CC BY
29
---------------------------------------------- © С.Н. Григорьев, 2004
УДК 622.271 С.Н. Григорьев
СПОСОБЫ УПРАВЛЕНИЯ РЕЖИМОМ ГОРНЫХ РАБОТ ПРИ РАЗРАБОТКЕ МУЛЬДООБРАЗНЫХ ЗАЛЕЖЕЙ УГЛЯ
Семинар № 12
Удовлетворение энергетических нужд России по всем прогнозам будет связано с освоением месторождений углей в восточных районах страны, где основные запасы высококачественных энергетических и коксующихся углей сосредоточены в пластах крутого и наклонного падения. Кроме того, в этих районах выявлено более 50 месторождений угля, залегающих в форме мульд (брахи-синклиналей). Часть этих месторождений находится в эксплуатации, другие будут вовлечены в разработку в будущем. В основном это мульды средних размеров с площадью в плане от 3 до 30 км2, отработка которых, как показывает практика, возможна и целесообразна одним карьером (разрезом).
Мульдообразным залежам присущи свойства, характерные сразу нескольким типам геологических структур. Так, на различных участках мульды углы падения пластов могут изменяться от крутых до горизонтальных. Специфичность геологического строения мульдообразных залежей, изменчивость горно-геологических условий на различных участках и по глубине залегания пластов затрудняет использование многих теоретических положений [1] и апробированных на практике технологических и технических решений открытой разработки залежей других типов геологических структур. Научные разработки и систематизированный анализ опыта ведения горных работ на мульдообразных залежах весьма ограничены [2, 3]. Выполненные работы, в основном, относятся к крупным мульдам, например Экибастузской, разработку которых осуществляют несколькими карьерами.
Анализ опыта проектирования и ведения горных работ на 23 карьерах, эксплуатирующих 14 мульдообразных месторождений различных типов, показал отсутствие общих подходов при принятии решений по развитию горных работ в границах карьерного поля [4].
Между тем все многообразие схем разви-
тия горных работ при разработке мульдообразных залежей можно свести в основном к двум принципиальным вариантам: подвига-нию фронта работ от одного из замков мульды вдоль ее длинной оси или его развитию от крыльев мульды, что соответствует поперечной и продольной однобортовым системам разработки по классификации акад. В.В. Ржевского. Углубочные кольцевые периферийные системы разработки не нашли использования в аналогичных условиях. На практике иногда применяют лишь отдельные элементы этих систем.
При поперечной и продольной однобортовых системах разработки горные работы последовательно проходят три условные зоны. В первой зоне они ведутся по падению пласта по углубочной системе разработки. Во второй зоне, при выположенном дне мульды система разработки трансформируется в сплошную. При работе в этих двух зонах обычно используют технологические принципы и накопленный опыт ведения горных работ в аналогичных типах геологических структур. В третьей зоне горные работы должны в принципе осуществляться по восстанию пласта. При этом могут возникнуть небезопасные условия для их ведения вследствие снижения устойчивости рабочего борта. Опыт производства горных работ в аналогичных условиях отсутствует, и порядок их ведения необходимо определять с использованием других схем, позволяющих обеспечить, во-первых, безопасность работ, во-вторых, рациональный режим горных работ.
Динамика развития рабочей зоны, календарные графики и графики режима горных работ при разработке мульдообразной залежи по продольной и поперечной однобортовым системах разработки представлены соответственно на рис. 1 и 2. При этом необходимо отметить, что в качестве объекта исследования режимов горных работ была принята идеализированная геометрическая модель месторождения, при-
чем в качестве прототипа для построения послужила мульда Нерюнгринского угольного месторождения. Из графиков режима горных работ следует, что при продольной системе, разработки текущий коэффициент вскрыши с глубиной карьера растет более интенсивно, чем при поперечной системе и достигает своего среднего значения на глубине примерно равной одной трети максимальной глубины погружения мульды. При поперечной системе разработки это значение достигается на большей глубине, а именно при понижении горных работ примерно до половины максимальной глубины погружения мульды. Это обстоятельство, с учетом других показателей системы разработки, позволило рекомендовать при работе в первой и второй зонах в качестве основной поперечную однобортовую систему, что подтверждается положительным опытом отработки мульдообразных залежей средних размеров.
Так, при разработке Нерюнгринского угольного месторождения первоначально намечали осуществлять горные работы с продольным подвиганием их фронта и только в процессе ведения работ выявили нерациональность такого решения и применили поперечную однобортовую систему разработки.
Несмотря на преимущества поперечной однобортовой системы разработки она, как и продольная система, не обеспечивает равномерный режим горных работ. Примерно половину срока эксплуатации карьер будет работать с превышением среднего значения коэффициента вскрыши на 30-50 %, а наиболее низкие коэффициенты вскрыши соответствуют последней трети срока эксплуатации карьера. Этот недостаток, как следует из опыта эксплуатации разреза «Нерюнгринский», может быть устранен при применении поперечной однобортовой системы разработки и в случае превышения текущим коэффициентом вскрыши среднего значения за счет прирезки более угленасыщенных фланговых участков, развитие горных работ в которых ведут по однобортовой продольной системе разработки.
По мере углубления карьера и подхода ко дну мульды, т.е. при вхождении горных работ в третью зону традиционный порядок их осуществления приведет к подвиганию фронта горных работ по восстанию пласта и вследствие этого к снижению устойчивости рабочего борта карьера. Действие сдвигающих сил будет усиливаться в случае «подрезки» рабочего
борта на его флангах опережающими горными выемками по выходам пластов. Таким образом, порядок ведения горных работ в третьей зоне во многом будет определяться устойчивостью рабочего борта.
В принципе, запасы угля в третьей зоне могут быть разработаны без изменения направления развития горных работ. При этом повышение устойчивости рабочего борта можно достичь за счет его выполаживания. Однако эта мера резко ухудшает режим горных работ, что может привести к отрицательному экономическому результату. В этой связи предлагается этапный порядок отработки месторождения с формированием временного борта при переходе от одного этапа к другому. При этом рекомендуется выделить два этапа, отличающихся направлением развития горных работ и использованием различных технологий разработки. Первый этап - ведение горных работ в первой и второй зонах, второй этап - в третьей зоне.
Для отработки запасов угля в третьей зоне предлагается следующий порядок ведения горных работ. Еще при подходе горных работ к максимальной глубине погружения мульды их развитие по верхнему уступу приостанавливают и формируют временный борт, более крутой, чем рабочий. Одновременно отрабатываются запасы по флангам карьерного поля в границах второго этапа, начиная с выходов пластов под наносы.
Формирование временного борта при переходе ко второму этапу разработки имеет следующие преимущества:
• при создании вместо рабочего более крутого временного борта будет отработана часть запасов угля с более низким коэффициентом вскрыши;
• снижение из-за формирования временного борта текущего коэффициента вскрыши при доработке запасов первого этапа позволит осуществить развитие горных работ, в контурах второго этапа в более короткие сроки, допуская при этом временное увеличение текущего объема вскрышных работ;
• создание временного борта позволит освободить дополнительные площади по дну мульды для размещения вскрыши во внутренние отвалы;
• за счет управления интенсивностью ведения горных работ по формированию временного борта можно будет регулировать режим горных работ при отработке на втором
этапе.
Важнейшим вопросом проектирования данной технологии является правильное определение местоположения временного борта, от которого в значительной степени зависит его устойчивость. Так, при более ранней постановке временного борта угол устойчивого откоса будет увеличиваться. Не исключается при этом возможность создания упора временному борту из насыпных вскрышных пород (например, нижнего яруса внутреннего отвала или транспортной перемычки).
Схема к обоснованию эффективности предлагаемого способа показана на рис.3. На ней положение временного борта соответствует линии АВ. Его формирование начинают при достижении рабочим бортом положения СВ. При отказе от формирования временного борта горные работы должны переместиться из положения, соответствующего линии СВ, в положение, соответствующее линии АД, при сохранении принятого угла откоса рабочего борта. Таким образом, при формировании временного борта в контурах второго этапа консервируются объемы горной массы, заключенные между линиями АВ и АД.
Результаты расчета объемов работ при формировании временного борта для модели мульды Нерюнгринского месторождения приведены в таблице.
Приведенные в таблице данные свидетельствуют о высокой эффективности технологии отработки с формированием временного борта на границе этапов за счет извлечения запасов угля с более низким коэффициентом вскрыши в этот период (К„ = 3,23 м3/т) и консервации объемов горной массы в контуре карьерного поля с высоким коэффициентом вскрыши (К„ = 8,82 м3/т).
Выбор развития горных работ в границах второго этапа разработкиявляется многовариантной задачей, решение которой во многом
определяется глубиной, формой и элементами залегания мульды, устойчивостью рабочего и временного бортов карьера, угленасыщенно-стью участков, производительностью разреза по добыче угля, требованию к его качеству и другими факторами. Развитие горных работ в контурах второго этапа возможно по следующим принципиальным вариантам:
• послойная отработка с развитием горных работ сверху вниз;
• ведение горных работ с симметричным и асимметричным обхватами флангов
мульды;
• встречное (от противоположного
замка мульды) направление подвигания фронта работ.
В работе [4] установлено, что более равномерный режим горных работ, минимальные затраты на транспортирование и максимальный доход обеспечивает порядок ведения горных работ с асимметричным обхватом мульды по периметру. Три последовательных положения горных работ и календарный график с учетом отстройки временного борта для данного варианта представлены на рис. 4. Такой порядок ведения горных работ логически вытекает из принятой на первом этапе однобортовой поперечной системы разработки с созданием опережений по флангам карьера. При переходе ко второму этапу горные работы в центральной части карьера будут заключаться только в формировании временного борта, а по флангам их интенсифицируют, развивая как по выходам пластов, так и в глубину. Таким образом, переход ко второму этапу может быть осуществлен в результате некоторой перестановки горного оборудования. После соединения фланговых участков по периметру мульды горные работы ведутся по углубочной кольцевой периферийной системе разработки.
Угольные грузопотоки направляют по нерабочему борту на поверхность. В начальный
Объемы горных работ при формировании временного борта
Показатели Вскрыша, 3 млн м Уголь Коэффициент вскрыши, м3/т
3 млн м млн т
Объем горных работ при формировании временного борта (между положениями, соответствующими линиям СВ и АВ) 230 54,3 71,1 3,23
Объем горных работ при отказе от формирования временного борта (между положениями, соответствующими линиям СВ и АД) 583,6 84,3 111,2 5,29
Объем горной массы, консервируемый (между положениями, соответствующими линиям АВ и АД) при формировании временного борта 353,6 30 40,1 8,82
период грузотранспортную связь вскрышных горизонтов с внешними отвалами осуществляют по поверхности, а с внутренними отвалами - по отстраиваемому временному борту. После соединения участков вскрышные грузопотоки направляют в основном на внутренние отвалы по транспортным коммуникациям на временном борту. При доработке запасов угля месторождения осуществляют отсыпку внутреннего отвала в контуре второго этапа.
Использование этапного порядка разработки на Нерюнгринском месторождении требует решения ряда научных и инженерных задач, тщательной проектной проработки. Одна из основных проблем - обоснованиенаиболее эффективной технологической схемы формирования временного борта и его параметров, обеспечивающих стабилизацию коэффициента
1 Ржевский В.В. Открытые горные работы. -
М.: Недра, 1985 - Ч. 2. - 549 с.
2. Томаков П.И., Манкевич В.В. Открытая разработка угольных и рудных месторождений - М.: Изд-во МГТУ, 1995 - 611с.
3. Супрун В.И., Мелехов Д.П., Минахметов Х.М.
— Коротко об авторок --------------------------------
Григорьев С.Н—кандидат технических наук, ОАО «Яку туголь».
вскрыши и устойчивость борта в условиях фланговой его подрезки до полной отработки месторождения. Требуют решения вопросы вскрытия рабочих горизонтов карьера, развития внутренних отвалов на втором этапе разработки и ряд других задач. В целом же следует отметить, что предлагаемые способы управления режимом горных работ выгодно отличается от ранее выполненных для условий разреза «Нерюнгринский» проектных и научных проработок более равномерным коэффициентом вскрыши на всех этапах разработки и большей эффективностью. Рассмотренные технологические решения расширяют область применения этапного порядка отработки карьерного поля, который достаточно хорошо апробирован на практике в других горногеологических условиях.
---------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Порядок отработки крупных мульдообразных залежей. -М.: ЦНИИЭИуголь, 1988.
4. Григорьев С.Н. Обоснование порядка разработки мульдообразных залежей угля одним карьером: Дисс. канд. техн. наук - М., 1999 - 19с.
ТЕКУЩАЯ ИНФОРМАЦИЯ О ЗАЩИТАХ ДИССЕРТАЦИИ ПО ГОРНОМУ ДЕЛУ И СМЕЖНЫМ ВОПРОСАМ
ДИССЕРТАЦИИ
Автор Название работы Специальность Ученая степень
ИНСТИТУТ ПРОБ ЛЕМ КОМПЛЕКСНОГО ОСВОЕНИЯ НЕДР Р АН
ЗУБЕНКО
Артур
Владимирович
Обоснование электрохимических параметров вскрытия и извлечения золота из упорных руд на основе использования метода оптико-геометрического анализа изображений
