CC BY
20
УДК 622.271.4:622.235 © Е.Б. Шевкун, А.В. Лещинский, А.И. Добровольский, А.А. Галимьянов, Е.А. Шишкин, 2019
Исследование влияния внедрения валовой технологии разработки на разубоживание наклонных угольных пластов сложного строения
DOI: http://dx.doi.org/10.18796/0041-5790-2019-6-16-19
ШЕВКУН Евгений Борисович
Доктор техн. наук,
профессор кафедры «Транспортно-
технологические системы
в строительстве и горном деле»
Тихоокеанского государственного
университета,
680035, г. Хабаровск, Россия,
тел.: +7 (84212) 375-202,
e-mail: [email protected]
ЛЕЩИНСКИЙ Александр Валентинович
Доктор техн. наук, профессор кафедры
«Транспортно-технологические системы
в строительстве и горном деле»
Тихоокеанского государственного
университета,
680035, г. Хабаровск, Россия,
тел.: +7 (84212) 375-202,
e-mail: [email protected]
ДОБРОВОЛЬСКИЙ Александр Иванович
Канд. техн. наук,
генеральный директор АО «Ургалуголь», 682030, п. Чегдомын, Хабаровский край, Россия, тел.: +7 (42149) 5-17-68, e-mail: [email protected]
ГАЛИМЬЯНОВ Алексей Алмазович
Канд. техн. наук, заместитель технического директораАО «Ургалуголь», 682030, п. Чегдомын, Хабаровский край, Россия, тел.: +7 (909) 829-97-66, e-mail: [email protected]
ШИШКИН Евгений Алексеевич
Старший преподаватель кафедры
«Транспортно-технологические системы
в строительстве и горном деле»
Тихоокеанского государственного
университета,
680035, г. Хабаровск, Россия,
тел.: +7 (84212) 375-202,
e-mail: [email protected]
Традиционная технология разработки угольных пластов подразумевает механическое рыхление породы с последующим транспортированием ее при помощи бульдозера. В ходе взрывного рыхления вмещающих скальных пород и последующей их выемки в АО «Ургалуголь» на разрезе «Буреин-ский-2» была разработана новая технология, отличающаяся тем, что вмещающие угольный пласт породы висячего и лежачего боков рыхлят одновременно. При этом сохраняется пространственное положение угольных пластов, что обеспечивает возможность их селективной выемки механическим способом. Данная технология позволяет исключить многоэтапность традиционного способа, которому присущи следующие недостатки: значительные трудовые, временные и финансовые затраты, а также опасность возникновения недопустимых производственных ситуаций. Предлагаемая технология применялась после выпадения большого количества осадков, что вызвало обводнение и увеличение удельного расхода взрывчатого вещества (ВВ). Это потребовало проверки влияния увеличения удельного расхода ВВ на качество угля. Оценка влияния технологий взрывного рыхления вскрышных пород на разубоженность угольных пластов пустой породой проводилась в ходе ряда экспериментальных массовых взрывов на четырех блоках, два из которых обуривались до пласта угля, а два - через пласт. В целом средняя зольность на блоках практически одинакова и удовлетворяет норме зольности.
Ключевые слова: технологические схемы, взрывание горных пород, угольный пласт, взрывная скважина, разубоженность полезного ископаемого, зольность угля.
ВВЕДЕНИЕ
В условиях конкурентной борьбы за рынок экспорта угля все большее значение приобретает качество добываемого материала. Это вынуждает угледобывающие предприятия применять прогрессивные методы, среди которых селективная выемка пластов угля бульдозерами тяжелого класса. Данный метод применялся и предприятием АО «Ургалуголь» для извлечения пластов угля со сложным строением. Суть метода заключается в послойном рыхлении породы бульдозерной
техникой с последующим перемещением в места штабелирования и обогащением. Данный метод имеет следующие недостатки: высокая трудоемкость, значительные финансовые издержки, вероятность возникновения опасных производственных ситуаций [1].
Инженерами АО «Ургалуголь» совместно с научными сотрудниками Тихоокеанского государственного университета предложен способ одновременного взрывного рыхления пород, находящихся выше и ниже угольного пласта, без нарушения положения последнего, что обеспечивает возможность селективной выемки. Данный способ применяется при извлечении наклонных угольных пластов из мерзлых и разнопрочных пород. Суть способа заключается в расположении под пластами угля взрывчатого вещества массой, обеспечивающей эффект камуфлета, а также в использовании увеличенных интервалов между взрывами соседних скважин.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СПОСОБА
ОДНОВРЕМЕННОГО ВЗРЫВНОГО
РЫХЛЕНИЯ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ СЛОЖНОГО
СТРОЕНИЯ И ВМЕЩАЮЩИХ ПОРОД
Известно [2, 3, 4, 5, 6], что на процесс разрушения пород взрывом большое влияние оказывает «газовый» фактор, который при моделировании выражается в соотношении размеров зон радиальных трещин с параметрами камуфлетной полости. На основе экспериментального анализа тенденции изменения параметров трещин при взрыве можно выдвинуть гипотезу о двух-факторной природе данного процесса. Первым фактором, приводящим к началу образования трещин, является волна напряжений. Вторым фактором, приводящим к развитию образованных трещин, являются газообразные продукты взрыва.
Рядом исследователей отмечается, что эффект взрыва проявляется как в нарушении сплошности близлежащего горного массива, так и в снижении прочности удаленной от центра взрыва породы [7, 8, 9, 10]. Это связано с влиянием энергии взрывной волны на развитие в горном массиве существующих естественных микротрещин, увеличение их количества, ослабление связей между частицами. В связи с этим изменяются физико-механические свойства горной породы, которая становится «предраз-рушенной».
Также важно отметить, что заряды уменьшенной мощности, взрываемые последовательно, исключают деформирование пластов угля, залегающих выше [11]. Одновремен-
ное взрывание породы, находящейся выше и ниже угольного пласта, позволяет исключить операцию подготовки к выемке междупластий и, как следствие, увеличить производительность карьерного оборудования, а также снизить вероятность возникновения опасных ситуаций при подготовке площадок для бурения и собственно бурении скважин. Данный способ позволяет осуществлять взрывное рыхление не только вмещающих пород, но и самого угольного пласта, не изменяя при этом первоначальную структуру последнего.
Внедрение в технологический процесс добычи угля АО «Ургалуголь» описанного выше способа позволило сократить в три и более раз (в зависимости от количества наклонных пластов) трудоемкость добычных работ. Положительный эффект выражается изменениями следующих показателей:
- объем буровых работ снизился в среднем на 6%;
- количество подготовленных скважин уменьшилось на 85%;
- шаг сетки и глубина скважин увеличились;
- в среднем на 25% повысился выход горной массы с 1 м скважины, что соответствует 31,4 м3;
- удельный расход взрывчатого материала уменьшился в среднем на 27%;
- длина фронта работ увеличилась в среднем в два раза;
- длина подступа, в зависимости от параметров выемочного оборудования, уменьшилась в среднем в три раза;
- дальность перемещения вскрышных пород уменьшилась в среднем на 15%.
Увеличение длины скважин до подошвы угольного пласта позволило повысить объем взорванной горной массы в 1,5 раза и снизить количество обуриваемых скажин.
Доля скважин, располагаемых сеткой 6x6 м, в общем количестве увеличилась с 29 до 85%.
Также важно отметить, что число циклов подготовки горной массы уменьшилось с трех до одного [12].
ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ТЕХНОЛОГИИ
ВЗРЫВНОГО РЫХЛЕНИЯ ВСКРЫШНЫХ
ПОРОД НА РАЗУБОЖЕННОСТЬ
УГОЛЬНОГО ПЛАСТА ПУСТОЙ ПОРОДОЙ
Выпадение большого количества осадков осенью 2018 г. привело к обводнению скважин на разрезе «Буре-инский-2». Для обеспечения качественного дробления было принято решение увеличить удельный расход ВВ до 1,64 кг/м3. Необходимо было проверить, не повлияло ли увеличение удельного расхода ВВ при ведении валового
Таблица
Зольность экспериментальных угольных пластов
Бурение до пласта угля Бурение через пласт угля
Блок 10-05 Блок 12-0: 2 Блок 11-01 Блок 11-08
Взрыв 19.10.2018 Взрыв 08.12.2018 Взрыв 06.11.2018 Взрыв 30.11.2018
Дата отбора проб Ad, % Дата отбора проб Ad, % Дата отбора проб Ad, % Дата отбора проб Ad, %
23.10.2018 40,2 11.12. 2018 39,3 13.11.2018 32,8 04.12.2018 40,8
24.10.2018 39,0 12.12. 2018 37,3 14.11.2018 33,1 05.12.2018 37,3
25.10.2018 37,7 13.12. 2018 35,0 15.11.2018 37,1 06.12.2018 36,3
26.10.2018 38,7 14.12. 2018 37,2 16.11.2018 37,1 07.12.2018 40,3
27.10.2018 36,0 15.12. 2018 35,4 17.11.2018 37,6 08.12.2018 41,2
28.10.2018 30,0 18.11.2018 35,5 -
Среднее 37,7 Среднее 36,8 Среднее 36,0 Среднее 39,1
45 АО
ii .10
to
СрсДИ« .17.7 |С|*ДЙМ (релин: Грслнсс .'9.1
Сравнительная оценка зольности угольных пластов различных экспериментальных блоков
• J Ufop upofl .V |
• fi*6oi!
■ HKJop проб
■ IHIPC-^J
*Эхакр11Н1Н[11№- ?и1крн|1ат№ Экаеримыгпль- Эккрыодтаь-iiiiMi &МК ,V:t liuft 6.ЮК ныЛ бш ,Vi: iiuli NH
взрывного рыхления на качество угля, которое выражается в степени разубоженности угольных пластов пустой породой. Для этого был проведен ряд экспериментальных массовых взрывов на четырех блоках, два из которых обуривались до пласта угля, а два - через пласт. Количество взрывных скважин диаметром 250 мм на блоках составляло от 489 до 738. Горные породы блоков представлены: песчаником на глинистом цементе, алевролитами У1-ХИ - категорий крепости по СНиП (4-6-й коэффициент крепости по шкале М.М. Протодьяконова). Для определения разубоженности угля на каждом блоке производили отбор проб с последующим анализом зольности угля А"1, % (см. таблицу).
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
После экспериментальных массовых взрывов было выявлено хорошее качество дробления горной породы. Анализ данных таблицы и рисунка показывает, что некоторое снижение зольности на блоке 11-01 объясняется тем, что по каждой взрываемой скважине, пробуренной через угольный пласт, имеются точные координаты расположения верхнего и нижнего контактов пласта с вскрышными породами.
На блоке 11-08 зольность пласта увеличилась относительно среднего показателя уровня зольности угля по блоку 12-02. Одна из причин - резкое различие в вещественном составе и свойствах угля и вмещающих его породах, что ограничивает возможность увеличения выемочной мощности угольного пласта и вызывает увеличение зольности.
В целом средняя зольность на блоках практически одинакова и удовлетворяет норме зольности на 4 квартал 2018 г., равной 41.
Список литературы
1. Совместная разработка сближенных пологих каменноугольных пластов в разнопрочных и мерзлых вмеща-
ющих породах / А.И. Добровольский, А.А. Галимьянов, Е.Б. Шевкун, А.В. Лещинский // Уголь. 2015. № 12. С. 34-38. URL: http://www.ugolinfo.ru/Free/122015.pdf (дата обращения: 15.05.2019).
2. Sing Р.К. Rock fragmentation by explosives: An overviev // Braunkohle - Surface Mining. 2000. N 4. Pp. 401-407.
3. Кочанов А.Н. Оценка параметров камуфлетной полости и радиальных трещин в горных породах при взрыве // Взрывное дело. 2016. № 116/73. С. 18-26.
4. Численный расчет взрыва удлиненного камуфлетного заряда / В.А. Белин, И.В. Бригадин, А.М. Будков, С.А. Краснов // Взрывное дело. 2013. № 110/67. С. 27-41.
5. Влияние конструкции скважинных зарядов взрывчатых веществ на размеры зон ослабления прочности горного массива / И.Т. Мислибоев, З.С. Назаров, Д.С. Ивановский, Ш.К. Урунов // Горный вестник Узбекистана. 2013. № 1(52). С 36-39.
6. Крюков Г.М., Глазков Ю.В. Теоретическая оценка степени взрывного дробления горных пород на карьерах при разных способах инициирования зарядов: отдельная статья // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2003. № 8. 26 с.
7. Application of the discontinuous deformation analysis method to stress wave propagation through a one-dimensional rock mass / F. Xiaodong, S. Qian, Z. Yonghui, C. Jian // International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences. 2015. Vol. 80. Рр. 155-170.
8. Xiao-Ping Z., Xin-Bao G., Yun-Teng W. Numerical simulations of propagation, bifurcation and coalescence of cracks in rocks // International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences. 2015. Vol. 80. P. 241-254.
9. A numerical study of the impact of short delays on rock fragmentation / N. Changping, J. Sjobergb, D. Johanssona, N. Petropoulosa // International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences. 2017. Vol. 100. Рр. 250-254.
10. Bangbiao W., Rong C., Kaiwen X. Dynamic tensile failure of rocks under static pre-tension // International
Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences. 2015. Vol. 80. P. 12-18.
11. Рациональные параметры технологических схем подготовки горных пород к селективной выемке при разработке наклонных и пологих угольных пластов / А.И. Добровольский, А.А. Галимьянов, Е.Б. Шевкун, А.В. Лещин-
ский // Уголь. 2016. № 2. С. 30-34. URL: http://www.ugolinfo. ru/Free/022016.pdf (дата обращения: 15.05.2019).
12. Технология выемки наклонных угольных пластов АО «Ургалуголь» / Е.Б. Шевкун, А.В. Лещинский, С.Н. Иванченко, А.А. Галимьянов // Горный журнал. 2018. № 10. С. 43-47.
SURFACE MINING
UDC 622.271.4:622.235 © E.B. Shevkun, A.V. Leschinskiy, A.I. Dobrovolskiy, A.A. Galimyanov, E.A. Shishkin, 2019 ISSN 0041-5790 (Print) • ISSN 2412-8333 (Online) • Ugol' - Russian Coal Journal, 2019, № 6, pp. 16-19
Title
STUDY OF THE IMPACT OF THE introduction OF SHAFT technology development
on the dilution of inclined coal seams of complex structure
DOI: http://dx.doi.org/10.18796/0041-5790-2019-6-16-19 Authors
Shevkun E.B.1, Leschinskiy A.V.1, Dobrovolskiy A.I.2, Galimyanov A.A.2, Shishkin E.A.1
1 Pacific State University, Khabarovsk, 680035, Russian Federation
2 "Urgalugol" JSC, set. Chegdomyn, Khabarovsk Territory, 682030, Russian Federation
Authors' Information
Shevkun E.B., Doctor of Engineering Sciences, Professor of Department
"Transport and technological systems in the construction and mining",
tel.: +7 (4212) 375-202, e-mail: [email protected]
Leschinskiy A.V., Doctor of Engineering Sciences, Professor of Department
"Transport and technological systems in the construction and mining",
tel.: +7 (84212) 375-202, e-mail: [email protected]
Dobrovolskiy А.I., PhD (Engineering), General Director,
tel.: +7 (42149) 5-17-68, e-mail: [email protected]
Galimyanov A.A., PhD (Engineering), Deputy Technical Director,
tel.: +7 (909) 829-97-66, e-mail: [email protected]
Shishkin E.A., Senior Lecturer of Department "Transport and technological
systems in the construction and mining", tel.: +7 (84212) 375-202,
e-mail: [email protected]
Abstract
The traditional technology of coal seam development involves the mechanical loosening of the rock with its subsequent transportation using a bulldozer. During the explosive loosening of the enclosing rocks and their subsequent excavation at "Urgalugol" JSC, a new technology was developed at "Bureinskii-2" open-pit mine, characterized in that the enclosing coal and the reclining side of the bed seam loose simultaneously. At the same time, the spatial position of coal seams is maintained, which makes it possible to selectively extract them mechanically. This technology makes it possible to eliminate the multistage nature of the traditional method, which has the following disadvantages: significant labor, time and financial costs, as well as the risk of unacceptable production situations. The proposed technology was applied after a large amount of precipitation fell, which caused flooding and an increase in the specific consumption of explosive (IH). This required verification of the effect of increasing the specific consumption of explosives on coal quality. The impact of technologies of explosive loosening of overburden on the dilution of coal seams with waste rock was assessed during a series of experimental mass explosions on four blocks, two of which were drilled to a coal seam, and two - through the seam. In general, the average ash content on the blocks is almost the same and satisfies the ash content rate.
Keywords
Flow diagrams, Rock blasting, Coal seam, Explosive well, Mineral dilution, Ash content of coal.
References
1. Dobrovolskiy A.I., Galimyanov A.A., Shevkun E.B. & Leschinskiy A.V. Sovmest-naya razrabotka sblizhennyh pologih kamennougolnyh plastov v razno-prochnyh i merzlyh vmeshchayushchih porodah [Development of a group of coal seams with gross explosive loosening overburden]. Ugol'- Russian Coal Journal, 2015, No. 12, pp. 34-38. Available at: http://www.ugolinfo.ru/ Free/122015.pdf (accessed 15.05.2019).
2. Sing P.K. Rock fragmentation by explosives: An overviev. Braunkohle - Surface Mining, 2000, No. 4, pp. 401-407.
3. Kochanov A.N. Otsenka parametrov kamufletnoy polosti i radial'nykh treshchin v gornykh porodakh pri vzryve [Evaluation of the parameters of the camouflage cavity and radial cracks in the rocks during the explosion]. Vzryvnoye delo - Explosive case, 2016, No. 116/73, pp. 18-26.
4. Belin V.A., Brigadin I.V., Budkov A.M. & Krasnov S.A. Chislennyy raschot vzryva udlinonnogo kamufletnogo zaryada [Numerical calculation of the explosion of an elongated camouflage charge]. Vzryvnoye delo - Explosive case, 2013, No. 110/67, pp. 27-41.
5. Misliboyev I.T., Nazarov Z.S., Ivanovskiy D.S. & Urunov Sh.K. Vliyaniye kon-struktsii skvazhinnykh zaryadov vzryvchatykh veshchestv na razmery zon oslableniya prochnosti gornogo massiva [Influence of downhole charges of explosives on the size of zones of weakening the strength of the rock mass]. Gornyy vestnik Uzbekistana - Mining Bulletin of Uzbekistan, 2013, No. 1(52), pp. 36-39.
6. Kryukov G.M. & Glazkov YU.V. Teoreticheskaya otsenka stepeni vzryvnogo drobleniya gornykh porod na kar'yerakh pri raznykh sposobakh initsiirovaniya zaryadov: Otdel'naya stat'ya [Theoretical assessment of the degree of explosive crushing of rocks in quarries with different methods of charge initiation: Separate article]. Gorny Informatsionno-Analiticheskiy Byulleten (nauchno-teknicheskii zhurnal)) - Mining Informational and Analytical Bulletin (scientific and technical journal), 2003, No. 8, 26 p.
7. Xiaodong F., Qian S., Yonghui Z. & Jian C. Application of the discontinuous deformation analysis method to stress wave propagation through a one-dimensional rock mass. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 2015, Vol. 80, pp. 155-170.
8. Xiao-Ping Z., Xin-Bao G. & Yun-Teng W. Numerical simulations of propagation, bifurcation and coalescence of cracks in rocks. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 2015, Vol. 80, pp. 241-254.
9. Changping N., Sjobergb J., Johanssona D. & Petropoulosa N. A numerical study of the impact of short delays on rock fragmentation. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 2017, Vol. 100, pp. 250-254.
10. Bangbiao W., Rong C. & Kaiwen X. Dynamic tensile failure of rocks under static pre-tension. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 2015, Vol. 80, pp. 12-18.
11. Dobrovolskiy A.I., Galimyanov A.A., Shevkun E.B. & Leschinskiy A.V. Ra-cionalnye parametry tekhnologicheskih skhem podgotovki gornyh porod k selektivnoy vyemke pri razrabotke naklonnyh i pologih ugol'nyh plastov [Rational parameters of technological schemes preparation of rocks for selective extraction of when developing sloping and inclined coal beds]. Ugol' - Russian Coal Journal, 2016, No. 2, pp. 30-34. Available at: http:// www.ugolinfo.ru/Free/022016.pdf (accessed 15.05.2019).12. Shevkun E.B., Leshchinskiy A.V., Ivanchenko S.N. & Galimyanov A.A. Mining technology for inclined coal seams at Urgalugol. Gornyi Zhurnal - Mining Journal, 2018, No. 10, pp. 43-47
