CC BY
73
СОЗДАНИЕ МОДЕЛИ УГОЛЬНОГО ТЕРРИКОНА НА ОСНОВЕ ЕГО ГЕОЛОГО-МИНЕРАЛОГИЧЕСКОГО ОПРОБОВАНИЯ*
Т.В. Чекушина1, Ж.Ю. Абдулатипов2
1Институт проблем комплексного освоения недр Российская академия наук Крюковский туп., 4, Москва, Россия, 111020
2Кафедра нефтепромысловой геологии, горного и нефтегазового дела Инженерный факультет Российский университет дружбы народов ул. Орджоникидзе, 3, Москва, Россия, 115419
Исследованы угольные отвалы Кызылкийского буроугольного месторождения, проведена работа по изучению внутреннего строения терриконов и разработана оптимальная схема угольных терриконов для последующего народнохозяйственного использования.
Ключевые слова: месторождение, уголь, отвал, террикон, схема, модель, состав.
Изученные шахтные отвалы, расположенные в пределах Кызылкийского буроугольного месторождения (Кыргызстан), отсыпка которых была начата в 1960-е гг. и завершена в 1980—1990-е гг. Отвалы Кызылкийского буроугольного месторождения имеют различную геометрию и подразделяются на два типа.
1. Терриконы — конические отвалы высотой 60—70 м и объемом более 250 000 м (рис. 1). Они отсыпались на территории действующих шахт вплоть до 1988 г. Складирование отвалов зависит от рельефа местности, в связи с этим большинство углеотходов Кызылкийского буроугольного месторождения складировались на ближайших хребтах. Поэтому они в большинстве случаев имеют вид хребтовидных отвалов.
Рис. 1. Террикон (фото авторов)
* Исследования выполняются в рамках реализации ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009—2013 гг. (мероприятие 1.3.2, соглашение 14.132.21.1816).
2. Хребтовидные отвалы высотой до 20—30 м, объемом более 200 000 т складируются так же, как терриконы (рис. 2).
Рис. 2. Хребтовидный отвал (фото авторов)
Сводная таблица терриконов и хребтовидных отвалов Кызылкийского буро-угольного месторождения приведенна ниже (табл. 1).
Таблица 1
Сводная таблица некоторых терриконов и хребтовидных отвалов Кызылкийского буроугольного месторождения
N отв. Шахта Высота, м Площадь 2 основания,м Объем, 3 тыс., м Время эксплуатации
начало Конец
1 № 4 20 1 800 36 1960 1988
2 Ленинского комсомола 60 16 000 250 1960 1988
3 № 6 20—30 6 000 200 1960 1988
Для выделенного технологического типа отвалов как наиболее распространенного на территории г. Кызылкия построены графические модели, отражающие особенности их внутреннего строения и физического состояния.
Схема негорящего террикона. В качестве вещественно-структурного аналога при моделировании внутреннего строения не горящих терриконов Кызыл-кийского буроугольного месторождения был принят конический отвал шахты им. Ленинского Комсомола Кызылкийского буроугольного месторождения.
Отвал характеризовался следующими параметрами: длина 120 м, высота около 60 м, средняя ширина по основанию около 100 м, объем складированной породы примерно 250 000 м3, угол откоса примерно 45°. В результате анализа отходов угледобычи, поступающей из горных выработок в отвал, было установлено, что 9,3% составляет уголь и его сростки с колчеданом, а остальные 90,7% —
Чекушина Т.В., Абдулатипов Ж.Ю. Создание модели угольного террикона.
глинистые и песчанистые породы, не содержащие горючих компонентов. Пробы для анализа отбирались по крутому гребню террикона в направлении от подошвы к его вершине каждые 8—10 м.
Полевому изучению и опробованию шахтных отвалов предшествовало детальное изучение результатов геологоразведочных работ на исследуемых шахтных полях. На основании полученной информации уточнялось соотношение различных литологических типов углевмещающих пород, поступающих в отвалы в процессе проведения вскрышных подготовительных и очистных выработок. В дальнейшем отбор рядовых геологоразведочных проб осуществлялся по общепринятой для отвалов конической формы методике с учетом их морфометрических параметров и особенностей гравитационной сегрегации материала, отсыпаемого «под откос» [3].
Опробование производилось поярусно, точечным способом с предварительной разбивкой тела терриконика параллельными горизонтальными плоскостями на зоны опробования средней мощностью 8—10 м. Разбивка отвала на зоны опробования производилась от его вершины к основанию с присвоением каждой зоне своего порядкового номера. Таким образом, для отвала высотой 40 м выделялось 5 зон, а для 60-метрового отвала — 6 зон (рис. 3).
Масса первичных рядовых проб, количество которых соответствует выделенным зонам, устанавливалась как сумма масс точечных порций вещества, входящих в первичную пробу. Отбор порций производился ручным способом
Зоны отоора проо:
-----:||р:-:няя - 3 пробы;
--«гЩебня§ - 4 проЗы; -нижняя - 5 проо.
1 1 3 4 5 6 I 8 & 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 11 24.15 11:27 28 Ш
Рис. 3. Схема отбора групповых проб в зависимости от высоты террикона
с соблюдением необходимых мер безопасности. Глубина отбора порций составляла в среднем 0,5—2,0 м. В дальнейшем рядовые геологоразведочные пробы объединялись в лабораторно-технологические пробы, характеризующие верхнюю, среднюю и нижнюю части отвала.
Как показали результаты анализа, содержание горючих компонентов по внешнему, нисходящему гребню отвала варьировало от его подошвы к вершине в пределах от 3,47 до 34,0%. При этом в нижнем поясе (0—20 м) содержание Сорг-. изменялось от 0 до 3,47%. Во втором поясе (20—40 м) — от 3,47 до 18,4%; в третьем (40—60 м) содержание горючих компонентов — угольных частиц и колчедана — увеличилось в среднем до 34%. Средневзвешенный размер кусков породы по поясам уменьшался снизу вверх следующим образом — 180, 110, 60, 25 мм.
Для получения объемного представления о внутреннем строении отвалов нами было проведено натурное моделирование процессов сегрегации в лабораторных условиях (по В. М Меркулову) с использованием прозрачной стенки. Материалом для моделирования служила дробленая порода, выдаваемая из шахты, гранулометрический состав которой соответствовал гранулометрическому составу породы, поступающей в отвал с учетом масштаба моделирования.
Исследования подтвердили вывод о том, что при отсыпке пород под откос крупные куски катятся дальше мелких, скапливаясь в нижней части отвала.
Отобранные геологоразведочные пробы, с учетом внутреннего строения отвала, были объединены в три гранулометрические контрастные сопряженные зоны, которые наиболее отчетливо проявляются в продольном вертикальном разрезе террикона (рис. 4).
Рис. 4. Структура террикона по гранулометрическому составу. Зоны:крупноблоковая; среднеблоковая; мелкоблоковая
Чекушина Т.В., АбдулатиповЖ.Ю. Создание модели угольного террикона...
Выделенные зоны, имеющие приблизительно равные мощности, отличаются по гранулометрическому составу и содержанию горючих материалов. Эти зоны с учетом выявленных различий названы соответственно: крупноблоковая (более 150 мм), среднеблоковая (50—150 мм) и мелкоблоковая (менее 50 мм).
Результаты моделирования изученных терриконов Кызылкийского месторождения показали, что технологическая схема складирования пород в конических отвалах обусловливает присущую только ей зональность внутреннего строения, совпадающую с аналогом, которая должна учитываться при технологическом опробовании, тушении и профилактике самовозгорания породных отвалов, а также при технической и биологической рекультивации.
ЛИТЕРАТУРА
[1] Воробьёв А.Е., Лоцев Г.В. Подземная разработка угольных месторождений: Учеб. пособие. — Ош, 2006. [VorobevA.E., LotcevIU.V. Podzemnaia razrabotka ugolnyh mestorozhdeniy: Ucheb. posobie. — Osh, 2006.]
[2] Мещанинов Ф.В. Геолого-структурные и термобарогеохимические условия формирования террикоников — техногенных месторождений угольного ряда Восточного Донбасса (на примере Краснодонецкого углепромышленного района): Дисс. ... канд. г.-минерал. наук, 2002. [Meshaninov F. V. Geologo-strukturnye i termobarogeohimicheskie uslovia formiro-vaniia terrikonikov — tehnogennyh mestirozhdeniy ugolnogo riada Vostochnogo Donbassa (na primere Krasnodonetckogo uglepromyshlennogo raiona): Diss. ... kand. g.-mineral. nauk. — 2002.]
[3] Меркулов В.А. Охрана природы на угольных шахтах. — М.: Недра, 1981. [Merkulov V.A. Ohrana prirody na ugolnyh shahtah. — M.: Nedra, 1981.]
CREATING MODELS OF COAL HEAPS BASED ON ITS GEOLOGICAL AND MINERALOGICAL TESTING
T.V. Chekushina1, J.Y. Abdulatipov2
'Institute of Comprehensive Exploitation of Mineral Resources Kryukovsky tupik, 4, Moscow, Russia, 111020
2
Department of petroleum geology, mining and oil and gas business Engineering Faculty People's Friendship University of Russia Ordzhonikidze str., 3, Moscow, Russia, 115419
Explored coal dumps of Kyzylkiyskia brown coal deposit, have done the work on the study of the internal structure of waste heaps and developed an optimal scheme of coal heaps for further national economic using/
Key words: mine, coal, dump, waste heaps, scheme, pattern, composition.
