CC BY
43
Р 15
1ЛД НА СИМПОЗИУМЕ
10СКВА.^МГГУ.я31яянваряя-я4яфевраляя2000я-одая
"НЕДЕЛЯ ГОРНЯКА - 2
) Г.О. Киприянов, В.С. Сорокин 2000
УДК 622.271:622.33:551.34
Г.О. Киприянов, В.С. Сорокин
ПРОБЛЕМЫ РАЗВИТИЯ ГОРНЫХ РАБОТ ПРИ ОТКРЫТОЙ УГЛЕДОБЫЧЕ В УСЛОВИЯХ МНОГОЛЕТНЕЙ МЕРЗЛОТЫ
а обширной территории Республики Саха (Якутия) расположены три крупных угольных бассейна: Ленский, Колымо-Индигирский и Южно- Якутский, где сосредоточены огромные запасы бурых, каменных и коксующихся углей.
В настоящее время на многочисленных месторождениях этих бассейнов открытую добычу угля ведут более десяти угольных разрезов, среди которых наиболее мощным является разрез «Нерюнгринский» в Южной Якутии. Проектная мощность этого разреза была принята равной 15 млн т в год, однако с началом рыночной экономики снизился спрос на твердое топливо у потребителей, что привело к сокращению объема добычи угля почти в 2 раза.
Угольные разрезы «Кангаласский» в Центральной Якутии и «Зырянский» в восточной части республики, имеющие годовую производительность в пределах 1 млн т, работают довольно длительное время (почти 40 лет). Остальные угольные разрезы были введены в эксплуатации в последние годы для удовлетворения местных нужд в топливе. Производственная мощность их не превышает 200-300 тыс. т в год, но в то же время существование таких маломощных мелких предприятий вполне оправдано ввиду резкого увеличения транспортных издержек при перевозке угля на большие расстояния и уничтожения лесных массивов вокруг улусных поселков.
Большинство разрабатываемых угольных месторождений отличается благоприятными горно-геоло-гическими условиями: - коэффи-
циент вскрыши не превышает 5 м3/т при горизонтальном залегании пластов; - горный массив сложен некрепкими разновидностями осадочных пород; - водопритоки в рабочую зону разрезов почти отсутствуют; - борта разрезов имеют достаточную устойчивость ввиду многолетнемерзлого состояния пород.
Способ вскрытия и система разработки выбираются с учетом мощности покрывающих пород и угла залегания угольных пластов, а также применяемого горнотранспортного оборудования.
Нерюнгринское каменноугольное месторождение относится к нагорно-глубинному типу с углом падения пласта «Мощного» в периферической части мульды 20-25 градусов.
В этих условиях вскрытие рабочих горизонтов осуществляется полутраншеями с перемещением основной части вскрыши сверху вниз, а в глубинной части проходятся временные внутренние траншеи с фланговым расположением въездов.
Горные работы ведутся по углубочной продольной однобортовой (транспортной) системе разработки с использованием мощных мехлопат с ковшом вместимостью от 8 до 40 м3 и автосамосвалов грузоподъемнотьью 120; 160; 220 т.
Угольные месторождения Ленского бассейна в большинстве случаев имеют горизонтальное залегание. Мощность покрывающих пород на угольных разрезах Кангаласский, Кировский и Харбалахский колеблется от 8 до 40 м, поэтому здесь угольные пласты вскрываются наклонными траншеями внешнего заложения, служащими для вывоза угля и небольшой части вскрышных пород.
На вскрыше широко применяется комбинированная система разработки с удалением основного объема вскрышных пород по бестранспортной схеме в выработанное пространство шагающими экскаваторами, бульдозерами и одноковшовыми погрузчиками.
На каменноугольных месторождениях в северо-восточной части Якутии (Зырянское,
Краснореченское и Тихонское) разрабатываются пласты с наклонным залеганием (<х= 16^35°).
Вскрытие рабочих горизонтов производится наклонными траншеями как внешнего, так и внутреннего заложения. Применяемая транспортная система разработки предусматривает перевозку вскрышных пород автосамосвалами во внешние отвалы.
Суровые климатические условия и многолетняя мерзлота оказывают существенное влияние на производство открытых работ, в связи с этим вкратце остановимся на особенностях выполнения основных производственных процессов.
При бурении взрывных скважин значительные осложнения возникают в верхней части уступов, где залегают песчаноглинистые породы с содержанием гравийногалечного материала до 10^15 %. При воздействии бурового инструмента на забой скважины с подачей сжатого воздуха, имеющего положительную температуру, происходит оттаивание льда - цемента, которое вызывает налипание и намерзание удаляемого шлама на буровой став и стенки скважины.
В этом случае сжатый воздух, подаваемый на продувку скважин, целесообразно охладить с помощью специального устройства. Кроме того, рекомендуется вместо шарошечного долота использовать буровой инструмент режущего типа или комбинированное режуще-шаро-шечное долото.
На угольных разрезах небольшой производственной мощности (100-300 тыс. т) отсутствие станков шарошечного бурения, способных бурить скважины малого диаметра (до 160 мм) создает определенные трудности и вынуждает при бурении пород средней крепости использовать станки пневмо-ударного бурения.
Рыхлые осадочные породы в многолетнемерзлом состоянии обладают значительными силами сцепления и повышенными вязко-пластическими свойствами, что обуславливает большую сопротивляемость их разрушающему действию взрыва.
Для качественного дробления таких пород требуется увеличение продолжительности воздействия взрывной нагрузки при большем запасе потенциальной энергии ВВ. К тому же
при высокоамплитудном импульсе взрыва резко возрастают потери энергии в ближней зоне, что связано с большой сжимаемостью и интенсивными пластическими деформациями кристаллов льда и минеральных частиц мерзлых пород при взрыве. В этих условиях целесообразно применять ВВ с низкой скоростью детонации, к которым относятся игданит, гранулиты и граммонит 79/21. Хорошие результаты взрывной подготовки многолетнемерзлых пород обеспечиваются при применении комбинированных зарядов из двух различных ВВ, например, увеличение удельной энергии взрыва можно достигнуть при использовании металлизированного ВВ в количестве не более 1/4 от общего веса заряда.
При установлении оптимального значения удельного расхода ВВ необходимо учитывать такие геокриологические факторы, как температура породного массива, криотекстура, количество ледяных включений и глинистых частиц, а также тип цемента в полу-скальных породах. В настоящее время, на угольных разрезах Якутии, несмотря на невысокие показатели прочностных свойств вскрышных пород, удельный расход ВВ составляет не менее 0,5-0,6 кг/м3.
Эксплуатация выемочно-погрузочного
оборудования в зимних условиях сопровождается большой аварийностью и низкой надежностью вследствие недостаточного уровня хладостойкости его металлоконструкций для низких температур наружного воздуха особенно значительное число поломок и отказов происходит при применении маломощных экскаваторов строительного типа, которые не выдерживают динамические нагрузки даже при удовлетворительном дроблении мерзлых пород. В связи с этим на небольших угольных разрезах стремятся форсировать вскрышные работы в теплое время, притом наилучшими показателями работают шагающие экскаваторы с вместимостью ковша 10 м3 и одноковшовые погрузчики, производящие складирование пустых пород во внутренних отвалах.
Эффективность использования одноковшовых погрузчиков на мелких разрезах обусловлена наличием ряда их существенных преимуществ перед карьерными мехлопата-ми, из которых следует выделить такие, как
универсальность и мобильность. Они могут выполнить несколько производственных процессов (выемка, погрузка, транспортирование и укладка пород в отвалы), что приводит к значительному снижению затрат на производство вскрышных работ.
В настоящее время на этих разрезах для транспортирования горной массы часто применяются морально устаревшие и неприспособленные к работе в суровых климатических условиях Крайнего Севера автосамосвалы Кременчугского автозавода, а тогда как появились более совершенные в конструктивном исполнении машины (например, Могилевского автозавода), имеющие большую грузоподъемность и повышенную скорость движения.
Надежная и производительная работа автомашин небольшой грузоподъемности во многом зависит от природно-климатических факторов, из которых наибольшее значение имеют низкая температура воздуха, туманы, атмосферные осадки и снежные заносы. Для снижения их отрицательного влияния рекомендуется изготавливать узлы машин из хладостойкого металла и использовать морозостойкие шины, а также специальные смазочные и электротехнические материалы.
Таким образом, для повышения эффективности открытых горных работ на мелких угольных разрезах Якутии возникла необходимость решения некоторых проблем горного производства, затронутых в представленном докладе.
Киприянов Григорий Осипович - доцент, Якутский государственный университет.
Сорокин Владимир Степанович - доцент, Якутский государ-
