Формирование ресурсосберегающих технологий открытой разработки свит крутых и наклонных угольных пластов Коваленко, Владимир Сергеевич

Введение к работе

Актуальность работы. Совершенствование открытого спо-зба угледобычи является главным направлением техниче-<ой политики в сложившейся экономической ситуации и в грнод перехода к устойчивому развитию народного хозяйст-э. При этом главная задача состоит в разработке и реализа-ии новых технологических решений, позволяющих снизить есурсоемкость угледобычи и техногенную нагрузку на окру-:ающую среду. Это позволит поднять конкурентоспособность :ля по отношению к другим энергоносителям, прежде всего углеводородному, расширит рынок сбыта угля, вызвав тем змым подъем уровня его производства, благоприятно ска-;ется на состоянии окружающей среды.

Удовлетворение энергетических нужд России по всем про-газам будет связано с освоением богатых запасов углей в эсточпых районах страны. Одним из крупнейших угольных ассейпов России является Кузнецкий, где основные запасы зісококачесгвенньїх энергетических и коксующихся углей со-эедоточены в свитах пластов крутого и наклонного падения, іежду тем угледобывающим предприятиям при иепользова-;ш традиционных технологий открытой разработки свойст-щна высокая ресурсоемкость открытой угледобычи, кото-ая проявляется прежде всего в себестоимости товарной проекции. Кроме того, это приводит к увеличению площади отымаемых под горные работы земель, зачастую пахотных, зрушенню гидрогеологических и гидрологических режимов эдземных и поверхностных вод, загрязнению атмосферы пы-е- и газообразными вредными выбросами. Все это в совокуп-эсти привело к тому, что создалась реальная угроза необра-імого нарушения экологического равновесия в высокоразви-)м в промышленном отношении регионе. Поэтому дальней-іее развитие действующих угледобывающих предприятий и грспектива освоения новых месторождений Кузбасса в усло-іях ухудшающейся экологической обстановки будут завись от уровня ресурсосбережения применяемых технологий "ледобычн.

Исходя из сказанного решение проблемы ресурсосбереже-ия и охраны окружающей среды при отработке свит пластов "ля наклонного и крутого падения является актуальным и мест большое народнохозяйственное значение.

Целью работы является изыскание новых технологических принципов отработки свит пластов крутого и наклонного падения и разработка на этой основе ресурсосберегающих технологий открытой угледобычи с обоснованием их параметров.

Идея работы состоит в том, что при отработке свит кру-топадающнх и наклонных пластов необходимо и возможно создавать и поддерживать выработанное пространство карьера с параметрами, при которых достигается эффективное его использование для размещения вскрышных пород.

Объект и методы исследований. Научные задачи решены применительно к условиям перспективных месторождений угля восточного района Кузбасса, представленных в основном свитами пластов крутого и наклонного падения. В работе использованы методы технико-экономического анализа, математической статистики, экономико-математического моделирования с использованием современных программных продуктов, теории выбора и принятия решений.

Научные положения, представленные к защите:

1. Решающим фактором повышения эффективности открытой угледобычи является ускоренное вовлечение в производственный процесс техногенного ресурса — выработанного пространства с управляемым его воспроизводством в процессе эксплуатации месторождения. При разработке свит крутых и наклонных пластов выработанное пространство, ранее считавшееся недоступным для размещения вскрышных пород в начальный и основной периоды эксплуатации, может быть эфсктпвно использовано для этой цели путем изменения порядка отработки карьерного поля и целенаправленных действий по управлению, развитием горных работ по глубине карьера и в плане.

2. Возможность более раннего использования выработанного пространства и управления дальнейшим непрерывным воспроизводством этого техногенного ресурса появляется и может реалпзовываться при новых технологиях, основанных на следующих принципах:

ограничение глубины отработки на одном из флангов карьерного поля с вовлечением в эксплуатацию основных запасов полезного ископаемого у противоположного фланга, в т. ч. на глубоких горизонтах, недоступных традиционным технологиям открытой разработки;

относительно интенсивное подвигание фронта горных работ по простиранию залежей и сравнительно небольшие темпы углубкн карьера при соотношении их скоростей і»ф/Г_г = = 12-ь30, что позволяет разместить основной объем вскрышных пород во внутреннем отвале;

управление направлением углубления горных работ в процессе эксплуатации месторождения за счет изменения соотношения между скоростью подвиганий фронта горных работ и темпом углубки карьера на этапах отработки.

3. Выбор местоположения карьера первой очереди и на
правлення развития горных работ при углубочпо-сплошпых
системах разработки должен обосновываться с учетом угле-
насыщенности карьерного поля, режима горных работ, при
емной способности выработанного пространства, расстояния
транспортирования горной массы, суммарного объема вовле
каемых в эксплуатацию запасов полезного ископаемого и эко
логических показателей горного производства.

Рациональному соотношению этих факторов соответствует развитие горных работ с фланга карьерного поля с наименьшей угленасыщенностыо.

4. Установлены закономерности функционирования технологического комплекса при углубочпо-сплошпых системах разработки, на основе которых доказано, что с увеличением глубины горные работы следует развивать при формировании вогнутого продольного профиля дна карьера. Это позволяет свести к минимуму объем законсервированных запасов полезного ископаемого под внутренним отвалом и максимально вовлечь в разработку запасы па глубоких горизонтах, недоступные для открытой разработки традиционными технологиями по экономическим показателям. Кроме того, повышается уровень экологичности разработки.

5. По достижении определенной глубины карьера при смешанной системе разработки дальнейшее ведение горных работ ведется без углубки по сплошной системе разработки. Глубина этого перехода определяется показателем горнотехнических возможностей. Значение показателя должно быть не меньше единицы, что обеспечит функционирование горного предприятия в режиме самофинансирования.

6. Конкретные схемы вскрытия формируют по технологическим зонам с учетом их высоты и положения по глубине карьера. Реформирование схем вскрытия следует производить поэтапно по мере развития горных и отвальных работ. Стационарные трассы не обеспечивают условия для эффективного использования выработанного пространства и карьерного транспорта и не способствуют повышению экологической безопасности производства.

7. Установлены зависимости приемной способности внутреннего отвала, расстояния транспортирования и экологических показателей от высоты ярусов внутреннего отвала. Доказано, что по мере роста глубины карьера высота ярусов должна увеличиваться, составляя на начальных этапах отработки 20—25 м и достигая 30—45 м на последующих этапах эксплуатации. На этапе погашения горных работ она уменьшается до 30—40 м.

8. При углубочно-сплошной системе разработки из-за огрг ничейной приемной способности выработанного пространств от 15 до 33% объема вскрышных пород складируется во вне шние отвалы. Установлено с учетом экологических факторог что при различных объемах отвала существует практическ постоянное рациональное соотношение между параметрам всех его сторон. Это соотношение между высотой отвала і длиной его основания изменяется в зависимости от стоимості отчуждения земель от 1 : 18 до 1 : 22 (среднее 1 :20). Рацио нальное соотношение длины отвала к его ширине зависит о схемы развития отвала: при одностороннем развитии — 1:1 при двухстороннем — 2: 1.

Внешний отвал следует располагать в прибортовой зош карьера и он должен в процессе развития горных работ объе диняться с верхними ярусами внутреннего отвала в еднньп отвальный массив. Такое объединение позволит уменьшиті затраты на огвалыго-рекультивационные работы, снизить зем леемкость горного производства и создать благоприятные ус ловия для их рекультивации.

Обоснованность и достоверность научных положений, вы водов и рекомендаций подтверждаются: достаточной сходимо стыо результатов теоретических исследований с фактическим і данными действующих разрезов; корректным использованиеь-экономико-математических моделей, созданных на основе апробированных аналитических зависимостей при составле нии расчетных алгоритмов; применением для оценки экономической эффективности критериев, длительное время используемых в рыночных экономических системах; положительным эффектом от внедрения результатов работы при проектировании и эксплуатации карьеров.

Научная новизна работы заключается в том, что впервые предложены:

1. Идея, принципы и новые технологические решения по отработке свит пластов крутого и наклонного падения.

2. Новая группа систем разработки в действующей классификации.

3. Разделение систем вскрытия по классификационным признакам при сплошных и углубочно-сплошных системах разработки.

4. Систематизация технологических схем формирования внутреннего отвала.

5. Критерий оценки потенциальных возможностей развития карьера по горнотехническим условиям.

6. Методические принципы и подходы к выбору направления развития горных работ, систем и схем вскрытия рабочих горизонтов, параметров этапов отработки и технологических зон, конечной глубины отработки, главных параметров внут-

реннего і! внешнего отвалов, пропускной и провозной способности транспортных коммуникаций.

7. Технологические параметры углубочио-сплошпых систем разработки, осуществлена их комплексная эколого-экопоми-ческая оценка.

Практическое значение работы заключается в новых технологиях открытых горных работ, методиках по выбору технологических параметров разработки, рациональных параметрах углубочно-силошных систем разработки и области их эффективного применения в условиях перспективных месторождений угля восточного Кузбасса.

Реализация результатов работы. Рекомендации по развитию горных работ, схемам вскрытия рабочих горизонтов и параметрам внутренних отвалов приняты АО «Кузбассгипро-шахт» к использованию при проектировании угольных разрезов Кузбасса. Предложения по порядку отработки разреза «Новоказанский-1» использованы в экспертном заключении ГК «Росуголь» на проект его строительства.

Основные научные положения диссертационной работы включены в учебную дисциплину «Ресурсосбережение и охрана окружающей среды при открытых горных работах» для студентов специальности 09.05 Московского государственного горного университета.

Апробация работы. Результаты исследований докладывались на Всесоюзном совещании по рекультивации (Новосибирск, 1973), Всесоюзном семинаре по «Охране окружающей среды в угольной промышленности» (ВДНХ, 197G), Всесоюзной научно-технической конференции «Экологические проблемы угольной промышленности Кузбасса» (Междуреченск, 1989), Симпозиуме и конференциях МГГУ в рамках «Недели горняка» (Москва, 1995, 1996, 1997).

Публикации. По результатам выполненных в диссертации исследований опубликовано 25 научных работ, в том числе одна монография и 4 авторских свидетельства на изобретения.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав и заключения, изложенных на 3«? f страницах машинописного текста, списка литературы из 173 наименований, /С^рнсунков и J9 таблиц.