CC BY
21
© Е.В. Еременко, А.И. Косолапов, 2015
УДК 622.271.33
Е.В. Еременко, А.И. Косолапов
К ВОПРОСУ УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОГЕННЫМ РЕСУРСОМ КАРЬЕРА
Определены факторы, влияющие на формирование выработанного пространства. Рассмотрены проблемы формирования избыточного выработанного пространства, при разработке обширных мощных угольных месторождений слабонаклонного залегания на примере Березовского буроугольного месторождения Канско-Ачин-ского бассейна. Разработана и опробована методика выбора места заложения смежного блока на основе математической модели, в которой учтены закономерности распространения избыточного выработанного пространства в опережающем блоке и объёмы вскрыши и отстающем. Представлена таблица изменения коэффициента вскрыши в зависимости от заложения снежного блока. Предложены принципы управления данным техногенным ресурсом в строительный и эксплуатационный периоды.
Ключевые слова: избыточное выработанное пространство, техногенный ресурс, порядок разработки, грузопотоки вскрыши, разрезная траншея, опережающий блок, отчужденные земли.
На основе анализа работы горнодобывающей отрасли и горных наук определен для них новый предмет исследований — техногенные недра Земли. В настоящее время, обосновано представление об естественнонаучном содержании горных наук как системы знаний о способах и закономерностях управляемого техногенного преобразования недр [1, 2].
Выявлены геологические, климатические и геоморфологические факторы эрозионные процессы и условия ассимиляции отвалов. Установлена взаимосвязь формирования отвальных массивов и порядка отработки месторождений [3]. Определены требования рационального землепользования к открытому способу разработки [4].
При разработке угольных месторождений Канско-Ачинского бассейна формируется избыточное выработанное пространство. Это связано со специфическими горно-геологическими условиями залегания угольных пластов и над угольной толщей вскрыши.
249
Традиционное начало отработки полезного ископаемого приурочено к выходам мощных пластов (до 40 м) под наносы, минимальной мощностью вскрыши от 12 до 16 м, с коэффициентом вскрыши менее единицы.
Независимо от применяемой технологии добычи полезного ископаемого формируется избыточное выработанное пространство. Под избыточным выработанным пространством (ИВП) следует понимать внутреннее выработанное пространство ограниченное снизу — почвой пласта, сверху результирующим уровнем дневной поверхности, от выхода пласта под наносы — откосом нерабочего борта, со стороны рабочей зоны — откосом отвального яруса максимальной приближенного к нижней бровке угольного уступа (рис. 1).
В Сибирском федеральном университете на кафедре «Открытые горные работы» выполнены научные исследования о формировании избыточного выработанного пространства, при разработке Березовского буроугольного месторождения, установлены геологические, технологические факторы и степень их влияния на данный техногенный ресурс. К геологическим факторам относят: угол падения пласта, угол подъема рельефа, мощность вскрыши, мощность полезного ископаемого. Технологические факторы представлены: угол откоса рабочего борта, результирующий угол откоса отвального яруса, длина добычного и вскрышного фронта работ, длина отвального яруса [5, 6, 7].
В дальнейших исследованиях обоснованы параметры транспортных перемычек для формирования грузопотоков вскрыши из смежного блока [7]. В разработанной математической модели учтены высотные отметки овальных ярусов опережающего блока и вскрышных уступов отстающего блока, а так же разбивка пласта «Березовский» на два уступа по 30 м в районе пикета ПК 20.
Рис. 1. Определение избыточного выработанного пространства
250
Результаты расчета формирования избыточного выработанного пространства на профильных линиях от ПК 0 до ПК 48 в границах разреза «Березовский» по падению пласта подтверждают дальнейшее распространение данного техногенного ресурса (рис. 2, а).
Величина этапа подвигания фронта горных работ принята — 200 м, кратной величине двум заходкам, применяемого на разрезе «Березовский» добычного экскаватора ЭРШРД-5250.
С учетом изменения гипсометрии почвы и кровли пласта объем ИВП увеличивается до 12-13 млн м3 на протяжении 14 этапов, затем снижается до нуля на расстоянии 4600м от выхода пласта под наносы. При дальнейшем традиционном под-вигании фронта горных работ неизбежно появляется внешнее отвалообразование.
Рис. 2. Выбор места заложения смежного блока
251
Для горно-геологических условий блока № 2 в границах от ПК 48 до ПК 72 можно наблюдать похожие результаты. ИВП распространено на расстоянии 2800 м от выхода угольного пласта под наносы, с максимальной величиной в 4-м этапе на расстоянии 800 м (см. рис. 2, а).
При подсчете объема ИВП по простиранию пласта, с шагом подвигания фронта горных работ 1000 м выявлено, так же наличие данного техногенного ресурса с плавным снижением объемов в торцах карьера — при наличии там вскрывающих выработок (рис. 2, б).
В дальнейшем, была произведена апробация методики выбора места заложения смежного блока. Наличие избыточного выработанного пространства в опережающем блоке предоставляет возможность использования его при строительстве отстающего блока. Каждая технология характеризуется определенными параметрами.
Например, использование транспортно-отвальной технологии ведет к наличию широких рабочих площадок (243 м) и большой ширины по дну добычной разрезной траншеи (100 м). Следовательно, объем разрезной траншеи для данной технологии будет максимальным, вследствие больших линейных размеров размещаемого оборудования и необходимости наличия выработанного пространства для размещения эксплуатационной вскрыши. Поэтому при использовании в отстающем блоке различных технологий учитывают взаимосвязь не только высотных отметок на площадках отрабатываемых уступов, но и величину объемов ИВП опережающего блока с объемами разрезной траншеи, соответствующего этапа, закладываемой в границах отстающего блока.
Необходимо наличие достаточного объема ИВП не только в общем выработанном пространстве опережающего блока, а именно в том этапе, где предполагается закладывать второй блок. Должно выполняться следующее условие: продольная ось отстающего блока совпадает с осью отвальной заходки опережающего блока.
На поперечных профилях Березовского буроугольного месторождения можно наблюдать выклинивание вскрыши и интенсивное нарастание мощности пласта в первый период. Рассмотрены варианты закладки отстающего блока на выходах пласта, с шагом в 200 м.
Анализ данных распределения объема ИВП и объема вскрыши в смежном блока (табл. 1) показывает, что существует воз-
252
можность, при отсыпке внутренних отвалов формировать оптимальную морфологию техногенного ландшафта для создания благоприятных условий по проведению горно-технического и биологического этапов рекультивации.
При выполнении данной работы, для обоснования места заложения смежного блока разработана математическая модель, в которой учтены закономерности распространения ИВП в опережающем блоке и объемы вскрыши в отстающем. Рассмотрены десять вариантов, по ним предполагается заложение блока в соответствующих этапах с учетом распределения ИВП в опережающем блоке. Расположение по десятому варианту — на выходах пласта и без использования ИВП, то есть традиционно.
Количество вариантов места заложения разрезной траншеи смежного блока, соответствует количеству установленных этапов распределения ИВП. Номер варианта соответствует номеру этапа в отстающем блоке, где закладывается разрезная траншея.
Из анализа данных, представленных на рис. 3 видно, что полностью разместить вскрышу из этапа смежного блока в ИВП соответствующего этапа опережающего блока возможно при заложении второго блока в четвертом или пятом этапах, на расстоянии 800-1000 м от выходов пласта.
Таблица 1
Распределение объемов ИВП опережающего и объема разрезной траншеи отстающего блоков
Подвигание отвального фронта, м Объем ИВП, млн м3 Объем разрезной траншеи смежного блока, 3 млн м3
Вариант 1 Вариант 4 Вариант 5 Вариант 9
0 0 0 0 0 0
200 3,20 13,04 12,72 13,88 32,80
400 6,80 13,00 12,74 12,72 29,12
600 10,10 12,72 13,00 12,72 25,00
800 15,70 12,72 13,04 13,00 21,08
1000 13,40 13,88 13,88 13,04 17,20
1200 12,30 17,20 17,20 17,20 13,88
1400 8,50 21,08 21,08 21,08 12,72
1600 4,30 25,00 25,00 25,00 12,72
1800 2,80 29,12 29,12 29,12 13,00
2000 0,00 32,80 32,80 32,80 13,04
253
О 500 1000 1500 2000
Подвигание отвального фронта, м
Рис. 3. Распределение ИВП в опережающем и вскрыши в отстающем блоках
Целесообразность закладки не на выходах, а на удалении от них можно рассмотреть, проанализировав данные изменения коэффициента вскрыши в зависимости от места заложения смежного блока (табл. 2), а так же его графическую интерпретацию (рис. 4).
Для наглядности данные расчетов аппроксимированы с использованием полиномиальной зависимости второго порядка. В пятом варианте — минимальные значении КВ.
Таблица 2
Изменение коэффициента вскрыши в зависимости от места заложения смежного блока
Этапы Коэффициент вскрыши, м3/т
Вариант 1 Вариант 4 Вариант 5 Вариант 9
1 2 3 4 5
1 0,66 0,66 0,66 0,82
2 0,41 0,41 0,41 0,54
3 0,59 0,33 0,33 0,41
4 0,45 0,34 0,27 0,34
5 0,36 0,36 0,33 0,33
6 0,33 0,41 0,33 0,37
7 0,33 0,49 0,36 0,44
8 0,40 0,36 0,45 0,51
9 0,49 0,43 0,57 0,60
254
0,8
0,2 Н-1-1-1-1-1-1-1-
123456789 Этапы разработки
Рис. 4. Изменение коэффициента вскрыши в зависимости от места заложения смежного блока
Исследуя возможность заложения смежного блока не на выходах пласта под наносы с учетом формирования ИВП, рассмотрены не только технологические факторы, но и экологические. При работе без использования установленных закономерностей формирования ИВП — площадь земель под горные работы составляет 864 га. Площадь отчуждаемых земель при работе с использованием ИВП к концу рассматриваемого периода составит 264 га, разность составляет 600 га. Изменение площади отчуждаемых земель представлено на рис. 5.
Вскрыша из этапа отстающего блока транспортируется в соответствующий этап опережающего:
- по короткому плечу откатки (2,4 км);
- без изменения направления грузопотока (вскрышная за-ходка находится в одном створе с отвальной);
- без выхода на поверхность с господствующими высотными отметками (возможно перемещение вскрыши не только по горизонтали, но и под уклон).
Общий порядок разработки выглядит следующим образом. Первый блок отрабатывают традиционно от выходов пласта (рис. 6), второй- отстающий во времени и пространстве закладывают в том случае, когда в опережающем образовано ИВП с параметрами, позволяющими размещать вскрышу строительного периода второго блока по короткому плечу откатки, через примыкающие торцы. При развитии работ до условного этапа
255
Рис. 5. Площадь отчуждаемых земель по вариантам заложения отстающего блока
13 на расстоянии 2600 м, во втором блоке производится разворот фронта горных работ в крест простиранию. Необходимость такого разворота обусловлена увеличением мощности вскрыши в первом блоке и невозможностью размещать весь объем вскрышных пород в собственном выработанном пространстве. При развитии горных работ в крест простиранию, образуется дополнительное выработанное пространство, транспортировку вскрыши из первого блока в которое можно вести по короткому плечу откатки в эксплуатационный период.
В результате проведенных исследований существует реальная возможность заполнить избыточное выработанное пространство первого и второго блоков до отметки господствующего уровня дневной поверхности. Разворот фронта работ обеспечивает дополнительную грузотранспортную связь. В итоге создаются предпосылки для распределения грузопотоков вскрыши не только при создании первоначального фронта работ в отстающем блоке, но и в основной период эксплуатации карьера.
Управление техногенным ресурсом карьера целесообразно начинать на стадии строительства горнодобывающего предприятия. Данный ресурс можно охарактеризовать следующими
256
Рис. 6. Порядок разработки обширного месторождения
основными параметрами: месторасположение, как по высоте рабочей зоны, так и в плане, объем ИВП, период формирования и др.
Обоснование порядка разработки обширных мощных угольных месторождений позволяет оптимизировать параметры ИВП для дальнейшего использования при разработке смежных участков.
257
Управление техногенным ресурсом возможно так же за счет обоснования оптимального месторасположения вскрывающих выработок отстающих блоков.
Разработанную методику управления техногенным ресурсом карьера целесообразно использовать при проектировании открытых горных работ на Итатском, Барандатском, Урюпском (южное крыло). Боготольском, Бородинском, Перясловском, Абанском угольных месторождениях.
- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Горные науки. Освоение и сохранение недр Земли / Под ред. К.Н. Трубецкого. — М.: Издательство Академии горных наук, 1997. — 478 с.
2. Ржевский В.В. Проблемы горной науки и комплекса горных наук. — М.: Издательство Московского горного института.— 1991. — 241 с.
3. Супрун В.И., Артемьев В.Б., Опанасенко П.И. Формирование отвальных массивов при разработке угольных месторождений / В.И. Супрун, В.Б. Артемьев, П.И. Опанасенко и др. — М.: Горное дело, 2014. — 232 с., табл., ил. — (библиотека горного инженера. Т. 4 «Открытые горные работы». Кн. 5).
4. Коваленко В.С., Артемьев В.Б, Опанасенко П.И. Землесберегающие и землевоспроизводящие технологии на угольных разрезах / В.С. Коваленко, В.Б. Артемьев, П.И. Опанасенко. — М.: Горное дело, 2013. — 440 с., табл., ил. — (библиотека горного инженера. Т. 8. Горная экология» Кн. 2).
5. Еременко Е.В., Синьчковский В.Н. Концепция формирования техногенного ресурса карьера // ГИАБ. — 2006. — № 2. — C. 228-232.
6. Еременко Е.В. Концепция разработки обширных мощных месторождений слабонаклонного залегания с учетом закономерностей формирования избыточного выработанного пространства // ГИАБ. — 2012. — № 8. — C. 149-154.
7. Синьчковский В.Н., Еременко Е.В. Экономическая оценка технических предложений формирования транспортных грузопотоков // ГИАБ. — 2006. — № 4. — С. 364—367.
8. Еременко Е.В. Формирование грузопотоков вскрыши с учетом расположения техногенного ресурса карьера // Уголь. — 2012. — № 9. — С. 28-30.
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -
Еременко Евгений Владимирович — канд. техн. наук, доцент, Сибирский федеральный университет, е-mail: EEremenko@sfu-kras.ru Косолапов Александр Иннокентьевич — д-р техн. наук, профессор, Сибирский федеральный университет, е-mail: kosolapov1953@mail.ru
258
A
UDC 622.271.33
TO A QUESTION OF MANAGEMENT MAN-CAUSED RESOURCE CAREER
Eremenko Evgeny V, Candidate of Engineering Sciences, Assistant Professor, Siberian Federal University, e-mail: EEremenko@sfu-kras.ru Kosolapov Aleksandr I., Doctor of Engineering Sciences, Professor, Siberian Federal University, e-mail: kosolapov1953@mail.ru
Identified factors influencing the formation of goaf. The problems of excessive formation of goaf, the development of extensive coal deposits powerful flat heads for example Berezovsky brown coal deposits of the Kansk-Achinsk basin. Developed and tested methodology for the selection of the location of the adjacent block on the basis of a mathematical model, which takes into account the patterns of distribution of surplus mined-out space in the priority block and the Stripping and lagging. Table presents changes to the Stripping ratio depending on the snow laying block. The principles of managing this technological resource in the construction and operational periods.
Key words: surplus mined-out space, man-caused resource, order of development, freight traffic stripping, split trench, advancing block, alienated lands.
References
1. Trubetskoy K.N. Mining Sciences. Development and Preservation of Mineral Wealth, Moscow, Akad. Gorn. Nauk, 1997, 478 p.
2. Rzhevsky V.V. Problems in Mining Science and the System of Mining Sciences, Moscow, MGI, 1991, 241 p.
3. Suprun V.I., Artem'ev V.B., Opanasenko P.I. et al. Dumping in Coal Mining, Moscow, Gornoe delo, 2014, 232 p.
4. Kovalenko V.S., Artem'ev V.B., Opanasenko P.I. Land-Saving and Land-Reproducing Technologies in Open Pit Coal Mining, Moscow, Gornoe delo, 2013, 440 p.
5. Eremenko E.V., Sin'chkovsky V.N. Mining Informational and Analytical Bulletin, 2006, no. 2, pp. 228-232.
6. Eremenko E.V. Mining Informational and Analytical Bulletin, 2012, no. 8, pp. 149-154.
7. Sin'chkovsky V.N., Eremenko E.V. Mining Informational and Analytical Bulletin, 2006, no. 4, pp. 364-367.
8. Eremenko E.V. Coal, 2012, no. 9, pp. 28-30.
259
