CC BY
41
© Ю.В. Ромашкин, 2012
УЛК 622.23.038; 622.277/278; 622.234 Ю.В. Ромашкин
ДОРАБОТКА ЗАПАСОВ КАРЬЕРНЫХ ПОЛЕЙ УГОЛЬНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ
Рассмотрены вопросы доработки угольных месторождений после ведения открытых горных работ с помощью комплексов глубокой разработки пластов (КГРП). Представлены результаты выполненных исследований и перспективные направления дальнейшего изучения технологии применения КГРП.
Ключевые слова: доработка запасов угля, комплекс глубокой разработки пластов, ширина целиков, потери угля, эффективность разработки месторождения.
Минерально-сырьевая база открытой угледобычи России представлена главным образом месторождениями Сибири и Дальнего Востока, которые служат основным резервом топливно-энергетического комплекса. Наиболее ценные марки углей залегают в пластах пологого падения мощностью до 10 м. Причем залежи зачастую представлены свитой пластов.
Горно-геологические условия разработки таких месторождений, в большинстве своем, требуют ведения буровзрывных работ, возрастает доля использования транспорта и расстояние перевозки вскрышных пород, что значительно повышает себестоимость добычи. Это в совокупности с ростом коэффициента вскрыши приводит к прекращению горных работ на участках, имеющих условия, не отвечающие текущим возможностям предприятия. Все чаще в простых горно-геологических условиях вводят в эксплуатацию разрезы с небольшой производительностью и сроком работы. Типичное состояние горных выработок после их отработки представлено бортом разреза (траншеи) с выходом угольного пласта в его основании (рис. 1).
Не смотря на это, доработанные открытым способом выемки разрезов могут быть задействованы и после завершения горных работ. «Выработан-
ное пространство представляет не что иное, как потенциальный техногенный ресурс горнодобывающего производства...» (Еременко Е.В., Синьч-ковский В.Н. Концепция формирования техногенного ресурса карьера. Горный информационно-аналитический бюллетень «Проблемы теории и практики открытых горных работ» -М.: Изл-во МГГУ Направление «Геотехнология», семинар 12. Вып. № 2. 2006. С. 228-232).
Создаваемые годами инфраструктура, сети вскрывающих выработок и транспортных коммуникаций, рабочие площадки после отработки до проектных границ выступают в роли бесполезных объектов, подлежащих ликвидации. Запасы залежей в конечных или остановленных на неопределенное время бортах также не имеют прежнего значения, что связано с отсутствием оборудования, соответствующего выемке в данных условиях.
Примером решения данной проблемы служит производство и работа комплексов глубокой разработки пластов — далее КГРП, оправдавших свое применение именно при выемке угля из созданных ранее открытым способом бортов выработок (рис. 2, 3).
Рис. 1. Борт разреза (траншеи) после завершения открытых горных работ
Рис. 2. Комплексов глубокой разработки пластов на ЗАО «Разрез «Распадский»
Рис. 3. Общий вид комплекса глубокой разработки
Рис. 4. Общий вид технологии с применением КГРП
Данная технология за рубежом получила название HighWall Mining. Ее специфика состоит в том, что уголь из пласта извлекают путем подработки пород вскрыши вглубь пласта до 300 (500) м при угле падения до 20 град. Мощность угольного пласта может варьировать от 1 до 6 м. Максимальная преодолеваемая
прочность угля соответствует 70 МПа. Весь комплекс расположен на поверхности и пребывание людей в забое исключено. Принцип работы основан на выбуривании угля из пласта рабочим органом (рис. 5), который образует выработки (камеры) шириной 3,3 м и высотой равной мощности пласта (рис. 6). После отработки одной такой камеры комбайн
передвигают на величину ширины междукамерного целика к новому месту работы и повторяют выемку.
Возможны следующие направления использования данной технологии:
1) отработка запасов, оставшихся в бортах (с возможностью добычи дальше);
2) выемка угля из маломощных пластов, залегающих в рабочей вскрышной толще;
3) применение КГРП в качестве основного добычного комплекса на протяжении всего срока отработки;
4) использование комбайна, начиная с определенного момента.
Поскольку технология требует оставления целиков для поддержания налегающей толщи, то неизбежны потери угля в целиках.
В результате выполненных исследований предложена методика вычисления ширины целиков, которая позволяет определять ее величину учитывая конкретные горногеологические условия.
Применительно к разрезу Черногорский, где мощность вскрыши на границах горного отвода варьирует в пределах от 30 до 130 м, произведен расчет общего коэффициента потерь в случае выемки трех рабочих пластов из конечного борта. В результате обработки данных, представленных на рис. 7, получено эмпирическое выражение коэффициента потерь, имеющее вид
Рис. 5. Рабочий орган КГРП
Рис. 6. Оставленные выработки после выемки угля КГРП
К = 2,13 10-3 ^ЙТВ
где Н — мощность вскрышных пород над выходом пласта в борт, м; Ьв — глубина выемки угля, м.
Как показали расчеты, в бортах Черногорского разреза на расстоянии до 300 (500) м вглубь пластов сосредоточены запасы угля, величина которых превышает 70 млн.т. Эти запасы можно отработать с коэффициентом извлечения не менее 0,65 без дополнительных вскрышных работ. Тем самым, поддерживая выбывающие
мощности разреза в период затухания открытых работ и продлевая срок службы после завершения отработки поля карьера.
На ширину целика, а, следовательно и потери угля, первостепенное влияние оказывают мощность вскрышных пород и самого пласта. Поэтому определение области эффективной разработки запасов в конкретных условиях заключается в установлении предельной глубины открытых горных работ для последующего введения в действие КГРП. При этом потеря оставленных в целиках запасов должная быть компенсирована отсутствием вскрышных работ.
При этом предложена методика определения граничной мощности вскрышных пород, при которой технология разработки КГРП обеспечивает более высокие технико-экономические показатели по сравнению с выемкой открытыми горными работами. Это позволило установить, что на Черногорском месторождении применение описываемой технологии эффективно при величине линейного коэффициента вскрыши, превышающей 5,14 м/м, а, как известно, предельная его величина для открытой разработки угля составляет 11 ^ 16 м/м.
Таким образом, выявлены перспективы выемки угля из пластов, расположенных в бортах открытых выработок с помощью КГРП с целью наиболее эффективной разработки месторождения. Однако машин подобного класса отечественного про-
Рис. 7. Зависимость коэффициента потерь от мощности вскрышных работ при различной глубине выемки угля для условий Черногорского месторождения
изводства не существует, и погашенному борту как объекту разработки угля без удаления вскрышных пород уделяется не достаточное внимание.
Во всем мире широко распространена практика создания горных выемочных машин для определенных горно-геологических условий. В нашем случае практически идеален вариант, когда в период добычи угля на месторождении открытым способом проводились бы исследования, направленные на создание комплексов, аналогичных описываемому, и обладающих конструктивными и технологическими особенностями, отвечающими конкретному месторождению. Учитывая рост темпов развития тяжелого машиностроения, вышеотмечен-ная проблема вполне разрешима. Это позволило бы для ученых-горняков
возродить интерес и возобновить исследования результаты которых без сомнения будут востребованы на протяжении всего срока существования открытой угледобычи.
Вопросов, требующих решения в этой технологии не мало. Основное внимание, конечно, следует уделять геомеханическим процессам, развивающимся при ведении добычных работ т.к. выемка сопровождена подработкой вышележащего массива горных пород, а в случае свиты пластов и надработкой последних. Поведение вышележащей толщи пород не изучено и требует достойного внимания в тех случаях, когда использование данной технологии эффективно.
Широкое применение подобных комплексов способствовали бы по иному взглянуть, на оставшиеся объемы угля в бортах разрезов как на предмет потенциального получения прибыли при наименьших затратах на горные работ и воздействиях последних на окружающую среду.
Наличие комплексов КГРП на «вооружении» позволило бы пересмотреть границы разрезов, определить собственное место и условия данной и подобных ей технологий в совокупности с открытым и подземным способами, гггтз
КОРОТКО ОБ АВТОРЕ -
Ромашкин Ю.В. — кандидат технических наук, доцент, e-mail: yvr1973@ya.ru, Сибирский федеральный университет, Институт горного дела, геологии и геотехнологий.
