Условия разработки угольных месторождений южной Якутии Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

-------------------------------- © В.С. Квагинидзе, Е.В. Ворсина,

К.Р. Арсланов, 2011

В.С. Квагинидзе, Е.В. Ворсина, К.Р. Арсланов

УСЛОВИЯ РАЗРАБОТКИ УГОЛЬНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ЮЖНОЙ ЯКУТИИ

Рассмотрены специфические особенности горных предприятий, ведущих добычу полезных ископаемых в северных районах.

Ключевые слова: географический фактор, эксплуатация и ремонт оборудования, морозостойкость, транспортные сети.

Северные районы занимают почти половину территории РФ, имеют большое значение в народном хозяйстве т. к. на их территории расположено огромное количество месторождений полезных ископаемых и горнодобывающих предприятий. Так основная часть запасов угля РФ сосредоточена в районах страны с суровыми климатическими условиями, более половины добычи угля открытым способом приходится на разрезы Сибири и Дальнего Востока.

Для горных предприятий, ведущих добычу полезных ископаемых в северных районах характерен ряд особенностей, обусловленных экономическими и географическими факторами. Основными такими особенностями являются следующие:

• удаленность от экономически развитых регионов;

• слабое развитие транспортной сети;

• малонаселенность;

• суровые климатические условия.

В результате воздействия совокупности данных факторов разведка, добыча и переработка любого минерального сырья в районах Северо-востока России в 2-4 раза дороже, чем в обжитых регионах средних и южных широт. В северных регионах развитие горнодобывающей промышлености возможно только на базе уникальной минеральносырьевой базы.

Специфические особенности открытых горных работ в районах Севера, в основном, обусловлены природно-климатическими условиями, которые, прежде всего, выражаются в продолжительном периоде года с отрицательной температурой воздуха и многолетнемерзлом состоянии горного массива. В результате этого возникают значи-

тельные трудности и осложнения при ведении горных работ. Тяжелые условия работы горного и горно-транс-портного оборудования, связанные с отрицательной температурой воздуха и резкими колебаниями температур, атмосферными осадками, морозными туманами, гололед-ноизморозевыми явлениями и т. п. приводят к снижению его производительности и повышению трудоемкости работ по техническому обслуживанию и ремонту оборудования. Многолетний опыт эксплуатации горного оборудования в суровых климатических условиях показывает, что в зимние месяцы резко повышается количество отказов, вследствие разрушения металлоконструкций, неисправности пневмосистемы и системы смазки. Таким образом, разработка месторождений в условиях Севера предъявляет особые требования к эксплуатации и ремонту оборудования. Так для повышения производительности и уменьшения числа отказов необходимо предусматривать в северных модификациях машин обязательное применение морозостойких сталей, улучшение изоляции сетевых двигателей и токоприемников. Также на горнодобывающих предприятиях Севера должно уделяться большое внимание способам и средствам борьбы с примерзанием горной массы к кузовам автосамосвалов и к ковшам экскаваторов.

Громадными, несоизмеримыми с большинством регионов России запасами бурого и каменного угля (46,6 % запасов категорий А + В + С1 Дальневосточного района) обладает Республика Саха (Якутия). На ее территории расположены основная часть Ленского бассейна, Южно-Якутский бассейн, Зырянский бассейн, восточная часть Тунгусского бассейна, отдельные разрозненные месторождения северовосточной части Якутии и месторождение бухты Тикси (Согинское). На территории Якутии выявлено около 900 месторождений и углепро-явлений, однако изученность их весьма низкая.

В Якутии сосредоточены различные по качеству угли, по степени углефикации они изменяются от богхетов до марки СС (слабоспекаю-щиеся). Наиболее ценные коксующиеся угли сосредоточены в ЮжноЯкутском угольном бассейне. Данный бассейн расположен в южной части Алданского нагорья вдоль Станового хребта, простирается на 750 км от р. Олекмы на западе до р. Учур на востоке при ширине 60150 км. Южная Якутия по своим потенциальным запасам угольных ресурсов, подготовленных к освоению, обладает достаточной перспективой для дальнейшего увеличения добычи, как коксующихся, так и энергетических углей.

В Южно-Якутском угольном бассейне выделяют четыре угленосных района: Усмунский, Алдано-Чульманский, Гонамский и Токин-ский. Наиболее детально изученным районом Южно-Якутс-кого ка-

менноугольного бассейна является Алдано-Чульманский угленосный район (АЧУР). В районе детально разведаны и утверждены ГКЗ запасы Нерюнгринского, Чульмаканского и Денисовского месторождений.

В настоящее время, в восточной части АЧУРа Южно-Якутского каменноугольного бассейна действуют несколько малых разрезов. Условия разработки угольных пластов на данных разрезах во многом сходны.

Все малые разрезы базируются на запасах каменного угля, приуроченных к выходам пластов, поэтому запасы для открытой добычи ограничены.

Климат района работы перечисленных выше малых разрезов Не-рюнгринского района - резко континентальный, с суровой продолжительной зимой и коротким жарким летом. Среднегодовая температура воздуха в районе месторождения минус 9,5 °С, при колебаниях от минус 63 °С (декабрь-январь) до 33 °С (июль). Безморозный период для территории Южной Якутии составляет в среднем 145-150 суток. Снеговой покров устанавливается в сентябре-октябре. Мощность снежного покрова составляет обычно 0,6-0,8 м, достигая в отдельные периоды 1-1,2 м. Сход снегового покрова происходит во второй половине апреля или первой половине мая. В течение годового цикла преобладающими являются ветры северо-западного направления. Зимой скорость ветра не превышает 1,0-1,5 м/с, летом 3,0-3,5 м/с. На площадях, разрабатываемых малыми разрезами практически повсеместным развитием пользуются многолетнемерзлые породы.

Разрабатываемые малыми разрезами месторождения расположены в зоне тайги. Преобладающей растительностью являются лиственница даурская, сосна, реже кедровый стланик. Животный мир района крайне беден. Из крупных животных встречаются олени, лоси, медведи, из мелких - бурундуки, белки. Пернатый мир представлен кедровками, рябчиками, воронами.

По уровню сейсмической активности по материалам исследований ЯФСО АН СССР и Южно-Якутского отделения КрасТИЗИСа район работ относится к 7-бальной зоне сотрясения.

Ближайшими населенными пунктами к данным малым разрезам являются: г. Нерюнгри, пос. Чульман, Серебряный Бор, Беркакит. Район г. Нерюнгри считается освоенным - существуют автомобильная дорога круглогодичного действия, железная дорога, аэропорт. Действуют крупный разрез "Нерюнгринский", обогатительная фабрика, ремонтно-механический завод и другие объекты Южно-Якутского угольного комплекса. Работает Нерюнгринская ГРЭС мощностью 620

тыс. кВт. Водоснабжение в районе осуществляется за счет подземных вод.

Вскрышные породы Чульмаканского, Денисовского, Олонгрин-ского месторождений представлены в основном песчаниками мелко- и среднезернистыми, алевролитами. В целом породы вскрыши характеризуются как крепкие, среднеабразивные и ниже средней абразивности, средне- и крупноблочные, при отработке требуют сплошного рыхления буровзрывным способом.

Чульмаканское месторождение коксующихся углей расположено в 420 км от ст. Беркакит Байкало-Амурской магистрали. Данное месторождение представляет наибольший интерес среди ряда месторождений на территории г.Нерюнгри, т. к. добываемый на месторождении уголь по своим качественным характеристикам относится к жирным углям (марка Ж) и может использоваться в качестве топлива на электростанциях, при производстве цемента, так и (после обогащения) в металлургическом производстве. Также на Чульмаканском месторождении имеется уголь марки СС (слабоспекающийся).

Горнотехнические условия разработки месторождения сложные и определяются физико-механическими свойствами горных пород, резкопересечённым рельефом поверхности, значительной протяжённостью фронта работ и наличием нескольких ручьёв. Вмещающие породы представлены в основном песчаниками и алевролитами. Аргиллиты и углистые алевролиты имеют неширокое распространение и встречаются лишь в кровле и почве пластов. Крепость пород по шкале проф. М.М. Протодьяконова достигает 14, угля - 2. Как коренные породы, так и угли требуют предварительного рыхления их перед экскавацией. Основной объём вскрышных пород относится к трудновзры-ваемым. Предварительно разрыхленные вскрышные пород по трудности экскавации относятся к IV категории, уголь - II категории. Месторождение расположено в зоне островного распространения многолетнемерзлых пород, охватывающих по площади до 57 %, с максимальной мощностью мерзлоты 117 м и максимальной отрицательной температурой 2-4° С. По техническим условиям разработки месторождение может быть отнесено к пластовым месторождениям нагорного типа.

Горнотехнические условия разработки Олонгринского месторождения достаточно сложные и определяются физико-механи-ческими свойствами горных пород и значительной протяженностью карьерного поля. По горнотехническим условиям разработки месторождение может быть отнесено к пластовым месторождениям глубинного типа.

Участок Олонгринский расположен в пределах южного крыла Олон-грино-Китаянской синклинальной складки.

Основная промышленная угленосность на участке Олонгрин-ский связана с пластом К4 кабахтинской свиты. Общая длина выхода пласта К4 на дневную поверхность в границах участка составляет 4,5 км, средняя мощность 4,26 м. Углы залегания пласта, в основном, крутые до 70-80°, и лишь в западной части участка выполажи-ваются до 25-30°.

Вскрышные породы представлены, в основном, мелко- и среднезернистыми песчаниками. Крепость их по шкале проф. М.М. Протодьяконова достигает 12. Объемный вес вскрышных пород 2,6 т/м3, угля - 1,42 т/м3. Как и на Чульмаканском месторождении, коренные породы и угли требуют предварительного рыхления их перед экскавацией, основной объем вскрышных пород относится к трудновзрываемым, по трудности экскавации вскрышные породы относятся к IV категории, уголь - II категории.

Многолетняя мерзлота в районе работ имеет островной характер развития. Многолетнемерзлые породы слагают склоны и днища долин всех мелких водотоков. Вершины водоразделов, части склонов, а также днище долины р. Олонгро сложены талыми породами. Мощность многолетнемерзлых пород в пониженных формах рельефа достигает 30 м.

Денисовское каменноугольное месторождениев 24 км юго-западнее г. Нерюнгри, в 8 км южнее п. Чульман и в 25 км севернее п. Беркакит.

Горнотехнические условия эксплуатации в принятых технических границах отработки пласта К14 сложные и сводятся к следующему:

• холмистый рельеф поверхности с перепадами абсолютных высотных отметок до 100 м;

• залегание пласта моноклинальное под углом 2-6°;

• большая мощность вскрышных пород, колебания которой составляют от 0,5 до 55 м при средних значениях 40 м;

• вмещающие породы представлены, в основном, песчаниками, крепость пород по шкале проф. М.М. Протодъяконова изменяется от 3 до 15, при среднем значении 7-8. Аргиллиты и алевролиты встречаются в породных прослоях угольного пласта. Коренные породы вскрыши требуют предварительного рыхления буровзрывным способом. Основной объем вскрышных пород относится к трудно-

взрываемым. Объемный вес пород составляет 2,43-2,6 г/см3, при среднем значении 2,53 г/см3;

• относительно небольшие размеры участка: по простиранию до 2300 м, вкрест простирания до 1150 м;

• близость ЛЭП.

По своим технологическим свойствам не окисленный уголь является ценным сырьем для производства кокса и относится к марке К. Переходная зона и зона окисления (при выходе пласта на поверхность) на месторождении занимает незначительную часть. В промзапасах количество таких углей составляет около 12%. По технологическим показателям уголь этих зон относят к марке СС.

Денисовское месторождение расположено в области островного развития многолетней мерзлоты. На участке развития пласта К14 площадь почти полностью занята талыми породами и лишь на югозападном крутом склоне долины реки Чульман развиты многолетнемерзлые породы. Мощность их увеличивается от водораздела к днищу долины от 25 до 70 .

Таким образом, условия разработки угольных пластов на малых разрезах Южной Якутии во многом сходны. Проведенный анализ условий эксплуатации Чульмаканского, Денисовского и Олонгринского каменноугольных месторождений малыми разрезами, позволяет вывести их общую характеристику:

• район расположения малых разрезов считается освоенным;

• месторождения разрабатываемые малыми разрезами находятся в суровых климатических условиях;

• по уровню сейсмической активности район работ относится к 7-бальной зоне сотрясения;

• на площадях, разрабатываемых малыми разрезами практически повсеместным распространением пользуются многолетнемерзлые породы с островным развитием;

• вскрышные породы представлены в основном песчаниками мелко- и среднезернистыми, характеризуются как крепкие и требуют подготовки к выемке буровзрывным способом;

• все малые разрезы базируются на запасах каменного угля, приуроченных к выходам пластов, поэтому запасы для открытой добычи ограничены;

• крепость углей по шкале профессора Протодьяконова достигает 2-2,5; угли требуют предварительного рыхления перед экскавацией;

• угли добываемые малыми разрезами в основном особо ценных марок К, КЖ, Ж, а также окисленные неспекающиеся марки СС;

• пласты, разрабатываемые малыми разрезами, характеризуются как маломощные и сложного строения;

• часто в одновременной отработке находятся несколько угольных пластов. ШИН

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ --------------------------------------------

Квагинидзе B.C. - доктор технических наук, профессор, ФГБOУ ДЛЮ «Институт повышения квалификации руководящих работников и специалистов», ipk40@rambler.ru

Ворсина Е.В. - кандидат технических наук, доцент кафедры горного дела, Технический институт (филиал) федерального государственного автономного образовательного учреждения высшего профессионального образования «СевероВосточный федеральный университет имени М.К. Аммосова» в г. Нерюнгри, nfygu@neru. sakha.ru

Арсланов К.Р. - зам. начальника Южного территориального отдела Ленского управления Ростехнадзора.