CC BY
24
© Д.С. Снетков, А.И. Косолапов, 2015
УДК 622.273: 622.012.3
Д.С. Снетков, А.И. Косолапов
ОЦЕНКА ВОЗМОЖНОСТИ УПРАВЛЕНИЯ КАЧЕСТВОМ УГЛЯ НА БУРОУГОЛЬНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЯХ КРАЯ
Проведенные исследования, свидетельствуют о чрезвычайной пространственной изменчивости качественных показателей угля и их зависимости от мощности угольного пласта.
Анализ условий различных угольных месторождений свидетельствует о том, что для каждого из них можно установить тренд, характеризующий пространственную изменчивость показателей качества угля. Это позволяет управлять качеством угля за счет соответствующего раскроя месторождения, обеспечивающего сужение вариаций их значений в выделенном объеме. В этом отношении особую перспективу имеет главный параметр карьера — высота уступа или выемочного слоя.
Ключевые слова: уголь, качество, управление, буроугольные месторождения, анализ показателей, технология, раскрой.
гли основных буроугольных месторождений Краснояр-
ского края в основном плотные бурые, гумусовые, малосернистые, с низкой зольностью, малобитуминозные и делятся на три технологические группы (1БВ, 2БВ и 3БВ). Около 96% углей имеют марку 2БВ и только 4% — 3БВ. Как правило, они имеют высокую влажность (30-40%) и низкую теплоту сгорания (3000-3900 ккал/кг), достигающую 5000 ккал/кг.
При анализе условий разработки и качественных показателей угля все месторождения Красноярского края разделены на три характерных типа (рис. 1). Для типа а характерно увеличение мощности вскрышных пород и пласта по мере его падения; для типа б — по падению возрастает только мощность вскрыши при постоянной мощности пласта; для типа в — мощность пласта максимальна на выходе и уменьшается по падению с возрастанием мощности вскрыши.
В результате математико-статистической обработки качественных показателей (свыше 5000 данных опробования) и
15
Рис. 1. Разрезы характерных типов буроугольных месторождений
условий разработки, установлены следующие обобщающие зависимости, характерные для буроугольных месторождений Красноярского края:
Q = (3148-4271) - 38,885-А; (1)
Q = (1562-5050) - 42,67^; (2)
А = (17,53-24,91) - 0,4503^, (3)
где Q — теплота сгорания, ккал/кг; А — зольность, %; W — влажность угля, %.
Анализ формул (1)-(3) свидетельствует о том, что для управления качеством угля в качестве маркирующего показателя качества можно использовать мощность пласта и глубину его залегания. То есть для конкретного месторождения по этим показателям в первом приближении следует прогнозировать качественные показатели угля, районировать месторождение по ним, обосновывать технологию разработки и направление ведения горных работ.
При изучении характера изменения качественных показателей углей было установлено, что для всех месторождений в верхней части пласта качество хуже, затем оно возрастает, достигая максимума на расстоянии от кровли, составляющей
16
60-80% мощности пласта, с последующим снижением к его почве. Для приведения этих данных к сопоставимому виду введены относительный показатель зольности (ёЛ, %) и относительное расстояние от кровли пласта до оцениваемой точки (ёИ, %), вычисляемые по формулам: А;
ёЛ =
ёИ =
А М£
ъ
• 100% ;
100%,
(4)
(5)
>; Амах — максималь-%; И! — расстояние м; Имах — мощность
где А — зольность в оцениваемой точке, % ная зольность по оцениваемому разрезу, от кровли пласта до оцениваемой точки, угольного пласта по оцениваемому разрезу, м.
В результате математико-статистической обработки этих данных получена зависимость, представленная в виде графика на рис. 2.
Графики, показанные на рис. 2 свидетельствуют о том, что целесообразно при обосновании тех или иных технологических параметров горных работ учитывать характер изменения зольности угля по мощности пласта.
Для более убедительного обоснования возможности управления качеством угля выполнен анализ изменения качественных показателей в пространстве, на примере Большесырского месторождения бурого угля. В качестве исходных данных использованы материалы геологического отчета, а именно данные
Рис. 2. Изменение величины относительной зольности по мощности пласта
17
по разведочным скважинам. Исследование пространственной изменчивости геометрических параметров месторождения произведено на ЭВМ с использованием программы SURFER. Ниже приведены результаты картирования месторождения: по мощности угольного пласта (рис. 3, а), вскрышных пород (рис. 3, б), зольности (рис. 3, в) и коэффициенту вариации зольности (рис. 3, г). Последний вычисляли для значений единичных проб в интервале оцениваемой мощности угля по скважине.
Изменения качественных характеристик угля в зависимости от глубины отбора пробы на участках с максимальной мощностью пласта представлены на рис. 4.
Характер распределения запасов данного месторождения иллюстрируют соответствующие гистограммы (рис. 5).
Проведенные исследования, свидетельствуют о чрезвычайной пространственной изменчивости качественных показателей угля и их зависимости от мощности угольного пласта и расстояния от дневной поверхности до точки отбора пробы.
Очевидно, что для стабилизации качества отгружаемого потребителю угля для разработки угольных месторождений необходимо учитывать пространственную изменчивость качественных характеристик угля.
Анализ условий различных угольных месторождений свидетельствует о том, что для каждого из них можно установить тренд, характеризующий пространственную изменчивость показателей качества угля. Это позволяет управлять качеством угля за счет соответствующего раскроя месторождения, обеспечивающего сужение вариаций их значений в выделенном объеме. В этом отношении особую перспективу имеет главный параметр карьера — высота уступа или выемочного слоя.
Для рационального раскроя пласта на выемочные слои вначале необходимо выбрать вариант технологического комплексов оборудования, соответствующего производственной мощности разреза и обеспечивающего возможность добычи угля уступами заданной высоты. Взаимосвязь параметров технологического комплекса с производственной мощностью карьера обусловлена тем, что производительность первого должна быть кратной второй величине, а затраты на все виды горных работ и инвестиции минимальными при выбранном варианте технологического комплекса.
18
Рис. 3. Результаты картирования месторождения: а — по мощности угольного пласта; б — по мощности вскрышных пород; в — по зольности; г — коэффициенту вариации зольности
Рис. 4. Изменение качественных характеристик угля в зависимости от глубины отбора пробы на участках с максимальной мощностью пласта
Рис. 5. Характер распределения запасов Большесырского месторождения угля
Выбор варианта технологических комплексов оборудования, технологии разработки, является задачей, от точности решения которой зависят технико-экономические, экологические, со-
20
Рис. 6. Влияние производственной мощности разреза на технико-экономические показатели разработки месторождения
циальные и другие показатели работы предприятия, эксплуатирующего месторождения.
Для решения поставленной задачи, в программной среде Microsoft Excel, составлена программа, учитывающая все особенности разработки угольного месторождения. Рассмотренные в программе технологические комплексы оборудования, сформированные по рациональному сочетанию вместимости ковша экскаватора и грузоподъемности автосамосвала.
С её использованием проведены исследования влияния производственной мощности разреза и вместимости ковша гидравлического экскаватора на технико-экономические показатели работы разреза для условий объекта исследований. Анализ их результатов свидетельствует о том, что соответствующие зависимости имеют параболический вид, с экстремумом, положение которого смещается в сторону увеличения вместимости ковша экскаватора при росте производственной мощности разреза (рис. 6).
Анализ пространственной изменчивости качественных показателей угля (см. рис. 3) свидетельствует о том, что управлять его качеством в недрах необходимо не только с помощью технологии ведения горных работ, но и за счет последовательности отработки запасов месторождения, обусловленной направлением развития фронта горных работ.
21
Для выбора рационального направления развития фронта работ необходимо проводить по вариантный геометрический анализ с учетом влияния качественных показателей угля, а выбор обосновывать результатами соответствующих экономических расчетов.
1. ГОСТ 11223-88. Угли бурые и каменные. Метод отбора проб бурением скважин. — М.: Издательство стандартов, 1989. — 9 с.
2. ГОСТ 25543-88. Классификация углей по генетическим и технологическим параметрам. — М.: Издательство стандартов, 1987. — 8 с.
3. Марченко М.Г. Стандартизация и нормирование качества углей / М.Г. Марченко, В.М. Филиппов. — М.: Недра, 1977. — 96 с.
4. ГОСТ 10742-71. Угли бурые, каменные, антрацит, горючие сланцы и угольные брикеты. Метод отбора и подготовки проб для лабораторных испытаний. — М.: Издательство стандартов, 1972 — 19 с.
5. КАТЭК (Канско-Ачинский топливно-энергетический комплекс) [Карты]. — М.: Изд-во комитета геодезии и картографии СССР, 1991. — 52 с.
6. Гаврилин К.В. Канско-Ачинский угольный бассейн [Текст]: моногр. / К.В. Гаврилин, А.Ю. Озерский; под. ред. В.Ф. Череповского. — М.: Недра, 1996. — 272 с.
7. Геология расположения угля и горючих сланцев СССР [Текст]. — Т. 8. Канско-Ачинский, Тунгусский, Иркутский и другие бассейны Красноярского края, Иркутской области и Тувинской АССР / редкол. В.С. Быка-дыров, П.А. Пекавец, Г.П. Радченко [и др.]. — М.: Недра, 1964. — 790 с.
8. Щадов М.И. Система управления качеством углей при открытой разработке месторождения / М.И. Щадов, Е.В. Фрейдина, А.А. Ботвинник, А.Н. Дворникова // Уголь. — Москва, 2003. — № 2. — С. 40-46.
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -
Снетков Дмитрий Сергеевич — канд. техн. наук, доцент кафедры «Открытые горные работы», Сибирский федеральный университет, Институт горного дела, геологии и геотехнологий, Красноярск, e-mail: Snetkovds@mail.ru
Косолапов Александр Иннокентьевич — д-р техн. наук, проф., заведующий кафедрой «Открытые горные работы», Сибирский федеральный университет, Институт горного дела, геологии и геотехнологий, Красноярск, e-mail: Kosolapov1953@mail.ru
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
22
UDC 622.273: 622.012.3
AN ASSESSMENT OF POSSIBILITY OF QUALITY MANAGEMENT OF COAL ON BROWN-COAL FIELDS OF EDGE
Snetkov Dmitrii S., Candidate of Engineering Sciences, the Associate Professor «Open Mining Operations», e-mail: Snetkovds@mail.ru Kosolapov Aleksandr I., Doctor of Engineering Sciences, Professor, Head of the Department «Open Mining Operations» Siberian Federal University «Institute of Mining, Geology and Geotechnologies», e-mail: Kosolapov1953@mail.ru The conducted researches, testify to extreme spatial variability of quality indicators of coal and their dependence on the power of coal layer.
The analysis of conditions of various coal fields testifies that for each of them it is possible to establish the trend characterizing spatial variability of indicators of quality of coal. It allows to operate quality of coal due to the corresponding cutting of the field providing narrowing of variations of their values in the allocated volume. In this regard the main parameter of a pit — height of a ledge or extraction layer has special prospect.
Key words: coal, quality, management, brown-coal fields, analysis of indicators, technology, cutting.
References
1. State Standard GOST 11223-88 Lignite and bituminous coal. Method of sampling by hole drilling, Moscow, Izd. standartov, 1989, 9.
2. State Standard GOST 25543-88 Classification of coal based on genesis and process characteristics, Moscow, Izd. standartov, 1987, 8 p.
3. Marchenko M.G., Filippov V.M. Standardization and Rating of Coal Quality, Moscow, Nedra, 1977, 96 p.
4. State Standard GOST 10742-71 Lignite, bituminous coal, anthracite, oil shale and coal briquettes. Method of sampling and sample preparation for laboratory testing, Moscow, Izd. standartov, 1972, 19 p.
5. KATEK (Kansk-Achinsk Fuel and Energy Complex): Maps, Moscow, Izd. Komit. Geodez. Kartograf. SSSR, 1991, 52 p.
6. Gavrilin K.V., Ozersky A.Yu. Kansk-Achinsk Coal Basin, Moscow, Nedra, 1996, 272 p.
7. Bykadyrov V.S., Pekavets P.A., Radchenko G.P et al. USSR Coal and Oil Shale Geology, Vol. 8: Kansk-Achinsk, Tungus, Irkutsk and Other Basins in the Krasnoyarsk Territory, Irkutsk Region and in the Autonomous Social Soviet Republic of Tyva, Moscow, Nedra, 1964, 790 p.
8. Shchadov M.I., Freidina E.V., Botvinnik A.A., Dvornikova A.N. Coal, 2003, no. 2, pp. 40-46.
23
