Улучшение качества угля за счет селективной разработки сложноструктурного Эльгинского каменноугольного месторождения

лища, при котором используются атмосферный холод зимой и холодильные машины летом. При использовании этого способа уже в первые годы эксплуатации вновь построенного хранилища можно значительно снизить энергозатраты на выработку искусственного холода.

Литература

1. Гончаров Н.П., Иванов Б.И., Кершенгольц Б.М. и др. Сохранение гермиплазмы возделываемых растений и их диких сородичей в вечной мерзлоте // Материалы Всероссийской научн. конф. «Проблемы изучения и сохранения растительного мира Евразии» (Иркутск, 15-19 сент. 2010). - Иркутск, 2010. -С.575-578.

2. Solomonov N.G., Kerschengolts B.M., Ivanov B.I. et al. The project of creation international cryostorage of gene pool of plants and animals in conditions permafrost soils of Yakutia // «Cryo-2010». 47th Annual Meeting of

the Society for Cryobiology. July 17-20 2010. №S025. -P.13 Bristol Marriott Royal Hotel, UK. - P. 13.

3. Рекомендации по строительству, реконструкции и эксплуатации подземных холодильников Якутской АССР. - Якутск: Изд-во ЯНЦ СО РАН, 1982. - 50 с.

4. Самарский А.А., Вабищевич П.Н. Вычислительная теплопередача. - М.: Едиториал УРСС, 2003. - 784 с.

5. Щербань А.Н., Кремнев О.А., Журавленко В.Я. Руководство по регулированию теплового режима шахт. - М.: Недра, 1977. - 359 с.

6. Богословский В.Н. Строительная теплофизика (теплофизические основы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха). - 2-изд., перераб. и доп. - М.: Высшая школа, 1982. - 415 с.

7. Самарский, А.А., Моисеенко Б.Д. Экономичная схема сквозного счета для многомерной задачи Стефана // Журнал вычисл. математики и мат. физики. -1965. -Т. 5, № 5. - С. 816- 827.

Поступила в редакцию 18.01.2012

УДК: 622.33:338

Улучшение качества угля за счет селективной разработки сложноструктурного Эльгинского каменноугольного месторождения

С.А. Ермаков, В.Л. Гаврилов, Д.В. Хосоев, Е.А. Хоютанов

Приведены горно-геологические условия Эльгинского каменноугольного месторождения. Выполнен анализ отечественного и мирового опыта селективной разработки сложноструктурных месторождений. Проведена оценка изменения зольности угля при валовой и селективной разработке сложно-структурных пластов Эльгинского месторождения с использованием комбайнов типа KSM.

Ключевые слова: уголь, валовая и селективная выемка, зольность, технология.

Mining and geological conditions of coal deposit Elginskoe are presented. Domestic and world experience of selective mining of œmplex structure fields is analyzed. The estimation of coal ash variation at the gross and selective mining of complex structure seams of Elginskoe deposit with the use of KSM combines is carried out.

Key words: coal, gross and selective extraction, ash content, technology.

Эльгинское месторождение по запасам углей, их качеству и горно-геологическим условиям эксплуатации относится к группе уникальных. Так, его угли отличаются низким содержанием серы (0,3%) и фосфора (0,005%), высокой спекаемостью в неокисленной зоне. В то же

ЕРМАКОВ Сергей Александрович - к.т.н., с.н.с. ИГДС СО РАН, s.a.ermakov@igds.ysn.ru; ГАВРИЛОВ Владимир Леонидович - к.т.н., с.н.с. ИГДС СО РАН, gvlugorsk@mail.ru; ХОСОЕВ Доржи Владимирович -вед. инженер ИГДС СО РАН, dorgi_ho@mail.ru; ХОЮТАНОВ Евгений Александрович - аспирант ИГДС СО РАН, evgeni_h@nm.ru.

время высокая зольность в сочетании с трудной или очень трудной обогатимостью обуславливает необходимость применения новых технологий, позволяющих производить селекцию при добыче угля.

Комплекс известных сведений позволяет однозначно отнести Эльгинское месторождение к разряду наиболее ярких представителей месторождений с весьма сложной структурой. Угле-вмещающая часть, предназначенная для открытых горных работ, общей мощностью 200 м содержит 22 угольных пласта в основном с пологим залеганием 2-5°, представленных двумя свитами, связанными с промышленной угленос-

ностью: нерюнгринской и ундытканской. Большинство пластов имеют сложное строение и включают от 1-2 до 10-12 породных прослоев, представленных углистыми алевролитами и аргиллитами, мелкозернистыми, реже среднезер-нистыми песчаниками. Около 90% полезного ископаемого находится в пяти основных наиболее мощных пластах. Остальные относятся к тонким мощностью 1-3 м.

В районе и на площади месторождения повсеместно развита зона многолетнемерзлых пород. Выявлены дизъюнктивные нарушения в виде сбросов и взбросов с амплитудой смещения от 18 до 55 м и протяженностью от 1,8 до 6,5 км. По ряду пластов наблюдается расщепление на две или три самостоятельные пачки.

Наличие на Эльгинском месторождении различных типов углей в числе прочего обусловлено степенью окисления и коксуемости полезного ископаемого. Ширина зон полностью и частично окисленных углей колеблется от 1 до 10 м, реже до сотен метров по падению пластов. По вертикали зона окисления не превышает 40-50 м. В стратиграфическом разрезе наблюдается уменьшение выхода летучих веществ от верхних пластов к нижним с 40-39% до 36-35% и менее.

Зольность угля по пластопересечениям варьирует в пределах от 7-8% до 40-45% при преобладающих ее значениях в диапазоне 15-35% и связана как с высокой минерализацией самого угольного вещества, так и с наличием породных прослоев. По основным пластам средняя зольность колеблется в пределах от 18,4 до 27,2%, зольность углей с учетом засорения породными прослоями - от 21,7 до 40,3%, изменяясь по мощным пластам от 26,6 до 37,6%. В целом зольность углей является изменчивым и непостоянным показателем, а факт наличия на месторождении в основном высокозольных углей свидетельствует о невозможности их использования для технологических целей без обогащения.

Приведенные выше сведения, полученные на основе анализа материалов геологического изучения месторождения на стадиях поисков, разведки и детальной разведки, свидетельствуют о высокой вариативности основных качественных и технологических характеристик угля в недрах. А это, в свою очередь, ведет к объективной необходимости повышенного внимания к решению задач, связанных с управлением качеством угля на всех этапах технологических цепочек.

Одна из основных проблем отработки слож-ноструктурных угольных месторождений - несовершенство технологии горных работ, что предопределяет значительные потери и разубо-

живание угля. Отечественный и мировой опыт показывает, что в настоящее время одним из современных способов улучшения качества угля (снижение зольности) при ведении добычных работ является применение выемочно-погрузоч-ных машин (карьерных комбайнов) нового поколения - типа KSM. Данные машины способны разрабатывать массивы горных пород с высокой селекцией тонких слоев без их буровзрывной или механической подготовки к выемке.

Рассмотрение литературных источников показывает, что широкое применение на угольных месторождениях получили горные комбайны Wirtgen Gmbh (WSM). Накопленный опыт более 15-летней эксплуатации горнодобывающих предприятий по технологии тонкослоевой выемки с их использованием свидетельствует об эффективности новой технологии.

На угольных разрезах США, Австралии, Бразилии, Боснии и Герцоговины улучшено качество добываемого угля и повышено его извлечение [1]. На разрезе San Miguel США при переходе с валовой на селективную отработку теплотворная способность добываемого угля повысилась в среднем на 5%, а извлечение угля с 1 га месторождения увеличилось на 15%. В Западной Австралии фирмой Western Collieries Ltd был приобретен карьерный комбайн 3000 WSM. Исследования показали, что его применение особенно при разработке тонких пластов угля и вскрышных пород обеспечило улучшение качества угля, зольность которого снизилась с 9 до 6,5%. Кроме этого, извлечение угля из недр повысилось с 80 до 95% (табл. 1).

На разрезе Маунти Терли (Австралия) с годовой производительностью 6,5 млн. т угля применение комбайна позволило уменьшить засорение угля породами вскрыши. За счет этого средняя зольность угля снизилась с 22 до 18%, в связи с уменьшением количества глинистой фракции выход продукта на обогатительной фабрике из добытого комбайном угля составил 75% против 63%. С использованием комбайна Wirtgen 3500 SM на разрезе Гацко (Босния и Герцеговина) в среднем теплотворная способность угля стала на 33% выше. С начала использования карьерного комбайна электростанцией выработка электроэнергии на 1 т бурого угля увеличилась примерно на 20%. Австралийской фирмой ELTIN в ноябре 1996 г. для обеспечения раздельной выемки угля и прослоев пустых пород был закуплен комбайн фирмы Wirtgen модели 2600 SM. В процессе работы комбайна количество частиц угля размером минус 6,7 мм составляет менее 30%, что и предусмотрено сертификатом качества продукции продавца.

Т а б л и ц а 1

Характеристика горнотехнических условий и эксплуатационные параметры разработки зарубежных угольных разрезов с применением комбайнов Wirtgen Gmbh

Western Collieries Ltd, Mount Thorley, Gacko, Termoelektran

Показатели Австралия Австралия Югославия

TT НТ TT НТ ТТ НТ

Разрабатываемые Уголь Аргиллиты, песчаники, алевро- Мергель, уголь

породы литы, уголь

Предел на сжатие 35 40 - 80 До 90

от-до, МПа 30 - 40 12

Угол падения пл., о 7,5 - 9 4 5 - 14

Общая мощ. изв. 4,5 4,0 10 - 12 10 -12 10-14 8,5 - 12

полезн. толщи, м

Мощность извл. 4,5 2+1,5 5 пластов, каждый из 3-5 пачек 10 - 14 8,5 - 12

пластов угля, м +0,5 мощностью от 0,1-1,5м

Мощность и кол. - 0,1-0,25 1,5 - 2,0 0,1 - 2,0 - 1 - 1,3

извл. прослойк. 2-3 шт. 2 - 3 шт. 2 - 6 шт.

Произв. по углю, млн. т/год 0,7 5,2 2,4

Произ. углю, т/ч 400 1500 950

Зольность угля, % 9 6,5 Н. д. Н. д. Н. д. Н. д.

Применяемая сист. разработки Транспортная верхние горизон. - транспортная нижний - бестранспортная транспортная с использованием роторного компл. с ЭР-1250

Применяемое Экскаватор Dem Wirtgen Буровые стан- Wirtgen Роторный экскава- Wirtgen

добычное 241 кол. погрузч. 3000 SM ки, погрузчики 4200 SM тор ЭР-1250 пере- 3500 SM, 2100 SM

оборудование Cat 992c гружатель конвейер автос-лы

Глубина фрез., м 0,3 0,6 0,47

Длина раб. хода, м 60 -100 300 - 7000 До 1000

Извлечение угля из 70 98,6 88 95 Н.д. Н.д.

недр,%

ТТ - традиционная технология, НТ - новая технология.

На каменноугольном месторождении Каража при валовой разработке трех угольных пластов зольность угля составила 19,7; 17,2 и 17,02%. Использование тонкослоевой разработки с помощью комбайна 3000 SM позволило значительно (на 20-40% в зависимости от конкретных горно-геологических условий) снизить зольность в добываемом угле, которая, соответственно по приведенным выше пластам, составила: 13,4; 14,04 и 9,43% [2].

Филиал ООО «Компания Востсибуголь» -«Разрез Черемховский» разрабатывает Черем-ховское каменноугольное месторождение. Внедрение комбайнов Wirtgen 2200 SM взамен традиционной технологии позволило улучшить качество товарной продукции и снизить ее зольность на 10-12% [3].

В Индии на месторождении Lakhanpur с 1999 г. используются комбайны модели Wirtgen 2100 SM. При новой безвзрывной, тонкослоевой технологии выемки улучшились полнота и качество извлечения запасов угля из недр, зольность снижена на 4,5% [4].

Анализ работы карьерных комбайнов Wirtgen Surface Miner на различных разрезах показал, что, наряду с повышением надежности, основ-

ными принципиальными их технологическими достоинствами являются:

- способность вести горные работы без БВР по крепким породам - до 100 МПа (в отдельных случаях до 200 МПа);

- возможность селективной тонкослоевой разработки сложноструктурных пластов, позволяющей существенно снизить разубоживание и потери полезного ископаемого.

К недостаткам можно отнести резкое снижение производительности с увеличением прочности разрабатываемых пород, высокую стоимость и низкую эффективность на породах, склонных к налипанию.

Проведенный выше анализ горно-геологических условий Эльгинского месторождения и опыт применения безвзрывных технологий на различных угольных месторождениях показывают, что такая технология может найти применение на данном месторождении.

Ранее в Институте горного дела Севера им. Н.В. Черского СО РАН было выполнено «Обоснование концепции разработки Эльгинского каменноугольного месторождения открыто-подземным способом, отвечающей требованиям охраны окружающей среды, экономичности и

эффективности горного производства» (Якутск, 1993). В данной работе, исходя из соображений локальности, возможной независимости ведения горных работ, особенностей горно-геологических условий, достаточного количества запасов угля, Эльгинское месторождение разделено на 6 участков. Участки 1-3 находятся в пределах основной возвышенности, участки 4-5 - на второй по значимости возвышенности и участок 6 - на небольшой возвышенности (рис. 1). Характеристика выделенных участков дана в табл. 2.

В настоящее время в ИГДС выполняются научно-исследовательские работы, связанные с повышением эффективности разработки сложноструктур-ных месторождений. В рамках разработки предложений, направленных на совершенствование проектируемых систем управления качеством, проводится работа по созданию цифровой модели Эльгинского угольного месторождения с использованием горно-геологической информационной системы «MmeFrame», разработанной Горным институтом КНЦ РАН.

На основе цифровой модели данная система позволяет комплексно автоматизировать решения геологических, маркшейдерских и технологических задач в едином информационном пространстве на основе формализованных исходных данных.

Анализ построенных цифровых моделей и статистической обработки исходной информации подтверждает выводы о степени сложности геологического строения Эльгинского месторождения и о необходимости учета этих сведений при планировании и ведении добычных работ в режиме управления качеством угля.

С использованием программы «MineFrame» по вышеприведенным участкам Эльгинского месторождения построена карта мощностей ос-

Рис.1. Схема Эльгинского месторождения с разбивкой на участки

Т а б л и ц а 2

Характеристика участков Эльгинского месторождения

Показатели Участки

1 2 3 4 5 6

Пласты У4-У6, Н15, Н16, Н15, Н15, Н15,

У8, У12-У14, У8, У12-У14, У17- У4-У6, н^ Н16,

У17-У19, У20 У19, У20, У4, У5 У8 У4, У5 У5 У4, У5

Площадь, км2 12,4 22,2 16,8 5,0 3,7 1,9

Запасы, млн. т 519,0 930,0 425,0 85,0 53,0 36,0

Рис.2. Карта изомощностей по угольному пласту Нх5 по участкам

новных угольных пластов, в т.ч. по угольному пласту Н15 (рис. 2).

Так, на участке 1 мощность угольного пласта Н15 варьирует от менее 1 до 5 м, на остальных участках максимальная мощность достигает 7 м.

На рис. 3 показана гистограмма мощностей породных прослоев в угольном пласте Н15 по

участкам. Наибольшее количество породных прослоев мощностью от 0,05 до 0,2 м (65%) наблюдается на первом и втором участках. Распределение породных прослоев толщиной от 0,2 до 0,5 м по участкам имеет следующий характер: на первом участке - 21%, втором - 44%, третьем - 13,5%, четвертом - 14% и соответственно 1% на пятом и 6,5% на шестом участках. Породные прослои мощностью более 0,5 м на данных участках встречаются уже реже, так основная доля 55% находится на втором участке, на первом, третьем и четвертом их примерно одинаковое количество (13-16%), а на пятом и шестом участках они вообще отсутствуют.

На примере угольного пласта Н15 на данных участках была рассчитана зольность добываемого угля при его валовой и селективной разработке.

Различные комбинации существующих видов выемочной техники и технологических схем ее применения позволяют выполнять добычу угля

Рис. 3. Мощности извлекаемых породных прослоев из угольного пласта Н15 по участкам

с различным уровнем селекции. Существует несколько уровней селекции: валовая, полуселективная, селективная и высокоселективная выемка угля и породных прослоев. При полуселективной разработке происходит выемка угольных пластов и породных прослоев мощностью 1-3 м, при селективной - 0,5-1,0 м, при высокоселективной - <0,5 м.

Высокоселективную выемку могут вести компактные роторные экскаваторы, комбайны типа ^М. Селективную разработку производят роторные экскаваторы, небольшие гидравлические обратные мехлопаты, бульдозерно-рыхли-тельные агрегаты, скреперы. Полуселективную выемку производят гидравлические экскаваторы (прямые лопаты), крупные модели роторных экскаваторов, мехлопаты с ковшом активного действия. При валовой разработке применяется традиционная технология на базе одноковшовых экскаваторов, буровзрывных работ и автотранспорта.

Анализ мощностей и количества породных прослоев показывает, что при разработке угольного пласта Н15 возможно применение всех уровней селекции.

Для определения характера изменения зольности добываемого угля за счет повышения уровня селекции для основных пластов месторождения была рассчитана зольность твердого топлива при валовой и раздельной выемке угля и породных прослоев. Границами послужили варианты со 100% засорением и 100% селекцией выделенных геологами пропластков, когда все они мощностью 0,05 м и более извлекаются. На рис. 4 показано изменение

Рис. 4. Зависимость зольности угольных пластов при различной мощности извлекаемых породных прослоев по участкам

РАЗРАБОТКА НОВЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ ЭФФЕКТИВНОГО ОБОГАЩЕНИЯ

зольности добываемого угля по участкам месторождения для пласта Н15.

Как показали расчеты, снижение зольности по участкам для данного пласта за счет высокоселективной выемки угля и пропластков мощностью более 0,05 м, по сравнению с валовой выемкой, составит: для первого участка с 36,7 до 31,5%, второго с 37,1 до 30,8%, третьего с 35,1 до 29,8%, четвертого с 35,5 до 29,6%, пятого с 32,8 до 29,5% и для шестого участка с 36,0 до 29,8%.

Выводы

1. Эльгинское каменноугольное месторождение относится к разряду сложноструктурных, что предопределяет необходимость применения технологий, обеспечивающих селективную выемку угля и породных прослоев, снижение потерь и разубоживания.

2. Результаты исследований показали, что при селективной разработке сложноструктурных пластов Эльгинского месторождения с использованием комбайнов типа ^М можно значительно снизить зольность угля по сравнению с традиционной технологией (валовой выемкой). Так при селективной разработке пласта Н15 зольность добываемого угля снизится: на 5,2% на первом участке, на 6,3% на втором, на 5,3%

на третьем, на 5,9% на четвертом, на 3,3% на пятом и на 6,2% на шестом участке, в среднем по пласту на 5,3%.

3. В дальнейшем следует произвести технико-экономическое сравнение вариантов с валовой и селективной выемкой угля для различных участков и пластов месторождения с учетом его последующего обогащения.

Литература

1. Панкевич Ю.Б. Опыт применения горных комбайнов Wirtgen Surface Miner на угольных разрезах мира / Ю.Б. Панкевич, Б. Шимм, П. Дженге // Гор. пром-сть. - 1999. - № 3. - С. 46-52.

2. Панкевич Ю.Б. Комбайновая выемка горных пород на карьерах Узбекистана / Ю.Б. Панкевич, Г. Хартман, П. Дженге // Гор. пром-сть. - 1995. - №5.

3. Пихлер М. Применение комбайна Wirtgen 2200 SM для разработки сложноструктурных угольных пластов / М. Пихлер, В.П. Смагин, П.В. Федорко, Ю.Б. Панкевич // Гор. пром-сть. - 2008. - № 5. -С.31-32.

4. Пихлер М. Wirtgen Surface Miner в Индии. Опыт селективной разработки угольных месторождений / М. Пихлер, Ю.Б. Панкевич // Гор. пром-сть. - 2003. -№ 4. - С. 40-46.

Поступила в редакцию 04.08.2011

УДК 622.7:622.371

Разработка новых технологических решений эффективного обогащения алмазосодержащих руд Западной Якутии

И.Ф. Лебедев

По классической схеме переработки и обогащения алмазосодержащих пород требуется большое количество технологической воды и тепла, необходимо строительство водохранилищ, доступ к водным ресурсам. Реализация новой технологии сухой переработки и обогащения позволит снизить на один порядок капитальные затраты на переработку и обогащение, на два порядка потребляемые мощности по электроэнергии, а объемы перевозки рудной массы в 10-16раз.

Ключевые слова: пневматическая сепарация, сухое обогащение, месторождение, аэродинамическая труба, разделение.

Under the classical scheme of processing and enrichment of diamonds breeds a considerable quantity of technological water and heat is required, building of water basins, access to water resources are necessary. Realisations of the new technology of dry processing and enrichment time will allow to lower on an order capital expenses for processing and enrichment, on two order power consumptions on the electric power, and volumes of ore weight transportation in 10-16 times.

Key words: pneumatic separation, dry enrichment, deposit, wind tunnel, division.

ЛЕБЕДЕВ Иван Феликсович - к.т.н., с.н.с. ИГДС СО РАН, ivleb@mail.ru.