CC BY
3
Оригинальная статья
УДК 622.271 © А.Ю. ЧебанН, 2024
Институт горного дела Дальневосточного отделения РАН, 680000, г. Хабаровск, Россия Н e-mail: [email protected]
Original Paper
UDC 622.271 © A.Yu. ChebanH, 2024
Institute of Mining, Far Eastern Branch of Russian Academy of Sciences, Khabarovsk, 680000, Russian Federation H e-mail: [email protected]
Технология глубокоселективной выемки тонких прослоев ценного минерального сырья при открытой разработке наклонных угольных пластов
Technology of deep selective excavation of thin layers of valuable mineral raw materials during open mining of inclined coal beds
DOI: http://dx.doi.org/10.18796/0041-5790-2024-10-91-93 -
Угли многих месторождений содержат в своем составе ценные химические элементы, в связи с чем являются перспективными источниками получения различных видов минерального сырья. Локализация ценных элементов зачастую наблюдается в прослоях небольшой мощности, селективная выемка которых с использованием традиционных технологий неэффективна. В статье предлагается технологическая схема глубокоселективной выемки тонких прослоев ценного минерального сырья с применением усовершенствованной машины послойного фрезерования. Рыхление предохранительного целика и тонкого прослоя осуществляется при движении машины под уклон, наличие бульдозерного отвала обеспечивает возможность совмещения процессов фрезерования и перемещения горной массы при разработке наклонных пластов, что увеличивает производительность добычи и уменьшает себестоимость работ. Ключевые слова: уголь, ценные элементы, наклонный паст, импортозамещение, послойное фрезерование, уступ, штабель, производительность. Для цитирования: Чебан А.Ю. Технология глубокоселективной выемки тонких прослоев ценного минерального сырья при открытой разработке наклонных угольных пластов // Уголь. 2024;(10):91-93. DOI: 10.18796/0041 -57902024-10-91-93.
Abstract
Coals from many deposits contain valuable chemical elements, and therefore are promising sources for obtaining various types of mineral raw materials. Localization of valuable elements is often observed in thin layers, the selective extraction of which using traditional technologies is ineffective. The article pro-
ЧЕБАН А.Ю.
Канд. техн. наук, доцент, ведущий научный сотрудник Института горного дела Дальневосточного отделения РАН, 680000, г. Хабаровск, Россия, e-mail: [email protected]
poses a technological scheme for deep selective excavation of thin layers of valuable mineral raw materials using an improved layer-by-layer milling machine. Loosening of the safety pillar and thin layer is carried out when the machine moves downhill; the presence of a bulldozer blade makes it possible to combine the processes of milling and moving rock mass when developing inclined seams, which increases mining productivity and reduces the cost of work. Keywords
Coal, valuable elements, inclined paste, import substitution, layer-by-layer milling, bench, stack, productivity. For citation
Cheban A.Yu. Technology of deep selective excavation of thin layers of valuable mineral raw materials during open mining of inclined coal beds. Ugol'. 2024;(10):91-93. (In Russ.). DOI: 10.18796/0041-5790-2024-10-91-93.
ОТКРЫТЫЕ РАБОТЫ • SURFACE MINING
ВВЕДЕНИЕ
В связи с истощением минерально-сырьевой базы многих полезных ископаемых важным направлением развития горной науки является создание технологий, основанных на обеспечении принципов малоотходности, ресурсосбережения и комплексного использования добываемого минерального сырья [1, 2]. Так, в угольной промышленности с целью повышения эффективности производства все большее внимание уделяется вопросам добычи полезного ископаемого и его последующей переработки с извлечением попутных компонентов, благодаря чему угольные месторождения могут стать значимыми нетрадиционными источниками получения различных видов ценного минерального сырья [3, 4].
ЦЕННЫЕ МЕТАЛЛЫ В ИСКОПАЕМЫХ УГЛЯХ
Ископаемые угли являются не только энергетическим и технологическим сырьем, но и вместилищем многих ценных попутных компонентов в повышенных концентрациях [5, 6]. Так, в Кузбассе выявлены угольные пласты с содержанием золота свыше 3 г/т, после сжигания добытого угля содержание золота в золе достигает 15-30 г/т, в частности, по пласту «Бреевский» - 27 г/т [3]. В золе углей Ушу-мунского буроугольного месторождения среднее содержание золота составляет 8 г/т, германия - 200 г/т, также в значительных количествах содержатся и другие металлы [7]. На Павловском месторождении содержание германия в углях составляет 107-197 г/т, в углях Новиковского месторождения - 262 г/т, а на Тарбагатайском месторождении - 15-498 г/т [8, 9]. Анализ структуры потенциальной стоимости запасов угля и прогнозных ресурсов сопутствующих металлов показывает, что в некоторых случаях стоимость ценных металлов превышает стоимость основного полезного ископаемого. Так, произведенная геолого-экономическая оценка Лианского месторождения показала, что на уголь приходится лишь 46,4% потенциальной стоимости минерального сырья, а на содержащийся в угле рубидий - 27%; редкоземельные металлы - 12,2%; германий, скандий, галлий и другие металлы - 14,4% [5].
Распределение ценных элементов в массиве угольных месторождений неравномерно, зачастую они концентрируются в тонких контактовых зонах угольных пластов [10], так, на разрезе Ольжерасский выявлены повышенные концентрации тантала в одном из пластов, приуроченные к прослою, сложенному алевролитами и алевропесчаниками мощностью 0,1-0,13 м [7]. Для обеспечения эффективного извлечения попутных компонентов при обогащении минерального сырья необходима качественная селективная выемка включений с повышенным содержанием ценных металлов. Обеспечить глубокоселективную выемку тонких прослоев (мощностью 0,1-0,2 м) с высокой концентрацией ценных компонентов возможно за счет применения карьер-н ых комба йнов или фрезерных машин [11], однако данное оборудование в основном производится за рубежом, поэтому его приобретение в связи со сложной внешнеполитической ситуацией может быть затруднено. Также необходимо отметить, что при разработке наклонных пластов с углами залегания более 15о совместная работа комбайнов с автосамосвалами невозможна из-за условий устойчивости и перераспределения нагрузок на оси колесных транспорт-
ных средств, а фрезерные машины оставляют разрыхленную горную массу в отрытой траншее, в связи с чем необходимо использование дополнительного оборудования в виде бульдозера для ее штабелирования перед погрузкой.
Целью исследования является совершенствование технологии открытой разработки месторождений угля, содержащих ценные компоненты, с обеспечением глубокоселективной выемки из наклонных пластов тонких прослоев с повышенной металлоносностью посредством применения усовершенствованного оборудования для послойного фрезерования.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
С учетом того, что Правительством РФ взят курс на им-портозамещение во многих отраслях промышленности, может быть целесообразным восстановление компетенций по производству ряда образцов горной и строительной техники, так, в СССР в 1980-1990-х годах на базе трактора Т-130 выпускалась машина послойного фрезерования ДП-31АХЛ разработки НПО «ВНИИстройдормаш» с бульдозерным отвалом и фрезой, данная машина использовалась в строительстве, а также на выемке известняков и угля [12]. Автором предлагается технологическая схема выемки тонких прослоев с промышленным содержанием ценных металлов путем осуществления послойного фрезерования массива. При ведении вскрышных работ с применением мощного выемочного или выемочно-транспортирующего оборудования оставляется предохранительный целик 1, обеспечивающий минимизацию потерь и разубоживания минеральной массы тонкого прослоя 2 повышенной металлоносно-сти в контактовой зоне угольного пласта 3 (см.рисунок).
Глубокоселективная выемка производится путем последовательного рыхления целика 1 и тонкого прослоя 2 при перемещении усовершенствованной машины послойного фрезерования 4 под уклон. Движение под уклон позволяет существен но увел ичить тягу машины по сравнению с работой на горизонтальной поверхности, расчеты показывают, что при угле залегания пласта 15° тяга увеличивается примерно на 40%, а при угле залегания 20° - более чем на 50%, это даст возможность осуществлять фрезерование масси-
6 9 8 4 7 10 11
Рыхление тонкого прослоя повышенной металлоносности машиной послойного фрезерования с одновременным перемещением пустых пород
Loosening a thin highly metalliferous interbed using a layer-wise rotary cutter with simultaneous removal of waste rock
92
ОКТЯБРЬ, 2024, "УГОЛЬ"
ва с одновременным перемещением ранее разрыхленной горной массы вышележащего слоя 5. Разрыхленные пустые породы 6 штабелируются у подошвы наклонного уступа 7, где производится их погрузка в транспортные средства. Датчиком контроля содержания полезного компонента 8, установленным за лобовой поверхностью бульдозерного отвала 9, фиксируется окончание выемки пород целика 1 с обнажением тонкого прослоя 2. Фрезерный рабочий орган 10 заглубляется с учетом мощности тонкого прослоя 2, при этом полученная разрыхленная минеральная масса 11, имеющая промышленное содержание ценных металлов, также штабелируется и направляется на обогащение. Последующая разработка угольного пласта 3 ведется с применением традиционных технологий, например с использованием мощных бульдозерно-рыхлительных агрегатов.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Предлагаемая в статье технологическая схема с применением усовершенствованной машины послойного фрезерования, оборудованной датчиком контроля содержания полезного компонента в сложноструктурном массиве, обеспечивает глубокоселективную выемку тонких прослоев с повышенной металлоносностью при разработке угольных месторождений. Рыхление предохранительного целика и тонкого прослоя осуществляется послойно при движении машины под уклон, наличие бульдозерного отвала обеспечивает возможность совмещения процессов фрезерования и перемещения горной массы при разработке наклонных пластов, что увеличивает производительность добычи и уменьшает себестоимость работ.
Список литературы • References
1. Трубецкой К.Н., Захаров В.Н., Галченко Ю.П. Природоподобные и конвергентные технологии при освоении минеральных ресурсов литосферы // Вестник Российской академии наук. 2020. Т. 90. № 6. С. 560-566. DOI: 10.31857/S0869587320050102. Trubetskoy K.N., Zakharov V.N., Galchenko Yu.P. Nature-like and convergent technologies in the development of mineral resources of the lithosphere. Vestnik Rossijskoj akademii nauk. 2020;90(6):560-566. (In Russ.). DOI: 10.31857/S0869587320050102.
2. Baninla Y., Zhang M., Lu Y., Liang R., Zhang Q., Zhou Yu., Khan K. A transitional perspective of global and regional mineral material flows. Resources, Conservation and Recycling. 2019;(140):91 -101. D0I:10.1016/J.RESC0NREC.2018.09.014.
3. Кузнецова Л.В., Анферов Б.А. Перспективы комбинированных геотехнологий комплексного освоения угольных месторождений Кузбасса // Известия вузов. Горный журнал. 2009. № 2. С. 28-32. Kuznetsova L.V., Anferov B.A. Perspective of combined geotechnolo-gies of complex development of Kuzbass coal deposits. Izvestiya vuzov. Gornyizhurnal. 2009;(2):28-32. (In Russ.).
4. Peiravi M., Dehghani F., Ackah L. et al. A Review of Rare-Earth Elements Extraction with Emphasis on Non-conventional Sources: Coal and Coal Byproducts, Iron Ore Tailings, Apatite, and Phosphate Byproducts. Mining, Metallurgy & Exploration. 2021 ;38(1 ):11 -26. DOI: 10.1007/s42461-020-00307-5.
5. Угольные месторождения Дальнего Востока России и ресурсный потенциал содержащихся в них ценных металлов / В.И. Вя-лов, А.Х. Богомолов, Е.П. Шишов и др. // Георесурсы. 2017. № S. С. 256-262. DOI: 10.18599/grs.19.25.
Vyalov V.I., Bogomolov A.Kh., Shishov E.P., Chernyshev A.A. Coal deposits of the Far East Russia and resource potential of precious metals contained in them. Georesursy. 2017;(S):256-262. (In Russ.). DOI: DOI: 10.18599/grs.19.25.
6. Liu L., Li J., Zhang J., Hao R., Kang X., Liu Q. Geochemical characteristics and the significance of two major coal-bearing strata claystones from the Datong Coalfield (North China). Geological Journal. 2022;57(6):11-19. DOI: 10.1002/gj.4389.
7. Редкие и ценные металлы в нефтях и углях РФ: содержание и методы извлечения (обзор) / Е.А. Салганский, М.В. Цветков, Х.М. Кадиев и др. // Журнал прикладной химии. 2019. Т. 92. № 12. С. 15141533. DOI: 10.1134/S0044461819120028.
Salgansky E.A., Tsvetkov M.V., Kadiev Kh.M., Visaliev M.Y., Zekel' L.A. Rare and valuable metals in oils and coals of the Russian Federation: content and methods of extraction. Zhurnal prikladnoj khimii. 2019;92(12):1514-1533. (In Russ.). DOI: 10.1134/S0044461819120028.
8. Авдеев П.Б., Кужиков А.А., Куклина Г.Л. Перспективы использования германийсодержащих углей Тарбагатайского буроуголь-ного месторождения в Забайкалье // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). 2015. № 4. С. 26-31.
Avdeev P.B., Kuzhikov A.A., Kuklina G.L. Prospects of germanium-coal Tarbagatajsky lignite deposit in Transbaikalia. Gornyj Informatsionno-analyticheskij Byulleten'. 2015;(4):26-31. (In Russ.).
9. Arbuzov S.I., Chekryzhov I.Yu., Spears D.A., Ilenok S.S., Soktoev B.R., Popov N.Yu. Geology, geochemistry, mineralogy and genesis of the Spetsugli high-germanium coal deposit in the Pavlovsk coalfield, Russian Far East. Ore Geology Reviews. 2021;(139):104537. DOI: 10.1016/j.oregeorev.2021.104537.
10. Клишин В.И., Анферов Б.А., Кузнецова Л.В. Селективная разработка угольных пластов с ценными химическими элементами // Горный журнал. 2017. № 9. С. 71-76. DOI: 10.17580/gzh.2017.09.13. Klishin V.I., Anferov B.A., Kuznetsova L.V. Selective mining in coal beds with chemical elements of high value. Gornyi zhurnal. 2017;(9):71 -76. (In Russ.). DOI: 10.17580/gzh.2017.09.13.
11. Чебан А.Ю., Хрунина Н.П. Технология разработки сложнострук-турных угольных пластов карьерными комбайнами с комбинированным рабочим оборудованием // Уголь. 2024. № 4. С. 79-82. DOI: 10.18796/0041-5790-2024-4-79-82.
Cheban A.Yu., Khrunina N.P. Technology for the development of complex-structured coal seeds surface mines with combined working equipment. Ugol'. 2024;(4):79-82. (In Russ.). DOI: 10.18796/0041 -5790-2024-4-79-82.
12. Дорожные машины: отраслевой каталог. М.: ЦНИИТЭстроймаш, 1987. 510 с.
Authors Information
Cheban A.Yu. - PhD (Engineering), Leading researcher, Institute of Mining, Far Eastern Branch of Russian Academy of Sciences, Khabarovsk, 680000, Russian Federation, e-mail: [email protected]
Информация о статье
Поступила в редакцию: 19.04.2024 Поступила после рецензирования: 16.09.2024 Принята к публикации: 26.09.2024
Paper info
Received April 19,2024 Reviewed September 16,2024 Accepted September 26,2024
