Обоснование организационно-технологических методов ведения горных работ в сложных горнотехнических и геокриологических условиях открытой разработки угольных месторождений: На примере разреза «Восточный»

Актуальность работы. На территории Восточного Забайкалья известно более 100 угольных месторождений и углепроявлений. Разрабатываются Харанорское, Уртуйское и Татауровское буроугольные месторождения. Наиболее сложные горно-технические и горно-геологические условия характерны для Татауровского месторождения: суровость климатавлияние крупной реки Ингодавысокая водообильностьмноголетняя мерзлота. Четвертичные отложения содержат кондиционную песчано-гравийную смесь.

В современной технологии ведения горных, буровзрывных и строительных работ в условиях многолетней мерзлоты достигнуты значительные научно-практические результаты, изложенные в трудах В. П. Бакакина (1958), И. П. Балбачан (1974,1979), В. Г. Гольдтмана, И. З. Дроговейко (1981), А.А. Егу-пова (1981,1991), В. И. Емельянова (1976,1978), И. И. Железняка Д.М.Кушнарева (1973,1983,1985), М. В. Костромина (1994), Г. З. Перльштейна (1979), С. В. Потемкина (1991), В. Г. Пятакова (1994), А. В. Рашкина (2004) и др. Однако исследования в этой области при открытой разработке угольных месторождений весьма незначительны и связаны в основном с повышением эффективности бурения взрывных скважин по многолетнемерзлым породамН.Н.Страбыкин (1989), В. А. Перетолчин, А. Е. Беляев и др. (1983,1985,1993). Вместе с тем опыт работы разрезов Восточной Сибири, Забайкалья и Якутии, исследования В. П. Федорко (2000), Г. К. Островского (1993), В. М. Наумова и др. показывают, что необходимо разрабатывать специальные технологические схемы ведения буровзрывных (БВР) и горных работ по многолетне-мерзлым и коренным породам и создавать экономичную систему осушения разреза и водоотлива. Решению этой актуальной научно-практической задачи посвящена диссертация.

Объект исследования — буровзрывные и вскрышные работы на угольных разрезах в сложных горно-технических и геокриологических условиях.

Предмет исследования — технологические схемы буровзрывных и вскрышных работ в условиях многолетней мерзлоты и высокой обводненности месторождения.

Цель работы — Разработать и обосновать эффективные технологические схемы буровзрывных и вскрышных работ в сложных горнотехнических и геокриологических условиях, усовершенствовать систему осушения и водоотлива.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие основные задачи:

— изучить горно-технические и горногеологические условия буро-угольных месторождений Восточного Забайкалья, состояние технологии открытой разработки, выявить адаптивные границы разреза на основе современных эколого-экономических критериев;

— выявить особенности ведения БВР по мерзлым четвертичным отложениям и коренным породам, позволяющих разработать и обосновать технологические решения по сохранности скважин, гидроизоляции зарядов ВВ, рациональный ассортимент ВВ и параметры;

— разработать и обосновать технологические схемы взрывания на вскрышных уступах при бестранспортной системе разработки, при валовой и селективной выемке мерзлых четвертичных отложений, коренных пород и деятельного слоя;

— разработать технологические схемы ведения горных работ в условиях многолетней мерзлоты и высокой обводненности месторождения.

Идея работы заключается в том, что повышение эффективности открытой разработки угольных месторождений в сложных горно-технических, гидрогеологических и геокриологических условиях возможно на основе применения рациональных параметров БВР по мерзлым четвертичным отложениям, комбинированных технологических схем вскрышных работ и совершенствования системы водоотлива.

Методы исследований. Обобщение результатов известных технологий, моделирование, опытные взрывы и производственные эксперименты, обработка результатов опытов методом наименьших квадратов, технико-экономический анализ.

Защищаемые научные положения.

1. Разработанные и обоснованные на закономерностях распространения разрушающих деформаций технологические схемы взрывания на вскрышных уступах при бестранспортной системе разработки, при валовой и селективной выемке мерзлых четвертичных отложений, коренных пород и деятельного слоя позволяют улучшить качество дробления массива и сократить потери скважин.

2.Разработанные технологические схемы горных работ на основе послойного солнечно-радиационного оттаивания мерзлых пород четвертичных отложений и совершенствования системы осушения и водоотлива в условиях многолетней мерзлоты и высокой обводненности месторождения обеспечивают планомерность ведения вскрышных работ и высокие технико-экономические результаты добычи угля.

3. Перспективным направлением совершенствования технологии вскрышных и добычных работ является применение предложенного вскрышного агрегата, позволяющего уменьшить объём вторичного рыхления многолетнемерзлых пород, сократить площади внешних отвалов, уменьшить расходы на планировку отвалов при рекультивации нарушенных земель и повысить полноту выемки угля на подтапливаемых участках.

Достоверность и обоснованность защищаемых научных положений обеспечена представительным объёмом опытных взрывов в натурных и производственных условиях, промышленными испытаниями технологических схем ведения буровзрывных и горных работ, крупномасштабным внедрением разработанных технологий в производство с большим экономическим эффектом и фактическим повышением эффективности добычи угля в новых экономических условиях.

Теоретическая значимость и научная новизна диссертации заключается в: выявлении закономерностей распространения разрушающих деформаций при взрывании мерзлых пород, позволяющих обосновать и оценить параметры заложения зарядов и короткозамедленного взрыванияобосновании технологических схем вскрышных работ с применением солнечно-радиационного оттаивания пород.

Практическое значение имеют: технические решения по сохранности взрывных скважин и гидроизоляции зарядов ВВобоснованные параметры БВР по мерзлым четвертичным отложениям и разработанные технологические схемы взрывания на вскрышных уступах при бестранспортной системе разработки, при валовой и селективной выемке четвертичных отложений, коренных пород и деятельного слоятехнология проходки открытой дрены направленными взрывами сосредоточенных скважинных и щелевых зарядовкомбинированные технологические схемы вскрышных работ с применением солнечно-радиационного оттаивания породконструкция вскрышного агрегата с системой подвески ковша к забойной и отвальной платформамусовершенствованная система осушения дренажными канавами на глубину деятельного слоя с применением щелевых зарядов и водоотлива с оптимальными сечениями подающих и напорных магистралей, позволяющая сократить перекачку воды в объёме до 2000 м /час.

Личный вклад автора заключается в формулировке цели и основных задач исследований, обосновании послойного солнечно-радиационного оттаивания мерзлых горных пород, конструкции вскрышного агрегата и системы осушения и водоотлива, организации производственных экспериментов, разработке технологических схем ведения буровзрывных и горных работ по периодам года, обработке и анализе результатов исследований.

Апробация работы. Результаты, основные положения, выводы и рекомендации докладывались на научно-технических совещаниях АО «Востсиб-уголь», ОАО «Читинская угольная компания», ежегодных научнопрактических конференциях ЧитГУ (2003,2004), ИрГТУ «Игошинские чтения» (Иркутск, 2003), научном симпозиуме «Неделя горняка"(2004,2005, Ml ГУ, Москва). Результаты исследований и разработок использованы при разработке проекта реконструкции и развития разреза «Восточный» в ОАО «Востсибгипрошахт» и составлении ОВОС в ЧитГУ.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 5 статей в журнале «Уголь», сборнике научных трудов «ГИАБ» и Вестнике ЧитГУ.

Объём и структура работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения и содержит 145 страниц машинописного текста, включая 43 рисунка, 19 таблицы, список использованной литературы из 70 наименований, 14 приложений.

Основные результаты, выводы и рекомендации заключаются в следующем.

1. Выполненный комплекс инструментальных наблюдений и расчетов позволили обосновать технологические схемы взрывных работ в сложных горнотехнических, гидрогеологических и геокриологические условиях Та-тауровского буроугольного месторождения. Для повышения сохранности взрывных скважин целесообразно осушение ДС многолетней мерзлоты, увеличение диаметра взрывных скважин и применение устройств крепления и гидроизоляции устьевой части их. Надежность детонации зарядов ВВ достигается гидроизоляцией зарядов и заряжанием скважин вслед за их бурением. Предельная зона распространения разрушающих деформаций при удельном расходе ВВ 0,8.0,94 кг/м составляет 5 м для ПГГО и 5,7 м для коренных пород, а минимальное расстояние подбоя при интервалах замедления 35.5О мс составляет 11,5 м, но не более 2 м. Рекомендуемая сетка скважин при совместном и раздельном взрывании четвертичных отложений и коренных пород при диаметре зарядов 150. 160 мм составляет 4×4 м.

2. На основании опытных взрывов, теоретических и экспериментальных исследований практически реализованы: технология заряжания вслед за бурением скважинработы по проходке открытой дрены и дренажных канав по контуру отрабатываемых заходоктиповой проект массового взрываорганизовано изготовление полиэтиленовых оболочек, что позволило исключить из ассортимента применяемых ВВ дорогостоящие граммонит 30/70 и гранулотолрекомендации по монтажу коммутационной сети.

3. Установлено, что раздельное взрывание четвертичных отложений и коренных пород не имеет технико-экономических преимуществ перед совместным взрыванием. Разработана и внедрена технологическая схема предварительного рыхления и удаления пород ДС, позволяющая сократить потери скважин и уменьшить влияние его на дробление массива. Рекомендована технология фронтальных взрывов с производством вскрышных работ по Черемховской схеме, что позволяет использовать энергию взрыва для частичного сброса пород в постоянный отвал и предотвал.

4. Разработаны технология проходки открытой дрены направленными взрывами сосредоточенных скважинных и щелевых зарядов, позволяющая уменьшить срок сооружения дрены с 1.1,5 лет до 5.6 месяцев и затраты на 119 тыс. рублей-или на 12%, и технология проходки дренажных канав на глубину ДС вдоль границ 1 .2 заходок с применением щелевых зарядов.

5. Впервые для угольных месторождений разработаны технологические схемы вскрышных работ с послойным солнечно-радиационным оттаиванием многолетнемерзлых пород четвертичных отложений. Разработаны и обоснованы технологические схемы ведения вскрышных работ для зимнего, летнего и переходных осеннего и весеннего периодов года. Внедрение этих схем в сочетании с применением усовершенствованных схем взрывания позволило за период с 1990 по 2004 гг. уменьшить годовые объёмы бурения скважин в 18 раз, расход ВВ — в 60 раз, удельный расход ВВ в 1,3 раза, расход ДШ в 6,7 раза и объёмы взорванной горной массы в 47 раз. Эксплуатационные затраты на производство БВР сократились с 81 млн.р. на 1 млн. тонн добытого угля до 880 тыс. р.(в ценах 2000 г.). Выбросы пыли и ядовитых газов и размеры платежей за загрязнение атмосферного воздуха уменьшены: при бурении скважин — в 15 раз и при массовых взрывах — в 64 раза.

6. Предложена новая технология ведения вскрышных и добычных работ агрегатом с вскрышной (добычной) и отвальной (разгрузочной) платформами, системой тягово-несущего и тягового канатов и ковшом драглайна на подвеске, позволяющая отказаться от транспортной схемы ведения вскрышных работ, уменьшить объем вторичного рыхления многолетнемерз-лых пород на 30.40%, сократить площади внешних отвалов, уменьшить расходы на планировку внутреннего отвала в 8. 10 раз, повысить полноту извлечения угля на участках подтопления, снизить себестоимость вскрышных работ на 15. .25%.

7. Разработанная система осушения и внутрикарьерного водоотлива позволила уменьшить перекачку воды на 2000 м3/час и снизить затраты на водоотлив на 3,2 млн. руб в год.

8. В результате успешного внедрения эффективных организационно-технологических решений и методов ведения буровзрывных и вскрышных работ, системы осушения и водоотлива добыча угля и производительность разреза по горной массе возросли в 1,5.1,7 раза, себестоимость добычи угля снизилась в 7,6 раза, а себестоимость вскрыши — более чем в 100 раз.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Диссертация является научно-квалификационной работой, в которой на основании выполненных автором исследований содержится решение задачи повышения эффективности открытой разработки угольных месторождений в сложных горнотехнических и геокриологических условиях Восточного Забайкалья на основе применения рациональных параметров буровзрывных работ по мерзлым четвертичным отложениям, комбинированных технологических схем вскрышных работ и совершенствования системы водоотлива, имеющей существенное значение для угледобывающей промышленности региона.