CC BY
55
УДК 622.33
В. Г. Проноза, Е. Н. Естифеев
ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ РАЗРЕЗОВ ДЛЯ РАЗРАБОТКИ ОТКРЫТЫМ СПОСОБОМ НЕКОТОРЫХ ПЕРСПЕКТИВНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ КУЗБАССА ПОПЕРЕЧНЫМИ СИСТЕМАМИ
Свиты угольных пластов наклонного и крутого залегания, пригодные к открытой разработке поперечными системами, расположены в центральном и южном районах Кузбасса. В центральном районе - геологические участки Караканский 1-2, Караканские 3 и 4; Караканский Восточный; Инской; Уропские 1, 2 и 3; Уропский Северный. В южном районе - Апанасовский, Тешский 1, Кор-чакольский, Чернокалтанские 1-2 и 3-4 и др. Угол залегания пластов на этих месторождениях от 20-25о до 70-80°. Геологические запасы на этих месторождениях оцениваются в 3,8 млрд.т.
Для разработки наклонных и крутых свит угольных пластов на разрезах Кузбасса намечается тенденция к применению поперечных систем разработки. В этом направлении выполнен ряд проектов (для разрезов «Красный брод», «Кедров-ский» и др.). В научных публикациях и диссертационных работах рассматриваются различные аспекты этой системы.
В данной работе определены основные параметры карьерных полей угольных разрезов и их производственная мощность при разработке ряда перспективных месторождений Кузбасса поперечными системами. Расчеты проведены на основе учета особенности поперечных систем разработки, заключающейся в равенстве среднего (КСр) , граничного (Кгр) и текущего (Кт) коэффици-
ентов вскрыши, т.е. КСр= Кгр =Кт [1]. В на-
стоящее время сложились следующие средние значения текущего коэффициента вскрыши по основным угольным компаниям: «Южный Кузбасс» - 5,3 м3/т , «Кузбассразрезуголь» - 6,7 м3/т.
Для решения поставленных задач необходимо знать объемы вскрышных пород и запасы полезного ископаемого в границах карьерного поля. Определение этих параметров осуществляется, как известно, на основе горно-геометрического анализа залежи, с использованием графоаналитического метода [2]. Этот метод применим для анализа залежей разрабатываемых как по продольной [2], так и по поперечной системе [3].
Однако трудоемкость этого метода ограничивает его применение при решении исследовательских задач.
В данной работе предлагается аналитический метод горно-геометрического анализа свит наклонных и крутых угольных пластов при разработке их поперечной системой. Он может быть использован как в исследовательских целях, так и при проектировании карьеров.
Метод учитывает основные параметры залегания свиты угольных пластов: угол залегания (^), нормальную мощность свиты (М), ее угленосность (У), мощность рыхлых отложений (тн ) и параметры рельефа поверхности.
Рис. 1. Примеры условий залегания свит угольных пластов пригодных к разработке по поперечным системам: а - наклонное залегание; б, в - крутое залегание
Рис.2.Расчетные схемы горно-геометрического анализа карьерных полей для поперечных систем разработки: а - продольное сечение рабочей зоны карьерного поля; б - последовательность этапов (I, II, III......) углубления горных работ при горно-геометрическом анализе; в - примеры
описание поверхности карьерного поля; г - расчетная схема для определения объема элементов
карьерного поля.
Примеры условий залегания свит угольных пластов, к которым применим метод, показан на рис. 1.
Расчетные схемы приведены на рис. 2а, б, в, г. На рис. 2а показано продольное сечение карьерного поля. При заданной глубине карьерного поля Нк , все уступы разрабатываются. На схеме рис. 2б показана последовательность расчетных этапов при различных значениях глубины разработки залежи Нкі , где і = I, II, III и т.д.
На схеме рис. 2в показаны некоторые варианты описания отрезками прямых рельефа поверхности. Стрелками, например в т. Б, показано возможные другие варианты положения поверхности залежи, описываемой тремя отрезками ЕА, АС, СБ. Средний участок АС имеет неподвижный центр (т. О), относительно которого изменяется угол наклона поверхности этого участка. На схеме рис. 2г показана расчетная схема площадей элементов карьерного поля: АСББ - в пределах угленасыщенной зоны, ЕАБ и СББ - в пределах
Таблица 1. Параметры залегания некоторых перспективных угольных месторождений Кузбасса
Месторождение (геолог. уч - к); параметры положения поверхности Пласты Параметры залежи
Р град L*, м m„, м М, м Ку
Уропско - Караканское (уч. Колмогоровский); an& = an.c = an.j = 0 пл. 1, пл. 2, пл. 3, пл. 4, пл.5, пл. 6 28 4600 10 354 0,150
Уропско - Караканское (уч. Уропский - Северный); an£ = -2 ; an.c = -4 ; an.j = 0 пл. 1, пл. 2, пл. 3, пл. 4, пл. 5 33 7000 8 244 0,180
Алардинское (уч. Чернокалтанский 3 - 4); ап.в = -7,5 ;ап.с = -8 ; an.j = +10 пл. 6, пл. 7, пл. 9, пл. 9а 20 2400 4 108 0,200
Кондомское (уч. Листвянский); л О л О г\ о anB = 4 ; an.c = -4 ; an.j = 2 пл. 2 (четыре крыла), пл.1У-1У бис (два крыла) 70 2200 4 276 0,126
Кондомское (уч. Корчакольский); an.в =-7 ;an.c = 6,5 ;an.j = 0 Х1Ха, XXI, XXII, XXVI 30 2000 4 128 0,155
т *
L - длина залежи, м.
безугольных зон.
На схемах приняты следующие обозначения: М - нормальная мощность свиты пластов, м; р -угол залегания пластов, град.; /в,/л - соответственно, угол наклона борта карьера со стороны висячего и лежачего бока залежи, град.; mH -мощность рыхлых отложений, м; ОСп.в, ап.с., ап.л.
- соответственно, углы наклона поверхности отдельных участков карьерного поля к вертикали со стороны висячего бока залежи, над угленасыщенной зоной и со стороны лежачего бока залежи, градусов. Нк - высота карьерного поля, м. Она измеряется от середины участка поверхности угленасыщенной зоны (т. О) по вертикали до дна карьерного поля.
Площадь горной массы в поперечном сечении карьерного поля (Se.M.) состоит из трех частей (рис. 2г)
Se.M. =Sв+Sc+Sл , (1)
где Se - площадь вскрышной породы (коренных пород и рыхлых отложений) в борту карьерного поля со стороны висячего бока залежи (фиг. ЕАВ), м2; Sj - то же, со стороны лежачего бока залежи (фиг. CFD), м2; Sc - площадь горной массы (породы междупластий, угля и рыхлых отложений) в пределах угленасыщенной зоны карьера (фиг. ACDB), м2.
2
S (ab) • cos(Р-an.в)• sin(/в + Р) (2)
Se = ^ ~7 , (2)
2 •sin(.в +Гв - 90 )
(cd)2 •sin(р-уj^sin[270° -(n.j + р)]
S j =
2 •sin (n.j + Y л - 90 ° )
Sс = 0,5 • М •(АВ + CD).
(3)
Условия расчета: ул = 33°; если р < 33°, то принимать ул = р. АВ и CD показаны на рис. 2г.
АВ = Нк
M • sin(anc - 90°) sinp 2 • cos(p-anc )• sinp
CD = + M •sin(an.c - 90°)
sinp 2 • cos(p-anc )• sinp
Площадь угля (Sy ) равна
(5)
.(6)
Sу = М • Ку
(ab)+(cd)
m,
2 cos(«n.c - P)
м2, (7)
где ^= У/100 - коэффициент угленосности свиты; У - угленосность свиты, %.
Текущий коэффициент вскрыши Кт равен
К = Sв + S л + ^ +_______Кпт
SУ УУ ( - Кпт ) У у '(!- Кпт )
т/м3, (8)
где Уу - плотность угля, т/м3; Кпт - коэффициент потерь угля.
На основе предложенного метода определены основные параметры карьерных полей и годовая проектная производственная мощность разрезов для некоторых перспективных угольных месторождений Кузбасса. Рассмотренные месторождения и параметры их залегания приведены в табл. 1.
В табл. 2 показаны основные параметры карьерных полей при различных значениях текущего коэффициента вскрыши (Кт) и годовая проектная производственная мощность разрезов (Пг) .
Здесь Qn - промышленные запасы угля в карьере, млн. т; Вдд - ширина дна карьера, м; Вп -
Таблица 2. Основные параметры карьерных полей и годовая проектная производственная
мощность разрезов
Месторождение (геолог, уч -к) Параметры и показатели разработки карьерного поля Величина параметров и показателей при следующих значениях текущего коэффициента вскрыши , КТ, м3/т
5,5 6,0 6,5 7,0 7,5 8,0
Уропско-караканское (уч. Колмогоровский) Нк, м - 80 142 200 250 325
Вп, м - 1080 1250 1380 1500 1700
Вд , м - 940 940 940 940 940
Рп, млн.т - 45,7 84,8 120,2 149,8 192,5
Пг, млн.т/ год - 1,4 2,6 2,8 3,5 4,5
Уропско-караканское (уч. Урпский- Северный) Нк, м 83 118 154 189 223 257
Вп, м 925 1040 1144 1248 1340 1437
Вд , м 608 608 608 608 608 608
Рп, млн.т 56,6 81,1 106,0 129,9 152,8 175,4
Пг, млн.т/ год 1,7 2,5 2,5 3,0 3,6 4,2
Алардинское (уч. Чернокалтанский 3-4 ) Нк, м - - - 45 64 77
Вп, м - - - 608 735 820
Вд , м - - - 310 310 310
Рп, млн.т - - - 8.0 11,6 13,9
Пг, млн.т/ год - - - 0,65 0,95 1,1
Кондомское (уч. Листвянский) Нк, м - - - - 53 76
Вп, м - - - - 466 534
Вд , м - - - - 288 288
Рп, млн.т - - - - 5,0 7,2
Пг, млн.т/ год - - - - 0,4 0,6
Кондомское (уч. Корчакольский) Нк, м 30 56 67 80 100 113
Вп, м 397 604 646 697 757 803
Вд , м 325 325 325 325 325 325
Рп, млн.т 2,5 5,0 6,0 7,2 9,1 10,2
Пг, млн.т/ год 0,2 0,4 0,5 0,6 0,75 0,85
ширина карьера по поверхности, м:
= М • sin-1 р , (9)
Вп = Вд + Ну (€^Гв + ctgY л ) (10)
Срок службы разрезов определялся в зависимости от величины запасов угля в карьерном поле и срока амортизации основного горно - транспортного оборудования или основных зданий и сооружений (табл. 3).
Проектная производственная мощность разрезов определялась без учета возможных ограничений по формуле (лет)
Пг = Qn • Т-1. (11)
В Кузбассе для применения поперечных систем более пригодны геологические поля Уропско
- Караканского месторождения в центральной части бассейна. Здесь свиты пластов имеют боль-
шую нормальную мощность 240 - 350 м при угленосности 15 - 18%, что теоретически позволяет создавать угольные разрезы с производственной мощностью до 3,5 млн. т угля в год при глубине разрезов 200 - 250 м текущем коэффициенте вскрыши 7 - 7,5 т/м3.
Однако, учитывая фактическую величину среднего текущего коэффициента вскрыши по угольным компаниям Кузбасса - 5,3^6,7 м3/т, практически можно ожидать строительство разрезов на этих месторождениях на глубину до 140 -150 м, с производственной мощностью до 2,5 млн. т угля в год.
Угольные месторождения юга Кузбасса (Кон-домское, Корчакольское и др.) менее пригодны для строительства мощных разрезов с применением поперечных систем разработки из-за низкой (12 - 15%) угленосности свит и резко пересеченного рельефа поверхности. Производственная
Таблица 3. Срок службы разрезов
Запасы угля карьерного поля (Qп), млн. т Нормативный срок амортизации основного горно - транспортного оборудования, лет Срок амортизации основных зданий и сооружений на разрезах, лет Период развития и затухания горных работ, лет Срок службы разреза (Т), лет
2 - 15 10 - 2 12
40 - 100 - 30 2 32
100 - 200 - 40 2 42
мощность разрезов небольшая 0,2^0,6 млн. т угля в год, т.е. здесь возможно строительство малых разрезов. При небольшом сроке их службы (10^12 лет) достоинством таких разрезов является то, что для них необязательно строить дорогостоящие промплощадки, а достаточно техкомплекса по
приему и отгрузке угля. Возможно применение горнотранспортного оборудования небольшой и средней мощности, что обеспечит низкие капитальные и эксплуатационные затраты на добычу угля. Кроме того, эксплуатация таких разрезов повышает полноту использования недр.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Кузнецов, В. И. Управление горными работами на разрезах Кузбасса / В. И. Кузнецов // Кузбас-свузиздат. - 1997. - с. 144 - 151.
2. Ржевский, В. В. Открытые горные работы / В. В. Ржевский // Недра. - 1985. - Часть II. с. 456465.
3. Ялтанец, И. М. Геометрический анализ карьерных полей при поперечной системе разработки / И. М. Ялтанец, Е. А. Кононенко // Науч. тр. Сб. по проблеме «Научные основы создания высокопроизводительных комплексно-механизированных и автоматизированных карьеров». М.: Изд-во МГИ. - 1977. с. 7-11.
□ Авторы статьи:
Проноза Естифеев
Владимир Григорьевич Е. Н.
- докт. техн. наук, проф. - аспирант каф. открытой
каф.открытой разработки месторож- разработки месторождений полез-
дений полезных ископаемых ных ископаемых
