CC BY
31
П.И. Томаков, В.С. Коваленко
Московский государственный горный университет
ВОВЛЕЧЕНИЕ В ПРОИЗВОДСТВО РЕСУРСА ВЫРАБОТАННОГО ПРОСТРАНСТВА -ОСНОВНОЕ НАПРАВЛЕНИЕ В СНИЖЕНИИ РЕСУРСОЕМКОСТИ И УЛУЧШЕНИИ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ УГЛЕДОБЫЧИ НА РАЗРЕЗАХ КУЗБАССА
В условиях крайнего дефицита инвестиционных и оборотных средств, что не позволяет проводить техническое переоснащение производств и поддерживать на должном уровне производительность горно-транспортного оборудования, многие разрезы в качестве основной стратегии оздоровления экономики и сохранения жизнеспособности предприятия приняли направление на технологическую перестройку угледобычи в основном без привлечения дополнительных инвестиций.
Перестройка заключается, прежде всего, в переходе на технологии, предусматривающие внутреннее отвалообразованне вскрышных пород. В настоящее время на большинстве разрезов отрасли создаются технологические условия для использования техногенного ресурса - выработанного пространства под размещение в нем основной массы вскрышных пород. Причем, наибольший рост объемов использования пород вскрыши наблюдается на разрезах Кузбасса при отработке пластов наклонного и крутого падения. Так, за период с 1991 по
1995 гг. он увеличился по концерну “Кузбассразрезуголь” в 2,5 раза и достиг 85498 тыс.м3 или 52,0% от общего объема вскрышных пород (рис. 1). Наибольший рост наблюдался на разрезах “Вахрушева” (с 3,2 до 78,2%), “Листвянекий” (с 28,5 до 70,0%), “Кедровский” (с 18,5 до 46,3%), “Сартаки” (с 14,4 до 62,0%), “Караканский”
(с 2,9 до 50,8%), “Таллинский” (с 5,2 до 46,2%), “Осинниковский” (с 13,1 до 56,0%).
С увеличением доли внутреннего от-валообразования расстояние транспортирования пород вскрыши автотранспортом уменьшилось, что весьма положительно сказалось на производительности транспортных средств и, соответственно, улучшились технико-экономические показатели угледобычи.
Анализ данных, представленных на гистограммах рис. 1 и 2 показывает, что независимо от горнотехнических условий разработки существует обратная связь между объемами утилизации пород вскрыши в основном для засыпки карьерных выемок (до 95% от общего объема) и расстоянием их перемещения. Наибольшие расстояния и удельные грузообороты характерны для разрезов, на которых основные объемы запасов угля отрабатываются по традиционным технологиям при внешнем отвалооб-разовании. Это разрезы “Бачатский” (7^.= 4,3-4,7 км), “Красный Брод” (Ьтр, = 3,1-3,4 км), “Талдинский” (Ьтр.= 2,6-3,1 км).
Наименьшие расстояния (Ьтр.= 1,2-2,8 км) достигнуты на разрезах “Ерунаковский”, “Листвянский”,
“Моховский”, “Вахрушева”, на которых основные объемы (от 50 до 90%) вскрышных пород размещаются во внутренние отвалы.
Достигнутый положительный результат от перехода с внешнего на внутрен-
нее отвалообразование явился основой для принятия в “Программе социально-экономического развития АООТ “Концерн Кузбассразрезуголь’7 на 1996-2000 гг. в качестве ведущего направления технического и технологического переоснащения производства постепенный переход на поэтапную и блочную отработку полей разрезов с раз-
100,00% п
90,00% -
мещением основных объемов разрабатываемых вскрышных пород в выработанном пространстве (разрезы “Новосергеевский”, “Краснобродский”, “Вахрушева”, “Калтан-скии ’ и другие). Прогнозные показатели использования пород вскрыши в 1996-2000 гг. в сравнении с фактически достигнутыми в 1991 г. показаны на рис. 3.
0,00%
Рис.1. Использование пород вскрыши на разрезах АООТ “Концерн Кузбассразрезуголь" в 1991-95 гг.
Реализация плана технического и технологического переоснащения предприятий АООТ “Концерн Кузбассразрезуголь” позволит в перспективе достичь следующих результатов:
• уменьшить удельный грузооборот при добыче одной тонны угля автотранспортом с 27,2 т км/т в 1996 г. до 24,6 т-км/т в 2000 г.;
• сократить расстояние перевозки пород автотранспортом с 2,7 км в 1996 г. до 2,4 км в 2000 г., т е. на 11%, несмотря на увеличение глубины разрезов;
• снизить текущий коэффициент вскрыши с 7,0 до 6,4 м3/т, т.е. на 9% при некотором ухудшении горнотехнических условий разработки;
Рис. 2. Расстояние перевозок пород вскрыши автотранспортом, км,
100,00% т
90,00%
80,00%
70,00%
60,00%
50,00%
40,00%
30,00%
20,00%
10,00%
0,00%
Рис. 3. Использование пород вскрыши на разрезах АООТ “Концерн Кузбассразрезуголь ” в 1991-2000 гг.
• сократить расстояние транспортировки угля автотранспортом с 7,1 до 6,8 км.
Кроме того, переход на внутреннее отвалообразование благоприятно скажется и на экологические показатели угледобычи, прежде всего, ввиду уменьшения объемов складирования пород вскрыши на внешние отвалы, которые рассматриваются как отходы производства. Заполнение остаточных карьерных выемок породами вскрыши снизит водоприток в эксплуатационные участки (блоки), а следовательно объем карьерных сточных вод. С сокращением расстояния транспортирования вскрышных пород и угля уменьшатся протяженность технологических автодорог и количество автосамосвалов, являющихся основными источни-
ками загрязнения атмосферы. В табл. 1 приведены прогнозируемые экологические показатели на одну тонну добываемого угля на период 1996-2000 гг.
С достижением в 2000 г. плановых показателей, в том числе с увеличением объема утилизации пород вскрыши до 70% от общего объема разрабатываемых вскрышных пород существенно снизится техногенная нагрузка на окружающую среду. Так, объем платежей за загрязнение окружающей среды в 2000 г. по сравнению с
1996 г. уменьшится на 800 млн руб. (в ценах 1995 г.). Тем самым удельные платежи снизятся практически в 1,5 раза с 391,2 руб/т до 263,5 руб/т.
Таблица 1
Прогнозируемые экологические показатели открытой угледобычи в Кузбассе в период
1996-2000 гг.
Показатели 1996г. 1997г. 1998г. 1999г. 2000г. 1996-2000гг.
Площадь нарушаемых земель, га 300 250 150 150 170 1020
Удельная землеемкость, га 12 9,4 5,3 4,8 5,0 7,0
Относительное снижение землеемкости с переходом от внешнего к внутреннему отвалообразованию, % 35 50 72 74 70 62
Площадь рекультивируемых земель, га, относительно к нарушаемой площади за год, % 260 86 200 80 150 100 150 100 200 117 200 99
Расход топлива на 1 м3горной массы, кг 0,69 0,68 0,65 0,6 0,6 0,64
Удельный объем выбросов врёдных газов от технологического автопгранспорта(в пересчете на СО) на 1 м3 горной массы, уел. т 2,42 2,38 2,27 2Д 2Д 2,24
Объем складирования пород вскрыши во внутренние отвалы, млн м3 55 60 62 65 70 62
Объем отходов, млн м3 174 183 195 206 220 1128
Удельные платежи (в ценах 1995 г.), всего, руб/т, в том числе за: размещение отходов (включая внешние отвалы) сброс загрязняющих веществ в водоемы выбросы вредных веществ в атмосферу 391,2 290,9 58,3 42,0 362.8 269.9 54,1 38,8 330,7 246 49.3 35.4 295 219.5 44 31.5 263,5 196 39,3 28,2 323.6 240,8 48,2 34.6
Тем самым можно констатировать, той угледобычи в Кузбассе реализуются
что на современном этапе развития откры- | идеи по отработке круто падающих и на-
клонных месторождений с внутренними отвалами, высказанные рядом специалистов в пятидесятые-шестидесятые годы [1,2,3]. Воплощение этих идей в конкретные технологические решения (блочный и этапный порядок отработки полей разрезов) стало технически возможным по истечении порядка сорока лет, когда определенные участки разрезов достигли проектных контуров или была пересмотрена конечная глубина отработки в сторону ее уменьшения, что изменило качественное состояние техногенного ресурса выработанного пространства, а именно перевело его из потенциального ресурса в реальный, позволяющий использовать выработанное пространство под внутренние отвалы вскрышных пород. Тем самым для достижения положительного эффекта от использования выработанного пространства необходимо было значительную часть средств, производственных и природных ресурсов затратить в прошедшие годы на формирование выработанного пространства, пригодного для использования.
За весь период освоения месторождений Кузбасса было создано карьерных выемок общим объемом, по укрупненным расчетам, порядка 4-5 млрд.м3. С их формированием основные объемы вскрышных пород перемещались колесным транспортом на относительно большие расстояния, что увеличивало долю транспортных расходов в себестоимости угля до 40 и более процентов. Размещение вскрышных пород во внешние отвалы требовало отчуждения больших площадей земель и вызвало негативное воздействие на окружающую среду. Поэтому получаемый сегодня экономический эффект от частичного использования выработанного пространства несравненно меньше, по нашему мнению, тех потерь, которые были вызваны в прошлом дополнительными затратами на создание огромного потенциального ресурса, который, очевидно, останется в таком состоянии в
большем своем объеме по окончании горных работ в виде остаточных карьерных выемок.
Такой опыт в технологии разработки крутых и наклонных пластов, по всей видимости, будет иметь ограниченное применение при разработке перспективных угольных месторождений Кузбасса, например, Уропско-Караканского. Считаем, что для перспективных месторождений восточного района Кузбасса, представленных свитами крутых и наклонных пластов суммарной мощностью до 180-220 м и имеющих большое распространение по площади, необходимо использование новых технологических принципов по порядку отработки карьерных полей, а именно тех, которые успешно реализуются при отработке пологих месторождений, например, КАТЭКа [4]. Отличительная их особенность заключается в ускоренном вовлечении в производственный процесс техногенного ресурса выработанного пространства взамен земельного ресурса за счет перевода его на начальных этапах разработки из потенциального в реальное состояние и последующее целенаправленное управление воспроизводством этого ресурса в процессе отработки запасов угля.
Возможность управления этим ресурсом появляется и может реализовываться в соответствии с потребностью производства при углубочно-сплошных поперечных системах разработки, основанных на принципах относительно интенсивного развития горных работ в плане по простиранию пластов и сравнительно небольших темпах углубки с целью формирования пологого дна карьера с параметрами, при которых создаются условия для эффективного и безопасного размещения вскрышных пород в выработанном карьерном пространстве [4]. При этом основным способом управления реальным ресурсом является поэтапное изменение направления углубки горных работ.
Принципиальные отличия от традиционных технологий, применяемых при отработке пологих пластов, заключаются в следующем:
• отработка пластов ведется вкрест их простирания и практически по всей высоте рабочей зоны одновременно на всех уступах;
• направление углубки горных работ управляется в процессе развития горных работ и оно не зависит от условий залегания пластов;
• при достижении проектной глубины карьера дальнейшая отработка запасов ведется без пони-
жения горных работ, те. по сплошной системе разработки,
• в начальный период внутренним отвалом засыпается часть запасов угля, зачастую пригодных по экономическим критериям для открытой разработки. Последующая отработка этих запасов принципиально возможна подземным или открытым способом (2-ая очередь отработки).
Порядок отработки карьерного поля при поперечной углубочно-сплошной системе разработки приведен на рис. 4.
Рис. 4. Порядок отработки карьерного поля при углубочно-сплошной системе разработки с внутренним отва-лообразованием. Первая очередь отработки.
Первоначально, на одном из флангов подготовку горизонтов. Разрезные траншеи
карьерного поля производят вскрытие и проходят вкрест простирания пластов. По-
еле создания пионерной карьерной выемки 1 (карьера первой очереди или вскрывающего котлована) до глубины Нн отгоняют рабочий борт 2 на определенное расстояние, при котором обеспечиваются условия для проходки разрезной траншеи 3 на нижележащем уступе и размещения разрабатываемых при этом вскрышных пород в выработанном пространстве образуемой карьерной выемки. Затем осуществляют углубку горных работ. Такой порядок ведения горных работ сохраняют до достижения границы отработки 4 на противоположном фланге карьерного поля или предельной глубины разработки (Нк) открытым способом. В последнем случае дальнейшая отработка месторождения осуществляется без понижения горных работ, т е. с применением сплошной системы разработки.
При строительстве первоначальной карьерной выемки 1 вскрышные породы размещают в прибортовые внешние отвалы или во временные отвалы 5, расположенные на участке вскрытия или впереди рабочего борта 2 ближе к противоположной границе карьерного поля 4. Временные отвалы вовлекают в разработку при расширении контуров карьера в процессе отработки запасов на участке вскрытия (вторая очередь разработки) или их отрабатывают в более поздние периоды эксплуатации. В том и другом случаях вскрышные породы размещают в границах карьерного поля, а именно, в выработанном пространстве карьера.
В основной период эксплуатации большую часть (до 80-85%) вскрышных пород перемещают во внутренний отвал 6. При этом вскрышные породы нижнего уступа перемещают непосредственно в нижний ярус отвала с помощью выемочного оборудования (колесного погрузчика, драглайна, механической лопаты) или с использованием транспорта. Вскрышные породы верхних уступов транспортируют в верхние ярусы внутреннего отвала или в приборто-
вой внешний отвал. На отвалах проводят рекультивационные работы в процессе формирования ярусов.
Направление углубки (а) горных работ изменяют и уточняют в процессе эксплуатации месторождения в зависимости от ценовой и налоговой политики, конъюнктуры рынка, спроса на уголь и т.п. Это придает предлагаемой технологии большую гибкость.
Вторая очередь отработки предусматривает выемку запасов угля на участке вскрытия карьерного поля. При открытом способе вовлекаются в повторную отработку вскрышные породы, уложенные во внутренний отвал (6) ранее, т е. в период первой очереди отработки. При этом возможно использование углубочных, сплошных и углубочно-с плотных систем разработки, эффективность которых зависит от конкретных условий.
Впервые углубочно-сплошные
(смешанные) системы разработки были предложены и выделены в отдельную группу академиком В.В Ржевским в последнем варианте его классификации (1975 г ). По определению автора они предусматривают одновременное применение углубочных и сплошных систем разработки в пределах одного карьерного поля, но на разных его участках. Область их применения ограничивалась в основном месторождениями типа “гора-залежь”, когда нагорная часть отрабатывается по сплошной системе разработки, а глубинная часть - по углубочной. Предлагается в целях дальнейшего развития классификации изменить понятие углубоч-но-сплошных систем разработки, предусмотрев в ее определении поэтапное применение углубочных и сплошных систем разработки. Под этим понимается, что при развитии горных работ единой рабочей зоной данные системы поэтапно чередуются друг с другом. В начале каждого этапа отработки осуществляют углубку горных работ, попадающую под признаки углубочной
системы разработки. По достижении конечной глубины этапа дальнейшая его отработка ведется при устойчивых параметрах рабочей зоны с развитием горных работ в плане, т е. по сплошной системе разработки. Использование этих принципов позволило расширить область их применения, в частности, на угольные месторождения с крутым и наклонным падением пластов при вытянутых карьерных полях.
Углубочно-сплошным системам разработки свойственны такие важные особенности, как техническая возможность и, в большинстве случаев, экономическая целесообразность размещения пород вскрыши в выработанном пространстве (особенность сплошных систем разработки) и достижения горными работами достаточно большой глубины (особенность углубочных систем разработки).
Таким образом, можно констатировать, и конкретные научные и проектные проработки это подтверждают, что вовлечение в производство ресурса выработанного пространства является одним из перспективных технологических направлений снижения ресурсо ем кости угледобычи, а следовательно, повышения эффективности и экологической безопасности открытой разработки крутых и наклонных угольных пластов в Кузбассе. В то же время требуется дальнейшее научное обоснование параметров технологий с внутренними отвалами при разработке крутых и наклонных угольных пластов, особенно для разрезов, добывающих ценные и дефицитные сорта углей.
Недостатки данных технологий известны. С засыпкой выработанного про-странства исключается воспроизводство запасов угля под внутренними отвалами из-за невозможности дальнейшего углубления и наращивания фронта горных работ Поэтому повсеместный переход на эти тех-
нологии на действующих разрезах Кузбасса и быстрый рост объемов засыпки карьерных пространств без должного на это обоснования, с учетом спроса на уголь в условиях устойчивого послекризисного развития общества, очевидно, неприемлем. Необходима методическая база проектирования границ разрезов в условиях перехода к рыночной экономике, недостаточно проработаны вопросы вскрытия, параметры систем разработки и др. В этой связи представляется целесообразным разработать программу исследований по данной проблеме, привлечь к ее решению научный потегнциал вузов, НИИ, проектных и производственных организаций и предприятий (МГТУ, КузТУ, НИИОГР, ИГД им.Скочинского, ИГД СО РАН, Кузбассгипрошахт, Сибги-прошахт, АООТ “Концерн Кузбассразрезуголь” и др.).
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Барабанов В.Ф., Томаков П.И., Дергачев И.И. Разработка крутых и наклонных пластов открытым способом с размещением пустых пород в выработанное пространство.// Уголь, 1959, №12, с.6-8.
2. Томаков П.И., Ненашев А.С. Поэтапная отработка пологих месторождений Южного Кузбасса// Добыча угля открытым способом, - 1972, №1,
3. Рутковский Б.Т. Блоковый способ отработки карьерных полей с большим простиранием. - В кн.: Разработка угольных месторождений открытым способом. Кемерово, КузПИ, 1972, с.81-87,
4. Томаков П.И., Коваленко B.C. Природо-I охранные технологии открытой разработки крутых и
наклонных угольных месторождений Кузбасса. Уголь, 1992. -№1.
5. Трубецкой К.Н,, Пешков А.А., Мацко Н.А. Определение области применения способов разработки крутопадающих залежей с использовани-
: ем заранее сформированного выработанного пространства карьера.// Горный журнал. - 1994. №1. -С.51-59.
6. Ржевский В.В. Открытые горные работы. Часть 2. М., Недра, 1985.
© П.И. Томаков, B.C. Коваленко
