Концепция формирования техногенного ресурса карьера Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

--© Е.В. Ерёменко, В.Н. Синьчковский,

2006

УДК 622.271

Е.В. Ерёменко, В.Н. Синьчковский

КОНЦЕПЦИЯ ФОРМИРОВАНИЯ ТЕХНОГЕННОГО РЕСУРСА КАРЬЕРА

Семинар № 12

ш ж убликации последних лет о про-

И. блемах разработки мощных месторождений полезных ископаемых слабонаклонного залегания свидетельствуют о том, что по мере удалении фронта горных работ от выходов пласта под наносы возникает незаполненное внутреннее выработанное пространство или избыточное выработанное пространство (ИВП). Под термином «избыточное выработанное пространство» подразумевается не все внутреннее выработанное пространство карьера, а только та часть его которая может быть использована технологически, то есть часть выработанного пространства ограниченная по флангам вскрывающими выработками, по падению: от выходов пласта под наносы - откосом нерабочего борта разрезной траншеи строительного периода, со стороны рабочей зоны откосом отвального яруса, максимально приближенным к нижней бровке нижнего добычного уступа.

Исследования показывают, что данное выработанное пространство возникает при разработке горизонтальных и слабонаклонных залежей, когда мощность пласта превышает мощность вскрышной у толщи. Промышленного зна- а чения ИВП достигает при 1

Рис. 1. Изменение мощности пласта полезного ископаемого и вскрыши

производстве горных работ свыше 3 млн т горной массы, углов падения залежи до 50 и линейном коэффициенте вскрыши менее 1.

Развитие горных работ без учета формирования ИВП приводит к увеличению размеров карьера, дальности транспортировки пустых пород в отвал, усложнению системы коммуникаций на стыке смежных блоков, отвальной и рабочей зон. Обширные месторождения разрабатывают смежными блоками, причем вскрышу строительного периода размещают не в избыточном выработанном пространстве опережающего блока, а на внешних отвалах, увеличивая и без того огромную площадь отчуждаемых земель под горные работы. Например, площадь земельного отвода на разрезе «Березовский-1» в Канско-Ачинском бассейне составляет 9978 га, под горные работы отведено 947 га, а площадь рекультивированных отвалов с 1985 г. работы разреза составила немного

10 10 10

10 10 10

7 6 7

12 8 9

13 12 12 15 14 14 23 18 16 25 20 18

18 17 18

19 19 20

более 256 га.

Данная ситуация возникла из-за невозможности проведения рекуль-тивационных работ потому. что высотные отметки площадок отвальных ярусов намного ниже отметок господствующего уровня дневной поверхности.

Проводимые исследования на кафедре «Открытые горные работы» Государственного университета цветных металлов и золота позволяют утверждать, что, например, при разработке Березовского буроугольного месторождения, на протяжении 2,5 км по падению появляется и сохраняется ИВП в контуре карьера. Данное выработанное пространство представляет собой не что иное, как потенциальный техногенный ресурс горнодобывающего предприятия, который появляется независимо от направления развития горных работ, применяемой технологии, параметров системы разработки.

Используя программную среду MathCAD и разбив участок месторождения на элементарные блоки размером 200x200 м, получим наглядный график формирования ИВП в данных границах. Матрица (а:) представляет собой мощность вскрыши в отдельных элементарных блоках, матрица (b:) - мощность угольного пласта в этих же элементарных блоках. Поверхность расположенная выше на графике представляет изменение мощности пласта угля, нижняя поверхность - изменение мощности вскрыши. Ось Х - количество элементарных блоков (200x200 м), расположенных по падению пласта, ось У -номера профильных разрезов, ось Z -мощность вскрышной толщи. Как видно из графика, мощность пустых пород на большей площади разрабатываемого участка почти всегда в 2-2,5 раза меньше мощности полезного ископаемого, что и приводит к образованию ИВП.

Данный техногенный ресурс имеет па-

11 12 13 14 11 10 11

11 12 13 14 11 10 11

9 10 11 13 14 22 25

9 10 10 11 12 12 13

11 11 10 11 18 25 32

13 13 12 13 20 27 34

13 13 13 14 23 34 41

13 13 14 16 25 34 43

18 16 19 26 32 37 39

18 15 20 28 34 38 48)

15 24

16 25 20 27 20 28 20 26 15 24 12 22 9 20 26 37 26 32

26 29 32

27 30 33 30 33 35 32 35 38

32 38 45

33 40 47

34 43 49 36 45 51 42 47 54 40 46 58

39 39 40 Л

40 40 41

50 56 60

50 51 52

60 60 60

60 60 60

60 60 60

60 60 60

59 59 57

56 57 57)

и воз

можно управлять:

• объем;

• размер распространения, как в плане, так и по высоте рабочей зоны;

• конфигурация распространения;

• место распространения во время формирования;

• место концентрации после завершения горных работ в блоке.

Скорость подвигания (Уо, м/год) отвальной и (Ур, м/год) рабочей зон при ведении горных работ по транспортной технологии может быть равной или различной (рис. 2).

При выполнении условия (Ур = Уо) расстояние между нижними бровками добычного уступа и отвального яруса постоянно (АВ = const). Вскрышные породы располагают в нижней части отвальной зоны. Это условие выполняют для поддержания стабильного расстояния транспортировки вскрышных пород в отвал (рис. 2, а). Если высота вскрышной зоны в несколько раз меньше высоты добычной зоны, отрабатываемой вскрыши не хватает для полного заполнения внутреннего выработанного пространства. В таком случае высотные отметки сформированного верхнего яруса отвала ниже господствующего уровня дневной поверхности. Подобная взаимосвязь характерна для транспортной технологической схемы с ис-

b :=

а)

1 2 3 4 5

Рис. 2. Распределение ИВП по высоте отвальной зоны в зависимости от применяемой технологии:

1 - вскрышной уступ отрабатываемый по транспортной технологии; 2 - вскрышной уступ отрабатываемый по транспортно-отвальной технологии; 3 - избыточное выработанное пространство; 4 - транспортные отвалы; 5 - отвалы транспортно-отвальной технологии

15000

10000

5000

■10000«

-15000.

-20000

)Л0К1 !>лок2 злокЗ Злок4

------ ( ■ 1 0 1 1 12 13 1 4 1 6 16 1 7 18 19 20 2 22

—*—1

. ..

Этапы

Рис. 3. Формирование ИВП в блоках по падению пласта

использованием автосамосвалов. Применение железнодорожных средств доставки неизбежно приводит к систематическому увеличению расстояния транспортирования на величину подвигания отвальной и вскрышной зон при развитии горных работ от выхода пласта под наносы, так как технологически необходимо подниматься на обменный пункт, расположенный на поверхности.

Выведение высотных отметок верхнего отвального яруса до господствующего уровня дневной поверхности, в тех же горно-технических условиях (Нв < Нд), неизбежно приведет к снижению скорости подвигания отвалов (Ур > Уо). Расстояние между нижними бровками рабочей и отвальной зон АВ увеличится до АВ' (рис. 2, б). ИВП распределяется по всей высоте рабочей зоны. Оно в данном случае ограничивается почвой разрабатываемого пласта и поверхностью с преобладающими высотными отметками ландшафта.

Использование при отработке вскрышной толщи комбинированной технологии предопределяет несколько иное распространение ИВП по высоте. Если при разработке нижней части вскрышной толщи применяют транспортно-отвальную технологию, а верхнюю часть разрабатывают по

транспортной технологической схеме, то наблюдается жесткая зависимость между скоростью подвигания вскрышных (Ув), добычных (Уд) и отвальных (Уо) уступов нижней части рабочей зоны и выполняется равенство Ув = Уд = Уо

Расположение вскрыши, перемещаемой по транспортной технологии на отвальные ярусы транспортно-отваль-ной технологии, обуславливает рассредоточение ИВП в средней и верхней частях отвальной зоны (рис. 2, в).

При параллельном перемещении фронта горных работ ИВП в плане имеет форму параллелограмма. Большее основание проходит по почве отрабатываемого пласта, меньшее основание - вследствие уменьшения длины отвального фронта в торцах проходит по верхней бровке верхнего отвального яруса.

При веерном развитии работ ИВП в плане имеет форму треугольника с точкой разворота в торце смежных блоков.

Ещё не так давно перед горнодобывающим предприятием ставилась только одна задача - добыча полезного ископаемого. В настоящее время добавился ещё и комплекс экологических проблем, который необходимо решать.

Параметры Факторы

Объем ИВП Горно-технические (мощность пласта, угол падения залежи, угол подъема рельефа); Технологические (угол откоса рабочего борта, результирующий угол откоса отвального яруса, длина отвального фронта работ)

Размеры ИВП в плане Длина отвального фронта, технология отсыпки отвалов

Размеры ИВП по высоте отвальной зоны Горно-технические (мощность пласта, угол падения залежи, угол подъема рельефа); Технологические (угол откоса рабочего борта, результирующий угол откоса отвального яруса, длина отвального фронта работ)

Конфигурация распространения ИВП Направление подвигания фронта работ

Место расположения во время формирования Направление подвигания фронта работ и местоположение вскрывающих выработок

Место концентрации ИВП после окончания работ в блоке Очередность ввода блоков в эксплуатацию и их первоначальное положение, порядок разработки месторождения, направление развития фронта работ в опережающем и отстающем блоках

Формирование с заданными параметрами и использование избыточного выработанного пространства, позволяет решить как технологические проблемы, так и вопросы снижения отрицательного воздействия на окружающую среду открытых горных работ.

По проекту разработки Березовского месторождения карьерное поле разбито на четыре блока. В первых двух, как видно из рис. 3, ИВП существует продолжительный период. Этапы представляют собой подви-гание фронта работ на 200 м, то есть по два года непрерывной работы на этап. Таким образом, в блоке №1 ИВП закончит формироваться только на 46-й год, а в блоке №2 - на 28-й год разработки. Суммарный объем ИВП на данных участках месторождения составит более 267 млн м3. Анализ горно-геологических данных по блокам №3 и №4 показывает, что коэффициент вскрыши превышает 1 м3/т. Поэто-

му при разработке следующих блоков ожидать формирования ИВП не представляется возможным.

Проведенные исследования позволяют предложить концепцию формирования ИВП при разработке мощного, обширного месторождения слабонаклонного залегания смежными блоками на основании следующих принципов:

1. Установить факторы, влияющие на формирование параметров ИВП.

2. Установить закономерности формирования параметров ИВП от исследуемых факторов.

3. С учетом конкретных горногеологических условий установить степень влияния каждого фактора в эксплуатационном блоке.

4. Формировать ИВП с заданными параметрами на основании применяемой технологии и объемов горных работ в отстающем блоке.

— Коротко об авторах -

Ерёменко Е.В., Синьчковский В.Н. - Государственный университет цветных металлов и золота.