CC BY
10
УДК 666.972.16
Н. А. НЖ1ФОРОВА (ДНУЗТ), О. О. ШУСТОВ, В. I. СТЕЦЮК (Национальный гiрничий унiверситет, Дншропетровськ)
НОВ1 ТЕХНОЛОГИ РОЗРОБКИ ОБВОДНЕНИХ РОДОВИЩ М'ЯКИХ ПОР1Д
Запропонований спос1б ввдкрито! розробки обводнених м'яких пор1д Ново-Дмитр1вського буровугшьно-го родовища.
Ключовi слова: родовище, буд1вельш матер1али, корисш копалини, д1атомгги, вуглисл глини, дослщжен-ня, промислова розробка
На сьогодш не юнуе св1тового досвщу розробки таких буровугшьних родовищ як Ново-Дмитр1вське, розташоване в Барвенювському райош Харювсько! обласп поблизу И кордону з Донецькою. Враховуючи надвелию об'еми по-рщ розкриву, проблема оцшки якост останшх з метою !х подальшого використання е надто ва-жливою 1 актуальною. У процес промислово! розробки родовища плануеться використання принципово-нових технологш { обладнання для роздшьно! розробки пласпв вугшля { попутних корисних копалин, !х транспортування { тимча-сового складування у вигляд1 тимчасових тех-ногенних родовищ. Передбачаеться, що !х повторна розробка 1 своечасне постачання спожи-вачам дозволить на довгий час забезпечити промисловють району (буд1вництво, х1м1чну, сшьське господарство) цшною мшеральною сировиною. I! видобуток з техногенних родовищ буде виконуватися !з застосуванням того ж обладнання, що I на основних процесах розробки буровугшьних поклад1в. В еколопчному в> дношенш територ1я району для буд1вництва кар'еру, ТЗЦ, транспортних та енергетичних мереж, не розвинена 1 промислово не освоена.
Прничо-геолопчш умови розробки Ново-Дмитр1вського родовища складш. Вони обумо-влеш значною (до 350 м) глибиною залягання вугшьних пласпв, значним кутом падшня порщ на бортах мульди (до 15...250), зменшенням потужност вугшьних поклад1в з 60.74 м в центральнш частит до 2.6 м на И перифери.
Вщомо, що нахилеш родовища занурюють-ся у надра до глибини 300.400 м 1 !х розробка вщкритим способом супроводжуеться вийман-ням значних об'ем1в порщ розкриву, як сутте-во обводнет. Окрема ж група таких родовищ у соляних штоках характеризуеться нашрними шдземними водами, що повсюдно обводнюють не тшьки породи розкриву { пласти корисних копалин, а й розповсюджуються на значну гли-бину вщ проектних контур1в кар'ерного поля.
Тому до останнього часу розробка таких родо-вищ не ведеться. Це пояснюеться тим, що по-ряд з великою потужшстю пласпв корисних копалин, наприклад, на Ново-Дмитровському родовищ! сумарна потужнють трьох пласпв бурого вугшля досягае 115 м, а прошарюв вуг-листих глин, д!атомтв { кварцових шсюв - по 40.80 м кожний. Родовище являе собою мульду з падшням вугшьних пласпв на крилах до 25° { горизонтальним розташуванням у центра-льнш частит з тдошвою на глибит 380 м. По-чатковий коефщ!ент розкриву становить 10.12 м3/т 1 знижуеться у процес поглиблення до 4 м3/т при досягненш розкривними роботами шдошви кар'ерного поля. Геолого-розвщувальними роботами встановлено, що прогнозний приплив тдземних вод становить 60.70 тис. м3/р1к при пдравл!чному тиску до 300.500 м водного стовпа. Зниження тиску тдземних вод 1 осушення прського масиву на робочих горизонтах за вщомими технолопями здшснювати техшчно складно й економ1чно невипдно.
Оцшка пдродинам!чного режиму тдземних вод у моделюемш област при розкритп й вщп-рацьовуванш родовища вщкритим способом виконана за результатами чисельного моделю-вання в умовах нестацюнарного режиму фшьт-раци. Виршення прогнозних задач геофшьтра-ци являло собою сукупшсть послщовних р> шень, вщповщних до розрахункових перюд!в розвитку прничих робгг по площ1 й глибит. Отримат ршення вщповщають тимчасовим перюдам вщпрацьовування родовища протягом 1, 6, 8, 11, 14, 17 1 20 роюв. Розрахунков! перю-ди встановлеш за умови досягнення дном кар'еру позначок покр1вл1 шар1в, що перекри-вають водовмюш породи четвертинного водоносного горизонту, верхньо!, складно! та основно! вугшьних лшз.
Встановлено, що формування депресшно! воронки в четвертинному водоносному горизо-
© Нтфорова Н. А., Шустов О. О., Стецюк В. I., 2012
нп вщповщае положенню контурiв кар'еру в межах проектних контурiв. При цьому в горизонтах, що залягають нижче, практично вщсут-нi пом^ш змiни в рiвневому режимi тдземних вод. Це пояснюеться, з одного боку, наявнютю розподiляючих шарiв у межах мульдоподiбно! структури, а з шшого - значними емнiсними запасами вуглевмюно! товщi. Величини водоп-ритоков на цей перюд становлять 2420 м3/доб.
На 6-ти лiтнiй перюд розвитку прничих ро-бiт вщповщний до положення дна кар'еру стан покрiвлi складно! лiнзи (абсолютна позначка -30,00 м) вщзначаеться ютотним зростанням дренувального впливу контурiв розрiзно! транше!. Так, практично у вшх розрахункових шарах починаеться формування гiдродинамiчних лiнiй депресiй в межах контурiв кар'еру. Най-бшьшому впливу пiддаються верхнi водоноснi горизонти, у меншш мiрi - водоносний горизонт шдвугшьних пiскiв, що пов'язано з його значними емнюними запасами. До особливос-тей цього перюду розкриття родовища слiд вщ-нести початок формування зон осушення в межах контурiв розрiзно! транше!, яке вщзнача-еться в четвертинному водоносному горизонт й горизонтi верхньо! вугшьно! лiнзи. Величини водопритокiв у кар'ер на шостий рiк ведення прничих робгт оцiнюються об'емом 19407 м3/добу. 1хне формування вiдбуваеться як за рахунок емнюних запасiв, так i задiяних ресурсiв з верхнiх горизонпв.
Поглиблення кар'еру до позначок покрiвлi основно! лiнзи (8-рiчний розрахунковий перюд, позначка дна кар'еру -110 м) супроводжуеться збшьшенням розмiрiв депресiйних воронок у вшх водоносних горизонтах, включаючи i тов-щу пiдвугiльних шсюв. Зниження рiвнiв води в границях кар'еру й вiдробка емнiсних запашв приводить до збiльшення площi дшянок осу-шення верхнiх горизонтiв вуглевмюно! товщь При цьому величина водопротоюв у кар'ер на цей перюд зростае до 52386 м3/добу.
Поступальне перемщення розрiзно! транше! i !! поглиблення до позначки -160 м у мiру вщ-працьовування покладiв (11-лiтнiй розрахунковий перiод) приводить до осушення бiльш великих дшянок верхшх водоносних горизонтiв i зросту кар'ерного водопритоку до 72534 м3/добу. Збiльшення площ осушення водоносних горизонпв свiдчить про переважну роль емнiсних запасiв пiдземних вод у форму-ваннi кар'ерних водопритоюв.
Подальше ведення гiрничих робiт при пос-тупальному перемiщеннi розрiзно! транше! й вщпрацювання порiд усерединi кар'ерного про-
стору приводить до поступового осушення кра-йових дiлянок буровугiльних покладiв. Так, при зниженнi позначки прничих робгт вiд -160 до -200 м на розрахунковi перiоди експлуатаци кар'еру станом на 14 i 17 роки разом з верхшми водоносними горизонтами вiдзначаеться пос-тупове осушення також i основно! лшзи. При цьому обсяги кар'ерних водопритоюв збер^а-ються на рiвнi 66.. .76 тис. м3/добу з тенденцiею до поступового зниження.
Результати прогнозних розрахунюв на 20-ти лiтнiй перiод вщпрацьовування родовища показали, що при положены дна розрiзно! транше! на позначках товщi основно! лiнзи та вщдален-нi !! вiд контуру розкриття на вщстань 1200 м у напрямку проектованого вiдпрацьовування ву-гiльного шару формуються ще бiльшi зони осушення. При цьому шдвугшьна товща пiскiв залишаеться водовмiсною i в нiй зберiгаються високi значення напорiв. Розрахунковi величини водопритоюв на цей перiод перебувають у межах 60.65 тис. м3/добу.
Для оцшки ефективност глибинного дренажу моделювалася робота дренажних виробок, проведених у товщi основного вугiльного пок-ладу на вiдстань до 400 м вщ розрiзно! транше!. Встановлено, що при значному вщдаленш дренажного контуру вщ розрiзно! транше! вщбува-еться формування незалежно! гiдродинамiчно! депресi!, що суттево знижуе ефективнють випе-реджального глибинного дренажу. Розвиток значних градiентiв напорiв у межах моделюе-мо! областi зумовлене, з одного боку, наявнютю слабкопроникних подшяючих вiдкладань, з iншого боку - емнюними запасами пiдземних вод, приурочених до потужно! товщi шдвугшьних шсюв.
Слiд зазначити, що переважна роль шфшьт-рацiйного живлення i емнiсно! складово! у фо-рмуваннi кар'ерних водопритокiв робить мало-ефективним вертикальний дренаж на границях вуглевмiсно! товщi. У цих умовах найбшьш доцiльним з погляду керування гiдродинамiч-ним режимом е ведення прничих робгт з посл> довним перемщенням положення розрiзно! транше! та складуванням порiд розкриву у ви-робленому просторi при реалiзацi! динамiчного контурного дренажу, що забезпечуе зниження напорiв у межах дiлянок, яю безпосередньо прилягають до контурiв розрiзно! транше!.
Збереження розмiрiв розрiзно! транше! у цьому випадку буде забезпечувати сталють дренажного контуру кар'еру й, вщповщно, зниження об'емiв, що формуються кар'ерними водопритоками у мiру вщробки статичних за-
пашв тдземних вод у товщi шдвугшьних шс-кiв.
Оскiльки родовище суттево обводнене, роз-криття й вщпрацьовування кожного нового горизонту доцшьно здiйснювати екскаваторами з нижнiм копанням, а вивезення породи викону-вати стрiчковими конвеерами, iз виключенням, по можливосп, автомобiльних перевезень. Для цього у якост базового гiрничотранспортного обладнання прийнятi драглайни типу ЕШ-20/90 i конвеери iз шириною стрiчки 2000 мм, а та-кож i вiдповiднi !м по продуктивностi самохщш бункери, перевантажувачi й вiдвалоутворювачi. На поверхш породи складуються роздiльно по рiзновидах у прилеглi балки, утворюючи техно-геннi родовища. Тут же влаштовуються емност для вiдкачуваемих тдземних вод, обгороджу-ючi дамби яких виконуються iз суглинкiв верх-нього горизонту кар'еру.
По мiрi заглиблення гiрничих робiт верхнi горизонти кар'еру дренуються вщ пiдземних вод, здобувають бшьш високу несучу здатнiсть i можуть вiдпрацьовуватися роторними екска-
ваторами з великою продуктившстю. Ведення розрiзно! транше! глибиною 30 м на довжину 500 м драглайном ЭШ-20/90 №1 з нормативною продуктившстю при навантаженш породи на стрiчковий конвеер здшснюеться за пiв року.
Розширення й подовження траншей для тд-готовки площадки до розкриття кожного ниж-чележачого горизонту (рис. 1) цим же екскава-тором виконуеться за один рш. При посуваннi фронту робгт у поздовжньому й поперечному напрямках на розкритому горизонтi збшьшу-еться об'ем гiрничих робiт, внаслiдок чого пос-лiдовно вводяться до експлуатаци новi драглайни №№ 2, 3, 4.11. На 4-му етат тсля 2,5 рокiв вiд початку будiвництва кар'еру великий обсяг виймальних робiт на I горизонт ви-магае введення до експлуатаци роторного екс-каватора СРс-2000 № 1.
Надалi такi ж екскаватори № 2 i № 3 уво-дяться для розробки 2-го й 3-го горизоипв вщ-повщно на протязi 5,5 й 6,5 роюв експлуатацi!. Загальний строк будiвництва кар'еру з виходом на проектну продуктившсть тривае 7.9 рокiв.
Рис. 1. Схема пошарового розкриття горизонпв при буд1вництв1 Ново-Дмитр1вського вугшьного кар'еру
Оскшьки висота уступiв обмежена умовами стшкост суттево обводнених порiд, рацюналь-не використання по продуктивностi параметрiв драглайна й забiйного стрiчкового конвеера може бути досягнуте при подш уступу висо-тою 60 м на три тду ступа (рис. 2). Системати-чне заглиблення прничих робiт ведеться вiд земно! поверхш до рiвня гранично! глибини кар'еру. Перша захщка по нижньому шдустуш шириною 60 м на глибину 30 м вщпрацьовуеть-ся драглайном нижшм копанням [1].
Вiдробку ведуть вщ пологого ви!зду. Бага-толанковий стрiчковий конвеер розташовують на верхнш площадцi другого пiдуступу i наван-таження гiрсько! маси здiйснюють до нього через самохщний бункер-накопичувач. Пюля вiд-робки першо! захщки при перемiщеннi драглайна у зворотному напрямку до пологого ви!з-ду виймання прсько! маси другою захiдкою ведуть верхшм черпанням у межах другого го-душу^. Пiсля !! вщробки драглайн по полого-
му ви!зду перемiщують догори на покрiвлю другого шдуступу i вiдпрацьовують верхнiм черпанням з не! третю захщку третього шдуступу, а поим у зворотному напрямку i четверту на цьому ж шдустуш. При перемщенш драглайна у напрямку вщ пологого ви!зду ланки конвеера одна за одною поступово переклада-ють у бш напрямку посування фронту прничих робщ пiсля чого драглайн перемщують по пологому ви!зду на покрiвлю основного пiдуступу i таким чином вiдпрацьовують уступ. При вщп-рацюваннi кожно! захiдки в !! нижнiй площадцi формують водовщвщну канаву, а воду iз не! поступово вщкачують насосами на земну пове-рхню за межi кар'ерного поля.
При цьому зниження поточного об' ему роз-криву можливо здобути за рахунок формування бшьш крутого укосу робочого борту кар'еру уступами iз шдвищеною висотою, яю вiдроб-ляються одним комплектом драглайна i вибiй-ного багатоланкового стрiчкового конвеера, що
забезпечуе першочергове розкриття основного уступу нижшм черпанням, за рахунок чого за-безпечуеться надiйне зневоднення масиву пр-ських порiд у напрямку посування фронту вий-мальних робiт, тдвищена безпека робочого обладнання i значно менший обсяг прничотра-нспортних робгг на початковому етапi експлуатаци.
Рис. 2. Технологiчна схема ввдкрито! розробки родо-вищ м'яких порщ драглайном у комплексi зi ст^ч-ковими конвеерами
Запропонований спошб вщкрито! розробки обводнених м'яких порщ дозволяе запоб1гти вийманню значних об'ем1в порщ розкриву в початковому перюд! розробки кар'ерного поля 1 отримати велику економда матер!альних { грошових витрат, а також шдвищити умови безпеки експлуатаци крупногабаритного вий-мально-транспортного обладнання. Так, при розробщ мульдопод1бного Ново-Дмитр1вського родовища, практично затоплено водою 1 може бути введено до експлуатаци тшьки за умови використання описано! технологи !з вийманням пор!д драглайнами, як! можуть працювати як нижшм, так ! верхн!м черпанням у комплекс! !з стр!чковими конвеерами, завдяки чому робоч! уступи зневоднюються ! знаходяться у ст!йкому стан!.
Для драглайна типу ЕШ-20/90 максимальна глибина черпання нижче р!вня знаходження
складае 42 м, а при робот з верхнiм черпанням -14 м. У перюд розвитку кар'ера до виходу на проектну потужнiсть глибина кар'еру досягне 250 м. При формуванш робочого борту уступами висотою 42 м iз шириною робочих площадок 120 м кут укосу борту не перевищуе 14°. Формування устутв згiдно описаного вище рiшення дозволяе пiдвищити висоту уступу до 70 м i розробляти його трьома шдуступами висотою 42, 14 i 14 м вщповщно. Така схема роз-ташування обладнання дозволяе збiльшити кут робочого борту до 20°, за рахунок чого зменшу-еться крок його посування поверхнею до значения, що визначаеться за формулою, м: Z = H(ctg20° - ctg14°) = 250 • (0,36 - 0,25) = 27,5
При середнш довжиш фронту виймальних робiт 3000 м об'ем породи, що запобиае пер-шочерговiй розробцi, становить 10,3 млн. м3. При розрахунковiй вартостi виймання 1 м3 породи рiвному 10,5 грн., загальна економiя кош-тiв становить понад 77 млн. грн. До цього ж скорше досягнення кшцево! глибини кар'ером на пологих схилах родовища дозволяе застосу-вати внутршне вiдвалування порiд розкриву у виробленому простор^ за рахунок чого можли-во вiдмовитись вiд порушення земель зовшш-нiм вiдвалом. Менша кiлькiсть екскаваторiв буде експлуатуватись з бшьшою продуктившс-тю за рахунок збшьшення фронту виймальних робiт.
За результатами виконаних ощнок встанов-лено, що в умовах Ново-Дми^вського кар'ера найбшьш рацiональним з погляду керування гiдродинамiчним режимом е ведення прничих робiт з послiдовним перемiщенням розрiзноi транше! до низу й складуванням вiдвальних порiд у межах вщпрацьованих дiлянок родовища, що буде забезпечувати сталють дренажного контуру й, вщповщно, зниження об'емiв кар'ерних водопритоюв у мiру вiдробки стати-чних запашв пiдземних вод. Для шдвищення ефективностi дренажного водозниження у на-ведених умовах доцiльним представляеться ре-алiзацiя динамiчного контурного дренажу, що забезпечуе зниження напорiв у межах дшянок, що безпосередньо прилягають до границь роз-рiзноi транше!.
З урахуванням складних прничо-геологiчних умов розробки Ново-Дми^всь-кого буровугiльного родовища, дослщжеш в його розкривнiй частиш кориснi копалини по-виннi суттево покращити економiчну ситуацiю регiону. Серед корисних копалин, якi плануеть-ся видобувати одночасно з будiвництвом
кар'еру е полiметалiчнi руди з промисловим вмютом свинцю i цинку (до 2.5 % ^ навiть, до 17 % при мшмальнш концентрацп у промис-лових рудах 2 % i бiльше); також цшний як те-плоiзоляцiйний матерiал, наповнювач у легких сортах бетону, гiдравлiчнi домшки до цементного клшкеру; попереднiй обсяг дiатомiтiв пе-ревищуе 400 млн. м3.
Вуглистi глини шсля детальних цiльових дослiджень можна використовувати як високо-сортне добриво у сшьському господарствi, па-ливо у сумiшi з бурим вугшлям, виробництво бурових розчинiв, керамiчних глин, як сирови-ну для грубо! i тонко! керамiки, та для вироб-ництва керамзиту. Окрiм згаданих вище ко-
рисних копалин, у розкривнш частинi родови-ща присутш скляш та будiвельнi пiски, вогне-тривкi глини та iншi корисш утворення.
Б1БЛ1ОГРАФ1ЧНИЙ СПИСОК
1. Пат. № 45457, Украша, МПК Е21С 41/00 / Дри-женко А. Ю., Симоненко В. I., Шустов О. О., 1гнатов О. О. - Споаб вщкрито! розробки родо-вищ м'яких порщ. - № U2009 05846; Заявл. 13.07.09; Опубл. 10.11.09, Бюл. № 21. - 4 с.
Надшшла до редколеги 14.03.2012. Прийнята до друку 02.04.2012.
Н. А. НИКИФОРОВА (ДНУЗТ), А. А. ШУСТОВ, В. И. СТЕЦЮК (Национальный горный университет, Днепропетровск)
НОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ РАЗРАБОТКИ ОБВОДНЕННЫХ ЗАЛЕЖЕЙ МЯГКИХ ПОРОД
Предложен способ открытой разработки обводненных мягких пород Ново-Дмитревского месторождения бурого угля.
Ключевые слова: месторождение, строительные материалы, полезные ископаемые, диатомиты, угленосные глины, исследования, промышленная разработка
N. А. NIKIFOROVA (Dnepropetrovsk National University of Railway Transport), А. А. CHUSTOV, V. I. STETSUK (National Mining University, Dniepropetrovsk)
NEW TECHNOLOGIES OF DEVELOPMENT OF WATERSATURED SOFT BREEDS
The method of openwork of soft breeds of the Novo-Dmitrievskoe deposit of brown coal is offered. Keywords: deposit, building materials, minerals, diatomit, clays, researches, industrial development
