Научная статья на тему 'Геотехнологические аспекты открыто-подземного (совмещенного) способа освоения угольных месторождений Кузбасса'

Геотехнологические аспекты открыто-подземного (совмещенного) способа освоения угольных месторождений Кузбасса Текст научной статьи по специальности «Горное дело»

CC BY
153
32
Поделиться

Аннотация научной статьи по горному делу, автор научной работы — Федорин В. А., Михайлов А. Ю., Ивершина Г. Е.

Разработаны методические положения и технологические принципы проектирования комбинированной разработки при освоения угольных месторождений Кузбасса, в том числе и по безвзрывной технологии ведения горных работ.

Похожие темы научных работ по горному делу , автор научной работы — Федорин В.А., Михайлов А.Ю., Ивершина Г.Е.,

Текст научной работы на тему «Геотехнологические аспекты открыто-подземного (совмещенного) способа освоения угольных месторождений Кузбасса»

© В. А. Федорин, А.Ю. Михайлов, Г.Е. Ивершина, 2008

УДК 622.27

В.А. Федорин, А.Ю. Михайлов, Г.Е. Ивершина

ГЕОТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ОТКРЫТО-ПОДЗЕМНОГО (СОВМЕЩЕННОГО)

СПОСОБА ОСВОЕНИЯ УГОЛЬНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ КУЗБАССА

Разработаны методические положения и технологические принципы проектирования комбинированной разработки при освоения угольных месторождений Кузбасса, в том числе и по безвзрывной технологии ведения горных работ.

Семинар № 15

Современное состояние угольной промышленности Кузбасса характеризуется ростом объемов производства и переходом к интенсивным технологиям, обеспечивающим конкурентоспособность продукции на внутреннем и внешнем рынках с учетом экономических, социальных и экологических последствий.

По данным департамента ТЭК АКО в декабре 2006 года в Кемеровской области был добыт рекордный объем угля -впервые в истории угледобычи Кузбасс перешагнул 170-миллионный рубеж и к новогоднему празднику довеском к этой цифре на склады угольных компаний и в вагоны легло еще 4,3 млн т угля - итого 174,3 млн т. Одновременно была достигнута рекордная для угольной промышленности России добыча угля из одного очистного механизированного забоя свыше 4 млн т в год (шахта «Ко-тинская», СУЭК). Следует заметить, что шахта «Котинская» была построена по новой модульной геотехнологической структуре вскрытия и подготовки шахтных полей Кузбасса [1]. Научное обоснование этой структуры осуществлено в Институте угля и углехимии СО РАН, а проектные проработки технологических

решений проводились в институтах «Конверскузбассуголь» (г. Кемерово) и «Гипроуголь» (г. Новосибирск).

Ведущее место при добыче каменного угля в Кузбассе занимает прогрессивный открытый способ, на долю которого приходится свыше 50 % общего объема добываемой продукции на территории Кемеровской области (рис. 1). Однако угледобывающие предприятия, карьеры и шахты, имеют, как правило, свою обособленную инфраструктуру, включающую: железнодорожные подъездные пути и асфальтные дороги, линии электропередачи (ЛЭП), административнобытовые комбинаты (АБК), водо- и теплоснабжение, телефонную связь и другие дорогостоящие объекты производственной инфраструктуры, что ставит под сомнение вопрос о раздельной разработке пластовых месторождений полезного ископаемого открытым и подземным способами. При этом некоторые способы открытой и подземной разработки мощных и средних пластов устарели и не соответствуют мировому тех-нико-эконо-мическому уровню. Поэтому необходимо переходить от сложной не эффективной и трудоемкой производственной инфраструктуры угледобы-

200 150 100 50 0

Рис. 1. Добыча угля на шахтах (верхняя часть) и разрезах Кузнецкого бассейна (2003-2006 гг.)

2003г. 2004г. 2005г. 2006г.

вающих предприятий к гибким геотех-нологическим и организационным структурам, позволяющим вести совместную разработку мощных и средней мощности угольных пластов открытым и подземным способами.

Способ комбинированной (открытоподземной) разработки включает

вскрышные работы, выемку пластов, выходящих под наносы карьером, а в приконтурной зоне подземными работами с делением шахтного поля на панели модульного шахтоучастка.

Объединение открытых и подземных горных работ с использованием общей производственной инфраструктуры на строящихся и действующих угольных разрезах определяет современную концепцию освоения угольных месторождений Кузбасса открыто-подземным способом;

С развитием добычи угля в Кузнецком бассейне все больший интерес представляют новые технологические решения по освоению угольных месторождений Восточного Кузбасса.

На угольных разрезах, используя его производственную инфраструктуру, как на стадии стабильной работы, так на стадии затухания, (когда коэффициент

вскрыши максимальный и дальнейшее производство добычи угля открытым способом экономически неэффективно), необходимо вводить подземный способ добычи угля по геотехнологии ных шахтоучастков, рис. 2.

В этой связи возникает важная задача создания новых комбинированных технологий угледобычи за счет использования инновационного потенциала традиционных и нетрадиционных способов разработки угольных месторождений.

Синтез преимуществ открытого и подземного способов является основой для создания комбинированной геотехнологии, что обеспечит переход угольной промышленности на новый научнотехнический уровень:

а) модульный шахтоучасток по структуре автономности вскрытия и подготовки приконтурной зоны угольного разреза адаптирован по размеру простирания разрабатываемых угольных пластов до 6-8 км;

б) модульный шахтоучасток рассматривается в системе комбинированной разработки как элемент рационального освоения недр при переходе от открытого на подземный способ добычи полезного ископаемого;

КОМБИНИРОВАННАЯ ГЕОТЕХНОЛОГИЯ І

1

Последовательность осуществления и состав комбинаций, сочетание технологий и способов

Открыто-

подземный

Характер совмещения Последовательно-

способов параллельная

По состоянию работ На стадии стабильной На стадии затухания

на начало совмещения работы

По совмещению работ в пространстве В вертикальной и горизонтальной плоскости

По направлению движения фронтов работ і

Комбинированое |

в) дренаж и осушение поля угольного разреза может рассматриваться с позиции открыто-подземной разработки обводненного угольного пласта как в пределах, так и за пределами горного отвода разреза;

г) применение безвзрывной технологии при открытых и подземных работах на средних и мощных угольных пластах пологого залегания определяет систему высокоэффективной комбинированной разработки угольных пластов с внутренним отвалообразова-нием.

При этом эффективность ведения горных работ повышается за счет:

• совместного использования

большей части производственной инфраструктуры, ЛЭП и подстанций, автомобильного транспорта для перевозки угля, автодорог, железно-дорожного транспорта и т.п.;

Рис .2. Сочетание открытоподземной геотехнологии

(фрагмент по классификации чл-корр. РАН Каплунова Д. Р.)

• возможности транспортирования угля из открытых работ на поверхность конвейерным транспортом подземного шахтоучастка, что может исключить движение груженых углем самосвалов на подъем, повысить их производительность, уменьшить износ и аварийность;

• использование техники угольного разреза для существенного уменьшения трудоемкости вскрытия пластов для подземных работ;

• осушение поля

угольного разреза и осветление шламовых вод в подземных условиях за счет ведения горных работ на обводненных угольных пластах;

• возможности внутреннего отва-лообразования при граничном коэффициенте вскрыши открытых горных работ в условиях рациональной отработки горного отвода угольного разреза.

Освоение угольных месторождений Восточного Кузбасса базируется на новых научных концепциях и принципах строительства технологических объектов развиваемых в Институте угля и уг-лехимии СО РАН на основе структурносетевой теории вскрытия пологих угольных пластов.

Это позволяет разработать технологические решения по автономным шахтоучасткам модульной структуры для действующих разрезов с открытоподземным способом пологих угольных пластов. Выделяется необходимая и достаточная горнотехнологическая

Рис. 3. Способ комбинированной разработки свиты пологих и наклонных угольных пластов (по патенту РФ № 1753333)

структура (ГТС) вскрытия и подготовки шахтоучастка, ааптированная к технологической схеме отработки угольного разреза, для одного высокопроизводительного очистного забоя (длинного или короткого) с элементами простого воспроизводства горных работ по без-взрывной технологии на угольных пластах мощностью 3-5 метров и более.

Технологические решения, формирующие структуру модульного шахтоучастка адаптированы к комбинированным (открыто-подземным) способам разработки угольных месторождений [1] (см. рис. 3), что позволяет минимизировать транспортную характеристику разреза за счет внутреннего отвалообразо-вания и рационального использования

недр (Патент РФ на изобретение № 1753333 [2]). Модульные шахтоучастки в системе открытых горных работ имеют высокие технико-экономические показатели с производительностью труда рабочих 500-900 т/месяц (на уровне лучших мировых показателей) и соизмеримую эффективность угледобычи за счет совместного использования производственной инфраструктуры угольного разреза.

На рис. 3 показан способ комбинированной разработки свиты пологих и наклонных пластов полезных ископаемых, где приняты следующие обозначения: 1

- наносы; 2, 3, 4, 5 - разрабатываемые пласты; 6 - дно

Технико-экономические показатели проекта строительства модульного шахтоучастка разреза «Сибиргинский»____________

Наименование показателей Ед. изм. 2003г. 2006г.

1. Годовой объем добычи тыс. т 1200 1200

2. Годовой объем товарной продукции тыс. т 1244*) 1195

3. Срок строительства лет 1,5**) 6***)

4. Зольность добываемого угля % 12,9 12,9

5. Количество одновременно разрабатываемых пластов пласт 1 1

6. Угол падения пластов град 7-8 7-8

7. Среднединамическая мощность пласта м 8,5 8,5

8. Количество очистных забоев забой 1 1

9. Нагрузка на очистной забой т/сут. 3800 3800

10. Численность трудящихся чел. 456 404

в том числе рабочих чел. 372 320

11.Среднемесячная производительность труда рабочего т/мес. 268,8 312,5

12.Сметная стоимость производственного строительства:

- в текущих ценах (с учетом НДС) млн. руб. 430,32**) 717,05***)

13.Цена угольной продукции руб./т 220,0 220,0

14.Себестоимость добычи 1 т угля руб./т 114,7 126,7

15. Годовой объем балансовой прибыли млн. руб. 136,2 111,4

16. Годовой объем чистой прибыли млн. руб. 104,8 67,6

17.Рентабельность производства:

- по балансовой прибыли % 99,1 73,6

- по чистой прибыли % 76,3 44,6

18. Срок окупаемости проекта без учета дисконтирования лет х 6,5

19. Срок окупаемости проекта с учетом дисконтирования лет х 7,8

*) С учетом реализации попутной добычи **) Пусковой комплекс ***)Всего по проекту

угольного разреза; 7 - откос борта угольного разреза; 8 - угольный забой разреза; 9 - борт угольного разреза; 10 -уступ угольного разреза; 11 - граница угольного разреза; 12 - панели выемочного поля приконтурной зоны; 13 - граница выемочного поля приконтурной зоны; 14 - первоначально вскрываемые участки на границах панелей; 15 - панельная промплощадка, оборудована на уступе борта угольного разреза сбли-

женных пластов 3 и 4; 16 - панельная промплощадка; 17 - промплощадка, оборудована на уступе борта торцовой части границы угольного разреза в месте примыкания монтажной камеры 18, 19; 18, 19 - монтажные камеры; 19, 20 -наклонные выработки, вспомогательные и конвейерные уклоны, пройдены по разрабатываемому пласту приконтурной зоны; 21 - выемочные штреки; 22 - очистной забой, оборудован механизиро-

1 20

— . — Валовая — -- — Валовая прибыль угле д. о С прибыль рачрс ча прибыль подзем бывающего пред! ных участков фИЯТИЯ

. - - - N

.—■ * \ ’V /V X ' \

1 ( ю 2( з< >о Гл уби 1 ia 40

разработки, м.

Рис. 4. Зависимость валовой прибыли угледобывающего предприятия от последовательнопараллельного характера совмещения горных работ при открыто-подземном способе разработки угольных месторождений Кузбасса

ванным комплексом; 23 место монтажа комплекса в камере 18; 24 - выемочные столбы; 25 - породный отвал; Ьвп = 1500-5000 м. - длина выемочного поля по простиранию; Ьп = 600-1200 м. -длина панели по простиранию; Х = 60120 м. - расстояние между конвейерным 20 и вспомогательным 19 уклонами; 1оч = 100-250 м. - длина очистного забоя 22; в = 40-60° - угол примыкания наклонных выработок 19, 20 к выемочным штрекам 21; а - 0-25°- угол падения пласта;

Особую эффективность технологические решения комбинированного способа принимают при использовании безвзрыв-ной технологии ведения открытых горных работ, в том числе и по технологии “Highwall miners” (ЗАО «Разрез Распадский» г. Междуреченск Кемеровской обл. [3, 4]). В российской интерпретации - это система глубокой разработки пластов (КГРП), в применении которой на угольных месторождениях Кузбасса авторы принимают участие в соответствии с Соглашением о взаимодействии и научно-техни-ческом сотрудничестве между Институтом угля и углехимии СО РАН и ЗАО «Распадская угольная компания».

Открыто-подземные технологии позволяют в короткие сроки начать добычу угля и создать первоначальный капитал для развития добычи подземным способом. Это обстоятельство имеет большое значение для инициативного создания новых мощностей по добыче угля, использования различных форм собственности.

Технологические схемы открытоподземных (комбинированных) разработок хорошо сочетаются с модульными структурами и позволяют быстро вводить в действие новые мощности, полнее использовать запасы месторождения, обеспечить более экономичную их разработку (см. рис. 4).

В Кузбассе уже положено начало появлению, как отдельных, небольших по мощности шахтоучастков, так и структурных подразделений действующих предприятий, использующие новые технологии открыто-подземной разработки.

Применение модульной структуры подземных шахтоучастков уже закладываются в проекты реконструкции угольных разрезов (разрез "Томусинский", «Моховский», "Сибиргинский" и др.)

3000

2500

2000

1500

1000

500

2003

2004

2005

тыс. 3500

Рис. 5. Общая добыча утя открытым и подземным способом на разрезе «Сибиргинский»

250 200 150 100 50 0 -50

2003 2004 2005

Рис. 7. Прибыль разреза «Сибиргинский»

Рис. 6. быче

т/чел. м®

200

180

160

140

120

100

80

60

40

20

0

2003

2004

2005

Среднемесячная производительность труда рабочего по до-

- шахтоучасток

- угольный разрез

Привлекательными особенностями освоения модульных технологий для отработки угольных пластов из открытых горных выработок являются минимальные инвестиции, минимальный срок строительства и окупаемости вложенных средств, высокая производительность труда шахтеров при низкой себестоимости добываемого угля.

Основные технико-экономические

показатели проекта строительства модульного шахтоучастка разреза «Сибир-гинский» на представительные годы периода оценки приведены в таблице.

Авторы принимали участие в технико-экономическом обосновании строительства шахтоучастка в пределах горного отвода разреза "Сибиргинский". Идея оказалась настолько плодотворной, что в настоящее время в пределах горного отвода разреза построен в конце 2002 года шахтоучасток с производственной мощностью 1,2 млн т угля в год по проекту института «Гипроуголь». Шахтоучасток успешно справляется с производственным планом добычи угля и в 2003 году вышел на годовую проектную мощность с технико-экономическими показателями, превышающими открытые горные работы разреза.

Так по итогам за 2003-2005 гг., сравнивая полученные показатели работы модульного шахтоучатка «Сибиргинский» и угольного разреза «Сибиргин-ский» можно сделать следующие выводы:

• шахтоучасток «Сибиргинский» в 2003 году вышел на проектную мощность, а в 2004 г. увеличил добычу угля на 23 % (+ 275 тыс.т.) (рис. 5), что составляет 1/3 часть общей добычи по ОАО «Разрез Сибиргинский»;

• среднемесячная производительность труда рабочего по добыче на шах-тоучастке «Сибиргинский» выше на 31-

33 % (рис. 6) производительности труда рабочего по добыче на разрезе;

Показатели прибыли ОАО «Разрез Сибиргинский» за 2GG3-2GG5 гг. приведены на рис. 7.

Практическое значение работы заключается в том, что полученные результаты позволяют:

• использовать методические положения и технологические принципы проектирования комбинированной разработки при освоения угольных месторождений Кузбасса, в том числе и по безвзрывной технологии ведения горных работ для ускоренного ввода в действие производственных мощностей с минимальными капитальными и эксплуатационными затратами;

• синтезировать подземные модульные шахтоучастки с пространственно-временной и структурной увязкой элементов открытой и подземной технологий ведения горных работ для снижения потерь угля в недрах и сокращения сроков перехода от открытых к подземным горным работам;

• установить рациональные параметры технологических звеньев подземных модульных шахтоучастков для угольных разрезов для снижения себестоимости и экологической нагрузки на природную среду;

• обеспечить поточность технологических процессов угледобычи подземных модульных шахтоучастков для повышения производительности и их адаптацию к горно-геологическим условиям ведения горных работ на угольных разрезах;

• увеличить коэффициент извлечение запасов угля по эффективным технологиям и продлить срок эксплуатации угледобывающих предприятий.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Ялевский В.Д., Федорин В.А. Модульные горнотехнологические структуры вскрытия и подготовки шахтных полей Кузбасса. (Теория, Опыт, Проекты). - Кемерово: Кузбассвузиздат, 2000. - 224 с., ил.

2. Патент РФ № 1751333 на изобретение «Способ комбинированной разработки пластовых месторождений полезных ископаемых» по заявке № 4849481. Зарегистрирован в Государственном реестре изобретений и действует с 30.03.1993 г. (авторы Попков М.П., Нифонтов

А.И., Ялевский В.Д., Федорин В.А., Никиши-чев Б.Г. и Михеев О.В.). Патентообладатель ИУУ СО РАН.

3. Михайлов А.Ю. Шахты угольных разрезов - новые тенденции развития комбинированной (открыто-подземной) геотехнологии»//

Наукоемкие технологии разработки и использования минеральных ресурсов: Материалы международной научно-практической конференции: сборник научных статей // СибГИУ; Под ред. В.Н. Фрянова, Е.В. Пугачева. - Новокузнецк, 2005. -С.260-265.

4. Патент РФ № 2285121 на изобретение «Способ открыто-подземной разработки свиты пологих угольных пластов» по заявке № 2005111613. Зарегистрирован в Государственном реестре изобретений РФ и действует с 10.10.2006 г. (авторы Ялевский В. Д., Федорин

В.А., Анферов Б.А., Варфоломеев Е.Л., Касси-на О.В.). Патентообладатель ИУУ СО РАН.

— Коротко об авторах ---------------------------------------------------------------------

Федорин В.А. - доктор технических наук, заведующий лабораторией геотехнологии освоения угольных месторождений;

Михайлов А.Ю. - инженер-технолог;

Ивершина Г.Е. - аспирантка,

Институт угля и углехимии СО РАН, г. Кемерово, Россия

Доклад рекомендован к опубликованию семинаром № 15 симпозиума «Неделя горняка-2007». Рецензент д-р техн. наук, проф. В.В. Мельник.

Файл:

Каталог:

Шаблон:

Заголовок:

Содержание:

Автор:

Ключевые слова:

Заметки:

Дата создания:

Число сохранений:

Дата сохранения:

Сохранил:

Полное время правки: 4 мин.

Дата печати: 25.11.2008 23:15:00

При последней печати страниц: 9

слов: 2 504 (прибл.)

знаков: 14 279 (прибл.)

10_Федорин15

Е:\С диска по работе в универе\ГИАБ_2008\11\семинар С:\и8ег8\Таня\АррБа1а\Коатіп§\Місго80й\Шаблоньі\№гта1.до

© В

N А

03.09.2008 13:25:00 2

03.09.2008 13:25:00 Гитис Л.Х.