Совершенствование технологии разработки обводненных буроугольных месторождений дальнего востока
На правах рукописи
Костылев Юрий Владимирович
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ РАЗРАБОТКИ ОБВОДНЕННЫХ БУРОУГОЛЬНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ
ДАЛЬНЕГО ВОСТОКА
Специальность 25.00.22 – Геотехнология (открытая, подземная, строительная)
Автореферат диссертации на соискание ученой
степени кандидата технических наук
Владивосток – 2010
Работа выполнена в ГОУ ВПО «Дальневосточный государственный технический университет (ДВПИ им. В.В. Куйбышева)»
на кафедре открытых горных работ и маркшейдерского дела
Научный руководитель: докт.техн.наук, профессор В.П. Лушпей
Официальные оппоненты: докт.техн.наук, профессор Б.И. Кондырев
канд.техн.наук И.В. Садардинов
Ведущая организация: Дальневосточный научно-исследова-
тельский и проектный институт угля
ОАО «ДальвостНИИпроектуголь»
Защита состоится «___» __________ 2010 года в 14.00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.055.04 при Дальневосточном государственном техническом университете (ДВПИ имени В.В. Куйбышева), 690990, г. Владивосток, ул. Пушкинская, 33, горный институт ДВГТУ, ауд. Г-135.
Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенных печатью, просим направлять в адрес совета. Факс: 8 (4232) 22-82-95.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Дальневосточного государственного технического университета.
Автореферат разослан «____» ____________ 2010 г.
Ученый секретарь
диссертационного совета,
докт.техн.наук В.Н. Макишин
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность работы. Мировое энергопотребление к 2020 году возрастет на 40-45 %, что вызовет необходимость увеличения добычи (производства) всех видов энергоресурсов. Промышленные запасы энергетических углей в России на действующих предприятиях оцениваются в 14,6 млрд. т, из них 44 % каменных и 56% бурых. Прогнозируется, что рост добычи угля в основном будет обеспечен за счет Западной Сибири, Кузбасса, Восточно-Сибирского района и Дальнего Востока.
В связи с этим в отработку вовлекаются сложные по горно-геологическим и гидрогеологическим условиям месторождения, на действующих разрезах увеличиваются глубина разработки, нарушенность пластов, водообильность пород и коэффициент вскрыши; все это выдвинуло проблему обеспечения устойчивости бортов карьеров в ряд крупных народнохозяйственных задач.
Усложнение условий открытой разработки обводненных буроугольных месторождений Дальнего Востока резко повысило актуальность инженерно-геологических аспектов оценки устойчивости бортов карьеров и разработки на этой основе подходов технологического характера, позволяющих снизить негативное воздействие деформаций карьерных откосов на эффективность ведения вскрышных, добычных и отвальных работ.
Целью работы является совершенствование технологии вскрышных и добычных работ в условиях, когда низкая эффективность осушения карьерных полей не обеспечивает необходимой устойчивости прибортовых массивов и требуемой производительности технологических комплексов оборудования.
Идея работы заключается в усовершенствовании технологии вскрышных и добычных работ, позволяющей в условиях недостаточной эффективности работы скважинной системы дренажа и в пиковые периоды по водопритоку в горные выработки достичь требуемой (проектной) производительности выемочно-транспортного оборудования.
Для достижения поставленной цели в диссертационной работе решены следующие задачи:
- Выявлены основные причины оползневых явлений при разработке обводненных буроугольных месторождений Дальнего Востока.
- Проведен анализ эффективности работы осушительных систем на буроугольных разрезах Дальнего Востока.
- Исследовано влияние эффективности осушения водопонижающими скважинами на производительность выемочно-транспортного оборудования.
- Установлены инженерно-геологические и гидрогеологические условия возникновения оползневых явлений на Ерковецком, Павловском и Лучегорских разрезах.
- Разработана классификация месторождений по степени обводненности с учетом характера и источников водопритоков в разрез.
- Проведены экспериментальные исследования устойчивости откосов уступов и отвалов.
- Разработаны и апробированы рекомендации по повышению устойчивости откосов уступов, бортов и отвалов
- Разработаны технологические схемы вскрышных и добычных работ в условиях повышенной обводненности.
- Разработана методика определения рациональных параметров рекомендуемых технологических схем вскрышных и добычных работ в обводненных условиях.
- Произведена оценка экономической эффективности разработанных технологических схем.
Научные положения, выносимые на защиту:
1. Классификация буроугольных месторождений Дальнего Востока по степени обводненности, учитывающая характер водопритоков и основные источники поступления воды в рабочую зону разреза и позволяющая на стадии корректировки рабочих проектов применять усовершенствованные технологические схемы вскрышных и добычных работ в обводненных условиях.
2. Результаты исследования деформаций прибортовых массивов, позволяющие разработать комплекс мероприятий по повышению устойчивости бортов карьеров и откосов отвалов при высоком уровне водопритоков в рабочую зону карьера.
3. Технологические решения, отличающиеся тем, что для производства вскрышных и добычных работ не требуют полного осушения призабойного пространства и обеспечивающие бесперебойную работу выемочно-транспортного оборудования в условиях повышенной обводненности пород.
Обоснованность и достоверность научных положений подтверждается представительным объемом выборки по анализу эффективности осушения и условий возникновения оползневых деформаций, длительным сроком экспериментальных исследований и наблюдений, положительными результатами опытно-промышленного внедрения разработанных рекомендаций.
Научная новизна работы заключается в следующем:
- разработана классификация месторождений Дальнего Востока по степени обводненности, отличающаяся тем, что учитывает характер водопритоков и основные источники поступления воды в разрез;
- установлены закономерности проявления оползневых деформаций, отрицательно сказывающихся на эффективности производства, в зависимости от инженерно-геологических и гидрогеологических факторов, позволяющие разработать рекомендации по повышению устойчивости откосов;
- разработаны технологические схемы добычных работ, отличающиеся тем, что добычной экскаватор типа обратная лопата устанавливается на породах междупластия, либо на кровле пласта, а выемка угля из 1-го прохода производится с верхней погрузкой в средства железнодорожного транспорта, при этом подъездные пути располагаются соответственно либо на породной призме, либо на кровле пласта, что в условиях повышенной обводненности обеспечивает безаварийную и производительную работу выемочно-транспортного звена;
- разработана методика расчета параметров добычного комплекса для условий повышенной обводненности пород, отличающаяся тем, что учитывается разность в уровне размещения выемочно-транспортного оборудования и обводненной зоны угольного пласта;
- разработан способ отработки вскрышных уступов для условий сезонного увеличения водопритоков в горные выработки, отличающийся тем, что полотно под железнодорожные пути формируется по нетронутым породам (целику) рабочей площадки при прямом рабочем ходе экскаватора выше проектной отметки на высоту полотна и одновременно устраиваются водоотводные канавы на поверхности откоса и рабочей площадки уступа, а при обратном ходе экскаватора на рабочей площадке отсыпают поперечные перемычки.
Практическое значение работы заключается в том, что:
- на основе выявленных причин деформаций откосов бортов и отвалов разработан и апробирован комплекс противооползневых мероприятий для условий, когда деформации бортов и откосов отвалов обусловлены повышенным водопритоком в выработанное пространство;
- применение усовершенствованных технологических схем вскрышных и добычных работ позволило повысить производительность выемочно-транспортного оборудования, сохранив при этом проектную скорость подвигания фронта работ, что снизило в свою очередь вероятность возникновения оползневых деформаций рабочего борта карьера и откосов внутренних отвалов.
Реализация выводов и рекомендаций. Полученные рекомендации внедрены в производство на буроугольных разрезах: Ерковецком ОАО «Амурский уголь», «Павловский-2» ОАО «Приморскуголь» и «Лучегорский-1» Лучегорского топливно-энергетического комплекса.
Методы исследований: критический анализ накопленного опыта и обобщение данных научно-технической литературы, методы математической статистики и теории вероятности, экспериментальные и натурные исследования разработанных рекомендаций и технологических схем.
Личный вклад автора заключается в:
- анализе отечественного и зарубежного опыта борьбы с оползнями и мер по повышению устойчивости бортов карьеров и отвалов, а также постановке на этой основе задач исследований;
- анализе инженерно-геологических и гидрогеологических условий буроугольных разрезов Дальнего Востока;
- проведении исследований эффективности работы осушительных систем на различных разрезах Приморья и Амурской области;
- разработке классификации буроугольных месторождений по степени обводненности;
- разработке технологических подходов и непосредственно схем ведения вскрышных и добычных работ в условиях повышенных водопритоков;
- анализе полученных результатов экспериментальных исследований, их интерпретации и руководстве работами по внедрению предложенных технологических схем.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались на научной конференции ДВГТУ «Вологдинские чтения» (г. Владивосток, 1999 г.), I и IV международных конференциях «Проблемы освоения георесурсов Российского Дальнего Востока и стран АТР» (г. Владивосток, 2001, 2006 гг.), международной научной конференции «Проблемы комплексного освоения георесурсов» (г. Хабаровск, 2008, 2009 г.) научно-технических советах ЛуТЭКа (2002-2004 гг.), ОАО «Приморскуголь» (1988-2002, 2006-2008 гг.), ОАО» Амурский уголь» (2004-2007 гг.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 научных работ, из них одна монография и четыре публикации в изданиях, рекомендованных ВАК.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, трех глав, заключения, списка литературы из 100 наименований, содержит 134 страницы машинописного текста, 37 рисунков, 13 таблиц и приложения.
Основное содержание работы
В первой главе «Анализ условий и причин оползневых явлений при разработке угольных месторождений и мер по их предупреждению» рассматриваются проблемы разработки обводненных месторождений, связанные с обеспечением устойчивости бортов и откосов отвалов.
В течение нескольких десятков лет ведущее место в области изучения, оценки и прогнозирования устойчивости карьерных откосов занимают исследования ВНИМИ, проводимые под руководством Г.Л. Фисенко, а затем А.М. Мочалова. Значительный вклад в разработку способов и методов повышения устойчивости внесли Э.Л. Галустьян., Т.К. Пустовойтова, К.Е. Винницкий, А.М. Демин, С.В. Качермазова, Л.С. Козьмин, В.К. Цветков, В.П. Лушпей, В.Ф. Радченко, А.А. Григорьев. Их исследованиями установлено, что в слабых песчано-глинистых обводненных породах важной мерой по предотвращению нарушений устойчивости является организация эффективного дренажа пород.
В этой связи во второй главе «Исследование влияния эффективности работы осушительных систем на устойчивость бортов и откосов отвалов» рассматриваются характеристика дренажной системы и влияние эффективности ее функционирования на производительность выемочно-транспортного оборудования при разработке обводненных буроугольных месторождений Дальнего Востока.
В третьей главе приведены меры технологического характера, позволяющие эффективно вести вскрышные и добычные работы в обводненных условиях. Эти меры связаны с перепуском поверхностных стоков в летний период времени с верхних транспортных уступов на нижние горизонты и оставлением породных целиковых призм для размещения железнодорожного пути на устойчивом основании (разрезы «Лучегорский-1» и «Павловский-2») и усовершенствованием добычного технологического комплекса для условий Ерковецкого месторождения. Кроме того, разработана методика расчета параметров добычного технологического комплекса и приведены результаты опытно-промышленного внедрения разработанных рекомендаций.
Защищаемые положения и их обоснование
Первое положение. Классификация буроугольных месторождений Дальнего Востока по степени обводненности, учитывающая характер водопритоков и основные источники поступления воды в рабочую зону разреза и позволяющая на стадии корректировки рабочих проектов применять усовершенствованные технологические схемы вскрышных и добычных работ в обводненных условиях.
Для условий буроугольных месторождений Дальнего Востока наиболее показательными по обводненности и накопленному опыту осушения, направленного на повышение эффективности разработки обводненных месторождений, являются Бикинское и Павловское месторождения в Приморском крае и Ерковецкое в Амурской области.
Условия устойчивости бортов на Лучегорских разрезах, разрабатывающих Бикинское буроугольное месторождение, сложные, что связано с равнинным рельефом заболоченной поверхности, большим количеством мульдообразно залегающих слоев различных пород и угольных пластов, имеющих слабые контакты и крутое падение на выходах, изменчивостью прочностных и водно-физических свойств пород и значительной глубиной разработки.
В пределах Павловского участка, расположенного в центральной части Павловского буроугольного месторождения и отрабатываемого разрезом «Павловский-2», имеется 12 поднятий. В структурном отношении Павловский участок представляет собой крупную мульду, основными элементами, осложняющими структуру поля, являются поднятия фундамента и разрывные нарушения. На участке установлено 6 тектонических зон шириной от 85 до 450 м. В пределах участка выделяются три основные водоносные комплекса: надугольный (НВК), угольный (УВК) и подугольный (ПВК).
Отработка Ерковецкого буроугольного месторождения производится в особо сложных гидрогеологических условиях. По характеру залегания, составу вмещающих пород, особенностям движения подземных вод и наличию водоупоров на месторождении выделено восемь водоносных горизонтов и комплексов. Развивающиеся на разрезе гидрогеологические и инженерно-геологические процессы – высачивание подземных вод из бортов разреза, вызывающее образование наледей; суффозия; оползни рабочего и нерабочего бортов разреза; инфильтрация откачиваемой воды из водоотводных каналов, стихийно образующихся водоемов на рабочем борту и прудов-отстойников – негативно повлияли на добычу угля на разрезе. Основной причиной неосвоения проектной мощности является весьма высокая обводненность и водопроницаемость вмещающих пород. Фактические водопритоки оказались в 2-2,5 раза выше прогнозных (до 4-6 тыс. м3/час).
Краткая характеристика гидрогеологических условий отработки буроугольных месторождений Дальнего Востока приведена в табл. 1, а сравнительная оценка их обводненности – в табл. 2.
На рис. 1 представлены графики изменения среднемесячных водопритоков в горные выработки разреза «Лучегорский-1» за период 2005-2007 годы, из которого совершенно четко выделяются два годовых пика, приуроченных к апрелю-маю (период снеготаяния), и июлю-августу (период ливневых дождей). Причем характер изменения среднемесячных водопритоков остается одинаковым для всех эксплуатационных участков.
Средний водоприток за период ливневых дождей (июль-август) по своей величине мало отличается от периода снеготаяния за исключением 2006 г. (см. рис. 1). В последующий период (сентябрь-декабрь) средний водоприток уменьшается по сравнению с периодом ливневых дождей в 2,1-3,3 раза в разные годы. Вышеизложенное свидетельствует о том, что основным источником поступления воды в разрез « Лучегорский-1» является поверхностный сток.
Таблица 1
Краткая гидрогеологическая характеристика месторождений
Дальнего Востока
| Месторождение, разрез | Водоносные горизонты (комплексы) | Основные водовмещающие породы | Коэффициент фильтрации, м/сутки | Коэффициент водопроводимости, м2/сутки | |
| Бикинское, Лучегорский-1 | НВК УВК | Гравийно-галечниковые отложения Песчаники, алевролиты | 5,1 – 10,4 До 1,2 | 101 - 208 1 - 34 | |
| Бикинское, Лучегорский-2 | НВК УВК ПВК | Озерно-аллювиальные отложения, галечники Слабосцементированные аргиллиты, углистые аргиллиты, уголь Метаморфизованные кремнисто-глинистые сланцы, песчаники | 1 – 20 0,1 – 0,7 0,08 – 0,13 | 1 - 243 43 0,021 – 0,1 | |
| Павловское, Павловский-2 | НВК УВК ПВК | Песчано-гравийные и гравийно-галечниковые отложения Песчаники, алевролиты, аргиллиты, бурый уголь Гранитоиды, сланцы с прослоями известняков и песчаников | 1,6 – 57,4 0,03 – 7,84 0,009 – 2,95 | 100 – 940 10 – 120 - | |
| Ерковецкое | НВК УВК ПВК | Пески крупно- и среднезернистые, галечники Слабопроницаемый крепкий, хрупкий бурый уголь, углистые глины Плотные и песчаные глины, реже алевролиты | 32- 266 0,034 – 1,06 4 - 22 | 450 – 650 0,10 – 0,29 22 - 472 | |
Как показывает динамика среднемесячных объемов суммарного водоотлива на Ерковецком разрезе в обычные (2003 и 2006 годы) и в год с максимальным количеством осадков (2004 год) характерные сезонные пиковые нагрузки на карьерный водоотлив отсутствуют (рис. 2) и не являются показательными. Это свидетельствует о том, что основным источником водопритока в разрез являются напорные подземные воды и обратная инфильтрация откаченной воды в пруды-отстойники и водоотводные канавы.
Таблица 2
Сравнительная оценка обводненности буроугольных месторождений
Дальнего Востока по состоянию на 01.01.2007 г.
| Разрез, участок | Длина фронта горных работ, м | Годовой объем добычи, тыс. т | Водоприток в разрез, тыс. м3/год | Коэффициент водообильности, м3/т |
| Лучегорский-1 Западный, Восточный № 2 | 2650 2150 2100 | 2494,1 660,9 354,8 | 3359 8460 2288 | 1,35 12,80 6,45 |
| По разрезу | 6900 | 3509,8 | 14107 | 4,02 |
| Лучегорский-2 Северо-Западный | 2300 | 2014,9 | 4850 | 2,41 |
| Павловский № 1 № 2 | 1800 3400 | 1000 2500 | 1724 6111 | 1,72 2,44 |
| По разрезу | 5200 | 3500 | 7895 | 2,26 |
| Северная депрессия | 1060 | 1000 | 1314 | 1,31 |
| Ерковецкий № 1 № 2 № 3 | 2300 3200 2900 | 340 580 830 | 12035 12471 18144 | 35,40 21,50 21,86 |
| По разрезу | 8400 | 1750 | 42650 | 24,37 |
| 2005 г. | 2006 г. | 2007 г. |
Рис. 1. Характер распределения среднемесячных водопритоков
в выработки разреза «Лучегорский-1»
Рис. 2. Динамика среднемесячных водопритоков в последние годы
по разрезу «Ерковецкий»
В связи с вышеизложенным для принятия эффективных технологических решений на стадии эксплуатации месторождений по повышению производительности комплексов оборудования в обводненных условиях необходимо принимать во внимание дополнительные факторы, такие как характер и основные источники водопритоков.
Таким образом, при наличии на рассматриваемых месторождениях практически однотипных водовмещающих пород эффективность дренажа и водопритоки резко отличаются по отдельным разрезам, что объясняется наличием вышеперечисленных осложняющих факторов объективного характера.
Поэтому для принятия эффективных технологических решений на стадии эксплуатации нами разработана классификации буроугольных месторождений Дальнего Востока (табл. 3) по характеру и источникам водопритоков, учитывающая выявленные особенности и отличительные признаки и позволяющая на стадии корректировки рабочих проектов отработки обводненных буроугольных месторождений применять те или иные способы повышения производительности горно-выемочного и транспортного оборудования в обводненных условиях.
Второе положение. Устойчивость откосов бортов и отвалов на буроугольных разрезах Дальнего Востока обусловлена сложными горно-геологическими условиями, низкой эффективностью работы скважинного дренажа, то-есть причинами объективного характера, что требует разработки мер технологического характера, позволяющих достаточно эффективно вести вскрышные и добычные работы при высоком уровне водопритоков в рабочую зону карьера.
Таблица 3
Классификация буроугольных месторождений Дальнего Востока
по степени обводненности
| Тип месторождения | Основные источники водопритоков | Характер водопритоков | Коэффициент водообильности, м3/т |
| Слабо обводненные | Подземные воды, атмосферные осадки | Незначительные сезонные колебания | до 5 |
| Средней степени обводненности | Паводковые и ливневые воды | Сезонный | 5 – 15 |
| Сильно обводненные | Напорные подземные воды, обратная инфильтрация | Стабильно высокий независимо от времени года | Свыше 15 |
Проектами разработки Павловского, Лучегорского и Ерковецкого месторождений предусмотрено предварительное осушение карьерных полей системой водопонижающих скважин. На Павловском месторождении (участки разрезов «Павловский-2» и «Северная депрессия») эффективного снижения водопритоков в горные выработки не достигнуто, работы по предварительному осушению способом водопонижающих скважин прекращены. Основными причинами низкой эффективности системы водопонижающих скважин на месторождении являются: сложная гипсометрия угленосных слоев, обусловленная несколькими поднятиями фундамента, наличие складчатых и разрывных нарушений, линзообразное залегание водоносных слоев, что в значительной степени препятствовало необходимому снижению уровня подземных вод.
В настоящее время находится в рабочем состоянии система водопонижающих скважин на полях разрезов «Лучегорский-2» и «Ерковецкий».
Анализ работы осушительной системы Ерковецкого разреза за 12 лет с момента пуска в эксплуатацию 1-го эксплуатационного участка показывает, что между количеством действующих скважин глубинного дренажа, объемом откачанной из разреза воды и производительностью добычного оборудования существует тесная прямо пропорциональная зависимость. Причем общий объем карьерного водоотлива в меньшей степени определяет производительность добычного оборудования, в большей степени на производительность добычного комплекса влияет объем откачки воды водопонижающими скважинами. Как показывают результаты исследований эффективности осушения карьерного поля, попытки увеличения числа работающих водопонижающих скважин не привели к желаемому результату; доля скважинного водоотлива в общем объеме откачки воды по разрезу снизилась с 41,2 – 45,9 до 13,8 – 24,2 % в период с 1996 по 2004 годы включительно.
На основании многолетних инструментальных наблюдений и анализа случаев деформирования рабочих и нерабочих бортов и откосов отвалов угольных разрезов Приморья за последние 20 лет можно сделать вывод, что причинами деформаций бортов являются обводненность (68,1 %) и подрезка контакта слоистости (63,8 %), причем, как правило, оба фактора присутствуют одновременно. В меньшей степени зафиксированы деформации бортов разрезов по причине различных нарушений проектных параметров и технологии ведения горных работ (20,8 % от общего числа).
Таким образом, основными причинами оползневых явлений на угольных разрезах Приморского края являются:
1. Сложные геологические и гидрогеологические условия.
2. Наличие средних и мелкоамплитудных разрывных нарушений, не выявленных на стадии геолого-разведочных работ.
3. Перемещение фронта горных работ в направлении восстания пластов.
4. Несоблюдение технологии формирования внутренних отвалов.
Третье положение. Технологические решения, отличающиеся тем, что для производства вскрышных и добычных работ не требуют полного осушения призабойного пространства и обеспечивающие бесперебойную работу выемочно-транспортного оборудования в условиях повышенной обводненности пород.
Одним из технологических решений, обеспечивающих безаварийную и производительную работу добычного оборудования, является разработка технологических схем выемки добычной заходки, в которых работа выемочного и горно-транспортного оборудования в обводненных условиях частично или полностью исключена. Для этого рекомендуется отрабатывать заходку экскаватором типа обратная лопата с установкой его на кровле пласта, либо прямой лопатой с удлиненным оборудованием (типа ЭКГ-5АУ или ЭКГ-4У) для обеспечения верхней погрузки с размещением экскаватора на почве пласта. В обоих случаях железнодорожный путь должен располагаться на уровне кровли пласта, что исключает возможность подтопления транспортных коммуникаций и последующее развитие деформационных явлений. При этом заходка по углю отрабатывается за два-три прохода экскаватора в зависимости от ширины заходки А и вынимаемой мощности пласта.
Сущность разработанной технологии заключается в том, что за первый проход добычного экскаватора ЭКГ-5АУ уголь грузится в средства железнодорожного транспорта, расположенного на кровле пласта второго прохода. Одновременно этим же экскаватором по мере подвигания угольного забоя первого прохода производится отсыпка земляной насыпи под железнодорожный путь из пород нижнего яруса внутреннего отвала. Высота породной насыпи должна быть на уровне кровли угольного пласта. На вновь отстроенное земляное полотно производится переукладка железнодорожного пути, на который грузится уголь при выемке угля экскаватором второго прохода. При использовании экскаватора типа обратная лопата (например, Caterpillar-375L) выемка добычной заходки большей ширины (до 50 м) может производиться за три-четыре прохода экскаватора (рис. 3).
Рис. 3. Технологическая схема выемки угля за четыре прохода экскаватора (А = 50 м)
Поскольку на Ерковецком разрезе условия отработки пластов на эксплуатационных участках разные (на участках №№ 1 и 2 в отработке находятся сближенные пласты I и Iа с мощностью внутренней вскрыши до 2 м, а на участке № 3 в отработку попадает только пласт I) нами разработаны для этих условий оптимальные параметры добычного комплекса (табл. 4).
Таблица 4
Рекомендуемые параметры системы разработки на добычном комплексе
| Условия разработки | Рекомендуемые параметры системы разработки | |||||
| Вынимаемая мощность пласта, м | Ширина заходки, м | Количество проходов экскаватора | Ширина прохода, м | Высота породной насыпи, м | ||
| I | II | III | ||||
| 4,6 6,5 6,5 | 40 45 50 | 2 3 3 | 18 18 16 | 22 18 18 | - 9 16 | 4,6 3,0 6,5 |
Опыт применения указанных технологических схем добычных работ на 2-ом и 3-ем эксплуатационных участках показал, что производительность выемочного оборудования повышается на 15 – 20 %, а непроизводительные простои добычных экскаваторов снижаются на 20 - 25 %.При разработке пласта сложного строения (две пачки, мощность пород междупластия и верхней пачки практически одинаковы) добычной экскаватор типа обратная лопата устанавливается на породах междупластия.
При этом ширина первого прохода
АI = (Т + Тctgп)hн/ hп.кр, м,
где Т – ширина породной призмы по верху, обеспечивающая размещение транспортной полосы и безопасную эксплуатацию средств железнодорожного транспорта;
п – угол откоса породной призмы, град.;
hн – мощность нижней пачки угля, м;
hп – мощность породного прослойка, м;
кр – коэффициент разрыхления.
Длина криволинейного и наклонного участка железнодорожных путей с угольного целика на породную призму участка определяется величиной руководящего уклона iр и разницей в отметках кровли пласта и верхней площадки породной призмы m - hп, т. е.
Lн = (m - hп)/ iр.
Как видно из расчетной схемы (рис. 4) объем породной призмы, укладываемой добычным экскаватором, складывается из двух объемов:
V1 = V1 + Vд, м3.
Объем исходной породной призмы на 1 м длины фронта, оставляемой до уровня кровли пласта при переэкскавации составляет
V1 = [П + 0,5m(ctg + ctg)].m, м3.
Очевидно, что этого объема породы недостаточно для полного заполнения требуемого объема Vп, поскольку П < Т. В данном случае требуется дополнительный слой отвальной породы высотой hх и объемом Vд, оставляемый нетронутым при переэкскавации отвальных пород.
Рис. 4. Расчетная схема к определению параметров технологической схемы
Отсюда следует, что высота слоя hх будет определяться разностью Т – П и составит
hх = (Т – П).m/bх, м,
где bх = П + 2m.ctg.
окончательно ширина 1-го прохода добычного экскаватора
АI = АIо - bх, а ширина 2-го прохода АII = А - АI
Подобное технологическое решение кроме снижения непроизводительных переходов при выемке угля 1-го прохода экскаватора имеет ряд дополнительных преимуществ:
- скорости подвигания забоев при выемке угля в обоих проходах выравниваются, что упрощает организацию добычных работ;
- снижается коэффициент переэкскавации;
Рекомендуемая технология отработки вскрышных уступов в обводненных условиях заключается в следующем. Отработку каждой заходки осуществляют в два прохода экскаватора. При прямом ходе экскаватора (например ЭКГ-8И) отработку вскрышного уступа производят выше проектной отметки на величину, равную высоте земляного полотна (до 1,5 м), сооружаемого известным способом. По мере подвигания забоя при выемке целика породы по длине заходки на поверхности вновь образованного откоса вскрышного уступа и рабочей площадки с интервалом, равным (10 15) Ну, ковшом экскаватора готовят водоотводные канавы 1 (рис. 5). На рабочей площадке такие канавы устраивают на участке длиной не более половины ширины заходки. В местах пересечения водоотводных канав 1 с вновь сооружаемым железнодорожным путем укладывают дренажные устройства 2 (металлические трубы, лотки и т.п.), которые переносятся при переустановке железнодорожного пути с предыдущей заходки. Железнодорожный путь укладывают на целиковую породную призму, а у нижней бровки вскрышного уступа проводят водоотводную канавку 3.
Рис. 5. Технологическая схема отработки обводненного вскрышного уступа
при прямом ходе экскаватора
В процессе проведения опытно работ и последующего внедрения разработанной технологии на участке № 1 (ныне разрез «Восточный») разреза «Лучегорский-1» экспериментальным путем получено оптимальное расстояние между поперечными канавками (100-120 м), обеспечивающее минимальное значение коэффициента снижения производительности вскрышного экскаватора и максимальную пропускную способность дренажной системы.
Эффективность апробированных технических решений по повышению эффективности работы вскрышного комплекса оборудования наглядно иллюстрируется графиками зависимости месячных объемов железнодорожной вскрыши в разные периоды эксплуатации разреза «Лучегорский-1» при неизменном количестве экскаваторов на транспортных горизонтах (рис. 6).
Экономическая эффективность применения разработанных технологических схем составляет 1225 тыс. руб./год в ценах 2006 года по Ерковецкому разрезу и 32660 руб./год в ценах 1986 года по Лучегорскому разрезу.
Рис. 6. Динамика месячных объемов железнодорожной вскрыши (тыс. м3) в годы
с максимальными ливневыми водопритоками до внедрения новых технических решений (сплошные линии) и после него (пунктирные линии)
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В диссертационной работе изложены научно обоснованные технические и технологические решения – технологические схемы ведения вскрышных и добычных работ в обводненных условиях, комплекс противооползневых мероприятий, имеющие существенное значение для развития технологии открытых горных работ в сложных горно-геологических условиях и обеспечивающие более безопасную и эффективную разработку обводненных буроугольных месторождений.
Основные выводы, научные и практические результаты работы заключаются в следующем:
1. Установлены инженерно-геологические и гидрогеологические условия возникновения оползневых деформаций на буроугольных месторождениях Дальнего Востока, значительно снижающие эффективность ведения вскрышных и добычных работ;
2. Оценено влияние эффективности работы осушительной системы на производительность технологических комплексов оборудования для различных инженерно-геологических и гидрогеологических условий;
3. Разработана классификация буроугольных месторождений Дальнего Востока по степени обводненности, учитыващая характер водопритоков и основные источники поступления воды в разрез и позволяющая на стадии корректировки рабочих проектов отработки обводненных буроугольных месторождений применять те или иные способы повышения производительности горно-выемочного и транспортного оборудования в условиях повышенных водопритоков;
4. Выделены три группы причин возникновения оползневых явлений и установлена степень значимости каждой для месторождений с различной степенью обводненности.
5. Получены закономерности проявления оползневых деформаций, отрицательно сказывающихся на эффективности производства, в зависимости от инженерно-геологических и гидрогеологических факторов, позволяющие разработать рекомендации по повышению устойчивости откосов;
6. Разработан и апробирован комплекс противооползневых мероприятий для условий, когда деформации обусловлены повышенным водопритоком в горные выработки;
7. Усовершенствованы технологические схемы вскрышных и добычных работ; их внедрение позволило повысить производительность выемочно-транспортного оборудования, сохранив при этом проектную скорость подвигания фронта работ, что снизило в свою очередь вероятность возникновения оползневых деформаций рабочего борта карьера и откосов внутренних отвалов. Применение разработанных рекомендаций в промышленном объеме позволило увеличить нагрузку на добычной экскаватор на 12-20% на Ерковецком разрезе и сохранить производительность вскрышного комплекса в период паводковых стоков и ливневых осадков на уровне достигнутых в зимний период времени на разрезах «Лучегорский-1» и «Павловский-2»;
8. Разработана методика расчета параметров добычного комплекса для условий повышенной обводненности пород и экспериментальным путем установлены оптимальные параметры дренажной системы для экскаваторно-железнодорожно-отвального технологического комплекса оборудования;
9. Произведена экономическая оценка эффективности применения разработанных технологических схем; экономический эффект составляет 1225 тыс. руб./год в ценах 2006 года по Ерковецкому разрезу и 32660 руб./год в ценах 1986 года по Лучегорскому разрезу.
Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:
1. Лушпей В.П., Григорьев А.А., Костылев Ю.В. Расчет параметров добычного технологического комплекса для обводненных условий. Изв. вузов. Горный журнал. 2007, № 5. С. 25-29.
2. Костылев Ю.В. Характер и причины деформаций на буроугольных разрезах Приморья. Изв. вузов. Горный журнал. 2007, № 8. С. 8-10.
3. Григорьев А.А., Лушпей В.П., Cвистун Ю.А., Костылев Ю.В. Особенности управления устойчивостью откосов в сложных горно-геологических условиях. /В кн. «Дальний Восток-2: Отдельный выпуск Горного информационно-аналитического бюллетеня. - 2007. № ОВ 15. – М.: Изд-во «Мир горной книги». C. 154-165.
4. Лушпей В.П., Григорьев А.А., Костылев Ю.В. Совершенствование технологии вскрышных и добычных работ в обводненных условиях / В кн. «Дальний Восток-3: Отдельный выпуск Горного информационно-аналитического бюллетеня. - 2007. № ОВ 16. – М.: Изд-во «Мир горной книги». C. 131-141.
5. Устойчивость бортов на угольных разрезах Дальнего Востока (теория и практика): учеб. пособие / А.А. Григорьев, В.П. Лушпей, Ю.А. Васянович, Ю.В. Костылев, В.Ю. Васянович / под ред. В.П. Лушпея. – Владивосток: Изд-во ДВГТУ, 2007. - 116 с.
6. Разработка обводненных буроугольных месторождений Дальнего Востока открытым способом: монография / В.П. Лушпей, А.А. Григорьев, Ю.В. Костылев/ под общей редакцией В.П. Лушпея; Дальневосточный государственный технический университет. – Владивосток: Изд-во ДВГТУ, 2008. – 100 с.
7. Авт свид. № 994732. Способ отработки вскрышных уступов в обводненных условиях / Н.П. Колесников, С.Б. Липский, В.И. Новоградский, Ю.В. Костылев, И.Г. Татюшев, В.Г. Киселев, А.И. Матанцев, М.А. Кулинич. Бюлл. № 5, опубл. 07.02.83.
8. Григорьев А.А., Костылев Ю.В., Мицкевич В.А. Оптимальные параметры бортов и уступов разреза «Новопокровский». / Мат. Конф. ДВГТУ «Вологдинские чтения». – Владивосток: Изд-во ДВГТУ, 1999. С. 18-19.
9. Григорьев А.А., Костылев Ю.В., Мицкевич В.А. О возможности создания в Партизанском каменноугольном бассейне предприятия по добыче угля открытым способом. / В сб. «Проблемы геологии, разведки и разработки месторождений полезных ископаемых Дальнего Востока. – Владивосток: Изд-во ДВГТУ, 1999. – С. 69-72.
10. Григорьев А.А., Мицкевич В.А., Костылев Ю.В. Вопросы обеспечения устойчивости отвалов и бортов «Малых разрезов» со сложными горно-геологическими условиями./ Мат. Первой междун. научн. конф. «Проблемы освоения георесурсов Российского Дальнего Востока и стран АТР». – Владивосток: Изд-во ДВГТУ, 2001. – С. 55-59.
11. Григорьев А.А., Лушпей В.П., Костылев Ю.В. Характер и причины деформационных явлений на буроугольных разрезах Приморья. Материалы IV межд. науч. конф. 22-23 сент. 2006 г.) Проблемы освоения георесурсов Российского Дальнего Востока и стран АТР».- Владивосток: Изд-во ДВГТУ, 2007. с. 128-133.
12. Лушпей В.П., Григорьев А.А., Костылев Ю.В. Пути повышения эффективности разработки Ерковецкого буроугольного месторождения. Материалы IV межд. науч. конф. 22-23 сент. 2006 г.) Проблемы освоения георесурсов Российского Дальнего Востока и стран АТР».- Владивосток: Изд-во ДВГТУ, 2007. с. 122-127.
