Совершенствование технологии разработки обводненных буроугольных месторождений Дальнего Востока

Костылев, Юрий Владимирович

Автореферат диссертации по теме "Совершенствование технологии разработки обводненных буроугольных месторождений Дальнего Востока"

На правах рукопист^

004600903

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

1 5 ДПР 29":0

Владивосток - 2010

004600903

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-исследовательский и проектный институт угля ОАО «ДальвостНИИпроектуголь»

Защита состоится «/^» £сс{ 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 (у) 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 вы-емочно-транспортного оборудования.

Для достижения поставленной цели в диссертационной работе решены следующие задачи:

1. Выявлены основные причины оползневых явлений при разработке обводненных буроугольных месторождений Дальнего Востока.

2. Проведен анализ эффективности работы осушительных систем на буроугольных разрезах Дальнего Востока.

3. Исследовано влияние эффективности осушения водопонижающими скважинами на производительность выемочно-транспортного оборудования.

4. Установлены инженерно-геологические и гидрогеологические условия возникновения оползневых явлений на Ерковецком, Павловском и Луче-горских разрезах.

5. Разработана классификация месторождений по степени обводненности с учетом характера и источников водопритоков в разрез.

6. Проведены экспериментальные исследования устойчивости откосов уступов и отвалов.

7. Разработаны и апробированы рекомендации по повышению устойчивости откосов уступов, бортов и отвалов

8. Разработаны технологические схемы вскрышных и добычных работ в условиях повышенной обводненности.

9. Разработана методика определения рациональных параметров рекомендуемых технологических схем вскрышных и добычных работ в обводненных условиях.

10. 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 подвига-ния 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» Луче-горского 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 буро-угольных 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 A.M. Мо-чалова. Значительный вклад в разработку способов и методов повышения устойчивости внесли Э.Л. Галустьян., Т.К. Пустовойтова, К.Е. Винницкий,

A.M. Демин, C.B. Качермазова, JI.C. Козьмин, В.К. Цветков, В.П. Лушпей,

B.Ф. Радченко, A.A. 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 во-допритоков и основные источники поступления воды в рабочую зону раз-

реза 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 мульдообраз-но 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 водо-упоров 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 буро-угольных месторождений Дальнего Востока приведена в табл. 1, а сравнительная оценка их обводненности - в табл. 2.

На рис. 1 представлены графики изменения среднемесячных водопротоков 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, Водоносные Основные Коэффициент Коэффициент

разрез горизонты водовмещающие фильтрации, водопроводимости,

(комплексы) породы м/сутки м2/сутки

Бикинское, НВК Гравийно-галечниковые 5,1-10,4 101-208

Лучегорский-1 отложения

УВК Песчаники, алевролиты До 1,2 1-34

Бикинское, НВК Озерно-аллювиальные

Лучегорский-2 отложения, галечники 1-20 1-243

УВК Слабосцементированные

аргиллиты, углистые ар- 0,1-0,7 43

гиллиты, уголь

ПВК Метаморф изо ванные

кремнисто-глинистые 0,08-0,13 0,021-0,1

сланцы, песчаники

Павловское, НВК Песчано-гравийные и

Павловский-2 гравийно-галечниковые 1,6-57,4 100 - 940

отложения

УВК Песчаники, алевролиты, 0,03 - 7,84 10-120

аргиллиты, бурый уголь

ПВК Гранитоиды, сланцы с 0,009 - 2,95 -

прослоями известняков и

песчаников

Ерковецкое НВК Пески крупно- и средне-

зернистые, галечники 32-266 450-650

УВК Слабопроницаемый

крепкий, хрупкий бурый 0,034- 1,06 0,10-0,29

уголь, углистые глины

ПВК Плотные и песчаные 4-22 22 - 472

глины, реже алевролиты

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 водо-обильности, м3/т

Лучегорский-1 Западный, 2650 2494,1 3359 1,35

Восточный 2150 660,9 8460 12,80

№2 2100 354,8 2288 6,45

По разрезу 6900 3509,8 14107 4,02

Лучегорский-2 СевероЗападный 2300 2014,9 4850 2,41

Павловский

№ 1 1800 1000 1724 1,72

№2 3400 2500 6111 2,44

По разрезу 5200 3500 7895 2,26

Северная депрессия 1060 1000 1314 1,31

Ерковеикий №1 2300 340 12035 35,40

№2 3200 580 12471 21,50

№3 2900 830 18144 21,86

По разрезу 8400 1750 42650 24,37

Рис. 1. Характер распределения среднемесячных водопритоков в выработки разреза «Лучегорский-1»

Как показывает динамика среднемесячных объемов суммарного водоотлива на Ерковецком разрезе в обычные (2003 и 2006 годы) и в год с максималь-

ным 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.

Рис. 2. Динамика среднемесячных водопритоков в последние годы по разрезу «Ерковецкнй»

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 водо-притоки 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 буро-угольных разрезах Дальнего Востока обусловлена сложными горногеологическими 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 водо-притоков в рабочую зону карьера.

Таблица 3

Классификация буроугольных месторождений Дальнего Востока по степени обводненности

Тип месторождения Основные источники водо-притоков Характер водопритоков Коэффициент водо-обильности, 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 водо-притоков 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-транспортиого 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, Са1егрШаг-375Ь) выемка добычной заходки большей ширины (до 50 м) может производиться за три-четыре прохода экскаватора (рис. 3).

Поскольку на Ерковецком разрезе условия отработки пластов на эксплуатационных участках разные (на участках №№ 1 и 2 в отработке находятся сближенные пласты I и Г 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 системь разработки

Вынимаемая Ширина Количество Ширина прохода, м Высота по-

мощность заходки, м проходов I II III родной на-

пласта, м экскаватора сыпи, м

4,6 40 2 18 22 4,6

6,5 45 3 18 18 9 3,0

6,5 50 3 16 18 16 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 междугшастия и верхней пачки практически одинаковы) добычной экскаватор типа обратная лопата устанавливается на породах междупластия.

При этом ширина первого прохода

А1 = (Т + Т^рп)11н/ Ьп-кр, м,

где Т - ширина породной призмы по верху, обеспечивающая размещение транспортной полосы и безопасную эксплуатацию средств железнодорожного транспорта;

Рп - угол откоса породной призмы, град.; Ь„ - мощность нижней пачки угля, м; Ьп - 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 и разницей в отметках кровли пласта и верхней площадки породной призмы га - Ьп, т. е.

Ьн = (т - К)/ ¡р.

Как видно из расчетной схемы (рис. 4) объем породной призмы, укладываемой добычным экскаватором, складывается из двух объемов:

V, = V, + V» м3.

Объем исходной породной призмы на 1 м длины фронта, оставляемой до уровня кровли пласта при переэкскавации составляет

V, = [П + 0,Зт^а + ^Р)] т, м3.

Очевидно, что этого объема породы недостаточно для полного заполнения требуемого объема Уп, поскольку П < Т. В данном случае требуется дополнительный слой отвальной породы высотой Ьх и объемом Уд, оставляемый нетронутым при переэкскавации отвальных пород.

ось I хода

Рис. 4. Расчетная схема к определению параметров технологической схемы Отсюда следует, что высота слоя Их будет определяться разностью Т - П и составит

Ьх = (Т-П)т/Ьх, м,

где Ьх = П + 2т ^р.

окончательно ширина 1-го прохода добычного экскаватора

кх = Аг0 - Ьх, а ширина 2-го прохода Ап = А - А!

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 «Лу-чегорский-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, учигыващая 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 подвига-

ния 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 A.A., 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 A.A., Лушпей В.П., Свистун 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. № OB 15. -М.: Изд-во «Мир горной книги». С. 154-165.

4. Лушпей В.П., Григорьев A.A., Костылев Ю.В. Совершенствование технологии вскрышных и добычных работ в обводненных условиях / В кн. «Дальний Восток-3: Отдельный выпуск Горного информационно-аналитического бюллетеня. - 2007. № OB 16. - М.: Изд-во «Мир горной книги». С. 131-141.

5. Устойчивость бортов на угольных разрезах Дальнего Востока (теория и практика): учеб. пособие / A.A. 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, A.A. 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 A.A., Костылев Ю.В., Мицкевич В.А. Оптимальные параметры бортов и уступов разреза «Новопокровский». / Мат. Конф. ДВГТУ «Во-логдинские чтения». - Владивосток: Изд-во ДВГТУ, 1999. С. 18-19.

9. Григорьев A.A., 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 A.A., Мицкевич В.А., Костылев Ю.В. Вопросы обеспечения устойчивости отвалов и бортов «Малых разрезов» со сложными горногеологическими 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 A.A., 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 A.A., 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.

Костылев Юрий Владимирович

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ РАЗРАБОТКИ ОБВОДНЕННЫХ БУРОУГОЛЬНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ДАЛЬНЕГО ВОСТОКА

Автореферат

Подписано в печать 29.03.2010 Формат 60x84/16 Усл. печ. л. 1,27 Уч.-изд. л. 1,18

_Тираж 100 экз. Заказ 145_

Отпечатано в типографии ДВГТУ 690990, Владивосток, ул. Пушкинская, 10

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Костылев, Юрий Владимирович

Введение.

Глава 1. Анализ условий и причин оползневых явлений при разработке угольных месторождений и мер по их предупреждению.

1.1. Общий обзор проблемы разработки обводненных месторождений

1.2. Инженерно-геологические и горно-технические особенности внутреннего отвалообразования на разрезах.

1.3. Анализ причин оползневых явлений в зарубежной практике.

1.4. Анализ опыта разработки обводненных месторождений

Дальнего Востока.

1.4.1. Горно-геологические и гидрогеологические условия освоения Бикинского месторождения.

1.4.2. Характеристика горно-геологических условий

Павловского месторождения.

1.4.3. Особенности разработки Ерковецкого месторождения.

1.5. Анализ оползневых явлений на буроугольных месторождениях Дальнего Востока.

1.5.1. Оползни рабочих бортов.

1.5.2. Оползни нерабочих бортов.

1.5.3. Оползни внутренних отвалов.

1.6. Цель и задачи исследования.

Выводы по главе.*.

Глава 2. Исследование влияния эффективности работы осушительных систем на устойчивость бортов и откосов отвалов.

2.1. Характеристика систем открытого и глубинного водоотлива на Лучегорских разрезах.

2.2. Оценка эффективности работы карьерного водоотлива на разрезе «Павловский-2».

2.3. Исследование влияния эффективности работы осушительной системы на производительность оборудования на

Ерковецком разрезе.

2.4. Сравнительная оценка водообильности и классификация буроугольных месторождений Дальнего Востока по характеру водопритоков.

2.5. Геомеханические особенности эксплуатации буроугольных месторождений Дальнего Востока.

2.6. Результаты инструментальных наблюдений за деформациями.

2.7. Рекомендации по повышению устойчивости откосов в сложных горно-геологических условиях.

Выводы по главе.

Глава 3. Исследование, разработка и обоснование рациональных технологических схем и параметров систем разработки.

3.1. Исследование влияния обводненности на производительность выемочно-транспортного оборудования.

3.2. Экспериментальные исследования по повышению эффективности вскрышных и добычных работ.

3.2.1. Технологические решения по повышению эффективности работы добычного комплекса в обводненных условиях.

3.2.2. Методика расчета параметров добычного комплекса.

3.2.3. Способ отработки вскрышных уступов на железнодорожный транспорт в обводненных условиях.

3.3. Определение рациональных параметров комплекса ЭЖО экспериментальным путем.

3.4. Технико-экономическая оценка результатов внедрения рекомендаций по повышению эффективности разработки обводненных месторождений.

Выводы по главе.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Совершенствование технологии разработки обводненных буроугольных месторождений Дальнего Востока"

Актуальность работы. На состоявшемся в апреле 2001 года в г. Москве семинаре «Проблемы реструктуризации угольной промышленности России и информационного обеспечения» было отмечено, что мировое энергопотребление к 2020 году возрастет на 40-45 % [61]. Это вызовет необходимость увеличения добычи (производства) всех видов энергоресурсов. Общие балансовые запасы угля в России составляют около 200 млрд. т. Промышленные запасы энергетических углей 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, ВосточноСибирского района и Дальнего Востока.

К числу предприятий, имеющих значительные прогнозируемые приросты мощностей и не реализующих их по причине отсутствия средств по оценке [95] в первую очередь относятся разрезы Дальневосточного экономического района: «Ерковецкий», «Ургальский», «Лучегорский-2» и «Павловский».

Дальнейшее развитие техники и технологии открытых горных работ и связанное с этим вовлечение в отработку сложных по горно-геологическим условиям месторождений, увеличение коэффициента и объема вскрыши, глубины разработки выдвинуло проблему обеспечения устойчивости бортов карьеров в ряд крупных народнохозяйственных задач.

По мере увеличения глубины карьера растет водоприток в выработки, ухудшаются геомеханические характеристики массива, усложняется процесс кратковременного и долгосрочного прогнозирования • устойчивости бортов карьеров и отвалов, поскольку знания о свойствах массива носят все более вероятностный характер.

Анализ имеющихся данных показывает, что основной причиной деформаций уступов и бортов карьеров является несоответствие проектных параметров откосов прочностным характеристикам реального породного массива, которые зависят от физико-механических свойств пород, структурно-тектонических особенностей массива, сейсмического воздействия взрывов, Ч технологии отстройки уступов и берм на предельном контуре, сроков службы нерабочих бортов карьера и гидрогеологических условий месторождения.

На угольных месторождениях прогнозирование устойчивости значительно затруднено по сравнению с рудными, в основном, по двум причинам. Во-первых, угольные месторождения имеют большее разнообразие геологических, инженерно-геологических и гидрогеологических условий, осложненных наличием слоистых структур и сильной тектонической нарушенности. Во-вторых, сочетания нарушений и аномального залегания слоев в зоне тектонических процессов трудно прогнозируемы на стадии проектирования параметров карьера, обеспечивающих достаточную надежность и исключающих проявление оползневых явлений.

Естественно, что сложные условия требуют более тщательного изучения массива и надежного обоснования принятых углов наклона бортов и углов откоса внутренних отвалов.

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.

Для достижения поставленной цели в диссертационной работе решены следующие задачи:

1. Выполнен аналитический обзор инженерно-геологических и горнотехнических особенностей разработки обводненных месторождений в отечественной и зарубежной практике.

2. Проведен анализ эффективности работы осушительных систем на буроугольных разрезах Дальнего Востока.

3. Исследовано влияние эффективности осушения водопонижающими скважинами на производительность выемочно-транспортного оборудования.

4. Исследованы инженерно-геологические и гидрогеологические условия возникновения оползневых явлений на Ерковецком, Павловском и Лучегорских разрезах.

5. Классифицированы месторождения по характеру и источникам водопритоков в разрез.

6. Проведены экспериментальные исследования устойчивости откосов уступов и отвалов.

7. Разработаны и апробированы рекомендации по повышению устойчивости откосов уступов, бортов и отвалов

8. Разработаны технологические схемы вскрышных и добычных работ в условиях повышенной обводненности.

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.

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 N 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 129 страниц машинописного текста, 37 рисунков, 13 таблиц и приложение.

Заключение Диссертация по теме "Геотехнология(подземная, открытая и строительная)", Костылев, Юрий Владимирович

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, учитывающая 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.

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 горногеологических условиях и обеспечивающие более безопасную и эффективную разработку обводненных буроугольных месторождений.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Костылев, Юрий Владимирович, Владивосток

1. Средней степени обводненности Паводковые и 1 Сезонным линневые воды j 5-15

2. Сильно обводненные Напорные , подземные воды, | Стабильно ьысокий независимо обряжая | от времени года инфильтрация i Свыше 15

3. Геомеханические особенности эксплуатации буроугольных месторождений Дальнего Востока

4. Знание факторов, от которых зависит устойчивость бортов карьеров и откосов отвалов, и конкретных причин произошедших оползневых явлений, позволяет разработать способы управления устойчивостью откосов в различных горно-геологических условиях.

5. Авт свид. № 994732. Бюлл. № 5, опубл. 07.02.83. 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.

6. Арсентьев А.И., Букин И.Ю., Мироненко В.А. Устойчивость бортов и осушение карьеров. Учебник для вузов. М., Недра, 1982. 165 с.

7. Бахаева С.П., Кузнецов М.А., Костюков Е.В. Анализ причин деформационных процессов прибортовых массивов в условиях Кузбасса //Безопасность труда в промышленности. М.: НТЦ Промышленная безопасность, 2004. - № 3.

8. Виницкий К.Е., Шушкина О.И. Управление устойчивостью внутренних отвалов разрезов: Обзор/ЦНИЭИуголь. М., 1984. - 48 с.

9. ВНИМИ. Методические указания по определению углов наклона бортов, откосов уступов и отвалов строящихся и эксплуатируемых карьеров. -Л., 1972.- 184 с.

10. Волков Ю.И., Пономаренко Ю.В. Осушение шахтных и карьерных полей месторождений. «Горный журнал». № 12. - 1985. С. 60 - 62.

11. Волков Ю.И., Пономаренко Ю.В. Состояние и перспективы осушения угольных разрезов за рубежом. «Уголь», февраль , 1987. С. 56 -59.

12. Галустьян Э.Л. Конструирование нерабочих бортов угольных разрезов с оптимальными по объему вскрыши параметрами. «Уголь», май, 1997. С. 23-25.

13. Галустьян Э.Л., Пустовойтова Т.К., Лелеко А.И. Повышение устойчивости откосов На разрезах. «Уголь», № 6, 1988. С. 39-41.

14. Галустьян Э.Л. Технология контурного взрывания на угольных разрезах. «Уголь», июнь, 2000. С. 37 40.

15. Галустьян Э.Л. Технология проведения разрезных траншей у выходов пологих пластов под наносы на оползневых участках / Науч. сооб. ИГД им. А.А. Скочинского. 1986. - Вып. 245. - С. 98 -103.

16. Галустьян Э.Л. Технология формирования устойчивых отвалов. «Горный журнал». № 12.- 1985. - С. 31 - 34.

17. Галустьян Э.Л. Устойчивость бортов разрезов при разработке горизонтальных и пологих залежей. «Уголь», № 9, 1989. С. 35 37.

18. Галустьян Э.Л. Экономические аспекты проблемы оптимизации параметров бортов угольных разрезов и отвалов. «Уголь», апрель, 1996. С. 45 -47.

19. Гасюкевич В.К., Алексеенко И.А. Повышение эффективности водоотлива угольных разрезов. «Уголь», июль, 1987. С. 33 34.

20. Геологическое строение и полезные ископаемые междуречья нижнего Бикина и Б. Уссурки. С. В-Надеждинское, 1993.

21. 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.

22. Григорьев А.А., Лушпей В.П., Костылев Ю.В. Характер и причины деформационных явлений на буроугольных разрезах Приморья. Изв. вузов. Горный журнал. 2007, № 7. С. 54-58.

23. Григорьев А.А., Лушпей В.П., Костылев Ю.В. Особенности управления откосами в сложных горно-геологических условиях. Мат. Межд. конф. «Проблемы освоения георесурсов Дальнего Востока», 10-12 сентября 2007 г. Горно-информационный бюллетень МГГУ, 2007.

24. Гриднев А.П. Определение рациональной границы бестранспортной системы разработки. Уголь, 1973, № 9. С 32 - 34.

25. Гриднев А.П. Повышение эффективности бестранспортной системы разработки на разрезах. М., ЦНИЭИуголь, 1973.

26. Гринцов В.А. Совершенствование технологии внутреннего отвалообразования на разрезах Приморского края. «Уголь», декабрь, 1987. С. 25 -27.

27. Демин A.M. Александров Б.А. Деформации уступов и бортов в карьерах. М.: ИГД им. Скочинского, 1963. 51 с.

28. Демин A.M., Горбачева Н.П., Рулев А.Б. Взаимосвязь конусов деформаций с высотой уступа и шириной захвата при оползнях в карьерах. «Известия вузов. Горный журнал», № 6, 2003. С. 97 - 100.

29. Демин A.M. Устойчивость открытых горных выработок и отвалов. М., Недра, 1973.

30. Егоров А .Я., Кононов В.В. Устойчивость бортов карьеров. Инженерно-геологические и геомеханические аспекты проблемы. Обзор /НИИТЭХИМ, 1989, С. 19.

31. Заключение об условиях организации дренажных мероприятий на участке «Восточный разреза «Лучегорский». ВНИМИ, 2001.

32. Заключение по результатам гидрогеологического обследования Южного борта разреза «Восточный» РУ «Лучегорское», ОАО «ДальвостНИИпроектуголь», Владивосток, 2004.

33. Зарубов В.Ф. Развитие Райчихинского угольного бассейна. «Уголь», июнь, 1983. С.27 -29

34. Ильин А.И., Гальперин A.M., Стрельцов В. И. Управление долговременной устойчивостью откосов на карьерах. М.: Недра, 1985. 248 с.

35. Инструкция по наблюдению за деформациями бортов, откосов уступов и отвалов на карьерах и разработке мероприятий по обеспечению их устойчивости. Л., ВНИМИ ВИОГЕМ, 1971.

36. Исследование устойчивости прибортового массива и разработка рекомендаций по безопасной отработке пластов 4, 5, 6 групп в Южном борту разреза «Восточный». ФГУП НИИ горной механики и маркшейдерского дела, СПб, 2004.

37. Крячко О.Я. Управление отвалами открытых горных работ. М.: Недра, 1979. С 252.

38. Козьмин Л.С. Опыт борьбы с оползневыми явлениями. «Уголь», июнь, 1983. С. 33 -35.

39. Козьмин Л.С. Опыт ведения горных работ по породам, склонным к оползням. «Уголь «, апрель , 1987. С 29 -30.

40. Лукьянов А.Н., Прохоренко Г.А. Совершенствование технологии открытой разработки сложноструктурных месторождений. «Горный журнал», № 6, 1998. С 42 46.

41. 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.

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

43. Лупгпей В.П., Радченко В.Ф. Выбор параметров подуступов при спаренной работе экскаваторов на разрезах «Дальвостуголь» //Тез. докл. XXXIV юбил. науч. техн. конф. Владивосток, 1994. Кн. 2. - С. 109-110.

44. Лушпей В.П., Радченко В.Ф., Иванов В.И. Оценка эффективности использования систем осушения Ерковецкого месторождения // Тер.докл. XXXIII юбил.науч.техн.конф. Владивосток, 1993. Кн. 1. - С. 64-65.

45. Мельников И.Д., Демин A.M. Анализ фактических случаев деформационных процессов в откосах карьеров. М.: ИГД им. Скочинского, 1967. 37 с.

46. Методические указания по расчету устойчивости и несущей способности отвалов. Л.: ВНИМИ, 1987.

47. Михайлова Т.В., Бахаева С.П. Определение оптимальных параметров бортов на основе районирования условий залегания угольных пластов. «Маркшейдерский вестник», № 3, 2002. С. 47 50.

48. Мочалов A.M., Костин Е.В. Расчет параметров устойчивых откосов в слоистом массиве пород. — Труды ВНИМИ, 1975, № 96. С. 107 115.

49. Мочалов A.M., Пустовойтова Т.К., Макаров Б.Л. Опыт стабилизации крупного оползня внешнего отвала скальных пород. «Горный журнал», № 10, 1999. С. 17-21.

50. Мочалов A.M., Хашин В.Н. Расчет устойчивости отвалов на наклонном основании. Труды ВНИМИ, 1973, № 89. С. 13- 138.

51. Мочалов A.M., Хашин В.Н. Расчет устойчивости отвалов на наклонном слоистом основании. — Труды ВНИМИ, 1974, № 92. С. 73 - 79.

52. Муратов Н.А., Ильюх В.М., Радченко В.Ф. Исследование деформаций рабочего борта Ерковецкого месторождения // Проблемы геологии, разведки и разработки месторождений полезных ископаемых

53. Дальнего Востока. Владивосток, 1993. - С. 106-110. (Тр. ДВГТУ ; Вып. 111, сер. 4).

54. Несмеянов Б.В., Твердов А.А. «Малые» силовые воздействия и их учет при расчетах устойчивости карьерных откосов. «Маркшейдерия и недропользование», № 2, 2006. С. 59 62.

55. Овчинникова A.M. Геологический отчет по детальной разведке участка № 2 Нижне-Бикинского б/у месторождения за 1972-1981 гг. по состоянию на 01.01.1982 г.Г. Артем, 1982.

56. Окатов Р.П. Об устойчивости откосов на слабом наклонном основании. ФТПРПИ, 1980, №» 3. С. 21 - 24.

57. О перспективах развития угольной промышленности. «Уголь», 2001, №5. С. 27-29.

58. Отчет о проведении НИР по внедрению электрической томографии на угольном поле разреза «Лучегорский», 1 этап. Владивосток: «Экогеопроект», 2004.

59. Отчет по НИР «Гидрогеологическое обоснование мероприятий по защите южного борта разреза «Восточный» ЗАО «ЛуТЭК» от водопритоков». г. Владивосток, 2004.

60. Отчет по теме «Внедрение электрической томографии на угольном поле разреза «Лучегорский». Владивосток: «Экогеопроект», 2005.

61. Отчет по теме: «Исследование устойчивости бортов Бикинского карьера и определение оптимальных углов откоса бортов». ВИОГЕМ, г. Белгород. 1969.

62. Певзнер М.Е., Беленьких П.Г. Физико-химический метод управления свойствами и состоянием массива песчано-глинистых пород. — В кн.: Физика горных пород и процессов. М., 1974. 261 с.

63. Певзнер М.Е. Борьба с деформациями горных пород на карьерах. М.: Недра, 1978.256 с.

64. Перспектива освоения угольных месторождений Дальнего Востока. Том I. Горно-геологические условия. Владивосток: Изд-во ДВГУ, 2004.

65. Попов В.Н., Несмеянов Б.В., Чачкис А.Б. и др. Контроль деформаций горных пород на карьерах. Обзор/ЦНИЭИцветмет. М., 1989. — 52 с.

66. Попов И.И., Окатов Р.П. Борьба с оползнями на карьерах. М.: Недра, 1980.

67. Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, СПб., 1998.

68. Проект строительства разреза «Ерковецкий» п/о «Дальвостуголь». Владивосток: Дальгипрошахт, 1984.

69. Рабочий проект строительства разреза «Павловский № 2». Владивосток: Дальгипрошахт, 1980.

70. Рабочий проект строительства участка № 2. Владивосток: Дальгипрошахт 1987.

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

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

73. Радченко В.Ф. Технологический подход в решении проблем осушения сильно обводненных месторождений. «Уголь», сентябрь, 1997. С 31-32.

74. Рудаков B.C., Бабаянц Г.М. Защита горных предприятий от подземных вод. М.: Недра, 1980.

75. Руководство по изучению режима и баланса подземных вод в речных бассейнах. М., 1968, 255 с.

76. Рюмин А.И., Костин Е.В., Воронин Е.Н. Дренаж разрезов Кузбасса. «Уголь», № 3, 1989. С. 33 -35.

77. Садардинов И.В., Васянович A.M., Савельева Ю.Ю. Развитие угольной отрасли Дальнего Востока необходимое условие обеспечения энергетической безопасности региона. «Уголь», май, 2001. С 21 - 26.

78. Седых А.К. и др. Неотектонические явления на буроугольных месторождениях Приморья //Морфоструктура и палеогеография Дальнего Востока. Владивосток: ДВНЦ АН СССР, 1979.

79. Степанов В.Я. Система контроля деформаций массивов горных пород на больших базах / Маркшейдерское дело и проблемы геомеханики. VII Международный маркшейдерский конгресс. 1988. III. С 5- 55.

80. Трибельгорн А.А., Калабухов С.В., Либерцев О.Н. Пути ; решения проблемы обводненности вскрышных уступов на разрезе «Нарвский». «Уголь», апрель, 1989. С 27 28.

81. Устойчивость бортов на угольных разрезах Дальнего Востока: учеб. пособие / А.А. Григорьев, В.П. Лушпей, Ю.А. Васянович, Ю.В. Костылев, В.Ю. Васянович / под ред. В.П. Лушпея. Владивосток, 2008. 174 с.

82. Фисенко Г.Л., Бряков С.П. Устойчивость высоких отвалов при применении автотранспорта. «Уголь», февраль, 1983. С. 25 27.

83. Фисенко Г.Л., Мироненко В.А. Дренаж карьерных полей. М., Недра, 1972.

84. Фисенко Г.Л., Сапожников В.Т., Пушкарев В.И. Об устойчивости бортов угольных разрезов и карьеров. «Уголь», декабрь, 1988. С. 26 29.

85. Фисенко Г.Л. Устойчивость бортов карьеров и отвалов. М: Недра, 1965. 378 с.

86. Хашин В.Н. Выемка слабого слоя из основания отвала как средство улучшения его устойчивости. Труды ИГД им. А.А. Скочинского, 1977, вып. 151. С. 20-30.

87. Хохлов И.В., Зайденварг В.Е., Дубровский В.И. Технология ограничения притоков воды в горные выработки шахт и во взрывные скважины на разрезах. Обзор ЛДНИЭИуголь. М., 1990. 37 с.

88. Цветков В.К. Расчет устойчивости однородных откосов при упруго-пластическом распределении напряжений в массиве горных пород / Изв. вузов. Горный журнал. 1981. - № 5. - С. 45 - 52.

89. Цветков В.К., Туманов C.J1. Влияние коэффициента бокового распора на устойчивость рабочих уступов, натруженных горным оборудованием /Изв. вузов. Горный журнал. 1985. -№ 12. - С. 27 - 29.

90. Шпаков П.С., Поклад Г.Г., Рыбалкин Ю.Д. Расчет предельных параметров отвалов на слабом наклонном основании / Изв. вузов. Горный журнал.-№ 12.- 1985.-С. 35-41.

91. Щадов В.М. Долгосрочный прогноз и инвестиционная политика развития добычи угля открытым способом. «Уголь», апрель, 2001. С. 36- 40.

92. Щадов М.И., Виницкий К.Е., Гриднев В.А. Развитие бестранспортных технологий и оборудования для расширения сферы внутреннего отвалообразования. «Уголь», сентябрь, 1997. С. 26 -30.

93. Brawner С.С. Regent lesson that have been learned in open-pit mine stability//mining Engineering, 1986. August. P. 823-830.

94. Nieblec Mides NF Shear atrengt of typical features of basaltie rock masses//Adv. Rock. Mech. 1974, part. F. V. 2. P. 294-501.

95. Характеристика оползневых деформаций на угольных месторождениях Дальнего Востока

96. В результате опытных работ были получены рациональные параметры предложенной технологической схемы (глубина поперечных водоотводных канавок и расстояние между ними).

97. Укрупненные технико-экономические расчеты подтверждают результат получения годового экономического эффекта только по одному участку в ценах 1986 г. до 22860 руб.

98. Главный инженер РУ «Лучегорское»

99. Главный маркшейдер РУ «Лучегорское»

100. Заместитель главного инженера по горным работам

101. В.Н. Пономаренко В,И. Гришков1. В.А.Тхоренко1. АКТвнедрения технологических схем ведения добычных работ, разработанных коллективом авторов при участии зам. директора ООО «Амурский уголь» по маркшейдерскому обеспечению Ю.В. Костылева

102. Результаты внедрения положительные, повысилась производительность добычного экскаватора на 15-20 % по сравнению с установкой его на почве пласта, несмотря на дополнительное отвлечение экскаватора наотсыпку породной призмы под железнодорожный путь.

103. Руководитель департамента эконо!

104. Руководитель департамента по гео маркшейдерскому обеспечению

105. Заместитель генерального директо по производству и технической по1. Т.В. Лобанова1. В. Немировец1. Г. Кудин