Концепция разработки обширных мощных месторождений слабонаклонного залегания с учетом закономерностей формирования избыточного выработанного пространства Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

© Е.В. Ерёменко, 2012

УДК 622.271 Е.В. Ерёменко

КОНЦЕПЦИЯ РАЗРАБОТКИ ОБШИРНЫХ МОЩНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ СЛАБОНАКЛОННОГО ЗАЛЕГАНИЯ С УЧЕТОМ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ ФОРМИРОВАНИЯ ИЗБЫТОЧНОГО ВЫРАБОТАННОГО ПРОСТРАНСТВА

Установлены закономерности формирования избыточного внутреннего выработанного пространства от геологических и горно-технических факторов. Обоснован порядок разработки обширных мощных месторождений слабонаклонного залегания.

Ключевые слова: избыточное выработанное пространство, порядок разработки, скользящие съезды.

Определенный способ понимания проблем разработки месторождений полезных ископаемых складывается при изучении трудов академика В. В. Ржевского. Трактовку существенных явлений связанных с открытой разработкой можно найти в каждом издании, выполненном под его руководством.

На целесообразность и экономическую эффективность выделения очередности блоков в границах отдельных карьерных полей, этапов разработки указывал академик В.В. Ржевский. Неоднократно подчеркивая, что на месторождениях значительной протяженности целесообразно создавать « ... карьеры первой очереди, что позволяет ликвидировать разбросанность горных работ и, за счет этого, повышать эффективность горнотранспортного оборудования, а так же создавать условия для регулирования объемов вскрышных пород» [].

При увеличении экспорта нефти и газа повышается степень использования угля на внутреннем рынке как основного энергоносителя. Рост объема угледобычи возможен за счет ин-

тенсивного освоения как уже эксплуатируемых, так и проектируемых к отработке угольных месторождений Восточной Сибири и Дальнего Востока. Особое место среди них занимает Канско-Ачинский бассейн. (КАБ), на территории которого сосредоточено около 40% разведанных российских запасов углей, пригодных для открытой разработки.

В пределах КАБа в настоящее время известно около 30 буроуголь-ных месторождений пригодных к открытой разработке и 7 угленосных площадей. По классификации академика В.В. Ржевского пласты характеризуются « . слабонаклонным залеганием основной части залежи (до 810 0)», по вертикальной мощности пласта относятся к мощным залежам (более 40 м). Наиболее крупными месторождениями в западной части бассейна являются: Итатское, Бере-зовское, Боготольское. В восточной части бассейна крупные запасы угля сосредоточены на Абанском и Бородинском месторождениях (табл. 1).

Специфическими особенностями разработки обширных мощных слабонаклонных месторождений являются:

Таблица 1

Характеристика месторождений Канско-Ачинского бассейна

Месторождение Основной пласт Запасы всего месторождения, млн. т. Угол падения град. Площадь месторождения, км2

Мощность, м глубина залегания, м

1.Итатское 24-80 10-200 20884 1-3 6Б0

2. Барандатское 40-93 10-300 1Б680 2-Б 360

З.Урюпское (южное крыло) 4-70 8-200 7638 2-4 88

4.Березовское (южное крыло) 1Б-70 12-300 18097 2-Б 330

Б.Назаровское (южное крыло) 12-1Б 2-Б0 1872 2-Б 220

6. Боготольское 3-Б6 10-300 8Б99 2-Б 114

7. Бородинское 20-Б7 10-110 3328 0-3 2Б00

8 .Переяславское 8-12 8-68 740 0-3 144

9.Абанское 10-2Б 2-76 30Б74 1-3 1886

■ Значительная площадь залежей (от 80 до 2500 КМ2);

■ Наличие мощного пласта полезного ископаемого (от 15-20 до 70-80 м);

■ Небольшая мощность вскрыши на выходах пласта под наносы (от 8 до 12 м).

Разработку месторождений КАБа традиционно ведут несколькими блоками. Как правило, отстающий блок размещают на выходе пласта под наносы, а проходку разрезной траншеи ведут по бестранспортной технологии. Вскрышу строительного периода укладывают на внешние отвалы, в то время как в опережающем блоке сформировано незаполненное внутренне выработанное пространство.

При разработке мощных месторождений слабонаклонного залегания возникает, особенно в начальный период, избыточное выработанное пространство (ИВП). Под избыточным выработанным пространством следует понимать часть внутреннего пространства, которое не используется для размещения вскрыши на отвалах. ИВП в плане ограничено: на флангах карьерного поля и по восстанию предельным контуром карьера, по паде-

нию - возможным положением откоса отвального яруса, максимально приближенного к рабочей зоне. Нижняя граница соответствует положению сформированных отвалов, верхняя -отметкам господствующего рельефа.

Идея исследования заключается в использовании закономерностей формирования избыточного выработанного пространства для улучшения экологической обстановки в зоне влияния открытых горных работ и технико-экономи-ческих показателей карьеров при блочной отработке обширных месторождений слабонаклонного залегания.

В ходе выполнения исследования были поставлены и решены следующие задачи:

1. Анализ технологии разработки обширных мощных месторождений слабонаклонного залегания.

2. Установление особенностей и закономерностей формирования избыточного выработанного пространства при отработке обширных мощных месторождений слабонаклонного залегания.

3. Установление области распространения ИВП.

Таблица 2

Степень влияния факторов, %

Наименование Избыточное выработанное пространство

Объем, м3 Размер от выхола пласта пол наносы, м

Увеличение угла падения залежи на 10 -33,0 -17,0

Увеличение мощности пласта на 1 м +4,1 +3,8

Увеличение угла откоса рабочего борта на 10 +2,3 +0,7

Увеличение результирующего угла откоса отвала на 10 + 1,0 +0,7

4. Исследование динамики ИВП на первоначальное место заложения отстающего блока.

5. Разработка методики обоснования порядка разработки обширных месторождений на основе закономерностей формирования ИВП.

6. Обоснования области применения технологии отработки вскрышной толщи на основе закономерностей формирования ИВП.

Результаты решения некоторых задач были опубликованы Горном информационно-аналитическом бюллетене (ГИАБ) посвященном семинарам научного симпозиума «Неделя горняка» предыдущих лет [2, 3].

Избыточное 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.

В основу методики определения параметров ИВП положено решение геометрической задачи определения объема вскрышной заходки и приемной емкости отвала за каждый шаг подвигания фронта работ. Разность между приемной емкостью отвала и объемом вскрышной заходки дает искомую величину избыточного выработанного пространства. Установлено, что на объем ИВП влияют: геологи-

ческие и горно-технические факторы. К геологическим отнесены угол падения пласта (у) и мощность пласта (Ну), коэффициент остаточного разрыхления (Кр), угол подъема рельефа (5), а горно-техническим - угол откоса рабочего борта (а), результирующий угол откоса отвальных ярусов (в) и длина отвального фронта (Ьэ).

При развитии работ по падению залежи характер изменения геологических факторов оказывает влияние на объем и размер ИВП, а горнотехнических - в большей степени на его объем. Например, увеличение угла падения залежи на 10 приводит к уменьшению объема ИВП на 30,0 %, а мощности пласта на 1 м - увеличению на 4,1 %. Основные результаты по степени влияния исследуемых факторов приведены в табл. 2.

Апробация методики моделирования для условий Березовского буро-угольного месторождения подтвердила ее состоятельность. Вместе с тем различная интенсивность изменения мощности вскрыши, гипсометрии почвы и кровли угольного пласта обусловила ярко выраженный волнообразный характер изменения ИВП. Конкретные геологические условия предопределили иной характер влияния отдельных факторов на объем ИВП. При этом установлено, что наиболее точно характер формирования ИВП аппроксимирован поли-

А)

9 п

8

7

И 6"

| 5

I 4

Я 3 -О 2 1 0

_-1

Б)

- Обьем ИВП (начальные данные)

- Обьем ИВП (угол падения пласта уменьшен на 1 градус

- Обьем ИВП (угол падения пласта увеличен на 1 градус)

Подвигание отвального фронта, м

иэ 2 О

П 3 ;о 7 :о ю 30 14 №

- Обьм ИВП (начальные данные)

-Обьм ИВП (мощность уменьшена на 10 м)

- Обьем ИВП (мощность увеличена на 10 м)

Подвигание отвального фронта, м

В) 9

8

7

1 6 т

I 5

т" 4

¡§ 3

А § 2

1

0

-1

...........4 ч

/ \

Р / \

/ \

/

Р 1............

/ \

\

0 6 0 11 20 16 20

— ♦ — Обьем ИВП при угле рабочего борта 15 градусов -Л- Обьем ИВП при угле откоса рабочего борта 18 градусов _Обьем ИВП при угле откоса рабочего борта 21 градус

Г)

я 3 О о

уб \

Р

¥

г

9

03 60 7 :о 1( 80 14 40 18

Подвигание отвального фронта,м

" Обьем ИВП при результирующем угле отвала 15 градусов Обьем ИВП при результирующем угле отвала 18 градусов " Обьем ИВП при результирующемугле отвала 21 градус

Подвигание отвального фронта, м

9

8

7

6

5

4

0

Рис. 1. Полиномиальные зависимости изменения расчетных объемов ИВП: а) - от

угла падения залежи, б) - мощности пласта, в) - угла откоса рабочего борта, г) - результирующего угла отвала

ном 2-го порядка (рис. 1.) Коэффициент корреляции равен 0,97, в то время как для полинома 3-го порядка он не превышает 0,75.

Сущность предлагаемой концепции в следующем:

• Обоснование порядка разработки обширных мощных месторождений слабонаклонного залегания.

• Установление первоначального места расположения отстающего

блока и периода ввода его в эксплуатацию с учетом закономерностей формирования ИВП в опережающем блоке.

• Перемещение вскрыши по минимальному расстоянию в ИВП опережающего блока через торцы по системе скользящих съездов.

• Формирование поверхности техногенных отвальных ярусов до господствующего уровня дневной поверхности.

Рис. 2. Порядок разработки обширного мощного месторождения слабонаклонного залегания

Рассмотрены более 20 вариантов порядка разработки Березовского месторождения в границах разреза «Березовский». По данным геологической разведки выделены участки разработки с длиной по простиранию 4800 м и размером в крест простирания - 5000 м. Для привязки к существующему положению горных работ на разрезе «Березовский» длина опережающего блока принята равной 2000м (ПК 0 - ПК 20), а длина отстающего - 2800 м (ПК 20 - ПК 48). Длина этапа по падению принята равной 200м и общее число этапов на выделенном участке равно 25 (рис. 2).

Учитывая множественность возможных вариантов, для исключения необходимости выполнять в каждом из них детальные технико-экономические расчеты, целесообразно воспользоваться теорией графов.

В рекомендуемом варианте первый блок отрабатывают традиционно от выходов пласта, второй - отстающий во времени и пространстве, закладывают только после того как в блоке сформировано ИВП с параметрами, позволяющими размещать вскрышу строительного периода второго блока по короткому плечу откатки, через примыкающие торцы, используя систему скользящих съездов. В дальнейшем, во втором блоке производится разворот фронта горных работ в крест простиранию. Необходимость его обусловлена увеличением мощности вскрыши в первом блоке и невозможностью размещения всего объема вскрышных пород в собственном выработанном пространстве. Подобный разворот позволяет создать дополнительное выработанное пространство, в которое можно перемещать вскрышу первого блока по короткому плечу откатки.

Разворот фронта обеспечивает также дополнительную грузотранспортную связь. В итоге создаются реальные предпосылки для распределения грузопотоков вскрыши не только при создании первоначального фронта работ в отстающем блоке, но и в основной период эксплуатации карьера.

1. Ржевский В. В. Открытые горные работы: в 2 ч. 4.2 Технология и комплексная механизация: Учебник для вузов. - М.: Недра, 1985. - 549 с.

2. Ерёменко Е.В., Синьчковский В.Н. Концепция формирования техногенного ресурса карьера // Горный информацион-

- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

но- аналитический бюллетень, 2006. - №2.. - С. 228-232.

3. Синьчковский В.Н., Ерёменко Е.В. Экономическая оценка технических предложений формирования транспортных грузопотоков // Горный информационно-аналитический бюллетень, 2006. - №4..- С. 364-367. ЪШ

КОРОТКО ОБ АВТОРЕ -

Ерёменко Евгений Владимирович - кандидат технических наук, доцент, Сибирский федеральный университет, Институт горного дела, геологии и геотехнологий, ky2006@mail.ru