CC BY
32
УДК 622.271
В. Г. Проноза, Е. Н. Естифеев
ЗАВИСИМОСТЬ ТЕКУЩЕГО КОЭФФИЦИЕНТА ВСКРЫШИ ОТ УСЛОВИЙ ЗАЛЕГАНИЯ СВИТ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ ПРИ ИХ РАЗРАБОТКЕ ПО ПОПЕРЕЧНОЙ СИСТЕМЕ
Для повышения эффективности открытого способа разработки наклонных и крутых свит угольных пластов в Кузнецком угольном бассейне целесообразно переходить от продольных к поперечным системам разработки [1, 2, 3].
Значительные по запасам залежи расположены в центральном районе бассейна: геологические участки Караканский 1-2, Караканские 3 и 4; Ка-раканский Восточный; Инской; Уропские 1, 2 и 3; Уропский Северный. Менее крупные залежи расположены в южном районе: Апанасовский, Теш-ский 1, Корчакольский, Чернокалтанские 1-2 и 3-4
и др. Угол залегания пластов на месторождениях от 20-25° до 70-80°. Геологические запасы оцениваются в 3,8 млрд. т.
По вопросу применения поперечных систем в научных публикациях и диссертационных работах рассмотрены различные ее аспекты [4, 5, 6]. В ранее опубликованной работе авторов данной статьи [7] для ряда перспективных месторождений Кузбасса определены основные параметры карьерных полей угольных разрезов и их производственные мощности. Для решения этих вопросов предложен аналитический метод горно-геометрического ана-
а
±0
б Вид А
в
Рис.1. 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; в — поперечное сечение карьерного поля
лиза свит наклонных и крутых пластов при разработке их поперечной системой. Расчетная схема метода показана на рис. 1 а, б, в.
На схемах: М - нормальная мощность свиты пластов, м; (р - угол залегания пластов, град.; уе, ул
- соответственно, угол наклона борта карьера со стороны висячего и лежачего боков залежи, град.; шн - мощность рыхлых отложений, м; а„.е., а„.с, о-п.п. - 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 на рис. 1 в) по вертикали до дна карьерного поля. Угленосность свит в расчетах оценивается коэффициентом угленосности Ку = У/100, где У - угленосность свиты в процентах.
При проектировании поперечных систем необходимо знать предварительную оценку влияние параметров залегания свиты пластов и глубины разработки залежи на один из основных показателей системы - текущий коэффициент вскрыши (Ке). Важность этого показателя определяется двумя причинами. Первая, при ожидаемом его значении больше экономически приемлемого может быть отклонено решение по применению такой системы для рассматриваемой залежи. Вторая, текущий коэффициент вскрыши в период эксплуатации разреза определяет основные технические и экономические показатели работы пред-
приятия. Поэтому его известное значение на начальном этапе проектирования позволит определить укрупненные технико-экономические показатели, что особенно важно при разработке технико-экономического обоснования строительства разреза.
В данной работе с использованием предложенного в работе [7] метода изучено влияние параметров залегание свиты пластов, ее угленосности, мощности наносов, параметров рельефа поверхности и глубины разработки залежи на текущий коэффициент вскрыши.
Расчеты произведены на основе учета особенности поперечных систем разработки, заключающейся в равенстве среднего (Кср), граничного (Кгр) и текущего (Кт) коэффициентов вскрыши, т.е. Кср = К«р = Кш [8].
Граничные значения параметров карьерных полей установлены в работе [7]: минимальное значение нормальной мощности свиты - 26^42 м, максимальное 240-350 м; минимальный угол падения пластов - 20°, максимальный - 81°; мощность наносов 4^20 м; угленосность от 15^18% (Ку = 0,15^0,18) до 34^36% (Ку = 0,34^0,36).
Поверхность на месторождениях от равнинной или наклонной, до резкопересеченной. Углы наклона отдельных участков поверхности (ап) изменяются от 0° до 8-15°. В расчетах ап = ап.е = ап.с
&п.Л.
При решении задачи в «плоскости» значение текущего коэффициента вскрыши зависит от ве-
50 75 100 125 150 Нк,м 20 35 50 65 <р, градус
-----------& — ---------— ■ ■ — Зд -----------— ■ — ■ - Ес — - - — -
Рис. 2. Зависимости площадей элементов карьерного поля Ба Бл: а — отглубины карьерного поля
(Ну); б — угла залегания свиты пластов (рельеф равнинный).
а)
Кт im
Ку=0,15 яг* ‘ Ку=0г20
Ку=0;25 М=150м тя=5 м
50
100
-<р=20с
150 Нк,м <р=35°
50
100 150 Нк,м
-<р=50°--------------(р=б5°
Рис. 3. Зависимости текущего коэффициента вскрыши Кт от глубины карьерного поля Нк при различных значениях коэффициента угленосности свиты Ку: а — для наклонных залежей; б — крутых
залежей
личины площадей элементов карьерного поля Бе, £с, £ и коэффициента угленосности Ку. £ - площадь вскрышной породы (коренных пород и рыхлых отложений) в борту карьерного поля со стороны висячего бока залежи (фиг. ЕАВ) м, на рис. 1 в, м2; £ - то же, стороны лежачего бока залежи (СРБ), м2; Бс - площадь горной массы (породы междупластий, угля и рыхлых отложений) в пределах угленасыщенной зоны карьера (фиг. ЛСББ), м2.
На рис. 2, а, б показаны зависимости площадей элементов карьерного поля £„, £с, £ от глуби-
а)
20 35 50 65 градус
---------Н=100м -----------------Нк=150м
— ■ -----Нк=200м
ны карьерного Нк и угла залегания пластов (р.
С увеличением глубины карьерного поля Нк площадь породы со стороны висячего бока залежи £ при любых углах залегания пластов возрастает по нелинейной зависимости (рис. 2 а). Причем на наклонных залежах она, в два раза больше, чем на крутых. На крутых залежах площадь £ возрастает с увеличения глубины карьерного поля по нелинейной зависимости, а на наклонных (до 35°) она отсутствует (в этом случае бортом карьерного поля является почва нижнего пласта свиты).
Площадь угленасыщенной зоны Бс с увеличе-
100 150 200 250 М, м
-<р= 20°---------------<Р= №
Рис. 4. Зависимости текущего коэффициента вскрыши Кт от: а — угла залегания свиты пластов (р; б —
нормальной мощности свиты М
нием глубины карьерного поля Нк возрастает линейно.
С увеличением угла залегания пластов свиты Ф, при одной и той же глубине карьерного поля Нк , уменьшаются по нелинейной зависимости площади Бе и Бс (рис. 2 б). Площадь же Бл с увеличением угла (р (от 33-35°) угол погашения борта карьера при крутом залегании пластов возрастает по нелинейной зависимости.
Полученные зависимости абсолютных значений площадей элементов карьерного поля от основных влияющих факторов позволяют анализировать характер изменений текущего коэффициента вскрыши Кт.
На рис. 3 а, б показаны зависимости текущего коэффициента вскрыши Кт от глубины карьерного поля Нк при различных значениях коэффициента угленосности свиты Ку для наклонного (на рис. 3 а) и крутого (рис. 3 б) залегания пластов.
Для наклонных залежей при увеличении глубины их разработки текущий коэффициент вскрыши Кт нелинейно возрастает при любой угленосности свиты Ку. Это обусловлено возрастанием по нелинейной зависимости объема $в и по линейной объема £. (рис. 3 а).
При средневзвешенном коэффициенте Кт « 6 м3/т коэффициент угленосности свиты должен быть как минимум 0,18^0,20. При этом глубина карьерного поля не будет превышать 150 м.
При крутом залегании пластов (рис. 3 б) угленосность свиты должна быть выше (Ку = 0,2 и более). При Ку = 0,25 глубина карьерного поля составит 150 м.
На рис. 4 а, б показаны зависимости текущего коэффициента вскрыши Кт от угла залегания пластов свиты ф и нормальной мощности свиты М.
При увеличении залегания пластов ^ коэффи-
циент Кт возрастает по сложной зависимости (рис. 4 а). Она отражает характер формирования площадей элементов карьерного поля 8е, £, £л, в зависимости от функций угла (р. Таким образом, чем больше угол залегания пластов свиты, тем хуже будут показатели разработки залежи.
На рис. 4 б приведены зависимости коэффициента Кт от величины нормальной мощности свиты М. С ее увеличением коэффициент Кт снижается по нелинейной зависимости. Это обусловлено увеличением площади угленасыщенной зоны £. и, следовательно, увеличении запасов угля в карьерном поле. Поэтому для применения поперечной системы разработки предпочтительными являются залежи с большой нормальной мощностью свиты пластов.
На рис. 5 а, б показаны зависимости коэффициента Кт от мощности наносов ш„ и угла наклона поверхности (р.
С увеличением мощности рыхлых отложений ш„ коэффициент Кт возрастает по линейной зависимости (рис. 5 а). На 1 м увеличения толщи рыхлых отложений коэффициент Кт прирастает на
0,09 м3/т. Величина приращения текущего коэффициента вскрыши не зависит от угла залегания свиты пластов (рис. 5 а).
На рис. 5 б показано влияние наклона дневной поверхности а„ на текущий коэффициент вскрыши
Принимаем следующее: если наклон дневной поверхности совпадает с падением пластов залежи, то наклон поверхности считаем согласным; если не совпадает, то несогласным. При построении графических зависимостей на рис.5 б поверхность карьерного поля считается плоской, но наклонной, т.е. апя = апх = ап.л = ап.
При согласном наклоне поверхности и при
а)
б)
О 2 4 6 а«, градус
--------согласный наклон поверхности
...... тоже несогласный
Рис. 5. Зависимости текущего коэффициента вскрыши Кт: а — от мощности наносов шн; б — от угла
наклона поверхности ап (при ап.в = ап.с = ап.л)
0,15
0,20
0,25 Ку, м /т
Рис. 6. Зависимости текущего коэффициента вскрыши Кт от: а — коэффициента угленосности залежи Ку при различных значениях (р; б — тоже при различных значениях М.
увеличении угла ее наклона, для любых значений угла залегания свиты пластов коэффициент Кт снижается по нелинейной зависимости, что обусловлено уменьшением площади 8е. При несогласном наклоне поверхности с увеличением угла ее наклона коэффициент Кт возрастает по нелинейной зависимости из-за увеличения площади 8е.
При небольших угла наклона дневной поверхности 0-^20 (равнинный рельеф) его влияние несущественно (0,2 м3/т на один градус наклона поверхности). Благоприятны к разработки залежи с согласным наклоном поверхности.
В условиях сопочно - гористой и увалистодолинного рельефа (угол наклона 8-10°) и при преимущественном несогласном наклоне поверхности увеличение коэффициента Кт может быть значительным (рис. 5 б). В этих условиях угол наклона дневной поверхности является существенным фактором. При проектировании карьера в конкретных горно-геологических условиях наклон поверхности может повлиять на принятие положительного решения о применении поперечной системы разработки.
На рис. 6 а, б показаны зависимости текущего коэффициента Кт от коэффициента угленосности свиты Ку, при различных значениях ф и М.
С увеличением угленосности свиты Ку коэффициент Кт существенно снижается по нелинейной зависимости при любых значениях угла залегания пластов свиты (р (рис. 6 а).
На рис. 6 б приведены зависимости коэффициента Кт от угленосности Ку при различных значениях нормальной мощности свиты М. При любых ее значениях с увеличением коэффициента угленосности свиты Ку текущий коэффициент Кт существенно снижается по нелинейной зависимости, (рис. 6 б). При увеличении коэффициента Ку на 0,01% текущий коэффициент вскрыши Кт снижается на 0,3 м3/т. Общая закономерность состоит в том, что чем меньше нормальная мощность свиты М, тем выше коэффициент Кт. Это объясняется увеличением объемов вскрыши выше кровли верхнего пласта свиты и ниже почвы нижнего пласта.
Таким образом, показатель угленосности Ку является одним из наиболее существенным фактором, влияющим на величину текущего коэффициента Кт.
На рис. 6 а, б заштрихованы области целесообразного применения поперечных систем разработки. Необходимо отметить, что угленосность свиты пластов должна быть менее 15%. Предпочтительнее разработка наклонных залежей (20-35°), хотя применять поперечную систему можно и на крутых залежах, но при угленосности свиты более 20%. Наиболее эффективно разрабатывать залежи с большой нормальной мощностью свиты - более 150 м.
При низкой угленосности свиты (15-20%) глубина карьеров не будет превышать 50^100 м.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Михалъченко В. В., Прокопенко С. А., Орлов В. Г., Коксин А. А. Землесберегающая технология отработки мощных наклонных и крутых залежей // Уголь. 1991. - №5. - С. 44-46.
2. Томаков П. И., Коваленко В. С. Природоохранные технологии открытой разработки крутых и наклонных угольных месторождений Кузбасса // Уголь. 1992. №1. С. 16-20.
3. Корякин А. И., Федотенко С. М., Жиронкин А. Р. Технология открытой разработки угольных залежей крутого падения с оставлением пород вскрыши в выработанном пространстве // Вопросы проектиро-
вания открытой разработки угольных месторождений: Межвуз. сб. науч. тр. / Кубас. политехи. ин-т. Кемерово, 1990. С. 5-10.
4. Перспективные технологии открытой разработки сложноструктурных угольных месторождений: Учеб. пособие / И. И. Цепилов, А. И. Корякин, В. Ф. Колесников, С. И. Протасов. Кузбас. гос. техн. ун-т. - Кемерово, 2000. - 186 с.
5. Плотников Е. П. Обоснование рациональных областей применения схем вскрытия угольных карьеров при поперечных системах разработки // Автореф. дисс. на соис. уч. степ. канд. техн. наук. КузГТУ, Кемерово, 2001. - 24 с.
6. Селюков А. В. Обоснование высоты бестранспортной зоны при разработке наклонных угольных свит по поперечной системе // Автореф. дисс. на соиск. уч. степ. канд. техн. наук. КузГТУ, Кемерово, 2006. - 17 с.
7. Проноза В. Г. Основные параметры разрезов для разработки открытым способом некоторых перспективных месторождений Кузбасса поперечными системами / В. Г. Проноза, Е. Н. Естифеев // Вестн. Кузбасс. гос. техн. ун-та. Кемерово. 2007. - №5. - с. 33-38.
8. Кузнецов В. И. Управление горными работами на разрезах Кузбасса / В. И. Кузнецов // Кузбассвуз-издат. - Кемерово 1997. - с. 144-151.
□ Авторы статьи:
Проноза Естифеев
Владимир Григорьевич Евгений Николаевич
- докт. техн. наук, проф. каф. - аспирант каф. открытой разра-
открытой разработки месторож- ботки месторождений полезных
дений полезных ископаемых ископаемых
УДК 622.235
С.В. Гришин, С.В.Кокин , А.В.Новиков
ВЫБОР РАЦИОНАЛЬНОГО ВЕСА ПАТРОНА-БОЕВИКА ДЛЯ ИНИЦИИРОВАНИЯ СКВАЖИННЫХ ЗАРЯДОВ НА РАЗРЕЗАХ
В настоящее время заводы, производящие делий, применяющихся в качестве патрона-
средства взрывания, выпускают широкий ассор- боевика, обусловлен необходимостью создания
тимент взрывчатых материалов, которые можно достаточного первоначального импульса для
применять в качестве патронов-боевиков при про- обеспечения устойчивой детонации скважинного
изводстве взрывных работ методом скважинных заряда ВВ.
зарядов на открытых горных работах. Выбор из- ООО «Кузбассразрезуголь-Взрывпром» при
Рис.1. Принципиальная схема расположения оборудования при проведении замера скорости детонации
