Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Рациональное использование запасов обводненных угольных месторождений Дальнего Востока

ВАК РФ 11.00.11, Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов

Автореферат диссертации по теме "Рациональное использование запасов обводненных угольных месторождений Дальнего Востока"

од

На правах рукописи

Радченко Виктор Федорович

РАЦИОНАЛЬНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЗАПАСОВ ОБВОДНЕННЫХ УГОЛЬНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ДАЛЬНЕГО ВОСТОКА (на примере Ерковецкого месторождения)

Специальность - 11.00.11 - "Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов"

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Владивосток 1997

Работа выполнена в ОАО "Дальвослуголь" и Дальневосточном государственном техническом университете

Научные руководители: доктор технических наук,

профессор Муратов НА., кандидат технических наук, доцент ЛушпейВЛ.

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор Скуба В.Н., доктор технических наук Кондырев Б.И.

Ведущее предприятие: ОАО "ДальВостНИИпроектуголь"

Защита состоится Ц илОррПО 1997г. в /О часов на заседании диссертационного совета Д 064.01.02 в Дальневосточном государственном техническом университете: 690600, г. Владивосток, ул. Пушкинская, д. 33, ауд. Г-134. ,

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ДВГТУ

Автореферат разослан ^ ^ января 1997г.

X

Ученый секретарь диссертационного совета /уу кандидат технических наук ОА.Шереметинаа

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы.

Добыча угля открытым способом в Амурской области производится АООТ "Дальвостуголь" на разрезах Кивдо-Райчихинского и Архаро-Богучанского месторождений. В настоящее время из-за отработки этих месторождений добыча угля сокращается и будет переноситься на новые Ерковецкое и, в перспективе, Свободное месторождения. Запасы угая только по Ерковецкому месторождению позволяют эксплуатировать четыре разреза общей мощностью порядка 5 млн.т угля в год более 100 лет.

Однако, характерной особенностью горно-геологических условий этих месторождений является повышенная обводненность вмещающих пород. Для добычи 1 т угля потребуется откачивать до 30 м3 воды.

Вопросы, связанные с обоснованием рациональной технологии разработки обводненных месторождений Дальнего Востока не получили должного научного решения. Поэтому разработанные проекты строительства разрезов "Ерковецкий 1" и "Ерковецкий 2" имели определенные недостатки. В связи с этим начало эксплуатации первоочередного разреза "Ерковецкий 1" было перенесено на более поздний срок, а эксплуатация разреза сопровождалась оползнями отвалов, снижением производительности оборудования и производственной мощности.

Для повышения эффективности разработким обводненных месторождений Дальнего Востока требуется комплексное решение вопросов обоснования рациональной технологии ведения горных работ, устойчивости бортов и осушения полей разрезов.

В связи с этим дальнейший поиск путей и методов совершенствования технологии разработки обводненных месторождений является актуальной научной и важной практической задачей.

Цель работы - разработать и обосновать технологию разработки неосвоенных сильно обводненных месторождений на основе установления закономерностей влияния технологических приемов на степень осушения карьерных полей, устойчивость бортов, полноту выемки запасов, обеспечивающей безопасную и эффективную эксплуатацию разрезов, рациональное использование недр.

Идея работы заключается в том,что повышение эффективности разработки обводненных месторождений может быть достигнуто за счет использования целого комплекса технологических приемов при строительстве и эксплуатации разрезов, обеспечивающих наиболее оптимальные способы осушения, устойчивость бортов карьеров и отвалов при достаточной степени их защиты от подземных и атмосферных вод.

Методы исследований. В работе использован комплексный метод исследований, включающий обобщение передовых достижений науки и техники, графический, аналитический, методологический анализы, а также производственный эксперимент.

Научные положения, выносимые на защиту.

1. Освоение сильно обводненных угольных месторождений Амурской области с применением громоздкой и дорогостоящей скважинной дренажной системы не эффективно, приводит к значительному увеличению трудоемкости открытых горных работ и требует усовершенствования наиболее приемлемой для данных условий бестранспортной системы разработки. Снижение затрат на осушение разрезов и повышение устойчивости бортов достигается в отличие от скважинного водоотлива целым комплексом технологических приемов (разработкой усовершенствованных технологических схем: "открытый борт", "дренажная подушка", "экскаватор-карьер", позволяющих перейти на открытый дренаж).

2. Эффективность открытого дренажа при освоении обводненных месторождений предлагается достичь проведением специальных горных выработок: на рабочем борту в торцах разреза - опережающих ниш; на рабочих площадках нижних вскрышных подуступов - канав; вдоль нерабочего борта разрезной траншеи - дренажных траншей.

3. На вытянутых месторождениях вскрышные породы передовых уступов необходимо перемещать железнодорожным транспортом во внутренние отвалы кратчайшим путем между смежными торцами соседних участков. Для этого один из смежных торцов первого участка формируется с опережением от основного фронта, а другой смежный торец второго участка - с отставанием от основного фронта.

4. Область эффективного использования разработанных технологических схем определяется коэффициентом водообильности. В качестве

критерия оценки экономической эффективности этих схем принят физический показатель - удельный расход электроэнергии.

Достоверность научных положений подтверждается: результатами опытно-промышленного внедрения разработанных технологических схем; применением разработанных методик определения производительности оборудования для технико-экономических расчетов; сходимостью расчетных методов с графическими; использованием результатов исследований автора научно-исследовательскими институтами "УкрНИИпроекг" и " Д альвостН И И проектуголь".

Научная новизна:

- разработаны и в настоящее время апробируются технологические схемы отработки сильно обводненных месторождений, обеспечивающие повышение безопасности и эффективности ведения горных работ, снижение потерь угля в недрах;

-установлены зависимости между горно-техническими условиями разработки, рабочими характеристиками и производительностью оборудования, позволяющие определять рациональные параметры усовершенствованных технологических схем без подвалки добычного уступа отвальными породами;

- получены аналитические выражения для определения производственной мощности разрезов, учитывающие объемы переэкскавации, коэффициент вскрыши и коэффициенты изменения производительности горнотранспортного оборудования при селективной отсыпке отвалов;

- разработаны методические рекомендации по проектированию перспективных разрезов на сильно обводненном Ерковецком угольном месторождении.

Личный вклад автора выражается в разработке усовершенствованных технологических схем усложненной бестранспортной системы разработки, непосредственном руководстве опытно-промышленным внедрением, обосновании перехода на ведение вскрышных работ без подсыпки добычного уступа, установлении основных взаимосвязей между рабочими параметрами горно-транспортного оборудования и его производительностью, рациональных схем отработки обводненных месторождений и методических рекомендаций по их проектированию, определении области эффективного применения разработанных технологических схем.

Практическая ценность работы состоит в разработке технологических схем бестранспортной системы разработки, методических рекомендаций по

з

вскрытию полей разрезов и проектированию схем ведения вскрышных и добычных работ на перспективных разрезах Ерковецкого месторождения. Установлено, что использование предложенных рекомендаций по технологии ведения горных работ на разрезах "Ерковецкий 1" и "Ерковецкий 2" повысит устойчивость отвалов, улучшит условия ведения добычных работ, повысит эффективность рекультивации, снизит затраты на осушение разреза и позволит рационально использовать запасы недр. Расчеты показывают, что при использовании рациональных схем вскрытия передовых уступов и транспортировки с них вскрышных пород затраты на разработку разреза "Ерковецкий 2" снижаются на 20-25%.

Реализация результатов работы.

Разработанные в диссертации рекомендации использовались институтом "УкрНИИпроект" при обосновании устойчивых углов откоса отвалов и при корректировке проекта осушения разреза "Ерковецкий 1", а также институтом "ДальвостНИИпроектуголь" при корректировке проекта строительства разреза "Ерковецкий 1" и в ТЭО строительства разреза "Ерковецкий 2".

Апробация работы.

Основные положения работы обсуждались и были одобрены на заседаниях коллегий Минуглепрома СССР и Росугля, техсоветов ПО "Дальвостуголь", институтов "ДальвостНИИпроектуголь", "УкрНИИпроект", научно-технических конференций в ДВГТУ (ДВПИ).

Публикация. По теме диссертации опубликовано семь печатных

работ.

Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав и заключения, изложенных на 155 страницах машинописного текста, содержит 37 рисунков, 5 таблиц, список использованной литературы из 90 наименований.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Первая глава посвящена современному состоянию вопроса разработки обводненных месторождений по бестранспортной технологии в бывшем СССР. Рассмотрены особенности горнотехнических условий разработки; сделан краткий анализ технических решений и научных исследований по

обоснованию бестранспортной системы разработай на обводненных месторождениях; поставлена цель и определены задачи исследований.

Значительный вклад в решение общих теоретических и практических вопросов бестранспортной системы открытой разработки месторождений внесли известные ученые: Н.В. Мельников, В.В. Ржевский, М.Г. Новожилов, К.Е. Виницкий, М.И. Щадов и другие ученые и производственники.

Для угольных месторождений Дальнего Востока исследования в этой области проводят коллективы институтов "ДальвостНИИпроектуголь", "Востсибгипрошахт", НИИОГР, МГГУ, "УкрНИИпроект", ДВГТУ, а также работники производственных объединений "Дальвостуголь" и "При-морскуголь".

Бестранспортная система разработки получила широкое распространение при освоении месторождений серы и марганца на Украине, сланца в Эстонии, угля в Подмосковном бассейне, Кузбассе, Восточной Сибири, на Урале и Дальнем Востоке, в Приморском и Красноярском краях.

Опыт применения бестранспортной системы разработки показывает, что ее эффективность существенно изменяется и зависит от горнотехнических условий разработки и параметров машин. Установлено, что при использовании бестранспортной системы разработки в обводненных условиях наблюдаются оползни отвалов, снижается производительность оборудования и производственная мощность разрезов. Так, фактическая производительность участка N \ разреза "Ерковецкий 1" по углю в 1994 г. соста-тавила0,53 млн.т (проектная 1,0млн.т), коэффициент переэкскавации достигал 0,42, угол откоса отвала - 20-22° (проектный 26°), годовая производительность драшайна ЭШ-20/90 - 2,0 - 2,5 млн.м3 (расчетная по проекту 4,3 млн.м3), фактические потери угля составляли 12%. Объемы по ликвидации оползней составляли более 10% от общих объемов вскрышных работ. Дренаж участка из-за неудовлетворительной работы водопонижающих скважин практически осуществлялся открытым водоотливом. На долю системы водопонижающих скважин приходилось всего 15% откачиваемой воды из разреза ( при уровне притоков в карьер 2000-4000 м3/ч и суммарном объеме откачиваемой воды 17,5 млн.м3/год). Вместо трех драглайнов ЭШ-20/90, определенных расчетом, на участке использовалось четыре экскаватора того же класса. Ухудшение работы разреза практически в два раза было связано с недостаточной эффективностью принятых технических решений.

Вопросы, связанные с обоснованием технологических схем и параметров бестранспортной системы разработки в обводненных условиях, не получили должного научного решения. Это послужило основанием для выбора общей цели и темы диссертационной работы.

В соответствии с целью и идеей работы основными задачами исследований являются:

1. Определение основных технологических особенностей ведения горных работ по бестранспортной системе разработки месторождений, сильно обводненных подземными и атмосферными водами.

2. Разработка рациональных технологических схем с учетом комплексного подхода по всем основным процессам ведения горных работ: вскрытия, организации вскрышных и добычных работ, осушения, обеспечения устойчивости бортов, рекультивации и охраны окружающей среды.

3. Разработка методики расчета параметров горных работ и оборудования для предлагаемых технологических схем, уточнение расчета производственной мощности участков и производительности оборудования с с учетом особенностей этих схем.

4. Разработка методических рекомендаций по проектированию перспективных разрезов Ерковецкого месторождения.

Вторая глава посвящена совершенствованию бестранспортной системы разработки в обводненных условиях.Рассмотрены вопросы: вскрытия, организации вскрышных и добычных работ, осушения, обеспечения устойчивости отвалов, рекультивации и охраны окружающей среды.

При освоении перспективных месторождений Дальнего Востока вопросы защиты разрезов от подземных и атмосферных вод являются одними из основных. Установлено, что запроектированные системы водопо-нижающих скважин имеют целый ряд недостатков: неизбежна необходимость откачки "проскоков" подземных вод, поступающих в разрез, самостоятельными средствами; потребность в большом числе работающих насосов, часто выходящих из строя; значительный штат обслуживающего персонала ; затруднения при централизации водоотвода; высокие эксплуатационные расходы. И, несмотря на малые капитальные затраты, техническую простоту, короткий срок ввода в эксплуатацию системы водопонижающих скважин работают недостачно эффективно. Так, доля водопонижающих ющих скважин в откачке суммарных притоков на участке № 1 разреза "Ерковецзсий 1" составляет 15-17%. Оставшийся водоприток приходится на долю открытого водоотлива, который не предусмотрен проектом, как

6

основной способ осушения и при правильной организации водоотлива является наиболее дешевым. Однако эффективное применение открытого дренажа требует прежде всего корректировки технологии открытых горных работ: обоснования технологических схем, обеспечения устойчивости бортов, выбора способа осушения с достаточной степенью защиты от подземных и атмосферных вод. На решение этих комплексных вопросов направлена настоящая работа.

На основании изучения горнотехнической литературы, опьгга работы разрезов, поиска новых технологий производства вскрышных работ предложены три усовершенствованных бестранспортных схемы отработки обводненных месторождений (рис. 1).

Условное название первой схемы - "открытый борт". Вскрышные породы отрабатываются по усложненной бестранспортной системе с селективной отсыпкой всего отвала без подвалки добычного уступа. При этом вскрышной уступ отрабатывается двумя подуступами. Породы верхнего вскрышного подуступа первоначально размещаются в выработанное пространство, а затем переэкскавируются и укладываются в верхний ярус отвала. Породы нижнего вскрышного подуступа без переэкскавации размещаются в нижний ярус отвала. Одновременно с этим на рабочем борту проводится дренажная канава. Схема "открытый борт" позволяет:

- сохранить свободное выработанное пространство вдоль рабочего и отвального бортов для дренажа и передачи дренажных и ливневых вод к зумпфам при открытом водоотливе;

- производить селективную отсыпку всего отвала для обеспечения его устойчивости и эффективности рекультивации;

- перехватить часть "проскоков" подземных и атмосферных вод на рабочем борту перед выработанным пространством.

При этом обеспечивается устойчивость отвалов, создаются благоприятные условия для ведения вскрышных, добычных и отвальных работ, повышается эффективность рекультивации и снижаются затраты на разрезах. Недостатки схемы связаны с увеличением коэффициента переэкскавации из-за необходимости перевалки вскрышных пород верхнего подуступа.

Условное название второй схемы - "дренажная подушка". Вскрышные породы отрабатываются по усложненной "райчихинской" бестранспортной системе разработки. Дополнительным элементом схемы является селективная отсыпка основания и поверхности внутреннего отвала. "Дренажная подушка" размещается в основание отвала на почву пласта.

7

Рис. 2. Принципиальные схемы отработки пласта двумя заходками;

1- отработка первой добычной заходки;

2- отработка второй добычной заходки;

варианты формирования насыпи я.д. пути: а-породачш вскрыши; б-породами откоса отвала; в-породами поверхности отвала; г-породами мевдупластья 1-й заходки

8

Это достигается путем селективной отсыпки отвала при выемке на рабочем борту "вруба". Песчаные потенциально плодородные породы размещаются на поверхности отвала. Это достигается селективной отсыпкой отвала при выполнении переэкскавации вскрышных пород, подсыпающих откос угольного уступа.

Схема "дренажная подушка" позволяет: производить частичную селективную отсыпку отвала, осуществлять дренаж внутренних отвалов. При этом повышается устойчивость отвалов и эффективность рекультивации.

Недостатки схемы связаны с незначительным снижением производительности драглайна, задействованного на селективной отсыпке отвала, и усложнением схем открытого водоотлива из-за подвалки пласта вскрышными породами.

Условное название третьей схемы - "экскаватор-карьер". Вскрышные породы отрабатываются по схеме "открытый борт" или "дренажная подушка". Дополнительно, для повышения эффективности разработки обводненных месторождений, используются отдельные элементы схемы акад. Н.В.Мельникова "экскаватор-карьер". Вскрышным экскаватором осуществляется выемка пласта угля и размещение его в навалы на рабочую площадку предотвала или вскрышного уступа. Погрузка угая в средства транспорта производится из навалов тем же вскрышным экскаватором. Эта схема позволяет упростить вскрытие полей разрезов и улучшить условия ведения добычных работ.

Недостатки схемы связаны с потерями (5-6%) угля и его частичным разубоживанием. При выемке угля из целика в навалы снижается производительность экскаватора по вскрыше.

Для повышения эффективности добычных работ в обводненных условиях предложены рациональные схемы (рис.2). Выемка пласта угля производится двумя заходками. В качестве выемочного оборудования целесообразно использовать экскавационное оборудование нижнего черпания (обратные мехлопаты, драглайны). Допускается использование прямых мехлопат с проведением дополнительных мероприятий по улучшению их работы. Первая добычная заходка отрабатывается с размещением железнодорожных путей на кровле пласта, вторая - с размещением железнодорожных путей на специальной насыпи вскрышных пород в контурах первой заходки. При этом насыпь может формироваться: из пород вскрыши, оставленных в кровле пласта (рис. 2, а), из пород откоса отвала

9

Рис. 1. Принципиальные схемы ведения горных работ: 1-"открытый борт"; 2-"дренажная подушка"; 3-"экскаватор-карьер"

ю

(рис. 2, б), из пород поверхности предотвала (рис. 2, в), из вскрышных пород междупласгья (рис. 2, г). Выбор схемы добычных работ зависит от пригодности использования породы для устройства насыпи.

Предложенные схемы добычных работ обеспечивают улучшение условий выемки угля и надежную работу добычного и транспортного оборудования, расположенного выше уровня почвы пласта; повышают эффективность бестранспортной системы разработки за счет ликвидации в выработанном пространстве транспортной полосы.

С целью сокращения простоев оборудования в торцах карьера и исключения жесткой взаимосвязи вскрышных работ разработаны рациональные схемы и графики организации горных работ. Фронт работ каждого участка разбивается на два блока с попеременным ведением вскрышных и добычных работ в каждом из них.

Установлено, что при использовании рекомендованной технологии горных работ на месторождениях с мощностью вскрыши до 35 м каждый участок вскрывается двумя фланговыми капитальными траншеями. Дополнительными элементами при вскрьггии обводненных месторождений является проведение опережающих ниш на рабочем борту и дренажных траншей вдоль нерабочего борта .Это позволяет эффективнее производить как строительные, так и эксплуатационные работы за счет предварительного осушения поля дополнительными выработками.

При вскрытии месторождений с мощностью вскрыши более 35 м необходимо учитывать появление передовых транспортных уступов, которые существенно снижают эффективность разработки. Традиционные схемы вскрытия таких месторождений отдельными участками с фланговым расположением внешних траншей имеют ряд недостатков: возникают потери угля между участками, повышается расстояние транспортировки вскрыши во внутренние отвалы в обход выездных фланговых траншей.

Для исключения указанных недостатков была предложена новая эффективная схема вскрытия. Самостоятельные участки поля разреза предлагается вскрывать центральной выездной траншеей. При этом имеется возможность транспортировать вскрышу передовых уступов во внутренние отвалы кратчайшим путем - между смежными участками по "диагонали". При одновременной эксплуатации один из смежных торцов первого участка формируется с опережением от оси разрезной траншеи, а другой смежный торец второго участка - с отставанием от основного фронта. При

И

опережающем вводе соседних участков конфигурация торцов в плане определяется удобством их отработки.

В третьей главе установлены взаимосвязи между горнотехническими условиями, параметрами систем разработки и рабочими характеристиками оборудования при бестранспортной системе разработки сильно обводненных месторождений. Уточнена методика расчета производственной мощности разреза и производительности драглайнов. Предложены экономические критерии оценки вариантов технологических схем при разработке обводненных месторождений. Определены области эффективного использования этих схем в зависимости от коэффициентов водообильносги, установлены аналитические зависимости между горнотехническими условиями отработки месторождений, параметрами оборудования и параметрами горных работ. Все необходимые графические и аналитические выражения для расчетов параметров схем приведены в диссертации.

Следует отметить, что для схемы "открытый борт" эти зависимости, установленные на основе баланса вскрышной и отвальной заходок с учетом разрыхления породы в отвале, сокращения отвального фронта работ при проходке ниш по рабочему борту, получены впервые.

Отвальная часть радиуса разгрузки (И) вскрышного экскаватора определяется из выражения:

II = Ир-Ь - Нгс1§а 1 -т-ада-Г, м, (1)

где - радиус раз1рузки вскрышного экскаватора;

Ь - безопасное расстояние от оси хода ЭШ до верхней бровки нижнего подуступа, м; Н1. высота нижнего подуступа, м; <Х1 - угол откоса нижнего подуступа, град.; ш - мощность пласта, м; а - угол откоса добычного уступа, град.; {- расстояние между нижними бровками пласта и отвала, м.

Высота верхнего подуступа при размещении временного отвала без подвалки добычного уступа определяется из выражения:

R-tgP - 0,25AtgP

H2 =

, м,

(2)

kP

ще А - ширина вскрышной заходки, м; Р . угол откоса отвала, град.; кр - коэффициент разрыхления породы.

Для определения параметров драглайна ЭШ № 2, установленного на предотвале , служит выражение:

где Нцр - высота предотвала, м.

Радиус разгрузки (Rp) драглайна ЭШ № 3 определяется по формуле: RP = L + 0,5Hictgct + f +А + Нвр-ctgp, м. (4)

Расчет среднего по длине фронта работ коэффициента перезкскавации предложено производить с учетом разницы объемов торцов (в которых коэффициент будет больше) и объемов опережающих ниш, проведенных для предварительного осушения.

Для схем "дренажная подушка" и "экскаватор-карьер" аналитические выражения по расчету параметров систем разработки и производительности экскаваторов уточнены в соответствии со спецификой их использования в обводненных условиях.

Так, в расчетах годовой производительности драглайна в схеме "дренажная подушка" необходимо учитывать снижение производительности эксхавагора, осуществляющего селективную отсыпку отвала. Коэффициент изменения производительности определяется по формуле:

R, = L + Нпр-ctgp + А, м,

(3)

Ксп =

(5)

S3 - Sen (1-Ку)

где S3 - общая поперечная площадь вскрышной заходки, отрабатываемой одним экскаватором, м2;

Sen- часть площади заходки, отрабатываемой селективно, м2;

Ку - коэффициент увеличения длительности цикла экскаватора при селективной работе.

Площадь заходки, отрабатываемой селективно, определяется на основе рекомендаций по устойчивости отвалов (необходимо создать "дренажную подушку" достаточной мощности), а также с учетом требований по рекультивации (размещение потенциально плодородного слоя на поверхности отвалов).

В расчетах годовой производительности драглайна в схеме "экскаватор-карьер" необходимо учитывать снижение производительности экскаватора, осуществляющего выемку угля из целика. Этот коэффициент (Кэк) предлагается определять по формуле:

Si

Кэк = - , (6)

S3 + Ку -Кр -Sy

где КР - коэффициент увеличения разрыхления угля в ковше по отношению к породе;

Sy - поперечная площадь заходки по углю, м2.

При анализе предложенных аналитических зависимостей установлено следующее. С помощью технологической схемы "открытый борт" (без подвалки откоса пласта отвальными породами) при использовании драглайнов с радиусом разгрузки 83 м ( например ЭШ - 20/90) можно отрабатывать вскрышу мощностью не более 35 м, при этом высота предотвала не должна превышать 20 м, а коэффициент переэкскавации составляет 0,5 и не зависит от мощности вскрыши. Использование этой схемы позволит формировать отвалы с минимальными углами откосов. Так, при отсыпке плоского отвала угол его откоса будет равен 16°, а при отсыпке отвалов призматической формы - 14°.

Схему "дренажная подушка" можно использовать и "в более широком диапазоне мощностей вскрыши (от 30 до 40-45 м). Однако, при этом существенно увеличивается угол откоса отвального борта (до 26°). Коэффициент переэкскавации зависит от мощности вскрыши и изменяется от 0,27 (при мощности вскрыши 30 м) до 0,37(при мощности вскрыши 45 м).

14

Установлено, что при селективной отсыпке как дренажной подушки, так и поверхности отвала производительность экскаваторов снижается весьма незначительно (на 5-7%). Расчеты по устойчивости отвалов показывают, что минимальная мощность дренажной подушки должна быть не менее 2 м. При этом обеспечивается устойчивость отала высотой до 40 м с результирующим углом заотхоски 22°.

Исследование схемы "экскаватор-карьер" показало, что для размещения угая в навалы (при мощности пласта до 5 м) требуется рабочая площадка шириной 40-45 м. При использовании этой схемы появляются дополнительные потери угля (до 3%) и его частичное разубоживание. При выемке угля из целика вскрышным экскаватором и размещении его в навалы снижается производительность по вскрыше на 15-20%. Однако, несмотря на указанные недостатки, эту схему можно использовать с повышенными углами заоткоски отвалов, тем самым сведя к минимуму объемы переэкскавации.

Как показали исследования автора, каждая из предложенных схем горных работ имеет свою область применения в зависимости от степени обводненности месторождений (см. таблицу).

Выбор рационального варианта ведения горных работ и способа осушения производится по удельным приведенным затратам, которые учитывают расходы: на вскрытие, вскрышные работы, переэкскавацию, добычные работы; на осушение, устройство водопонижающих скважин, барражных завес, открытого водоотлива; расходы, связанные с природоохранными мероприятиями.

Так, например, наиболее обводненные месторождения рекомендуется отрабатывать по схеме "экскаватор-карьер" с перевалкой угля. На разрезах с эффективно действующей дренажной системой и незначительными ливневыми осадками целесообразно использовать схему "дренажная подушка", имеющую минимальные коэффициенты переэкскавации. Однако, наиболее универсальной является схема "открытый борт", которая обеспечивает достаточно устойчивые отвалы в самых неблагоприятных условиях разработки.

В четвертой главе на основе предложенных принципиальных схем ведения вскрышных и добычных работ и методик расчета их рациональных параметров разработаны рабочие варианты бестранспортной системы разработки обводненных месторождений применительно к конкретному

Таблица

Области эффективного применения технологических схем ведения горных работ

Показатели Технологич еские схе М ы

Ранчихинская Подмосковная Украинская "Дренажная подушка" "Открытый борт" "Экскаватор-карьер

Коэффициент Бодообяльносги, м3/г 0-5 6- 15 16-30 >30

Коэффициент персах ас авацнн вскрыши 0,2 - 0,5 до 0,5 0,5 > 0,5*>

Способ осушения Нагорные канавы, водопонижахо- щие скважины, открытый дренаж Нагорные канавы, водопонижа-ющие «важины, открытый во до отлив,дренажные траншеи и ннши Нагорные канавы, открытый водоотлив, дренажные траншеи и ниши Нагорные канавы, баррахные завеш открытый водоотлив, дренажные траншеи и нипш

Примечание. С учетом переэкскавации угля

оборудованию, обеспечивающему как нормальную, так и интенсивную отработку вскрытых участков.

Приведены технологические схемы ведения горных работ с экскаваторами ЭШ-10/70, ЭШ-20/90 и ЭШ-40/85 и их рациональные параметры: высота вскрышных подуступов, ширина заходок, высота предотвала, рациональные длины фронтов работ. Даны рекомендации по обеспечению устойчивости отвалов и схемам дренажа, а также по проведению специальных мероприятий (проходке опережающих ниш, устройству дренажных подушек и т.д.).

В пятой главе на основе выполненных исследований разработаны методические рекомендации по проектированию разрезов на обводненных угольных месторождениях. Рекомендации включают в себя комплексное решение вопросов вскрьпгия, ведения добычных и вскрышных работ,

устойчивости бортов карьеров и отвалов и выбор рациональных схем осушения.

Для разреза "Ерковецкий 1" разработаны рекомендации для корректировки проекта строительства. Проектная схема ведения горных работ на всех пяти участках предусматривает селективное размещение пород в отвале. Это отрицательно сказывается на устойчивости отвалов и на выборе рационального способа осушения и рекультивации.

В отличие от проекта рекомендуется вести разработку экскаваторами ЭШ-20/90 с использованием схемы "дренажная подушка", что обеспечит уменьшение водопротоков. В настоящее время эта схема получила промышленное использование с положительными результатами. Так, с 1995 года оползни отвалов прекращены, и участок № 1 выходит на проектную мощность. Участок № 2 того же разреза рекомендуется отрабатывать также по схеме "дренажная подушка", но уже с использованием экскаватора ЭШ-40/85. Участок № 3 рекомендуется в первый период отрабатывать экскаваторами ЭШ-20/90 с использованием схемы "открытый борг", что объясняется повышенной обводненностью участка в начальный период его отработки. Участки № 4 и № 5 рекомендуется отрабатывать по схеме "экскаватор- карьер" с использованием упрощенной схемы вскрытия, что диктуется повышенным притоком воды на этих участках, расположенных непосредственно у реки Ивановка.

Для проектирования разреза "Ерковецкий 2", на котором предусматривается отработка запасов с передовыми транспортными уступами, предложена рациональная технология ведения горных работ на четырех участках поля.

При использовании рекомендаций диссертации общие затраты на разработку поля разреза снизятся на 20-25 % за счет сокращения расстояний транспортировки вскрыши с передовых уступов во внутренние отвалы.

Методические рекомендации, разработанные в диссертации, используются институтом "ДальвостНИИпроектуголь" при корректировке проекта строительства разреза "Ерковецкий 1" ив ТЭО разреза "Ерковецкий 2".

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации решена актуальная научная задача по обоснованию рациональной технологии разработки обводненных угольных месторождений Дальнего Востока. На основе использования комплекса предложенных рациональных технологических приемов и способов ведения горных работ при строительстве и эксплуатации разрезов обеспечивается безопасное и эффективное освоение месторождений с учетом экологических требований.

Основные научные результаты и практические рекомендации сводятся к следующему:

1. Разработаны усовершенствованные способы ведения вскрышных и добычных работ при усложненной бестранспортной системе разработки обводненных месторождений. Вскрышные работы производятся с селективной отсыпкой породы в выработанное пространство. Добычные работы выполняются с размещением горнотранспортного оборудования выше уровня почвы пласта. При этом обеспечивается устойчивость отвалов, создаются благоприятные условия для ведения вскрышных и добычных работ, повышается эффективность рекультивации, снижаются затраты на осушение разреза и потери угля.

2. Установлены области эффективного использования предложенных технологических схем ведения горных работ от коэффициента водообильностн. Наиболее обводненные месторождения целесообразно отрабатывать по усложненной бестранспортной системе разработки без подвалки добычного уступа отвальными породами. При этом дополнительно могут использоваться схемы с выемкой угля вскрышным оборудованием и размещением его в навал на рабочем или отвальном бортах. Менее обводненные месторождения рекомендуется отрабатывать с размещением в основание отвалов дренирующих пород и подвалкой пласта угля.

3. Предложена методика расчета параметров горных работ и горнотранспортного оборудования для разработанных схем. Установлено, что схему с открытым рабочим бортом можно использовать при мощности вскрыши до 35 м, применяя экскаваторы-дратайны с радиусом разгрузки

83 м. При этом коэффициент переэкскавации составляет 0,5 и не зависит от мощности вскрыши. Схемы обеспечивают угол откоса отвала 14-16°-

4. Разработаны рациональные схемы вскрытия обводненных месторождений с проведением опережающих ниш на рабочем борту и дренажных траншей за нерабочим бортом. Это позволит за счет дополнительных выработок производить предварительное осушение поля и эффективнее выполнять горно-строительные и эксплуатационные работы.

5. Для вскрытия вытянутых месторождений, отрабатываемых с наличием передовых транспортных уступов, предложена схема с перемещением вскрышных пород с этих уступов во внутренние отвалы кратчайшим путем по диагонали между смежными торцами соседних участков. При этом обеспечивается сокращение расстояний транспортировки вксрыши передовых уступов и исключаются потери угля между смежными участками.

6. Разработаны методические рекомендации по проектированию перспективных разрезов Ерковецкого месторождения. Установлено, что использование предложенных рекомендаций при корректировке проекта строительства разреза "Ерковеций 1" обеспечит устойчивость отвалов, улучшит условия ведения вскрышных и добычных работ, повысит эффективность рекультивации, упростит осушение разреза, снизит потери угля в недрах и позволит интенсифицировать развитие горных работ.

7. Расчеты показывают, что при использовании рекомендаций диссертации при рассмотрении ТЭО разработки разреза "Ерковецкий 2" общие затраты на нее снизятся на 20-25%. Это достигается за счет использования рациональных схем вскрытия и транспорта вскрышы передовых уступов.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих

работах:

1. Радченко В.Ф., Лушпей В.П. Проблемы осушения Ерковецкого месторождения // Вопросы разработки месторождений Дальнего Востока: Межвуз. сб. науч. тр. - Владивосток, 1990. - С. 97-101.

2. Лушпей В.П., Радченко В.Ф. Выбор параметров усложненных бестранспортных технологических схем //Проблемы геологии, разведки и разработки месторождений полезных ископаемых Дальнего Востока. -Владивосток, 1993. - С. 94-98. (Тр. ДВГТУ ; Вып. 111, сер. 4).

3. Иванов В.И., Радченко В.Ф. Прогрессивная технология ведения горных работ на разрезах ПО "Далъвостуголь" II Проблемы геологии,

разведки и разработки месторождений полезных ископаемых Дальнего Востока. - Владивосток, 1993. - С. 98-100. (Тр. ДВГТУ; Вып. 111, сер. 4).

4. Муратов НА., Ильюх В.М., Радченко В.Ф. Исследование деформаций рабочего борта Ерковецкого месторождения II Проблемы геологии, разведки и разработки меторождений полезных ископаемых Дальнего Востока. - Владивосток, 1993. - С. 106-110. (Тр. ДВГТУ ; Вып. 111, сер. 4).

5. Лушпей В.П., Радченко В.Ф., Иванов В.И. Оценка эффективности использования систем осушения Ерковецкого месторождения II Тез. докл. XXX111 юбил. науч. техн. конф. - Владивосток, 1993. Кн. 1. - С. 64-65.

6. Лушпей В.П., Радченко В.Ф. Выбор параметров подуступов при спаренной работе экскаваторов на разрезах ПО "Дальвостуголь" II Тез. докл. XXX1У юбил. науч. техн. конф. - Владивосток, 1994. Кн. 2. - С. 109110.

7. Радченко В.Ф. Пути эффективной разработки Ерковецкого угольного месторождения II Проблемы геологии, разведки и разработки месторождений полезных ископаемых Дальнего Востока. - Владивосток, 1996. - С. 112-115. (Тр. ДВГТУ; Вып. 118, сер. 4).