирована, на территории бывшей шахты сохраняется развитая инфраструктура, сеть дренажных канав.
Добываемый разрезом уголь транспортируется автотранспортом на промплощадку. Среднее расстояние транспортирования: с западной части месторождения 1,7 км, с восточной части месторождения - 5,0 км. На промплощадке с помощью бульдозера осуществляется формирование склада угля. Со склада уголь через приемный бункер поступает на скребковый конвейер СП-202, далее в вагоны. Погрузка угля в железнодорожные вагоны ведется с одной точки погрузки. Подтягивание вагонов под погрузочный пункт производится с помощью лебедки и тягового каната. Время погрузки состава порожняка из 12 вагонов с учетом затрат времени на маневровые операции составит 120 мин. Режим работы углепогрузочного комплекса одна 12-ти часовая смена. При маневровых работах тепловоз осаживает 10 порожних вагонов на тупиковый погрузочный путь, протяженностью 160 м, а остальные 10 вагонов устанавливает на порожняковую тупиковую ветвь.
Погрузка ведется в направлении от тупика к стрелке. Обмен порожних и груженых вагонов осуществляется через отправной путь. Промплощадка разреза включает в себя здание механического цеха для ремонта и обслуживания техники, вагон для выдачи нарядов и приема пищи.
Связь горных участков и подвижных объектов с промплощадкой осуществляется по технологической радиосвязи. Внешняя связь промпло-щадки с населенными пунктами осуществляется с помощью радиотелефонной связи.
На первом этапе отработки выходов угольных пластов, с целью минимизации эксплуатационных затрат и объема капитальных вложений, в отработку были вовлечены запасы наиболее благоприятного по горно-геологическим условиям участ-
ка западная часть выхода пласта пц и п14 под наносы.
В настоящее время горные работы ведутся по участку Западной и Восточной изолированных структур.
За прошедший год производительность угольного разреза составила 346,6 тыс. т. угля вгод. Объем вскрыши - 3 940 тыс. м3 , коэффициент вскрыши - 11 м3/т, себестоимость угля составила 538,6 руб/т, численность ООО «Юньягинское» составляет 193 человека, из них : горный участок 123 человека, вспомогательные службы - 43 человека, административно-управленческий аппарат - 27 человек.
В эксплуатации будут находиться два горных участка. Производительность комплекса оборудования будет составлять 390 тыс. т угля в год по ВИС, по ЗИС 60 тыс. т угля в год.
— Коротко об авторах
Горбачевский А.Г. - разрез «Юньягинский».
Л
•V
ТЕКУЩАЯ ИНФОРМАЦИЯ О ЗАЩИТАХ ДИССЕРТАЦИЙ ПО ГОРНОМУ ДЕЛУ И СМЕЖНЫМ ВОПРОСАМ Д П ^ ^ £ Г 1 АМПП
Автор Название работы Специальность Ученая степень
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ГОРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ДАНИЛОВ Георгий Вадимович Математическое моделирование распределения скоростей упругих волн в окрестностях горных выработок для повышения эффективности геоакустиче-ских методов контроля 05.13.18 к.т.н.
