Обоснование организационно-технологического решения и рациональной области вскрытия шахтных полей слабонаклонных угольных залежей драглайнами

Актуальность работы. Прогнозируемое увеличение потребления угля определило его добычу и переработку одним из 52 приоритетных направлений развития науки, техники и технологии, отмеченных в докладе президента РФ В. В. Путина 30.03.2002 (Пр-578). Важным шагом на пути реализации поставленной задачи, а так же актуальным вопросом недропользования является повышение полноты и эффективности извлечения полезных ископаемых из недр. Так, в ряде угледобывающих районов (Мосбасс, Кузбасс) распространены маломасштабные запасы представленные, как правило, недоработанными участками шахтных полей, отдельно залегающими небольшими пластами или выходами пластов на дневную поверхность. Относительно малые размеры шахтного поля или высокие значения коэффициента вскрыши не позволяют эффективно отрабатывать их с использованием существующих организационно-технологических решений.

По степени изученности и развитию угледобычи на территории Подмосковного буроугольного бассейна выделяются несколько угленосных районов. Запасы некоторых районов (Центрального, Южного, Боровичско-Валдайского) в силу наиболее благоприятных горно-геологических условий для разработки открытым или подземным способами практически полностью отработаны. В других наиболее разведанных угленосных районах порядка 23−40% разведанных запасов приходится на месторождения с запасами до 11−13 млн. т, залегающие на глубине 30−65 м (Калужско-Сухинический район — более 51 млн. тНелидово-Селижаровский — более 31 млн. тЛьвово-Скопинский — более 74 млн. тКораблинский — более 66 млн. тСафоново-Вяземский — более 30 млн. т). На забалансовые запасы этих районов приходится от 37 до 54% разведанных. При этом порядка 10−24% забалансовых запасов представлены месторождениями с запасами до 11−14 млн. т, более 50% из которых залегают на глубине не превышающей 60 м. Поскольку объем запасов Мосбасса составляет более 3,5 млрд. т, интерес к увеличению объема добычи подмосковного угля отмечен как со стороны потребителей, так и со стороны региональных и федеральных властей, что отражено в «Программе развития Подмосковного угольного бассейна на период до 2010 г.», разработанной с учетом поручений Президента страны от 27.06.2000 № ПР1343 и ПР1346.

Значительная часть запасов Кузбасса представлена горизонтальными и слабонаклонными пластами. Строение пластов отличается геологической нарушенностью, что определяет множество разломов и выходов пластов на дневную поверхность. Не редко такие запасы оказываются в пределах земельных отводов горнодобывающих предприятий на подконтрольных им территориях, но относятся к забалансовым, так как их размеры или их геологическое строение (неправильная конфигурация, изменяющаяся мощность пласта) не позволяют вести их рентабельную отработку открытым или подземным способом, либо вообще не учтены. Отработка таких запасов зачастую осуществляется нелегально. Одной из проблем, вставшей в последнее время в этом регионе (и других регионах с подобными горногеологическими условиями, в частности, в Луганской обл.) является эффективная и контролируемая разработка таких запасов.

Поэтому совершенствование организационно-технологических решений, обеспечивающих эффективную разработку маломасштабных запасов пластовых месторождений, является актуальной научной и практической задачей, имеющей существенное значения для экономики страны.

Целью работы является обоснование организационно-технологического решения и рациональной области вскрытия шахтных полей слабонаклонных угольных залежей драглайнами, обеспечивающих повышение эффективности и полноты извлечения запасов полезных ископаемых из недр при их подземной разработке.

Идея работы заключается в повышении эффективности вскрытия до определенной глубины залегания слабонаклонных угольных залежей для подземной разработки за счет использования драглайнов.

Задачи исследований. Для достижения намеченной цели были поставлены следующие задачи:

1. Исследовать взаимосвязь между параметрами траншеи и типоразмерами драглайнов при организации вскрытия слабонаклонных угольных залежей для подземной разработки и установить область рационального применения разработанного организационно-технологического решения вскрытия шахтных полей драглайнами.

2. Исследовать устойчивое положение рабочих и нерабочих откосов уступов и бортов карьеров и определить рациональные углы откосов бортов траншей, вскрывающих шахтное поле с учетом организационно-технологических факторов, определяющих время открытого положения откосов бортов траншей.

3. Разработать организационно-технологические схемы ведения горностроительных работ при вскрытии шахтных полей траншеями, в зависимости от глубины залегания слабонаклонных угольных залежей.

Основные научные положения, выносимые на защиту:

1. Эффективность организационно-технологического решения вскрытия слабонаклонных угольных залежей при глубине залегания от 15−20 до 60−80 м определяется уровнем затрат с учетом времени горно-строительных работ по проходке вскрывающих траншей и возведением крепи для создания подземных горных выработок по сравнению с традиционным вскрытием при подземном и открытом способах разработки.

2. Вскрытие маломасштабных залежей траншеями для подземной разработки наиболее эффективно драглайнами с емкостью ковшей до 10−11 м3 для шахт с годовой производственной мощностью до 1 млн.т., а так же для шахт мощностью до 2−3 млн.т. при длине разрезных траншей до 1500−1750 м и глубине залегания до 55−60 м. При этом применение для вскрытия залежей л драглайнов с емкостью ковшей от 10−11 до 15−20 м целесообразно при организации шахт производственной мощностью более 2 млн.т. при длине разрезных траншей более 1750 м и глубине вскрытия до 70 м.

3. При организации вскрытия слабонаклонной залежи одним уступом до глубины 40−50 м повышение угла откоса борта траншеи за счет опережения монтажных работ по установке крепи на дне траншеи горно-строительными на срок до 15−25 суток обеспечивает снижение объемов и повышение интенсивности подвигания фронта горно-строительных работ в 1,4−1,5 раза по сравнению с проходкой траншей при длительном сроке открытого стояния.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обеспечивается использованием широкого объема исходной информации, применением современных методов научных исследований и корректным использованием математического аппарата, удовлетворительной сходимостью полученных эмпирических зависимостей с практическими данными в пределах 85%.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Разработано и научно обосновано новое организационно-технологическое решение вскрытия драглайнами шахтных полей слабонаклонных угольных залежей для подземной разработки.

2. Получены эмпирические зависимости темпов подвигания горно-строительных работ и времени проходки вскрывающих траншей от емкости ковша драглайна.

3. Экономически обоснованы рациональные границы глубины заложения вскрывающих траншей для организации подземной разработки слабонаклонных угольных месторождений.

Практическая ценность работы состоит в следующем:

1. Полученные зависимости позволяют определить рациональные типоразмеры драглайнов, обеспечивающих требуемую глубину вскрытия маломасштабных запасов слабонаклонных залежей при установленных углах откосов бортов вскрывающих траншей и различных скорости подвигания фронта горностроительных работ.

2. При организации вскрытия слабонаклонных угольных залежей траншеями с последующим сооружением капитальных подземных горных выработок снижение объемов и повышение скорости горно-строительных работ в 1,4−1,5 раза, по сравнению с проходкой траншей при длительном сроке открытого стояния обеспечивается за счет сокращения периода открытого стояния траншей до 15−25 суток.

3. Разработаны схемы вскрытия траншеями слабонаклонных угольных месторождений для подземной разработки на глубине до 70 м.

4. Определены рациональные границы способов вскрытия слабонаклонных угольных залежей с учетом технологии последующей разработки, величины запасов полезных ископаемых, глубины залегания и сроков проведения горностроительных работ.

Апробация и реализация работы. Основные положения диссертации и результаты исследований докладывались на международных конференциях «Неделя горняка» в Московском государственном горном университете (Москва 2001, 2002 г. г.), научно-технической конференции инженерного факультета Российского университета дружбы народов (Москва 2001, 2002, 2003 г. г.), международной конференции «Развитие идей М. И. Агошкова в области комплексного освоения месторождений полезных ископаемых», ИПКОН, (Москва, 2005 г), на НТС ФГУП «Гипроцветмет» в 2005 г. и опубликованы в 6 статьях.

Результаты исследования приняты к внедрению ФГУП «Гипроцветмет» при проектировании горных предприятий.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4-х глав, заключения и списка использованной литературы из 78 наименований.

Выводы.

Вскрытие шахтного поля траншеями является новым организационно-технологическим решением, обеспечивающим эффективное и интенсивное вскрытие ограниченных запасов шахтного поля пластового месторождения для дальнейшей подземной разработки и повышение полноты извлечения полезных ископаемых из недр. Общий подход и организация работ определяют разнообразие схем вскрытия, возможность применения которых определяется применительно к условиям конкретного месторождения. Разработаны базовые схемы вскрытия шахтных полей траншеями и последовательность эффективного ведения горно-строительных работ. Определены место предложенного организационно-технологического решения среди существующих решений, его структура и эффективность применения. Установлено, что применительно к условиям Ковалинского месторождения величина чистого дисконтированного дохода при вскрытии запасов траншеями сосотавит 16,5 млн руб. по сравнению со вскрытием стволами.

Заключение

.

В диссертационной работе изложено научно обоснованное организационно-технологическое решение вскрытия слабонаклонных угольных залежей драглайнами для подземной разработки полезных ископаемых и определена область его рационального применения, что обеспечивает повышение эффективности и полноты извлечения запасов из недр, имеющих существенное значения для экономики страны.

Основные научные результаты, выводы и практические рекомендации выполненных исследований заключаются в следующем:

1. Установлено, что при организации вскрытия шахтных полей слабонаклонных угольных залежей современными драглайнами для разработки запасов подземным способом предельная глубина вскрывающих траншей составляет в один уступ 40−50 м, а в два уступа — 70 м.

2. Получены аналитические зависимости, позволяющие принять рациональное решение по вскрытию шахтного поля траншеями с учетом организационно-технологических факторов. Установлено, что наибольшее значение дохода при вскрытии запасов для подземной разработки будет получено:

— при использовании драглайнов с емкостью ковшей 10−11 м3 для шахт с годовой производственной мощностью до 1 млн.т., а так же для шахт мощностью до 2−3 млн.т. при длине разрезных траншей до 1500−1750 м и глубине залегания до 55−60 м;

— при использовании драглайна с емкостью ковшей от 10−11 до 15−20 м3 для шахт с годовой мощностью более 2 млн.т. при длине разрезных траншей более 1750 м и глубине вскрытия до 70 м.

3. Установлена целесообразность увеличения угла откоса борта траншей, вскрывающих шахтное поле в песчано-глинистых породах с 35° до 55° при открытом стоянии выработки до 15−25 суток, что обеспечивает снижение объемов и повышение интенсивности подвигания горно-строительных работ в 1,4−1,5 раза по сравнению с проходкой траншей при длительном сроке открытого стояния.

4. Разработаны организационно-технологические схемы вскрытия шахтных полей траншеями для подземной разработки слабонаклонных угольных залежей, обеспечивающие полноту извлечения полезных ископаемых из недр. При этом, сущность технологической схемы подготовки шахтного поля заключается в том, что на дне траншей осуществляется монтаж крепи капитальных подземных горных выработок с последующим восстановлением дневной поверхности и проходки подготовительных и нарезных выработок.

5. Определена область рационального применения траншей при организации вскрытия шахтного поля для подземной разработки запасов и установлено, что минимальная глубина заложения выработок, проводимых драглайном, составляет 15−20 м, а максимальная — 60−80 м.