Регламентирующие условия комбинированного способа разработки угольных месторождений Кузбасса

III. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ВОПРОСЫ БЕЗОПАСНОСТИ

ГОРНЫХ РАБОТ TECHNOLOGICAL QUESTIONS OF MINING WORK SAFETY

УДК 622.27

РЕГЛАМЕНТИРУЮЩИЕ УСЛОВИЯ КОМБИНИРОВАННОГО СПОСОБА РАЗРАБОТКИ УГОЛЬНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ КУЗБАССА

Проведена оценка добычи угля в Кузбассе по способам разработки (открытый, подземный, комбинированный) с выделением открыто-подземного способа комплексного освоения угольных месторождений.

Представлены основные положения технологического регламента добычи угля комбинированным (открыто-подземным) способом с его практической значимостью.

Ключевые слова: КОМБИНИРОВАННАЯ (ОТКРЫТО-ПОДЗЕМНАЯ) РАЗРАБОТКА, ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ РЕГЛАМЕНТ, ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ

Современное состояние угольной промышленности Кузбасса характеризуется ростом объемов производства и переходом к инновационным технологиям, обеспечивающим конкурентоспособность продукции на внутреннем и внешнем рынках с учетом экономических, социальных и экологических последствий.

Ведущее место при добыче каменного угля в Кузбассе занимает прогрессивный открытый способ, на долю которого приходится свыше 60 % общего объема добываемой продукции на

территории Кемеровской области. Использование горнотехнологической структуры модульных шахтоучастков (ИУ СО РАН) для добычи подземным способом на горных отводах угольного разреза значительно увеличивает эффективность комбинированной (открыто-подземной) геотехнологии комплексного освоения угольных месторождений Кузбасса [1].

В отличие от традиционного статистического анализа (шахты, разрезы, общая добыча угля) нами была выделена добыча угольными компаниями, использующими единую произ-

водственную инфраструктуру на основе комбинированного (открыто-подземного) способа разработки угольных месторождений Кузбасса (рис. 1). Установлено, что с 2008 по 2014 годы добыча угля комбинированным способом увеличилась в 2 раза (с 25 млн. т до 50 млн. т).

Проведен также анализ добычи угля в Кузбассе комбинированным способом разработки с выделением как открытого способа добычи, так и подземного по модульной геотехнологической структуре шахтоучастков на угольных разрезах с использованием единой производственной инфраструктуры угледобывающего комплекса (рис. 2).

Установлено, что добыча на модульных шахтоучастках угольных разрезов за 7 лет была увеличена почти в 2,5 раза (с 9,3 до 22,6 млн. т). Открытым способом при комбинированной технологии добыча угля была увеличена в 1,7 раза (с 15,8 до 27,6 млн. т).

Общее соотношение открытого и подземного способов добычи угля в комбинированной (физико-технической) геотехнологии разработки угольных месторождений Кузбасса в 2008 году составляла 63/37% при общей добыче - 25 млн. т угля. В 2014 году соотношение изменилось на 55/45% при общей добыче комбинированным способом - 50 млн. т в год.

Основой наших исследований являются научно-методические разработки специалистов ИПКОН РАН [2] и НТЦ-НИИОГР применительно к комбинированной (открыто-подземной) геотехнологии комплексного освоения угольных

месторождений. Для визуализации модели объектов в трехмерном пространстве используется компьютерная технология на основе системы MINEFRAME (ГоИ КНЦ РАН).

На основе этих исследований разработана научная концепция открыто-подземного способа комплексного освоения угольных месторождений по глубине тремя ярусами, защищенная патентами РФ [3].

Научная новизна концепции заключается в разработке приоритетных направлений объединения открытой и подземной геотехнологии в единую систему ведения горных работ с эффектом использования единой производственной инфраструктуры.

Основные положения технологического регламента добычи угля комбинированным (открыто-подземным) способом.

1. При комбинированной разработке угольных месторождений горные работы осуществляются по специальному проекту, который наряду с принятыми техническими решениями должен содержать [4]:

- анализ особенностей горно-геологических, горнотехнических, гидрогеологических и технологических условий комбинированной разработки угольных пластов;

- обоснование производственной (технической) возможности и технико-экономической целесообразности комбинированной разработки угольного месторождения;

Рисунок 1 - Добыча по Кузбассу (тыс. т/год) в зависимости от способа разработки.

Рисунок 2 - Соотношение объемов добычи угля в Кузбассе комбинированным способом

- обоснование параметров угольного разреза и шахтного поля с запасами угольных пластов, намечаемые к отработке открытым и подземным способами;

- границы зон влияния подземных разработок (опасных зон сдвижения и обрушения горных пород);

- мероприятия по безопасному ведению горных работ, функции и ответственность инженерно-технических служб шахты.

2. Комбинированная (совмещенная) разработка угольных месторождений представляет собой все разновидности сочетания открытых и подземных работ по взаимосвязанным технологическим схемам в пространстве и во времени при отработке запасов угольных пластов в пределах одного месторождения.

К комбинированной разработке угольных пластов относятся:

- ведение открытых и подземных горных работ с совмещением в пространстве по вертикали или по горизонтали в пределах одного или нескольких угольных пластов;

- ведение открытых и подземных горных работ в определенные периоды времени в пределах общего срока отработки запасов угольных пластов с одновременной или последовательной открыто-подземной разработкой.

3. При проектировании, строительстве и эксплуатации угледобывающих предприятий с комбинированной (совмещенной) разработкой угольных пластов должны учитываться следующие основные факторы, определяющие специфические условия и представляющие опасность

при ведении горных работ:

- изменение физико-механических свойств массива горных пород при эксплуатации месторождения, процессы сдвижения и деформации горных пород в зоне влияния подземной разработки с образованием зон сдвижения земной поверхности, трещин, воронок и провалов;

- склонность угольных пластов к горным ударам и внезапным выбросам угля и газа;

- нарушенность массива горных пород подземными выработками, наличие отработанных пластов в контуре угольного разреза;

- неблагоприятное воздействие массовых взрывов в угольном разрезе (сейсмическое воздействие на перераспределение напряжений в массиве горных пород, возможности загазованности горных выработок метаном и ядовитыми продуктами массовых взрывов и т.д.);

- наличие аэродинамических связей между открытыми и подземными горными работами при комбинированной разработке угольных пластов;

- возникновение пожаров при совмещенной разработке угольных пластов, склонных к самовозгоранию;

- внезапные прорывы воды в горные выработки угольных разрезов и шахт;

- влияние климатических условий района на отработку запасов в зоне угольного разреза.

4. Отрабатываемые выемочные поля при комбинированной (совмещенной) разработке угольных пластов должны быть смещены с целью исключения их негативного взаимного влияния, что определяется проектом и ежегодными

планами развития горных работ.

При добыче угля под действующими участками разреза должен быть оставлен целик безопасности, рассчитанный проектной организацией и осуществляться маркшейдерский и оперативный контроль, в соответствии с «Инструкцией по производству маркшейдерских работ».

5. При комбинированной разработке угольных пластов фронт ведения горных работ необходимо располагать в направлении:

- при подземных очистных работах - от массива к борту угольного разреза (восходящий порядок отработки пласта);

- при открытых работах - навстречу фронту развития подземных очистных работ.

6. При одновременном ведении горных работ в угольном разрезе и подземном участке в одной вертикальной плоскости должны соблюдаться следующие условия:

- оставление предохранительного целика, обеспечивающего устойчивость массива и бортов угольного разреза;

- применение систем разработки, исключающих сдвижение (разрушение) массива предохранительного целика;

- ограничение мощности массовых взрывов на угольном разрезе и их сейсмического воздействия на целики, потолочины и уступы бортов;

- исключение проникновения газов от взрывных работ в подземные выработки или их подсоса системой вентиляции подземного шах-тоучастка;

- применение нагнетательного способа проветривания подземных выработок или в отдельных случаях по согласованию с Ростех-надзором - комбинированного способа проветривания с обеспечением подпора воздуха под участками открытых горных работ;

- исключение прорыва ливневых и подземных вод из угольного разреза в подземные выработки.

7. При комбинированной разработке месторождений должны приниматься дополнительные меры по сокращению потерь угля.

Запрещается:

- оставление значительной части угольных пластов в бортах разреза и предохранительных целиках;

- несвоевременная отработка и разрушение угольных целиков и потолочин в шахте от массовых взрывов угольного разреза;

- несоблюдение технологии выемки в шахте целиков угля между выемочными столбами

(камерами), оставленными от подземных работ.

8. Предприятие обязано вести наблюдения и контроль за обеспечением безопасных условий работы на угольном разрезе и в шахте.

Объединение открытых и подземных горных работ с использованием общей производственной инфраструктуры на строящихся и действующих угольных разрезах определяет современную концепцию регламентированного освоения угольных месторождений Кузбасса открыто-подземным способом.

Привлекательными особенностями освоения модульных технологий шахтоучастков для отработки угольных пластов из открытых горных выработок являются минимальные инвестиции, минимальный срок строительства и окупаемости вложенных средств, высокая производительность труда шахтеров при низкой себестоимости добываемого угля.

Технологические схемы открыто-подземных (комбинированных) разработок хорошо сочетаются с модульными структурами и позволяют быстро вводить в действие новые мощности, полнее использовать запасы месторождения, обеспечить более экономичную их разработку [5,6].

Практическое значение работы заключается в том, что полученные результаты позволяют:

• использовать методические положения и технологические принципы проектирования комбинированной разработки при освоении угольных месторождений Кузбасса, в том числе и по безвзрывной технологии ведения горных работ для ускоренного ввода в действие производственных мощностей с минимальными капитальными и эксплуатационными затратами;

• синтезировать подземные модульные шахтоучастки с пространственно-временной и структурной увязкой элементов открытой и подземной технологий ведения горных работ для снижения потерь угля в недрах и сокращения сроков перехода от открытых к подземным горным работам;

• установить рациональные параметры технологических звеньев подземных модульных шахтоучастков для угольных разрезов с целью снижения себестоимости и экологической нагрузки на природную среду;

• обеспечить поточность технологических процессов угледобычи подземных модульных

шахтоучастков для повышения производительности и их адаптацию к горно-геологическим условиям ведения горных работ на угольных разрезах;

• увеличить коэффициент извлечение запасов угля по эффективным технологиям и продлить срок эксплуатации угледобывающих предприятий.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Ялевский, В.Д. Модульные горнотехнологические структуры вскрытия и подготовки шахтных полей Кузбасса. (Теория, Опыт, Проекты) / В. Д. Ялевский, В. А. Федорин. - Кемерово: Кузбассвузиздат, 2000. -224 с.

2. Каплунов, Д.Р. Комбинированная разработка рудных месторождений: Учебное пособие / Д.РКаплунов, М.В. Рыльникова. - М.: Издательство Горная книга, 2012. -344 с.: ил.

3. Клишин, В.И. Технологические аспекты перехода от открытого на подземный способ отработки угольных месторождений Кузбасса / В.И. Клишин, В.А. Федорин, В.Я. Шахматов, А.Ю. Михайлов // Глубокие карьеры: сб. докл. Всеросс. научн.-техн. конф. с междунар. участием - СПб. Апатиты, 2012. - С. 141-148.

4. Инструкция по безопасному ведению горных работ при комбинированной (совмещенной) разработке рудных и нерудных месторождений полезных ископаемых (РД 06-174-97) [электронный ресурс].-Режим доступа: www.tehnoprogress.ru/zakon/docum2_4.doc.

5. Шахматов, В.Я. Комбинированный способ разработки угольных месторождений с использованием инфраструктуры смежной шахты./ В.Я. Шахматов, А.Ю. Михайлов // ГИАБ. - 2011. - № 7. - С. 49-51.

6. Федорин, В.А. Геотехнологический потенциал комбинированного способа разработки угольных месторождений Кузбасса. / В.А. Федорин, В.Я. Шахматов, А.Ю. Михайлов, А.К. Салчак // Проблемы и перспективы комплексного освоения и сохранения земных недр - М.: ИПКОН РАН. - 2014. - С. 268-274.

REGULATING CONDITIONS OF KUZBASS COALFIELDS COMBINED MINING METHOD

Fedorin V. A., Shakhmatov V. Y., Mikhailov A.

Y.

Coal mining in Kuzbass is estimated according to mining methods (open pit, underground, combined) where open pit - underground complex method of coalfield working is underlined.

The main provisions of technological regulations of coal combined (open pit-underground) way with its practical significance are suggested

Key words: COMBINED (OPEN PIT - UNDERGROUND) DEVELOPMENT, TECHNOLOGICAL REGULATIONS, PRACTICAL SIGNIFICANCE

Федорин Валерий Александрович e-mail: fva@icc.kemsc.ru

Шахматов Вячеслав Яковлевич e-mail: ShakhmatovVY@ic.sbras.ru

Михайлов Алексей Юрьевич e-mail: lexus@icc.kemsc.ru

53