Обоснование параметров бестранспортной технологии ведения открытых горных работ на полях ликвидированных шахт

Макаров, Владимир Николаевич

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Обоснование параметров бестранспортной технологии ведения открытых горных работ на полях ликвидированных шахт
ВАК РФ 25.00.22, Геотехнология(подземная, открытая и строительная)

Автореферат диссертации по теме "Обоснование параметров бестранспортной технологии ведения открытых горных работ на полях ликвидированных шахт"

На правах рукописи ■ £

МАКАРОВ ВЛАДИМИР НИКОЛАЕВИЧ

ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ БЕСТРАНСПОРТНОЙ ТЕХНОЛОГИИ ВЕДЕНИЯ ОТКРЫТЫХ ГОРНЫХ РАБОТ НА ПОЛЯХ ЛИКВИДИРОВАННЫХ ШАХТ

Специальность - "25.00.22 Геотехнология (подземная, открытая и строительная)"

Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

6 ИЮН ¿013

005061023

Кемерово 2013

005061023

Работа выполнена на кафедре открытые горные работы Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Кузбасский государственный технический университет имени Т.Ф. Горбачёва».

Научный руководитель - Селкжов Алексей Владимирович

кандидат технических наук, доцент

Официальные оппоненты: Косолапов Александр Иннокентьевич,

доктор технических наук, профессор Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Сибирский Федеральный университет», заведующий кафедрой «Открытые горные работы»

Гвоздкова Татьяна Николаевна

кандидат технических наук, доцент

филиал Федерального государственного бюджетного

образовательного учреждения высшего

профессионального образования «Кузбасский

государственный технический университет

имени Т.Ф. Горбачева» в г.Междуреченске, директор

Ведущая организация - ООО «Сибгеопроект»

Защита диссертации состоится 20 июня 2013г. в 13.00 часов на заседании совета по защите диссертаций на соискание ученой степени кандидата наук, на соискание ученой степени доктора наук Д 212.102.02 в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Кузбасский государственный технический университет имени Т.Ф. Горбачёва» по адресу: 650000, г. Кемерово, ул. Весенняя, 28., е-таП; knzstu@kuzstu.ru.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Кузбасский государственный технический университет имени Т.Ф. Горбачёва».

Автореферат разослан 20 мая 2013г.

Ученый секретарь диссертационного совета

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. По России преимущественно угольные месторождения представлены наклонными и крутыми пластами угля.

Например, на угольных месторождениях Прокопьевско-Киселевского района разместились поля более 29 шахт, с общими запасами свыше 40 млн.т. Многие из них в настоящее время ликвидированы. Верхние горизонты шахтных полей, особенно старых шахт, отработаны подземным способом с большими потерями (до 50-60 %).

Оставшиеся запасы угля на этих горизонтах шахтных полей со временем начинают самовозгораться, создавая опасную экологическую обстановку для окружающей природной среды и жителей ближайших поселков. Кроме этого, создается непригодный для освоения ландшафт, характеризующийся провалами, трещинами и просадками.

В настоящее время на полях действующих и ликвидированных шахт работают участки открытых работ. Однако, принятая на них технология не соответствует экологическим требованиям, отсутствуют научные рекомендации по технологии ведения открытых горных работ в опасных зонах шахтных полей, нет обоснования граничных контуров открытых горных работ.

Характерной особенностью отработанных шахтных полей является на-рушенность горного массива и отсутствие концентрированных запасов угля в их границах. По сути, запасы угля представлены в виде фрагментарных объемов из предохранительных целиков и некондиционных запасов в местах геологических нарушений. Ограниченность шахтных полей в плане различными объектами инфраструктуры предъявляет особые требования к ведению горных работ.

В этих условиях не представляется возможным применять классические системы разработки и технологии. Это предопределяет необходимость разработки новых технологических решений.

Поэтому научные исследования по обоснованию технологии извлечения оставшихся запасов после подземной разработки наклонных и крутопадающих угольных месторождений с одновременной рекультивацией нарушенных земель являются актуальными.

Работа выполнена в соответствии с тематическими планами Кузбасского государственного технического университета и ЗАО «Стройсервис», по теме «Обоснование технологии ведения открытых горных работ на полях ликвидированных шахт Прокопьевско-Киселевского района», регистрационный номер НИР №143-2008.

Объект исследования - шахтные поля с запасами угольных пластов наклонного и крутого залегания, оставшимися после подземных горных работ.

Предмет исследования - бестранспортная технология ведения открытых горных работ на полях ликвидированных шахт.

Цель работы заключается в обосновании параметров бестранспортной технологии ведения открытых горных работ на участках ликвидированных шахт, обеспечивающей полноту извлечения полезного ископаемого в пределах бестранспортной рабочей зоны.

Идея работы заключается в использовании комплекса научных и технических решений по производству горных работ в породоугольном массиве при поперечной сплошной однобортовой системе разработки с использованием бестранспортной технологии. Задачи исследований:

- обосновать рациональный вид системы разработки участков ликвидированных шахт, который обеспечивает повышение эффективности открытой угледобычи;

- обосновать параметры технологии ведения горных работ при использовании экскаваторно-отвального техкомплекса;

- обосновать высоту бестранспортной рабочей зоны на ликвидированных участках шахтных полей.

Методы исследований. Для решения поставленных в работе задач использован комплекс методов, включающий: системный анализ фактических и проектных данных, информации в научно-технической литературе для выявления актуальности вопроса; аналитический и графоаналитический методы для обоснования параметров технологических схем ведения горных работ и обоснования высоты бестранспортной зоны; натурные наблюдения за ведением открытых горных работ на полях ликвидированных шахт, технико-экономический анализ.

Основные научные положения, выносимые на защиту:

- на участках ликвидированных шахт решающим фактором повышения эффективности ведения горных работ является использование системы разработки, при которой возможно максимальное долевое участие внутреннего отвалообразования, включающей снижение землеемкости в 1,5-2 раза;

- отработку породоугольного массива целесообразно производить подусту-пами в нисходящем порядке при опережающей выемке угля слоями высотой 4-4,5 метров экскаваторами типа обратной гидравлической лопаты, в увязке с перемещением вскрышных пород в отвал драглайном;

- высота бестранспортной рабочей зоны при открытой разработке ликвидированных участков шахтных полей изменяется в диапазоне 22-35 метров, что определяется параметрами схемы экскавации при использовании различных моделей драглайнов;

Научная повизна работы заключается: - в научном обосновании целесообразного вида системы открытой разработки участков полей ликвидированных шахт, обеспечивающей повышение эффективности открытых горных работ;

- в определении параметров схемы экскавации породоугольного массива на полях ликвидированных шахт при использовании экскаваторно-отвального технологического комплекса;

- в обосновании высоты бестранспортной рабочей зоны при поперечной сплошной однобортовой системе разработай участков ликвидированных шахт;

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается-' непротиворечивостью полученных результатов с ранее выполненными работами; корректностью применения графоаналитических методов определения показателей и параметров бестранспортных технологических схем; необходимым и достаточным количеством выполненных расчетов; положительными результатами отработки верхних горизонтов шахтных полей Прокопьевско-Киселевского района в процессе внедрения результатов исследований.

Личный вклад автора заключается:

в научном обобщении опыта ведения открытых горных работ на полях ликвидированных шахт;

- в установлении рациональных параметров бестранспортной разработки породоугольного массива при поперечном развитии фронта горных работ;

- в проведении натурных наблюдений за ведением открытых горных работ на полях ликвидированных шахт и обработке полученных данных;

- в обосновании диапазона высоты бестранспортной рабочей открытых горных работ на полях ликвидированных шахт.

Научное значение работы состоит в установлении новых закономерностей, позволяющих обосновать область применения бестранспортной технологии в условиях формирования поперечного фронта открытых горных работ на полях ликвидированных шахт.

Практическая ценность работы состоит в том, что ее результаты позволяют обоснованно производить проектирование бестранспортных технологических схем с различными сочетаниями при поперечной сплошной однобортовой системе разработки участков ликвидированных шахт.

Отличие от результатов других авторов заключается в обосновании и внедрении рациональных параметров технологических схем при использовании экскаваторно-отвального техкомплекса при поперечной сплошной однобортовой системе разработки ликвидированных участков шахт.

Реализация результатов работы. Результаты работы и ее отдельные части использовались в ООО «Кузнецкой проектной компании» при составлении проектной документации по разрезу «Северный Маганак»; в учебном процессе КузГТУ при чтении лекций, проведении практических занятий по дисциплине "Ресурсосберегающие технологии", а также при дипломном проектировании по специальности "Открытые горные работы".

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались в МГГУ на Неделе горняка (Москва, 2009г), на II Международной научно-практической конференции "Инновации - основа комплексного развития угольной промышленности в регионах России и странах СНГ" (17 апреля 2009г., г.Прокопьевск); на 55 научно-технической конференции студентов, аспирантов и профессорско-преподавательского состава КузГТУ (2010г., г.Кемерово).

Публикации по результатам выполненных исследований опубликовано 9 печатных работ, включая монографию и 3 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и изложена на 131 страницах, содержит 45 иллюстраций, 11 таблиц, и список использованной литературы из 90 наименований. Автор выражает особую признательность: Корякину А.И., д.т.н., проф., Колесникову В.Ф., д.т.н., проф, Ташкинову А.С. д.т.н., проф. - за постоянное внимание к работе, а также коллективу кафедры "Открытые горные работы" КузГТУ за оказанную помощь при выполнении работы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе диссертации выполнен обзор и анализ состояния вопроса ведения открытых горных работ на полях ликвидированных шахт, расположенных на территории России.

Всего на шахтных полях, например Прокопьевско-Киселевского района выявлено 29 участков открытой угледобычи с общим запасом 45млн.т, из них примерно в равном соотношении имеют действующие участки открытых горных работ или в перспективе пригодны к отработке открытым способом.

Как показывает анализ данных, представленных в проектной документации по участкам открытых горных работ, запасы угля, оставшиеся в недрах после подземной разработки, рассредоточены в виде целиков: целики под здания и сооружения; под околоствольный двор, под скиповой, породо-угольный и клетьевой стволы; под транспортные и энергетические коммуникации; целики, оставленные по простиранию угольного пласта между проходками щита и др. К тому же положение оставшихся запасов в породо-угольном массиве на отдельных ликвидированных участках шахтного поля носит случайный характер.

Анализ фактических данных показывает, что средний коэффициент вскрыши изменяется от 7,5 до 32,3 м3/т. При сопоставлении этих данных с данными разрезов УК «Кузбассразрезуголь» можно сделать вывод, что максимальное значение коэффициента вскрыши в 3-4 раза превышает значения средних коэффициентов вскрыши на разрезах УК «Кузбассразрезуголь».

Это свидетельствует о необходимости разработки эффективного технологического подхода к ведению открытой угледобычи на отработанных

шахтных полях. По сути, речь идет о повторной отработке верхних горизонтов шахтных полей открытым способом.

К тому же, оставшиеся запасы угля необходимо извлекать, что и отмечено в работах профессора Ю.А. Рыжкова.

В связи с вышеперечисленным проанализированы труды отечественных ученых-горняков в области применения бестранспортной технологии, поперечных систем разработки наклонных и крутых угольных свит. Среди них работы B.C. Вагоровского, Т.Н. Гвоздковой, В.А. Ермолаева, A.B. Калинина, О.Б. Кортелева, А.И. Корякина, B.C. Коваленко, А.И. Косолапова, Б.Н. Лоханова, П.П. Меныпонка, В.В. Михальченко, В.Г. Пронозы, В.В. Ржевского, A.B. Селюкова, П.И. Томакова, Е.Ф. Шешко и др.

Открытая разработка погашенных горизонтов шахтных полей с использованием транспортной технологии при поперечной углубочно-сплошной системе разработай рассмотрена в трудах профессора В.Ф. Колесникова.

Однако, как показал анализ научно-технической литературы, применение бестранспортной технологии при поперечной однобортовой системе разработки участков ливидированных шахт остается малоизученным.

На основе обзора и анализа работ сформулированы выводы и поставлены задачи исследования.

Во второй главе предложены решения по выбору рационального вида системы разработки участков ликвидированных шахт, которая обеспечивает повышение эффективности открытой угледобычи и разработаны технологические схемы ведения вскрышных и добычных работ.

Ограниченность шахтных полей в плане различными объектами инфраструктуры предъявляет особые требования к ведению горных работ. В настоящее время часть таких участков отрабатывается по углубочной продольной системе разработки (УЖ), УПД - по класс, акад. В.В. Ржевского).

Как известно из практики ведения горных работ, продольная система разработки в условиях сложноструктурных месторождений приводит к снижению эффективности открытого способа угледобычи: необходимость размещения всех пород вскрыши на внешних отвалах влечет за собой увеличение землеемкости. Перемещение огромных объемов вскрыши на внешние отвалы, расположенные, как правило, на значительном расстоянии от забоев сопровождается ростом количества транспортных средств и невозможностью применения бестранспортного перемещения пород в выработанное пространство.

Для устранения этих явлений возникает необходимость в извлечении остаточных запасов шахтных полей путем сплошной их отработки открытым способом по технологии с внутренним отвалообразованием и рекультивацией вслед за подвиганием фронта горных работ. К числу таких технологий относится сплошная поперечная однобортовая система разработки наклонных и крутых залежей (СПО, рис.1).

Сущность поперечной сплошной системы разработки с созданием

карьера первой очереди заключается в следующем. В одном из торцов залежи сооружают первоначальную горную выработку на проектную глубину -емкость для размещения внутреннего отвала (рис. 1 ,а). Емкость сооружают с формированием нерабочих бортов в торцевой и боковых частях карьерного поля, а с противоположной торцевому борту формируют рабочий борт. ч ^ внешний отвал

а)

А \ / /

\ ^ /-> г

Нк \ / /

\ \ / /

б)

> \ /1

\ : . \ /- >>

Нк \ \ / /

1 \ \ / /

Рис.1. Поперечная сплошная однобортовая система разработки (продольное сечение карьерного поля): а) подготовка выработки под внутренний отвал; б) отработка основной части карьерного поля с внутреннем отвалооб-разованием. Где Нк-глубина карьера.

Отработку оставшейся части залежи по простиранию (показано стрелочками на рисунке) производят с размещением пород вскрыши в выработанном пространстве (рис. 1,6). Рассмотрим влияние двух вышеперечисленных видов систем разработки на формирование некоторых показателей ведения горных работ на примере разреза "Северный Маганак" (рис 2,а,б,в).

В качестве базовой основы для расчета использованы методики, приведенные в работах МГГУ (г.Москва) и Кузнецкого филиала НИИОГРа (г.Кемерово).

* а

« о „ .

о о Л я!

й 0 ' У н

е а § 2

внешнее

внутренее (при отработке у основной части ' карьерногоголя)

внешнее (при создании , выработки под ' внутрений отвал)

вид системы

УПО, УВД

сю

разраоотки

б)

В)

11 &

(н

н о о

и «

а> со

1 -

транспортная вскрыша

при создании выработки / под внутрений отвал (транспортная вскрыша)

при отработке основной части карьерного поля (бестранспортная вскрыша)

вид системы

УПО, УПД

СПО

разработки

вид системы

УПО, УПД

СПО разработки

Рис. 2. Графики зависимости долевого участия внешнего и внутреннего отвалообразования от вида системы разработки (а), от дальности перемещения вскрышных пород (б), от землеемкости (в).

Как видно из рис.2, за весь срок эксплуатации разреза "Северный Ма-ганак" вся вскрышная порода при продольной системе разработки полностью из контуров карьерного поля перевозится на внешний отвал с дальностью транспортирования 2 км. Так, в качестве преимущественного способа разработки, если бы этот разрез разрабатывался с применением СПО и бестранспортной технологией, то около 10-15% вскрышных пород из контуров карьера вывозилось бы на внешний отвал в период создания емкости под внутренний отвал, а затем при переходе на внутреннее отвалобразование (доля 8090%) дальность перемещения вскрыши из забоя в отвал сократилась бы до нескольких сотен метров, и в конечном итоге все это приводит к сокращению земель, занимаемых карьером и внешним отвалом в два раза.

Таким образом, использование поперечной сплошной системы разра-

ботки с бестранспортной технологией наиболее полно отвечает условиям ведения открытых горных работ в Прокопьевско-Киселевском районе.

В третьей главе разработаны технологические схемы ведения вскрышных и добычных работ и обоснованы их параметры.

Как сказано в работах посвященных поперечным системам разработки забойная и отвальная стороны имеют жесткую взаимосвязь (рис.3).

Рис. 3. Бестранспортная технологическая схема с расчетными параметрами взаимоувязки забойной и отвальной сторон.

На рис. 3 И.®™ - радиус черпания шагающего экскаватора, м; п -

количество отрабатываемых подуступов, м; Нпу - высота подуступа, м; Втп

- ширина транспортной полосы для сквозного проезда автосамосвалов, м; в

- берма безопасности на подуступе, м, ру - угол устойчивого откоса, град.;

¡3 - угол временного стояния откоса, град.; А - ширина панели гидравлического экскаватора по выемке угольных пластов (целиков), м; Нуэ - высота установки шагающего экскаватора в отвальной зоне, м; Р0 - угол естественного откоса отвала, град.; вд - берма безопасности на отвальной площадке установки драглайна, м. роу - угол устойчивого откоса отвала, град.

При такой конструкции технологической схемы предлагается в качестве синхронизации вскрышных и добычных работ следующее. В первую очередь вынимаются по опережающей схеме угольные пласты (экскаватором типа ЭГО), а затем после их выемки породоугольная заходка трансформируется в так называемую безугольную зону, которая отрабатывается по бестранспортной технологии (экскаватор типа ЭШ) (рис. 4).

Автотранспорт

Рис. 4. Бестранспортная технология ведения горных работ в породоугольном массиве ликвидированных участков шахтных полей.

Отрабатываемый слой породоугольного массива по глубине делится на подуступы высотой, равной рабочей глубине черпания гидравлического экскаватора. Согласно Стрельникову А.В., рекомендованная глубина черпания обратной гидравлической лопаты не должна превышать при отработке угле-насыщенных зон 4-4,5 метров. Первоначально производится отработка верхнего подуступа на ширину экскаваторной заходки гидравлического экскаватора обратной лопатой. Для этого по всей длине поперечного фронта работ производится рыхление вмещающих пород с помощью буровзрывных работ со сбросом пород на нижележащие подуступы. После этого осуществляется выемка оставшихся целиков угля гидравлическим экскаватором типа обратной лопатой на глубину, равную высоте подуступа с погрузкой в автотранспорт. Оставшаяся после этого вскрышная порода шагающим экскаватором типа драглайн перемещается к нижней бровке нижнего подуступа с последующей экскавацией в нижний отвальный ярус, формируя трассу для своего перемещения. Технология ведения горных работ, осуществляется в четыре этапе. На первом этапе драглайн устанавливается на верхней площадке нижнего отвального яруса и убирает остатки породных междупластий, частично заполняя отвальный ярус 1. Вторым этапом производится разработка подуступа 2. Часть породы с подуступов 1 и 2 (в результате взрывного смещения) ссыпается вниз к первому отвальному ярусу. В результате отработки подуступа 1 и заходки подуступа 2 образуют временный навал, из которого драглайн формирует первый отвальный ярус. На третьем этапе разрабатывается подуступ 3. Часть развала остается в самой заходке, а другая часть смещается взрывом и располагается между заполненной емкостью первого отвального яруса и откосом невзорванной заходки подуступа 4. Драглайн размещает вскрышу с заходки подуступа 3 в нижнюю часть отвального яруса 2. Особенностью разработки придонной породоугольной заходки подуступа 4 является ее расположение в зажатой среде. Последним ходом драглайн разрабатывает заходку и заполняет остаток второго отвального яруса. Следует отметить, что для отработки последующей заходки (А) драглайну необходимо отсыпать трассу, при этом шаг передвижки поперек фронта работ примерно соответствует горизонтальной ширине отвального яруса.

В четвертой главе даны обоснование высоты бестранспортной зоны и оценка эффективности выемки запасов угля ликвидированных участков шахт.

Забойная и отвальная стороны взаимосвязаны. Схема к расчету высоты бестранспортной рабочей зоны при поперечной сплошной однобортовой системе разработки представлена на рис.3.

Условие возможности отработки породоугольного слоя мощностью Нс определится условием

Н _ГКнШ+Вт+Вто+б-А-(нуз-С!ёр + во+0,5-Воп)1

Кву-с^ + Вт+Вт+в ** ()

Графическая интерпретация данного выражения представлена рисунком 5, позволяющим исследовать взаимозависимость основных параметров бестранспортной технологии. График построен с учетом рекомендаций ПО «Уралмаш» - верхнее черпание целесообразно производить при высоте не более 0,5 высоты разгрузки ковша.

35-

20-

• Нпу=5м

н-1-1-1-1

40 60 80 100 120 „эш

Радиус черпания кч, м

Рис. 5. График взаимозависимостей параметров бестранспортной технологии отработки ликвидированных участков шахтных полей.

Экономический эффект формируется за счет следующих факторов: дополнительного извлечения угля; рекультивации нарушенных земель после подземной разработки шахтных полей; применения бестранспортной технологии и внутреннего отвалообразования.

Ожидаемый экономический эффект от реализации предлагаемых технологии открытой разработки шахтных полей с одновременной выемкой оставшихся запасов угля и рекультивацией поверхности нарушенных земель составляет примерно 50,5 руб. на 1 т добываемого угля.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертация является научно-квалификационной работой, в которой содержатся новые технологические решения по обоснованию параметров бестранспортной перевалки вскрышных пород на полях ликвидированных шахт, обеспечивающей повышение эффективности производства и имеющее существенное значение для угледобывающей отрасли.

Основные выводы и рекомендации по работе заключаются в следующем.

1. Верхние горизонты шахтных полей, отработанные подземным способом, характеризуются нарушенностью горного массива и отсутствием концентрированных запасов угля в пластах.

2. Ограниченность шахтных полей в плане различными объектами инфраструктуры предъявляет особые требования к ведению горных работ.

3. Освоение ликвидированных участков шахтных полей Прокопьев-ско-Кислевского района должно вестись по ресурсосберегающей поперечной сплошной однобортовой системе разработки с бестранспортной технологией перемещения вскрышных пород.

4. Отработку породоугольного массива шахтного поля целесообразно производить подуступами в нисходящем порядке с экскавацией вскрышных пород драглайном во внутренний отвал, с опережающей выемкой угля с применением экскаваторов типа в типа обратной лопаты.

5. Специфическим фактором в процессе экскавации вскрышных пород из развала является наполнение ковша с протяжкой или без нее, причем это наблюдается только при отработке уступов выше уровня установки драглайна.

6. Высота бестранспортной рабочей зоны (без учета покрывающих пород) изменяется в пределах 22-35 метров.

7.0жидаемый экономический эффект от реализации бестранспортной технологии с одновременной выемкой оставшихся запасов угля открытым способом и рекультивацией поверхности составляет примерно 50,5 рублей на 1 т добываемого угля.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах.

Издания, рекомендованные ВАК РФ:

1. Селюков, A.B. Определение мощности экранирующего слоя при поперечной системе разработки ликвидированных шахтных полей / A.B. Селюков, В.Н. Макаров // Вестник КузГТУ 2010. № 6. -С.26-30.

2. Селюков, A.B. Технология доизвлечения угольных целиков открытым способом на полях ликвидированных шахт / A.B. Селюков, В.Н. Макаров //Вестник КузГТУ 2010. № 6. -С.30-33.

3. Селкжов A.B. Эффективность технологии доработки оставшихся запасов угля на верхних горизонтах шахтных полей открытым способом / A.B. Селю-ков, В.Н. Макаров // Вестник КузГТУ 2011. №1. -С.29-31.

Другие издания:

4. Макаров, В.Н. Определение параметров карьера первой очереди при поперечной сплошной системе разработки верхних горизонтов шахтных полей / В.Н. Макаров, A.B. Селюков, H.H. Капустин // Инновации - основа комплексного развития угольной отрасли в регионах России и странах СНГ: материалы II Международной науч.-прак конф. -Прокопьевск, 2009. -С. 173-175.

5. Макаров, В.Н. Источники загрязнения окружающей среды при отработке верхних горизонтов шахтных полей открытым способом / В.Н. Макаров, В.Ф. Колесников, H.H. Капустин // Безопасность жизнедеятельности предприятий в промышленно развитых регионах: Материалы VIII Международной науч.-практ. конф. Том 2. - Кемерово, 2009. -С.25-28.

6. Макаров, В.Н. Экранирование шахтных полей с технологией отработки оставшихся запасов открытым способом / В.Н. Макаров, А.И. Корякин, H.H. Капустин // Безопасность жизнедеятельности предприятий в промышленно развитых регионах: Материалы VIII Международной науч.-практ. конф. Том 2. - Кемерово, 2009. -С.64-67.

7. Макаров, В.Н. Технология ведения открытых горных работ на полях ликвидированных шахт / В.Н. Макаров, А.И. Корякин, A.B. Селюков. -Кемерово: Кузбассвузиздат, 2010. -139с.

8. Макаров, В.Н. Технология открытой угледобычи на полях ликвидированных шахт / В.Н. Макаров, А.И. Корякин, В.Ф. Колесников, A.B. Селюков // Фундаментальные проблемы формирования техногенной геосреды: матер, межд. науч-практ.конф., - Новосибирск, 2010. -С.175-180.

9.Ташкинов, A.C. Оценка структурно-прочностных свойств пород угольных месторождений Прокопьевско-Киселевского района по геолого-генетическим признакам / A.C. Ташкинов, В.Н. Макаров // Энергетическая безопасность России. Новые подходы к развитию угольной промышленности": тр. XTV Междунар. науч.-практ. конф: -Кемерово, 2011. -С.138-140.

(

Подписано в печать 16.05.2013г. Формат 60x84/16. Бумага офсетная. Отпечатано на ризографе. Печ. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ № ЗУ-/ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Кузбасский государственный технический университет имени Т.Ф. Горбачева» 650000, Кемерово, ул. Весенняя, 28. Типография Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Кузбасский государственный технический университет имени Т.Ф. Горбачева» 650000, Кемерово, ул. Д. Бедного, 4а

Текст научной работыДиссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Макаров, Владимир Николаевич, Кемерово

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Кузбасский государственный технический университет имени Т.Ф. Горбачева»

МАКАРОВ ВЛАДИМИР НИКОЛАЕВИЧ

Специальность 25.00.22. «Геотехнология (подземная, открытая и строительная)»

. Диссертация на соискание ;учёной .степени . кандидата технических наук

Н '.и

ОА2010

Научный руководитель кандидат технических наук, доцент

Селюков А.В.

Кемерово 2013

СОДЕРЖАНИЕ

Введение......................................................................... 5

1. Состояние горных работ на полях ликвидированных шахт Про-

копьевско-Киселевского района.......................................... 10

1.1. Горно-геологические условия месторождений Кузбасса............ 10

1.2. Обзор этапов развития подземных горных работ на шахтных полях района................................................................................... 17

1.3. Обобщенная характеристика отработанных верхних горизонтов шахтных полей....................................................................... 21

1.4. Бестранспортная технология при поперечном развитии фронта горных работ................................................................... 25

1.5. Цель и задачи исследования................................................ 29

2. Технологические решения по отработке ликвидированных шахт

открытым способом........................................................ 31

2.1 Общие положения........................................................... 31

2.2. Направления устранения вредного воздействия горных работ..... 33

2.3. Мероприятия по охране окружающей среды от вредного воздействия шахтных полей......................................................... 37

2.4. Экранизация шахтных полей открытым способом................. 45

2.5. Определение параметров подготовительного котлована для сплошной отработки верхних горизонтов шахтных полей из условия применения бестранспортной технологии........................ 51

2.6. Определение эффективной области прочерпывания забойной зоны при поперечном подвигании фронта горных работ шагающим экскаватором .................................................................. 54

2.7. Структурные схемы добычных экскаваторных заходок при доработке оставшихся запасов........................................................ 66

2.8. Обоснование горного и транспортного оборудования для условий ведения открытых горных работ на отработанных шахтных полях.......................................................................................................... 70

Выводы........................................................................... 73

3. Разработка технологических схем ведения горных

работ..........................................................................1............................ 74

3.1. Разработка технологических схем проведения подготовительных горных выработок при сплошной и частичной экранизации шахтных полей......................................................................................... 74

3.2. Разработка технологических схем выемки оставшихся запасов угля (целиков) при поперечном подвигании фронта горных работ... 85

3.3 Проведение пассивных экспериментов по наблюдению за работой драглайна в режиме скрепирования. Оценка продолжительности операций цикла................................................................ 95

3.4. Технология сооружения насыпных съездов.............................. 102

3.5. Технология технического этапа рекультивации шахтных полей..... 104

Выводы ■ 106

4. Оценка эффективности технологии..................................... 107

4.1. Экономическая оценка принятых технологических решений........ 107

Выводы........................................................................ 119

/ 1!.

Заключение..................................................................... 120

Список использованной литературы

Приложения

ВВЕДЕНИЕ

В этих условиях не представляется возможным применять классические системы разработки и технологии. Это предопределяет необходимость разработки новых технологических' решений, ы ^

Задачи исследований:

- обосновать рациональный вид системы разработки участков ликвидированных шахт, который обеспечивает повышение эффективности открытой угледобычи; .

- обосновать высоту бестранспортной рабочей зоны на ликвидированных участках шахтных полей.

Основные научные положения, выносимые на защиту:

Научная новизна работы заключается:

- в научном обосновании целесообразного вида системы открытой разработки участков полей ликвидированных шахт, обеспечивающей повышение эффективности открытых горных работ;

- в обосновании высоты бестранспортной рабочей зоны при поперечной сплошной однобортовой системе разработки участков ликвидированных шахт;

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается непротиворечивостью полученных результатов с ранее выполненными работами; корректностью применения графоаналитических методов определения показателей и параметров бестранспортных технологических схем; необходимым и достаточным количеством выполненных расчетов; положительными результатами отработки верхних горизонтов шахтных полей Прокопьевско-Киселевского района в процессе внедрения результатов исследований.

Личный вклад автора заключается:

- в научном^ обобщении :опыта 1 ведения, открытых горных работ на полях ликвидированных шахт;

- в обосновании диапазона высоты бестранспортной рабочей зоны открытых горных работ на полях ликвидированных шахт.

Научное значение < работы состоит^ в.. установлении новых закономерностей, позволяющих обосновать область применения бестранспортной технологии в условиях формирования поперечного фронта открытых горных работ на полях ликвидированных шахт.

Практическая ценность работы состоит в том, что ее результаты позволяют обоснованно производить проектирование ¡бестранспортных технологических схем с различными сочетаниями при поперечной сплошной однобортовой системе разработки участков ликвидированных шахт.

Отличие от результатов других авторов заключается в обосновании и внедрении рациональных параметров технологических схем при использовании экскаваторно-отвального техкомплекса при поперечной сплошной од-нобортовой системе разработки ликвидированных участков шахт.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались в МГГУ на Неделе горняка (Москва, 2009г), на II Международной научно-практической конференции "Инновации - основа комплексного развития угольной промышленности в регионах России и странах СНГ" (17 апреля 2009г.,^.Прокопьевск); на 55 научно-технической конференции студентов, аспирантов и профессорско-преподавательского состава КузГТУ (2010г., г.Кемерово).

Публикации по результатам выполненных исследований опубликовано 9 печатных работ, включая! монографию и 3 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК РФТ > " м, м "

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и изложена на 131 страницах, содержит 45 иллюстраций, 11 таблиц, и список использованной литературы из 90 наименований. Автор выражает особую признательность: Корякину А.И., д.т.н., проф., Колесникову В.Ф., д.т.н., проф, Ташкинову A.C. д.т.н., проф. - за постоянное внимание к работе, а также коллективу кафедры "Открытые горные работы" КузГТУ за оказанную помощь при выполнении работы.

1. СОСТОЯНИЕ ГОРНЫХ РАБОТ НА ПОЛЯХ НА ПОЛЯХ ЛИКВИДИРОВАННЫХ ШАХТ ПРОКОПЬЕВСКО-КИСЕЛЕВСКОГО РАЙОНА

1.1. Горно-геологические условия месторождений Кузбасса

• Кузнецкий угольный бассейн расположен в южной части Западной Сибири и почти полностью находится на территории Кемеровской области, за исключением небольшой части на северо-западе, относящейся к Новосибирской области.

Кузнецкий бассейн - большая неглубокая котловина, расположенная на западной окраине Алтае-Саянской горной области между Кузнецким Алатау, Горной Шорией и Салаирским кряжем. Общая площадь угленосных отложений составляет около 26000 км .

Протяжение бассейна с юго-востока на северо-запад достигает 330 км, средняя ширина 100 км.

Речная сеть Кузбасса представлена в основном бассейнами двух рек -Томь и Иня. Главная водная артерия бассейна р. Томь берет свое начало в юго-восточной части Кемеровской области, пересекает всю котловину с юга на север и впадает в р. Обь за пределами Кемеровской области, ниже г. Томска. Длина р. Томь более 800 км, из них в пределах области - 420 км.

По характеру растительности Кузнецкая котловина разделяется на три примерно равные части: степную, лесостепную и таежную. Центральный и юго-западный районы котловины относятся к степным, восточная часть от р. Томи до Кузнецкого Алатау, южная и юго-восточные окраины покрыты густой тайгой. На остальной поверхности котловины развит лесостепной холмистый ландшафт.

Климат Кузбасса резко континентальный с продолжительной и холодной зимой и коротким, но жарким летом. Среднегодовая температура воздуха составляет ±0°С, минимальная -55°С (январь) и максимальная +38°С (июль).

По геолого-экономическим особенностям Кузбасс делят на 25 районов [по Ольховатенко В.Е.] (рис. 1.1). Основная промышленная угленосность бассейна связана с осадками Балахонской и Кольчугинской серий (табл. 1.1).

Балахонская серия представляет собой переход от неугленосных отложений нижнего карбона к угленосным осадкам верхнего карбона и перми. Балахонская серия подразделяется на три подсерии: Острогскую, Нижнеба-лахонскую и Верхнебалахонскую, из которых Острогская является непродуктивной.

Верхнебалахонская подсерия самая угленосная, мощность подсерии 400 - 1200 м, в которой число угольных пластов колеблется от 18 до 64 суммарной мощностью 12 - 29 м. Число рабочих пластов колеблется от 6 до 38 суммарной мощностью 9 - 95 м.

Рис. 1.1. Схема геолого-экономических районов Кузнецкого бассейна:

I - Завьяловский; 2 - Доронинский; 3 - Ленинский; 4 - Титовский; 5 - Плотниковский; 6 - Кемеровский; 7 - Крапивинский; 8 - Бар-засский; 9 - Анжерский; 10 - Центральный;

II - Салтымаковский; 12 - Беловский; 13 -Бачатский; 14 - Ускатский; 15 - Ерунаков-ский; 16 - Прокопьевско-Киселевский; 17 -Бунгуро-Чумышский; 18 - Араличевский; 19 - Байдаевский; 20 - Терсинский; 21 - Ту-туясский; 22 - Осинниковский; 23 - Кондом-ский; 24 - Мрасский; 25 - Томусинский.

Кемерово %

I Ленинск-Кузнецк^

[12} в

1Белово

1, Новокузнецк.-

Нижнебалахонская подсерия является самой нижней продуктивной подсерией Кузнецкого бассейна. Промышленная угленосность подсерии низкая.

Промежуточная и ишановская свиты характеризуются малоустойчивыми угольными пластами, резким колебанием мощностей и строения.

Качественные характеристики добываемых в Кузбассе углей изменяются в широком диапазоне: зольность - 12 - 33%, содержание влаги 5,1 -10,6%, содержание серы 0,5 - 0,8%, содержание фосфора 0,02 - 0,05%, теплотворная способность 20516 - 36000 МДж/кг.

Таблица 1.1

Угленосные отложения Кузбасса_

Серия Мощность, м Подсерия Свита Мощность свиты, м

Тарабоганская — Конгломератовая Непродуктивная —

Верхнемальцев-

Мальцевская — ская Нижнемальцев-ская -II-II- —

Ерунаковская Тайлуганская Грамотеин- ская Ленинская 700-800 380-600 400-700

Кольчугинская 4000-5000 Ильинская Ускатская Казанковская 300-510

Кузнецкая Маркинская Непродуктивная

Верхнебалахон- Усятская 1 10-240

ская Кемеровская Ишановская 200-270 200-400

Балахонская 1350-2800 Промежуточная 400-700

Нижнебалахон- Алыкаевская 400-600

ская Острогская Мазуровская Непродуктивная 330-700

Кемеровская свита в Прокопьевско-Киселевском районе характеризуется значительным коэффициентом угленосности (до 30%), который сохраняется почти на всей площади бассейна.

В состав свиты входят мощные пласты: Горелый, Мощный, Прокопь-евский, имеющие малую степень расщепления и распачкования при низкой угленосности 6 - 8%.

Усятская свита высоко угленасыщена только в южной половине бассейна, где ей подчинено 3-9 пластов мощностью от 2,5 до 12 м, в основном с углями коксующихся марок.

В составе Кольчугинской серии Ильинская подсерия является самой разнообразной по угленосн

Информация о работе

Макаров, Владимир Николаевич
кандидата технических наук
Кемерово, 2013
ВАК 25.00.22

Диссертация

Обоснование параметров бестранспортной технологии ведения открытых горных работ на полях ликвидированных шахт - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы