Направления развития сырьевой базы действующих угольных разрезов Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

ДОКЛАД НА СИМПОЗИУМЕ «НЕДЕЛЯ ГОРНЯКА - 98»

МОСКВА, МГГУ, 2.02.98 -6.02.98 СЕМИНАР 2 «ОТКРЫТЫЕ ГОРНЫЕ РАБОТЫ В СЛОЖНЫХ ГОРНОГЕОЛОГИЧЕСКИХ И ГОРНОТЕХНИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ»

В.В. Истомин

Московский государственный горный университет В.М. Щадов Минтопэнерго России

НАПРАВЛЕНИЯ РАЗВИТИЯ СЫРЬЕВОЙ ВАЗЫ ПЕЙСТВУЮЩИХ УГОЛЬНЫХ РАЗРЕЗОВ

Анализ динамики сырьевой базы действующих угольных разрезов характеризует следующие тенденции:

• сокращаются запасы отрабатываемых полей;

• отрабатываются более качественные запасы, чем прирезаемые на резервных участках;

• растет мощность вскрышных пород на новых участках;

• на пологих и наклонных месторождениях углубление разрезов связано с увеличением объемов вскрышных работ, быстрым ростом объемов, выполняемых с использованием транспортных технологий;

• одновременные рост мощности толщи вскрышных пород и снижение мощности отрабатываемых пластов определяют рост коэффициента вскрыши, который на ряде участков в восточных регионах уже превышает 10 м3/т.

Сочетание указанных факторов, если не принимать действенных мер, ведет к ограничению возможных мощностей разрезов по добыче утля и росту его себестоимости.

При анализе и оценке сырьевой базы, направлений ее развития в первую очередь необходимо рассмотреть структуры угольных месторождений, горно-геологические условия разработки.

Практически все буро- и каменноугольные месторождения Дальнего Востока и Восточной Сибири, предназначенные для

открытой разработки и являющиеся объектами рассмотрения, представлены брахо-синклиналями, которые разрезами отрабатываются полностью или частично. Угленосные отложения относятся, как правило, к одной геологической свите. В результате разведки выделяется свита угольных пластов, а после геолого-экономической оценки - промышленные (рабочие) пласты.

Обычные параметры кондиций для открытых работ следующие:

• Минимальная мощность угольного пласта 1-2

• Максимальная мощность породных внутрипластовых прослоев, включаемых в подсчет запасов, 0,7-1 м|;

• Предельная зольность по пласто-пересечению 35 - 45%;

• Минимальные запасы пласта 1 —2

млн. т;

• Предельный линейный коэффициент вскрыши 1 1-16,

В результате геолого-промышленной оценки выделяются одно-, двух- и многопластовые (три и более пластов) свиты пластов. Понятие “свита” применительно к однопластовому месторождению сохраняется:

а) для обозначения того, что один промышленный пласт остался после “отсеивания” других нерабочих пластов;

б) или того, что один пласт может трансформироваться в несколько пластов после переоценки по другим показателям

кондиций.

Дальнейшая структуризация месторождения связана с относительным местоположением пластов. По этому признаку выделяют сближенные (сосредоточенные) и рассредоточенные пласты.

Сближенными пластами являются те, мощность которых соизмерима с мощностями разделяющих их междупластий. Как правило, такие пласты и междупластья разрабатываются по единой технологии одинаковыми или одними и теми же техническими средствами.

Рассредоточенные пласты характеризуются тем, что мощность породного междупластья между ними существенно (в два раза и более) превышает мощности самих пластов.

Наконец, промышленная свита может быть представлена группами сближенных пластов, причем сами группы пластов являются рассредоточенными. В этом случае суммарная мощность пластов и междупластий группы (общая мощность пластовой группы) соизмерима с мощностью вскрышных пород, разделяющих отдельные группы пластов. Такие пласты в целом можно назвать сосредоточенно-рассредоточенными.

Итак, свита пластов может быть представлена одним пластом

(вырожденный случай), одной группой сближенных пластов, несколькими рассредоточенными пластами или(и) группами сближенных пластов. Этим случаям соответствуют сосредоточенная, рассредоточенная и комбинированная

(сосредоточенно-рассредоточенная) структуры свит угольных пластов (рис. 1).

При действующих кондициях имеют:

• сосредоточенную структуру - свиты угольных пластов Азейского и Мугун-ского буроугольных месторождений;

• рассредоточенную структуру - свиты пластов на Павловском участке (разрез иПавловский-№2”) и участке №1 Северной

площади Черемховского месторождения (разрез “Черемховский”);

Рис.1. Структуры угольных месторождений: а -сосредоточенная; б - рассредоточенная (1, 2, 3, 4 - пласты); в - комбинированная (сосредоточенно-рассредоточенная; 1, 2, 3 - группы пластов; 1а, 16, 2а, 26, 2г. За, 36,

Зв - пласты)

• комбинированную структуру - свита всех угольных пластов Бикинского месторождения (всего 18 групп сближенных пластов), пласта “Второй” и сближенных пластов “Четвертый” и “Пятый” на участке №5 Северной площади, свита всех угольных пластов Олонь-Шибирского месторождения.

Угольный пласт, как известно, является объектом селективной разработки и промышленной оценки. Пласт может быть однородным (сплошным), состоящим из пачек чистого угля и иметь в этом случае простую структуру. Пласт может быть разнородным, включать угольные пачки и породные прослои. Такой пласт будет обладать сложной структурой (рис. 2),

Сложноструктурный пласт мощно-

стью, например, 1-2 метра (а еще лучше более мощный) при уменьшении кондиционной минимальной мощности может быть разделен на более тонкие (например, толщиной 30-40 см и более), отрабатываемые отдельно. И мы получаем новые пласты (часть, из которых имеют малую мощность), структура которых, в свою очередь, может быть простой или сложной. В то же время такое разделение пласта на ряд более тонких пластов и породных прослоев между ними характеризует формирование группы сближенных тонких пластов, разделенных тонкими же междупластиями, и ведет в общем случае к изменению структуры части свиты пластов или всего месторождения. Так, пласты “Пятый” и “Третий” на участке №1 Северной площади (Черемхово) при снижении минимальной выемочной мощности (а это и есть кондиционная минимальная мощность пласта) трансформируются в две группы сближенных пластов, изменяется и структура этого участка месторождения.

Актуальными в современных условиях являются вопросы управления структурой месторождения, выбора направления изменения структуры, то есть в целом проблема реструктуризации угольных месторождений. Очевидно, что эта проблема непосредственно связана с формированием и выбором горных стратегий развития действующих, строящихся и намеченных к строительству угольных разрезов.

Возможными направлениями изменения структуры угольных пластов и в целом месторождения являются:

• Увеличение кондиционной мощности угольных пластов (их рабочей мощности), что по сути делается при подземных работах.

• Уменьшение кондиционной (выемочной) мощности угольных пластов, что связано с увеличением глубины селекции добычных работ.

• Уменьшение максимальной

мощности породных внутрипластовых прослоев, включаемых как в подсчет запасов, так и добываемую угольную (горную) массу.

0.1д

К'Л-,о;д

756%: 0^0

ш

щт

/Л/у/А

Ши--,: тт №««

||р 0.8№3%

ш!

0.06

0,06

ш

(Ш

С! 'У; 20,3%

Ш

У - 2,^)4 м П - 0,42 м В - 2,76 м

У - 2,08 м; 20,1 %

П - 0,42 м; 77,1 %

В - 2,50 м; 33,2 %

У - 2/05 м 11 - 0,40 н В - .ч

У - 1,79 м; 20,2 %

П - 0,4В м; 73,У %

В - 2,27 М; 34,7 %

У ~ 2,Со м [| - 0,45 м 3 - 2,ЬЗ ;и

У - 1.У2 м; 21,С %

II - 0,4Ъ м; 92,4 %

В - 2,27 м; 33.1 %

Рис.2. Структурные колонки скважин по пласту Пятый (блок №2 первой очереди участка №1 Северной площади Черемховского месторождения)

• Увеличение предельной зольности по пластопересечению, а следовательно и средней зольности кондиционного (балансового) и добываемого угля, что в свое время было сделано на Экибастузском месторождении.

• Выделение низко- и высокозольных частей угольных пластов при неизменных остальных параметрах кондиций на уголь.

• Изменение конечной глубины разреза, числа вовлекаемых в отработку пластов и глубины их отработки по горнотехническим или горно-геологическим условиям.

• Оставление кондиций на уголь, ранее принятых при подсчете запасов.

Выбор направления реструктуризации месторождения зависит в первую очередь от состояния и прогноза развития рынка угля, режима его требований к объемам и качеству угля. Здесь можно выделить следующие основные тенденции:

• Дефицит угля в регионе при наличии достаточно низкокачественных местных ресурсов угля, что определяет необходимость увеличения объемов добычи открытым способом и отсутствие требований к повышению качества угля (в ряде случаев возможно общее или дифференцированное снижение требований к качеству товарного угля).

• Общая стабилизация рынка угля (по объемам и качеству угля) или стабилизация объемов продаж при повышении требований к качеству угля,

• Снижение спроса на уголь при повышении требований к качеству угля и, что не исключается, понижении цен на уголь.

Обеспечение объемов и качества угля связано с мощностями и технологиями добычи и обогащения добываемого угля (угольной массы).

Первой тенденции развития рынка угля отвечают современные технологии горных работ, способные обеспечить с одной стороны годовые объемы вскрышных работ, измеряемые десятками миллионов кубических метров, с другой - относительно чистый рядовой товарный уголь непосредственно при добыче, что исключает необходимость его дальнейшего обогащения.

Повышенные требования к качеству товарного угля, характерные для второй и третьей тенденций развития рынка, можно удовлетворить альтернативными технологическими способами или их сочетаниями:

• Валовая добыча и обогащение всей угольной (горной) массы с реализаци-

ей только продуктов обогащения;

• Селективная добыча и получение только рядового товарного угля, отвечающего техническим условиям при отсутствии обогащения,

• Комбинация селективной и валовой добычи, частичное обогащение с получением в виде товарной продукции рядового и сортового угля, а также отсева обогащения.

Возможные направления изменения структуры угольного месторождения, способствующие ее совершенствованию на современном этапе, следующим образом сочетаются с общими и региональными особенностями и тенденциями развития рынка угля:

1. Принципиальные отличия открытого и подземного способов разработки, заключающиеся в выемке всей горной массы в контуре карьерного поля и отсутствии такой выемки в контуре шахтного поля, обусловливают необходимость разного отношения к составляющим горной массы. Если ранее подземным способом отрабатывались при пологом залегании и тонкие пласты (до 0,7 м., в том числе и мощностью от 0,45 до 0,6 м.), то теперь провозглашен принцип полного отказа от подземной разработки тонких и маломощных пластов, как впрочем и весьма мощных пластов. Помимо этого, введено ограничение на угол падения пластов - до 26 градусов.

Такое ограничение области подземной разработки является отнюдь не бесспорным. Выборочная отработка одного-двух пластов из свиты обусловливает практически безвозвратные потери громадных существующих и потенциальных запасов угля для подземных работ. Кроме того, это может весьма отрицательно повлиять на возможность отработки открытым способом мощных вышележащих угольных пластов, попадающих в зону сдвижения.

Что касается открытой разработки, то ранее, наоборот, дешевизна строительст-

ва новых разрезов и наличие большого числа резервных полей с благоприятными горно-геологическими условиями, определяли экономическую нецелесообразность установления жестких кондиций на выемочную мощность. В настоящее время ситуация изменилась. Резервные поля в большинстве случаев гораздо хуже эксплуатируемых как по мощности пластов и качеству угля, так и по мощности толщи вскрышных пород и ухудшения других природных факторов. Освоение новых месторождений, связанное со строительством разрезов, весьма дорого, является единичным. Поэтому необходимо в целом не только бережное отношение к утвержденным запасам, снижение потерь и засорения угля, но и прирост запасов на эксплуатируемых площадях. Даже при очень больших запасах не следует исключать из отработки угольные пласты мощностью три-четыре метра, как это сделано, например, с Рыбинскими пластами на Бородинском разрезе.

Можно утверждать, что увеличение кондиционной мощности угольных пластов на месторождениях, отрабатываемых открытым способом, допустимо в единичных случаях. Даже на мощных разрезах, где ожидается расширение производственных мощностей, как правило, следует оставить действующие кондиционные мощности угольных пластов, составляющие 1,5-2 метра.

2. Не следует смешивать возможности увеличения кондиционной мощности угольного пласта и исключение из разработки участков, связанное с оценкой комплекса горнотехнических параметров, среди которых фигурирует и мощность пластов. В большинстве случаев действительно на этих участках залегают пласты меньшей мощности, но это не является единственным фактором для принятия решения.

3, Селективная выемка пачек чистого угля или в общем случае сокращение числа и мощности породных прослоев,

экскавируемых вместе с чистым углем, что связано с уменьшением кондиционной мощности угольного пласта, в последнее время получает все чаще права гражданства. Это непосредственно связано с рынком угля, в первую очередь его экспортом, предъявляемыми требованиями к кускова-тости, зольности и засоренности товарного угля. Естественно, эти требования полнее могут быть удовлетворены при обогащении добываемого угля. Но строительство обогатительной фабрики, особенно при больших объемах переработки угля на мощном разрезе, требует значительных инвестиций, нередко ведет к экологическому ущербу в основном водным ресурсам района. В этих условиях обеспечение качества угольной продукции, отвечающего требованиям рынка, во многих случаях гораздо дешевле может быть достигнуто за счет применения специальных горных технологий, а сложноструктурные угольные пласты будут предварительно трансформированы в группы сближенных угольных пластов меньшей мощности,

4. Уменьшение максимальной мощности породного прослоя, включаемого в угольный пласт, обусловливает эффект в первую очередь за счет снижения засоренности добываемого угля и повышения его качества. Необходимо отметить, что лимит по засоренности рядового угля гораздо чаще превышается по сравнению с лимитом его зольности. Поэтому снижение этого кондиционного параметра совершенно необходимо при уменьшении минимальной мощности угольного пласта. Но нередко максимальная мощность породного прослоя (когда это технически возможно) должна быть меньше, чем наименьшая мощность пласта, чтобы в большей степени снизить засоренность добываемого угля.

5. Увеличение предельной зольности добываемого угля и зольности по пла-стопересечению возможно в регионах с дефицитом угля, несмотря на известное при

этом ухудшение технико-экономических показателей сжигания на тепловых электростанциях. Это возможно в первую очередь на действующих разрезах при вовлечении в отработку резервных площадей с ограниченными запасами в целом высоко-зольных углей. Расширение запасов, в ряде случаев значительное, позволяет поддержать, а иногда и расширить производственную мощность разреза.

6. Уменьшение предельной зольности по пластопересечению, обусловливающее в целом снижение зольности промышленных запасов угля, ведет к дифференциации угольных пластов и целесообразно в основном при использовании технологий тонкослоевой выемки. В таких условиях сокращение запасов компенсируется повышением конкурентоспособности угля,

7. Выделение низко- и высокозольного углепотоков для разных ТЭС и при отдельных углеприемных сооружениях на одной ТЭС связано с введением граничных параметров на зольность по сортам добываемого угля. Целесообразность такой дифференциации кондиционных параметров зольности должна определяться с учетом используемых или требуемых (при новом строительстве ТЭС или ее расширении) котлоагрегатов, возможности выделения самостоятельных пластов или угольных слоев допустимой мощности, изменения технологии горных работ. Но в целом такая задача является актуальной.

8. Актуальной является и задача ограничения числа угольных пластов (групп

пластов) и их границ для открытой разработки. До настоящего времени эти границы определяли, как правило, по величине предельного линейного коэффициента вскрыши. Такой метод определения и полученные при его использовании границы во многих случаях не соответствуют состоянию и тенденциям развития рынка угля. В связи с этим целесообразно рассмотрение новых критериев и методик установления границ подсчета запасов угля для открытых работ, в частности критерия максимума суммарной прибыли от разработки месторождения и новых компьютерных'Моделей.

9. Сопоставление возможных направлений изменения структуры угольных месторождений и требований рынка угля свидетельствует о наличии широкого круга месторождений, для которых ранее установленные кондиции на уголь и запасы для открытой разработки останутся практически неизменными или их надо изменить в небольшой степени. Это относится в основном к мощным месторождениям и разрезам, на которых применяемые техника и технология не претерпят принципиальных изменений в рассматриваемый период.

Как следует из изложенного, направления реструктуризации угольных месторождений, их реализация непосредственно связаны с технологиями разработки. Комплексное их обоснование является весьма важным для повышения конкурентоспособности угольной продукции и многих угольных разрезов.

© В.В. Истомин, В.М. Щадов