Технология разработки Бородинского буроугольного месторождения при модернизации разреза

© А.В. Фёдоров, 2013

А.В. Фёдоров

ТЕХНОЛОГИЯ РАЗРАБОТКИ БОРОДИНСКОГО БУРОУГОЛЬНОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ ПРИ МОДЕРНИЗАЦИИ РАЗРЕЗА

Рассмотрены различные варианты ведения работ на Бородинском разрезе при модернизации разреза. Предложена блочная схема ведения работ. Обоснованы параметры блоков и оптимальные варианты комплексов оборудования, исходя из максимального размера индекса доходности инвестиций.

Ключевые слова: модернизация горных предприятий, блочный порядок отработки, транспортная перемычка, комплекс горного оборудования, расстояние транспортирования, индекс доходности.

Во времена СССР при отработке крупных буроугольных месторождений в основном использовали роторные экскаваторы, отвалообразователи, железнодорожный транспорт.

Наличие в толще месторождений Канско-Ачинского бассейна скальных включений усложняет ведение горных работ и приводит к износу оборудования. На Бородинском разрезе срок службы основного технологического оборудования превышает нормативный. Дальнейшая эксплуатация роторных экскаваторов в ближайшем десятилетии возможна при проведении капитального ремонта и существенных инвестициях. Это предопределяет переход на экскаваторно-автомобильные комплексы и иную технологическую схему производства горных работ, а следовательно, и вскрытия. Причем, созданная ранее рабочая зона не обеспечивает оптимальные условия работы автотранспорта и приводит к резкому возрастанию себестоимости при использовании автотранспорта. Поэтому необходимо уменьшить расстояние транспортирования в несколько раз. Очевидно, что это можно обеспечить за счет связи вскрышного и отвального фронтов перемычками. Их использование имело место в СССР и получило широкое развитие в России. Опыт СССР предопределил целесообразность блочного порядка отработки карьерных полей с формированием скользящих

транспортных перемычек [1, 2, 3], которые позволяют значительно сократить расстояние транспортирования автомобильным транспортом.

При этом крупные месторождения разрабатывают несколькими граничащими между собой блоками. Раскройку месторождения на блоки и последовательность их отработки обосновывают на стадии проектирования с учетом потребности в данном минеральном сырье и в тесной увязке с вопросами вскрытия месторождения, рационального землепользования, а также основного горного и транспортного оборудования.

В практике проектирования для каждого блока предусматривалось проведение капитальных и разрезных траншей, с размещением строительной вскрыши во внешних отвалах. После окончания разработки месторождения оставались горные выработки, не заполненные вскрышей. Это усложняет их рекультивацию, приводит к значительным потерям земель, занимаемых внешними отвалами и остаточными горными выработками. Такие потери земель можно частично избежать за счет создания единых вскрывающих выработок и последовательной отработки блоков с изменением направления подвигания фронта работ или переходе с одного блока на другой. При последовательной схеме [3], первоначально до проектных контуров отрабатывают блок I, выработанное пространство 1 которого в дальнейшем используют для складирования вскрыши при разносе борта 2 до положения 3 с целью создания рабочих площадок для отработки смежного блока II (рис. 1). Во время отработки блока II полезное ископаемое транспортируют через выездную траншею 4 блока I. Для каждого последующего блока изменяют направление фронта работ на 90о. Остаточные горные выработки отработанных блоков полностью или частично засыпают вскрышей в той же последовательности. При этом наиболее трудным является переходный период, когда необходимо за сравнительно короткий срок подготовить новый блок, обеспечивая непрерывность добычных работ. При этом в ряде случаев сложно обеспечить рациональный режим горных работ. Одновременная отработка нескольких блоков снижает достоинство данного способа с позиций рационального землепользования из-за увеличения потерь земель, занятых внешними отвалами.

Рис. 1. Схема разработки месторождения блоками: I, II, III, IV — номера блоков

В настоящее время горизонтальные месторождения разрабатывают в большинстве случаев блоками, имеющими самостоятельные вскрывающие выработки. Первоначальный фронт горных работ на уступах создают путем проведения разрезных траншей на всю длину карьерного поля. Дальнейшие работы по разносу одного или обоих бортов разрезных траншей до контуров, соответствующих положению горных работ на момент полного развития внутреннего отвала, требуют перемещения вскрыши на внешние отвалы, а выработанное пространство предопределяет грузотранспортную связь между рабочими уступами карьера и отвальными ярусами только через торцы разреза. За счет этого расстояние транспортирования в несколько раз превышает кратчайшее расстояние между рабочей и отвальной зонами. Для устранения данного недостатка целесообразно из вскрышных пород формировать специальные перемычки, расположенные поперек фронта горных работ, для осуществления грузотранс-портной связи между вскрышными уступами и ярусами внут-

реннего отвала. Эти перемычки, как правило, при большой мощности вскрышной толщи не обеспечивает погоризонтную связь всех вскрышных уступов с отвалом. Необходимость их периодического переноса по линии фронта работ с целью полной выемки запасов полезного ископаемого усложняет ведение горных работ. Вместе с тем, несмотря на определенные недостатки, создание грузотранспортных перемычек по фронту горных работ позволяет отказаться от внешнего отва-лообразования, увеличить объем внутреннего отвала и уменьшить объем остаточных горных выработок за счет максимального приближения внутренних отвалов к рабочей зоне карьера.

Для создания дополнительных грузотранспортных связей между уступами карьера и отвальными ярусами может быть реализована технология отработки карьерных полей блоками [1, 2]. Этот способ предусматривает создание не двух, а нескольких торцов, по которым осуществляется грузотранс-портная связь. Два крайних торца представлены массивом горных пород, а остальные террасированным откосом внутреннего отвала. Это достигается за счет деления карьерного поля на несколько блоков, которые вводят в эксплуатацию по очереди. Одновременно вводят в эксплуатацию только те блоки, которые не граничат друг с другом, а через блок. Затем, вводят блоки, когда их выработанное пространство со стороны торцов будет полностью перекрыто внутренними отвалами первой очереди. Затем путем частичной подработки внутреннего отвала в торцевых частях блоков создают скользящие транспортные бермы, по которым осуществляется грузотранспортные связи между уступами блока и ярусами отвала.

Для реализации блочной технологии карьерное поле делят на отдельные блоки, которые отрабатывают в шахматном порядке. Причем границы отстающего блока в своей торцевой части накладываются в плане на границы опережающих блоков. Это позволяет создать дополнительную грузотранспорт-ную связь между забоями экскаваторов и внутренним отвалом через транспортную перемычку. Ширина транспортной перемычки должна быть достаточной для расположения транспорт-

ных коммуникаций. В процессе подвигания фронта горных работ в отстающем блоке производят поуступную подработку внутренних отвалов со стороны перемычек с целью создания транспортных берм и полной отработки запасов полезного ископаемого на стыке соседних блоков. Постоянное наращивание транспортных перемычек со стороны опережающих блоков и подработка их со стороны отстающего блока обеспечивают непрерывное их перемещение по направлению подвига-ния фронта работ.

Количество блоков и их параметры следует обосновывать технико-экономическими расчетами для конкретных условий разработки. При этом необходимо учитывать, что с увеличением числа блоков расстояние транспортирования вскрыши уменьшается, но не пропорционально из-за смещения смежных блоков по линии фронта работ, которое растет по мере понижения горных работ.

Описанная технология может быть успешно использована при:

• разработке обширных карьерных полей;

• применении сплошных продольных систем разработки с внутренним отвалообразованием.

Таким образом, блочная схема разработки успешно обеспечит вскрытие Бородинского месторождения после завершения модернизации разреза с учетом особенностей ранее сформированного выработанного пространства.

Для обоснования технологии блочной разработки Бородинского месторождения после модернизации разреза рассмотрены следующие базовые варианты:

• первый, одним сплошным блоком (рис. 2);

• второй, двумя блоками в шахматном порядке (рис. 3);

• третий, тремя блоками в шахматном порядке (рис. 4).

Объединяющей их особенностью является наличие

скользящих съездов в торцах блоков А и Б, а также по фронту отвалов. Причем, для сокращения расстояния транспортирования в торцах опережающих блоков создается перемычка. Таким образом, вскрытие месторождения после модернизации разреза будет осуществляться скользя-

шими траншеями внутреннего заложения, размещаемыми в торцах блоков А и Б и фронтально на отвалах. При этом, технологические блоки имеют следующую длину: А — 1,8 км, Б — 2,4 км, В — 2 км. С учетом этого, при делении блоков А или В на две части разработку Бородинского месторождения можно осуществлять четырьмя блоками, а при делении блоков А, Б и В — шестью блоками. Дальнейшее деление не целесообразно из-за сокращения фронта работ, большого объема работ по формированию скользящих съездов, увеличения времени на перегон экскаваторов по блокам и сложности организации работ. Параметры блоков при подобном раскрое карьерного поля приведены в табл. 1. С учетом протяженности фронта работ общеизвестным методом рассчитаны средневзвешенные значения коэффициентов использования вскрышных и добычных работ для различных вариантов раскроя (табл. 1).

Численные исследования, выполненные по специально-разработанной программе в среде Excel для обоснования комплексов горнотранспортного оборудования, показали, что увеличение количества блоков при раскрое карьерного поля приводит с одной стороны к уменьшению расстояния транспортирования (сокращению транспортных издержек), а с другой — к снижению производительности применяемых комплексов (производительность головной машины комплекса — экскаватора падает). С учетом этих соображений оценены варианты раскроя по критерию индекса доходности инвестиций (рис. 5).

Анализ диаграммы (рис. 5) позволяет сделать вывод о том, что раскрой карьерного поля Бородинского разреза на три блока обеспечивает оптимальные условия эксплуатации принятых комплексов горнотранспортного оборудования. Поэтому после модернизации разреза рационально использовать технологическую схему, приведенную на рис. 4, параметры блоков, необходимые для оценки интенсивности разработки месторождения даны в табл. 2.

Конструкция борта разреза на торцах блоков показана на рис. 6.

Таблица 1

Параметры раскроя Бородинского месторождения на блоки

Количество Обозначение Длина Срелневзвешенное Среднее расстояние транс-

блоков блоков фронта значение коэффициента портирования, км

работ, км использования вскрышных угля

экскаваторов порол

1 А-Б-В 6,2 0,95 3,5 3

2 А 1,8 0,89 2,1 3

Б-В 4,4

3 А 1,8 0,87 1,6 3,0

Б 2,4

В 2,0

4 Ai 0,9 0,82 1,4 3,0

А2 0,9

Б 2,4

В 2,0

А 1,8 0,82 1,2 3,0

Б 2,4

В: 1,0

в2 1,0

6 Ai 0,9 0,70 1Д 3,0

А2 0,9

Б: 1,2

Б2 1,2

В: 1,0

в2 1,0

ПЧ'П'ГП'ГГП'ГП'ПТГТТ'ГГГГГН'ГН'П 'ГГГ'Г

.Л путь

Приемный бувдер

у..

^.^^^ГПТтЛ^ТГ^ГТТТ^ТПППЛГГГ^ ГТ ПТПППТПТ!^1^

Рис. 2. Конструкция рабочей зоны при разработке Бородинского месторождения экскаваторно-автомо-бидьными комплексами одним блоком

Приемы ы£П£унке р

нтит Г1'П 14 I1 п I г I I |*Т1 I ч ч1!' Г111'1'Г1ТГЛ"1' ГГмТГГГНТГГГГПТГ'НТНЧЧ'ГН'ГГ II'I* 1*1 'П'СЧТ ГГ'Г

ТГЧТгга

Внутренний ипАчл

ТИТТТ

,. 1.1.1-Щ

Рис. 3. Конструкция рабочей зоны при разработке Бородинского месторождения экскаваторно-автомо-б ильными комплексами двумя блоками

Ж,Л путь

чч................

«л

Прием ньш ¡^учке-р1 Внутренний втбал

......1

Грйнспортная пвдйршмкй .

тг1:штзтнг1'г:г1МТ1тг1Т1с?^^'нплтг11Тпт?тттт1Тгттп-)

Ти.Ы.М.Ы.Ы.1.1.1.1.1 .1.1.1.1.ПЧ

ЕЙ

ТЧТПТГПГП •ГГ1М'1'1'Г1ТПТГ1(Т^^.ЧЧ'»Ч'ТТ

[¡¡Ч'ГП'Г

I:_ £ 11/с ггит

>Л Р^-г.. I А до.1,

ф. Ц. 1.1, 1.1.1.1.1.1

рзпгптхш

Блок Б

Е.-^и-.г ''  к-»'. .!

к А I

Внцтрениий' ичйа^ Транспортная псркничкй.

[ПШПТиШТПШЗЕГ

ЦЛАШжШ^лШЛХШ

М-1-1-1 т!IЫ .НИНЕ

Ълок В

Рис. 4. Конструкция рабочей зоны при разработке Бородинского месторождения экскаваторно-автомо-бидьными комплексами тремя блоками

1 2 3 4 5 6

Оцениваемый вариант

Рис. 5. Влияние варианта разработки Бородинского месторождения на индекс доходности инвестиций: 1 — существующая технология; 2, 3, 4, 5, 6 — блочная разработка, соответственно одним, двумя, тремя, четырьмя и шестью блоками

Таблица 2

Параметры блоков при разработке Бородинского месторождения после модернизации разреза

Наименование показателя Значения для блоков

А Б в Итого

1. Объем на один метр подви-

гания фронта работ:

— уголь, т 116 586 127 350 66 040 309 976

3 — вскрыша, м 86 342 121 726 56 037 264 105

2. Общая мощность пластов, м 51 42,45 26 42,2

3. Общая мощность вскрыши, м 41,5 42,65 26,5 38,8

4. Длина блока, м 1800 2400 2000 6200

5. Ширина рабочей зоны, м 304 450 214 -

6. Угол откоса рабочего борта, 17 11 15 -

град.

7. Средняя высота рабочей зо- 91,5 91,5 57,5 -

ны, м

Для оценки реализуемости предложенной технологической схемы в условиях Бородинского разреза выполнены расчеты параметров системы разработки, которые представлены в табл. 3.

—aaiestisti

A-A

Блок А Блок Б

XiUh^fMu lafljid

—---— _ w* * Ун Kri—* НЧ* _ ¿rS—Г. иа

^^^^^^ ./-С..............'

_\ J, -дали«- ', lr --.'tj^J^J^!—'"г I- i

tu. v:i jniiv.1.

—

Рис. 6. Конструкция борта разреза в торцах блоков А и Б при разработке Бородинского месторождения

Таблица 3

Параметры системы разработки Бородинского месторождения

Добычные Модель Параметры, м

пласты экскаватора ширина ширина ширина Высота ус-

Модель автосамо- заходки проез- рабочей тупа по

свала жей час- плошад- блокам

ти ки А/Б/В

Бородинский ЭКГ-32Р 25 37 75,5 14/14/11,

1 МТ 5500АС 5

Бородинский ЭКГ-10 20 23,5 57 -/7/3

2 ТЯ100

Рыбинский 1 ЯИ 90С 25 26 64,5 -/4,5/-

ТЯ-100

Рыбинский 2 ЭКГ-10 20 23,5 57 9/9/-

ТЯ100

Вскрышные Модель Параметры, м

горизонты экскаватора

Модель автосамо- ширина ширина ширина высота

свала заходки проез- рабочей уступа по

жей час- плошад- блокам

ти ки А/Б/В

Междупластье ЭШ-20.90 35 - 35 -/9/14

«Бородинский

2 — Бородин-

ский 1»

Междупластье ЭКГ-10 25 26 64,5 8,5/8,5/-

«Бородинский ТЯ100

1 — Рыбин-

ский 2»

Междупластье ЯИ 90С 25 26 64,5 -/1,5/-

«Рыбинский 2 ТЯ100

— Рыбинский 1»

Верхний гори- ЭКГ-32Р 25 37 75,5 16/14/12,

зонт МТ 5500АС 5

Анализ полученных данных (табл. 3) с учетом строения месторождения и конструкции имеющегося фронта работ позволяет рекомендовать предлагаемую схему для разработки Бородинского месторождения после модернизации разреза. Причем, при опережающем развитии фронта работ на флангах

(блоки А и В) специально перемычку отсыпать не потребуется, она будет формироваться по мере подвигания фронта работ (при отработке смешанного фронта работ). Для обеспечения заданной производственной мощности разреза по углю во время его модернизации (перехода на новую технологическую схемы) целесообразно фронт работ первоначально развивать за счет ускоренной отработки фланговых блоков и только после создания требуемого опережения можно будет вовлекать в отработку центральный блок. В блоках А и В расположено около 60 % (см. табл. 2) всех запасов и при их одновременной разработке можно обеспечить усреднение качественных показателей угля.

- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Ругковский Б.Т. Блоковый способ отработки карьерных полей с большим простиранием. В межвузовском сб.: «Разработка угольных месторождений открытым способом». Вып. 1. Кемерово. 1972.

2. Ругковский Б.Т., Ругковский В.Б., Белов В.И., Ушаков А.Г. Перспективы развития блокового способа открытой разработки угольных месторождений Кузбасса и особенности их горно-геометрического исследования. В межвузовском сб.: «Разработка угольных месторождений открытым способом». Вып. 2. Кемерово. 1973.

3. Томаков П.И., Коваленко В.С. Рациональное землепользование приоткрытых горных работах. М.: Недра, 1984. — 213 с. ЕШ

КОРОТКО ОБ АВТОРЕ

Фёдоров Андрей Витальевич — горный инженер, исполнительный директор ОАО «СУЭК-Красноярск», FedorovAV@suek.ru