CC BY
14
УДК 622.271.326
ТЕХНОЛОГИЯ РАЗРАБОТКИ БУРОУГОЛЬНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ С МОЩНЫМИ ПОЛОГОПАДАЮЩИМИ ПЛАСТАМИ
Артем Сергеевич Бобыльский
Институт горного дела им. Н. А. Чинакала СО РАН, 630091, Россия, г. Новосибирск, Красный проспект, 54, научный сотрудник лаборатории открытых горных работ, тел. (383)205-30-30, доп. 216, e-mail a-sb@list.ru
Александр Владиславович Резник
Институт горного дела им. Н. А. Чинакала СО РАН, 630091, Россия, г. Новосибирск, Красный проспект, 54, научный сотрудник лаборатории открытых горных работ, тел. (383)205-30-30, доп. 216, e-mail a-reznik@mail.ru
Предложена технология разработки обводненных угольных месторождений без предварительного осушения. Приведены основные параметры и преимущества технологии. Обоснована целесообразность селективной выемки вскрышных пород с крепкими включениями средствами гидромеханизации с использованием выработанного карьерного пространства для организации технологического водоема и гидроотвала.
Ключевые слова: открытые горные работы, обводненность, гидромеханизация, подводная добыча.
PROCESS FOR MINING OF THICK FLAT-DIPPING LIGNITE BEDDED DEPOSIT
Artyom S. Bobyl'sky
Chinakal Institute of Mining SB RAS, 630091, Russia, Novosibirsk, 54 Krasny prospect, Researcher, Surface Mining Laboratory, tel. (383)205-30-30, extension 216, e-mail a-sb@list.ru
Alexander V. Reznik
Chinakal Institute of Mining SB RAS, 630091, Russia, Novosibirsk, 54 Krasny prospect, Researcher, Surface Mining Laboratory, tel. (383)205-30-30, extension 216, e-mail a-reznik@mail.ru
The process for mining of wet coal deposits with no preliminary drainage is proposed. The basic parameters and advantages are pointed out with substantiation of selective extraction of overburden rocks containing hard components by applying hydromechanized machinnes and the use of worked out pit areas for foundation of a technological water reservoir and a hydrowaste dump.
Key words: surface mining, water content of a deposit, underwater mining.
Топливно-энергетический комплекс Сибири, обладая значительными сырьевыми ресурсами и достаточно развитой производственной инфраструктурой, был и остается главной энергетической базой России. Ведущими учеными и специалистами обоснована целесообразность увеличения в ближайшие 10-15 лет доли угля в топливно-энергетическом балансе страны до 25-30% против 15-17%, сложившейся в последние годы [1]. К 2020 году добыча угля в стране должна быть доведена до 400-430 млн. т [2]. При этом преимущественное развитие будет иметь наиболее эффективный и безопасный открытый способ добычи угля и, прежде всего, в Кузнецком и Канско-Ачинском угольных бассейнах. Это положение подтверждается и стратегией на пер-
спективу до 2035 г [3]. Проблемы открытой разработки месторождений этих бассейнов достаточно широко рассматривались многими учеными, специалистами проектных организаций и угледобывающих предприятий [4]. По итогам этих работ обоснованы и апробированы на практике основные решения по вскрытию месторождений и системам их разработки, технологии ведения горных работ и техническому оснащению горного производства.
Исходя из горно-геологических условий месторождений Канско-Ачинского угольного бассейна и физико-технических свойств слагающих их горных пород на разрезах КАТЭКа предусматривалась крупномасштабная добыча угля по поточной технологии горных работ с использованием роторных экскаваторов производительностью 5250 куб.м/час и более в комплексе с ленточными конвейерами, перегружателями и отвалообразователями [5]. Использование на ведущих разрезах бассейна (Назаровский, Бородинский, Березовский-1) высокопроизводительной техники непрерывного действия показало ее высокую эффективность, в первую очередь, на добычных работах.
Вместе с тем, в процессе эксплуатации разрезов выявлен ряд недооцененных ранее факторов, в значительной степени усложняющих ведение горных работ: наличие в основной массе слабо сцементированных вскрышных пород крепких прослоев и линз (далее крепких включений) минерализованных алевролитов, аргиллитов и песчаников на известковом, кремнистом и железистом цементе, разработка которых без предварительного разрушения роторными экскаваторами невозможна; сложные гидрогеологические условия месторождений с наличием до 3-4 водоносных горизонтов с напорными водами и ожидаемыми притоками воды в горные выработки 9000 - 12000 куб.м/час; склонность бурых углей всех месторождений бассейна к самовозгоранию.
Крепкие включения во вскрышной толще месторождений западной части КАТЭКа представлены сидеритовыми и кремнистыми разностями и, как попутно добываемое сырьё, могут быть эффективно использованы в промышленном производстве. Запасы сидеритов указанных выше месторождений оценены в размере около 5-6 млрд.т. Крепкие включения, имеющие мощность 0,1-2,5 м и занимающие 1-3% общего объема вскрышных пород, размещаются крайне неравномерно (по высоте и в плане) в 8-14 конкрециеносных горизонтах, залегающих согласно падению угольного пласта. Среднее расстояние между горизонтами составляет 7-11 м, реже 15 - 22 м. В плане крепкие включения располагаются не по всей площади месторождения, а в отдельных зонах. Размеры крепких включений в плане по отдельным горизонтам изменяются от 1 до 13 м, а расстояние между ними - от 5 до 20 м.
На месторождениях выявлено несколько водоносных горизонтов, приуроченных к вскрышным породам и угольному пласту и существенно отличающиеся гидрогеологическими условиями. Верхний и нижний водоносные горизонты вскрышной толщи приурочены соответственно к четвертичным отложениям и надугольным породам и разделены слоями алевролитов с линзами песчаников мощностью от 30 до 70 м. Наиболее мощный и выдержанный водоносный горизонт приурочен к углям пласта Итатского. Основной поток горизонта формируется в пределах карьерного поля.
Таким образом, при освоении рассматриваемых месторождений одним из определяющих факторов при выборе технологии их разработки, наряду с наличием во вскрышный толще крепких включений, является повышенная обводненность продуктивной толщи.
С учетом результатов научных исследовании и опыта эксплуатации действующих разрезов бассейна (Березовский, Назаровский, Бородинский) наиболее эффективным способом осушения обводненных месторождений КАТЭКа признан подземный способ с сооружением дренажных шахт и сети подземных выработок [6]. Это обусловлено, прежде всего, низкой водопроницаемостью вскрышных пород. Коэффициент фильтрации надугольных песчаников, например, Урюпского месторождения составляет 0,55-3,66 м/сутки. Следует отметить, что подземный способ осушения является и наиболее затратным в его строительстве (до 15-20% общей сметной стоимости) и эксплуатации. Так, для осушения поля I очереди разреза «Березовский-1» была сооружена дренажная система в составе: вертикального ствола диаметром 6 м и глубиной 120 м, дренажных штреков по угольному пласту общей протяженностью 6600 м в объеме 88 тыс.куб.м., из которых пройдены горизонтальные и наклонные водопо-нижающие скважины общей длинной более 20000 м [7]. Опыт эксплуатации этой капиталоемкой системы свидетельствует о том, что, обеспечивая удовлетворительные результаты осушения угольного пласта, она оказалась недостаточно эффективной для осушения вскрышной толщи. Это, в свою очередь, усложняет ведение горных работ и эксплуатацию горнотранспортного оборудования (налипание и намерзание пород на рабочие органы, просадка грунта под механизмами).
В поисках альтернативных решений по разработке месторождений со специфическими горно-геологическими условиями в работе приводится предлагаемая авторами технология разработки обводненных угольных месторождений с пластами большой единичной мощности без предварительного осушения продуктивной толщи, предусматривающая: селективную выемку вскрышных пород средствами гидромеханизации, угольного пласта - роторными и цепными экскаваторами; формирование в выработанном карьерном пространстве технологического водоема (с подтоплением части угольного пласта) и гидроотвала вскрышных пород (рисунок).
Рис. Принципиальная схема разработки Урюпского месторождения
1, 2 - вскрышные и добычные уступы; 3 - технологический водоем; 4 - отвал вскрышных пород; 5 - ГРЭС; 6 - шлакопровод; 7 - магистральный пульпопровод; 8 - водовод; 9 - углепровод; 10 - ленточный конвейер; 11 - цепной экскаватор; 12 - роторный экскаватор; 13 - забойный пульпопровод; 14 - гидромонитор; 15 - крепкие породные включения
Наличие технологического водоема создает благоприятные условия для применения на вскрышных породах средств гидромеханизации и размещения в выработанном карьерном пространстве породного гидроотвала. Кроме того, в случае размещения на борту разреза электростанции с угольной генерацией, как это предусматривалось программой формирования КАТЭКа [5], технологический водоем может использоваться в качестве пруда-охладителя, без сооружения аналогичного специального гидротехнического объекта с соответствующей экономией денежных средств и земельных площадей, снижением техногенной нагрузки на окружающую природную среду.
С учетом сложности разработки массива вскрышных пород с твердыми включениями техникой непрерывного действия, что выявила эксплуатация роторных экскаваторов на разрезе «Березовский-1», в данном варианте отработка вскрышных уступов предусматривается гидромеханизированным способом со складированием вскрышных пород в гидроотвале, размещаемом в выработанном пространстве разреза. Для повышения производительности и надежности технологической схемы перед гидромеханизированной выемкой вскрышных пород рассматривается вариант их предварительного рыхления экскаватором-драглайном с селективной выемкой или оконтуриванием крепких породных включений. Отработка верхнего угольного уступа предполагается по традиционной схеме роторными экскаваторами в комплексе с ленточными конвейерами, нижнего (подтопленного) - цепными экскаваторами с нижним черпанием. Выемка угля на нижнем уступе может производиться сезонно или круглогодично (с проведением, при необходимости, специальных мероприятий в зимнее время). Высота угольных уступов определяется мощностью пласта, режимом ведения горных работ, емкостью технологического водоема и параметрами выемочного оборудования.
Целесообразность применения гидромониторной разработки массива вскрышных пород на рассматриваемых месторождениях обусловлена следующими факторами: возможность селективной выемки полезных компонентов (сидеритовых включений); обеспеченность необходимыми для гидромеханизации водными ресурсами (за счет технологического водоема); использование выработанного карьерного пространства для организации гидроотвала вскрышных пород; высокая производительность и низкая себестоимость выемки вскрышных пород.
Из опыта применения гидромеханизации в различных отраслях промышленности известно, что этот способ разработки массивов горных пород обладает рядом преимуществ, среди которых - поточность выполнения технологических процессов, простота конструкций, небольшие массы и габариты используемых машин и аппаратов, высокая производительность труда, относительно небольшие капитальные и эксплуатационные затраты на производство горных работ, экологичность и безопасность производственных процессов [8]. Как показывает практика, в условиях, пригодных для применения гидромеханизации, производительность труда при гидромониторной разработке в 2-2,5 раза выше, а себестоимость в 1,5-2 раза ниже, чем при экскаваторной выемке пород и транспортировке их автомобильным транспортом.
Результаты научных исследований и большой опыт гидромеханизированной разработки массивов горных пород свидетельствуют о том, что применение этого способа на месторождениях Канско-Ачинского бассейна позволит осуществить селективную выемку основного объема вскрышных пород и крепких включений, исключив, таким образом, недостатки технологии с использованием роторных экскаваторов.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Об основных направлениях государственной политики развития угольной отрасли и повышения конкурентоспособности ее продукции на внутреннем и внешнем рынках. Доклад государственного Совета РФ. - Уголь. - 2002. - №10.
2. Энергетическая стратегия России на период до 2020 г. - Москва, 2003.
3. Энергетическая стратегия России на период до 2035 г. - Москва, 2014.
4. Ческидов В.И. К вопросу использования потенциала открытой добычи угля в восточных регионах России // ФТРПИ. - 2007. - №4.
5. Разработать технологию применения комплексов машин непрерывного действия на разрезе "Урюпский-1". Отчет по теме 1101/040000-052. УкрНИИпроект. - Киев. - 1978.
6. Технико-экономическое обоснование строительства разреза «Урюпский» п.о. «Красноярскуголь». - Сибгирошахт, 1985.
7. Пересмотр технического проекта разреза «Березовский-1» п.о. «Красноярскуголь» (I очередь строительства разреза). - Т. ША, кН. 2. Дренаж и водоотлив. - Сибгирошахт, 1986.
8. Нурок Г.А., Ялтанец И.М. Технология гидровскрышных работ на карьерах. М. -
1975.
© А. С. Бобыльский, А. В. Резник, 2017
