CC BY
33
УДК 622.271 © Я.В. Левченко, К.С. Ворошилин, В.А. Казаков, С.Г. Липатников, В.В. Демидов, 2019
Формирование контуров открытых горных работ на угольных месторождениях, представленных свитами пластов
- Р01: http://dx.doi.org/10.18796/0041-5790-2019-5-43-47 -
В статье рассмотрены принципы формирования контуров открытых горных работ при различном расположении основного пласта по отношению кпластам<путникам в угольной свите. Отражен опыт отработки свит пластов при эксплуатации угольных месторождений. Приведены условия, при которых отработка отдельных пластов свиты будет выполняться несколькими карьерами. Ключевые слова: свита пластов, контур карьера, угольное месторождение, отвал, порядок отработки, коэффициент вскрыши.
ВВЕДЕНИЕ
Одной из проблем, возникающих при отработке угольных месторождений, представленных свитой пластов, является изыскание рациональных условий их оконту-ривания в локальных высотных зонах карьерного поля. Как правило, в свите имеется один или группа мощных пластов, выемка которых обеспечивает реализацию наилучших технико-экономических показателей разработки [1, 2].
Погружение горных работ по почве данных пластов не создает проблем для размещения вскрышных пород в выработанном пространстве в тех случаях, когда последние расположены на нижних гипсометрических уровнях разрабатываемого месторождения (рис. 1, а). Однако такие условия довольно редки [3].
В практике часто встречаются случаи, когда основной пласт или группа пластов располагаются на средних и верхних уровнях угольной свиты, а группа пластов-спутников - под ними (см.рис. 1, б). В такой ситуации вовлечение в отработку нижних пластов часто становится фактором, сдерживающим порядок развития горных работ и размещение вскрышных пород в выработанном карьерном пространстве.
ЛЕВЧЕНКО Ярослав Викторович
Канд. техн. наук, доцент Горного института НИТУ «МИСиС», 119049, г. Москва, Россия, e-mail: levchenko.mggu@mail.ru
ВОРОШИЛИН Константин Сергеевич
Старший преподаватель Горного института НИТУ «МИСиС», 119049, г. Москва, Россия, e-mail: k.voroshilin@yandex.ru
КАЗАКОВ Владимир Александрович
Канд. техн. наук, доцент Горного института НИТУ «МИСиС», 119049, г. Москва, Россия, e-mail: kvladimir_85@mail.ru
ЛИПАТНИКОВ Сергей Геннадьевич
Технический директор ООО «Шахтоуправление «Майское» (АО ХК «СДС-Уголь»), 653222, п. Октябрьский, Кемеровская обл., Россия, e-mail: s.lipatnikov@may.hcsds.ru
ДЕМИДОВ Владимир Викторович
Руководитель проекта отдела перспективного развития АО ХК «СДС-Уголь», 650066, г. Кемерово, Россия, e-mail: v.demidov@sds-ugol.ru
ПОРЯДОК РАЗВИТИЯ ГОРНЫХ РАБОТ ПРИ РАЗЛИЧНОМ РАСПОЛОЖЕНИИ ОСНОВНОГО ПЛАСТА В УГОЛЬНОЙ СВИТЕ
Для принятия решений по развитию горных работ в вышеприведенных условиях необходимо определить пространственные зоны, в которых запасы пластов-
Рис. 1. Варианты расположения основного продуктивного пласта относительно других промышленных пластов свиты: 1 - основной пласт (сближенные пласты) свиты; 2 - пласты свиты, обладающие меньшей мощностью; красной стрелкой обозначено направление развития горных работ
Рис. 2. Принципиальная схема, иллюстрирующая условия выемки нижнего пласта (пластов) свиты (данные института «Карагандагипрошахт»): а - для наклонных и крутопадающих участков свиты пластов (группа I); б - для пологих участков свиты пластов, при выклинивании междупластья (группа II); в - для пологих участков свиты пластов при стабильной мощности междупластья (группа III); 1 - зона, в которой нижний пласт попадает в контур открытых горных работ при отработке основного пласта; 2 - участки стационарного борта карьера; ту - нормальная мощность нижнего пласта; тм - нормальная мощность междупластья
а
спутников подлежат отработке. В принципиальном виде такое обобщение выполнено институтом «Карагандагипрошахт». Запасы нижних пластов можно разделить на четыре группы (рис. 2):
группа I - запасы, попадающие в разнос стационарного борта карьера при выемке основного пласта (попутно отрабатываемые запасы). Выемка нижнего пласта в зоне 1 будет выполняться вне зависимости от соотношений контурного (Кк) и граничного (предельного) коэффициентов вскрыши Кгр (см. рис. 2, а);
группа II - запасы, выемка которых возможна без дополнительного разноса стационарного борта. Это условие обеспечивается при достижении некоторой гипсометрической отметки, где граничный коэффициент вскрыши становится больше контурного (см. рис. 2, б);
группа III - запасы со значением Кк < Кгр, для отработки которых необходим разнос стационарного борта карьера (запасы в бортах карьера) (см. рис. 2, в);
группа IV - забалансовыезапасы,для которых во всех зонах К > К .
1 к гр
Наиболее сложными для формирования внутренних отвалов являются случаи производства горных работ, когда нижние пласты не вовлекаются в отработку на ранних стадиях эксплуатации месторождения. В таких случаях часто переходят к формированию временных отвальных массивов во внутренних контурах месторождений (Талдинское, Олонь-Шибирское, Соколовское, Шоптыкольское и др.). Разработка начинается с верхней группы пластов. Месторождение делится на ряд участков, отрабатываемых вначале в центральной (верхней), а затем в периферийных зонах (рис. 3) [4, 5].
Данный принцип во многих случаях имеет полное экономическое оправдание, так как позволяет оптимизировать режим горных работ и значительно сократить расстояние перемещения вскрышных пород. Добыча нижних пластов при этом возможна по следующим сценариям:
- временные отвалы переносятся полностью за предельный контур карьера и частично в выработанное пространство, формируемое при отработке группы нижних пластов (см. рис. 3, а);
Рис. 3. Схемы размещения временных отвалов при отработке угольных месторождений, представленных свитой пластов: а - с последующим полным переносом отвалов при отработке нижних пластов свиты; б - с частичным переносом отвалов и доработкой нижних пластов подземным способом: 1,2 - отвальные массивы, располагаемые во внутреннем контуре месторождения; 3 - внешние отвалы, формируемые за предельным контуром открытых горных работ; 4 - внутренние стационарные отвалы, формируемые при отработке нижних пластов свиты; 5 - конечный контур открытой разработки; 6 - пласт, частично отрабатываемый подземным способом; 1-111 - этапы отработки месторождения открытым способом; IV- этап доработки нижнего пласта (пластов) подземным способом; синими стрелками показаны направления развития горных работ; черными - направления перемещения временных отвалов
- временные отвалы переносятся частично (см. рис. 3, б), а доработка нижних пластов осуществляется подземным способом.
При вышесказанных условиях верхние зоны стационарных бортов формируются по почве основного пласта с созданием на нем транспортной схемы. Переход к складированию вскрышных пород в выработанном пространстве возможен посредством подрезки борта, сформированного по почве основного пласта. Ниже зоны подрезки осуществляется выемка нижних кондиционных пластов с формированием внутренних отвалов. Данные решения были предложены для перехода к внутреннему отвалообразованию в синклинальной зоне разреза «Богатырь» (рис. 4) [3].
Переход к отработке нижних пластов изменяет условия устойчивости подрезанной части стационарного борта, что требует выполнения соответствующих геомеханических и технологических обоснований (рис. 5). Вовлечение в отработку нижних пластов с подрезкой стационарного борта осложнено необходимостью создания схем вскрытия, обеспечивающих вынос транспортных коммуникаций на фланги карьера для разгрузки участков бортов в зонах подрезки.
В связи с высоким объемом инвестиций на перестройку схемы вскрытия и транспортной схемы на Экибастуз-ском месторождении принято решение о переводе части балансовых запасов пласта № 4 в забалансовые для ускоренного перехода к внутреннему отвалообразова-нию в пределах выработанного пространства карьерных полей № 5 и 9.
Рис. 4. Расположение разрезных траншей для подрезки стационарного борта с вовлечением в отработку нижнего пласта № 4 (разрез «Богатырь», Экибастузский угольный бассейн): 1 - участки разрезных траншей, обеспечивающие вовлечение в отработку нижнего пласта (пласта № 4)
ОТРАБОТКА ЛОКАЛЬНЫХ ЗОН СВИТЫ ПЛАСТОВ НЕСКОЛЬКИМИ КАРЬЕРАМИ
Особенностью угольных месторождений, представленных свитами пластов, имеющими значительные (>200-300 м)
расстояния между зонами своих выходов на поверхность (Ь, рис. 6), является то, что в пределах свиты могут быть сформированы локальные карьеры, не объединяющиеся в процессе отработки в одну карьерную выемку (рис. 7).
Рис. 5. Схема подрезки стационарного борта разреза «Богатырь»:1 - вскрытые запасы нижнего пласта (пласт № 4); 2 - драглайны; 3 - внутренние автомобильные отвалы, обеспечивающие пригрузку подрезанной части стационарного борта; 4 - добычной экскаватор; 5 - внутренние отвалы, формируемые драглайном; 1п - безопасная длина участка «подрезки»; стрелками показано направлениеразвития фронта горных работ
А П ---
1 / • —- 1 ОТм| ~р, ГПу} Е -\-
Рис. 6. Схема, иллюстрирующая особенности формирования контуров открытой разработки на угольных месторождениях, представленных свитой пластов, имеющих значительные расстояния (Ц) между зонами их выхода на дневную поверхность: 1 - карьер № 1, отрабатывающий нижний пласт свиты; 2 - карьер № 2, отрабатывающий верхний пласт свиты
Рис. 7. Два независимых карьера, формируемых при отработке верхнего (карьер «Мощный») и нижнего (карьер «Спутник») пластов угольной свиты Тигнинского месторождения (материал проекта ООО «Восток ТОМС - проект»)
Происходит это тогда, когда средний коэффициент
вскрыши (К ) в пограничной зоне ЛВСй (см. рис. 6) меж-
ср
ду смежными пластами свиты выше предельного коэффициента вскрыши (Кср > К ). Расширение контуров открытых горных работ в таких условиях возможно посредством улучшения экономических показателей разработки нижнего пласта свиты в зонах ЛВСй и СЕГй (см. рис. 6), когда К станет меньше К . Это условие обеспечивает
ср пр '
слияние выработанного пространства двух карьеров и значительное увеличение величины отрабатываемых запасов.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Положение основного пласта в угольной свите и мощность междупластий предопределяют контуры открытой разработки, порядок производства горных работ и порядок развития внутренних отвалов. В случаях превышения среднего коэффициента вскрыши (К ) между смежными пластами над предельным коэффициентом вскрыши (Кср > Кпр) отработка данных пластов должна выполняться отдельными карьерами.
Сп исок литературы
1. Ефимов В.И., Перников В.В., Харченко В.А. Эколого-экономическая оценка эффективности разработки месторождений открытым способом. М.: МГГУ, 2011. 90 с.
2. Ефимов В.И., Перников В.В. Эколого-экономическое обоснование оценки эффективной схемы отработки угольной залежи разреза «Киселевский» // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2009. Т. 6. № 12. С. 82-84.
3. Порядок отработки карьерных полей / В.И. Супрун, В.Б. Артемьев, П.И. Опанасенко и др. М.: Издательство «Горное дело» ООО «Киммерийский центр», 2015. 320 с.
4. Левченко Я.В. Обоснование схем вскрытия верхней группы рабочих горизонтов угольных карьеров. дис. ... канд. техн. наук. М., 2016. 156 с.
5. Левченко Я.В. Опыт формирования отвальных массивов во внутренних контурах крупных угольных место-рождени й // Угол ь. 2019. № 2. С. 20-21. doi: 10.18796/0041 -5790-2019-2-20-21.
SURFACE MINING
UDC 622.271 © Ya.V. Levchenko, K.S. Voroshilin, V.A. Kazakov, S.G. Lipatnikov, V.V. Demidov, 2019 ISSN 0041-5790 (Print) • ISSN 2412-8333 (Online) • Ugol' - Russian Coal Journal, 2019, № 5, pp. 43-47
Title
formation of open pit mining contours at coal deposits represented by series of seams
DOI: http://dx.doi.org/10.18796/0041-5790-2019-5-43-47 Authors
Levchenko Ya.V.1, Voroshilin K.S.1, Kazakov V.A.', Lipatnikov S.G.2, Demidov V.V.3
1 National University of Science and Technology "MISIS" (NUST "MISIS"), Moscow, 119049, Russian Federation
2 "Mayskoye" mine office" LLC, 653222, village Octyabrskiy, Kemerovo Region, Russian Federation
3 "SBU-Coal" Holding Company JSC, Kemerovo, 650066, Russian Federation
Authors' Information
Levchenko Ya.V., PhD (Engineering), Associate Professor of Mining Institute, e-mail: levchenko.mggu@mail.ru Voroshilin K.S., Senior Teacher of Mining Institute, e-mail: k.voroshilin@yandex.ru
Kazakov V.A., PhD (Engineering), Associate Professor of Mining Institute, e-mail: kvladimir_85@mail.ru
Lipatnikov S.G., Technical Director, e-mail: s.lipatnikov@may.hcsds.ru Demidov V.V., Project Manager of department of perspective development, e-mail: v.demidov@sds-ugol.ru
Abstract
The paper discusses the principles of the open pit mining contours formation at different positions of the main seam with respect to adjacent seams in the coal seam series. The experience of mining coal seam series in exploitation of coal deposits is reflected. The conditions under which mining of individual seams in the series will be performed by several quarries are given.
Keywords
Series of coal seams, Quarry contour, Coal deposit, Dump, Mining procedure, Stripping ratio.
References
1. Efimov V.I., Pernikov V.V. & Harchenko V.A. Ekologo-ekonomicheskaya ot-senka effektivnostirazrabotkimestorozhdeniyotkrytym sposobom [Ecological and economic assessment of the efficiency of open pit mining]. Moscow, MGGU Publ., 2011, 90 p.
2. Efimov V.I. & Pernikov V.V. Ekologo-ekonomicheskoe obosnovanie otsenki effektivnoy skhemy otrabotki ugolnoy zalezhi razreza "Kiselevskiy" [Ecological and economic justification for assessing an effective scheme for mining coal deposits in the "Kiselevsky" open-pit mine] // Gornyi Informacionno-Analiticheskiy Byulleten'- Mining Information-Analytical Bulletin, 2009, Vol. 6, No. 12, pp. 82-84.
3. Suprun V.I., Artemiev V.B., Opanasenko P.I. et al. Poryadok otrabotki kar-ernyh poley [Procedure for mining quarry fields]. Moscow, Gornoe delo "Kimmeriyskiy tsentr" LLC Publ., 2015, 320 p.
4. Levchenko Ya.V. Obosnovanie skhem vskrytiya verhney gruppy rabochih gorizontov ugolnyh karerov. Dis. kand. tekhn. nauk [Justification of the schemes of opening the upper group of working horizons of coal mines. PhD (Engineering) diss.]. Mosow, 2016, 156 p.
5. Levchenko Ya.V. Opyt formirovaniya otval'nyh massivov vo vnutrennih konturah krupnyh ugol'nyh mestorozhdenij [Practice of dumping masses formation in the inner circuits during large coal deposits workings]. Ugol' -Russian Coal Journal, 2019, No. 2, pp. 20-21. doi: 10.18796/0041-5790-20192-20-21
