Структурный анализ многопластовых угольных месторождений при обосновании технологии их разработки

График зависимости показателя ослабления массива взрывом от параметров расположения скважин: 1 -

при Я = 2 м ; 2 - при Я = 3 м; 3 - при Я = 4 м

Показатель ослабления массива может быть определен из выражения: ц = 1 - 1,045 Я2/аЬ;

где ц - показатель ослабления массива; Я - радиус действия заряда; а и б - параметры расположения скважин.

1. Справочник. Открытые горные работы ( К.Н.Трубецкой, М.Г.Потапов, К.Е. Виницкий и др. - М.: Горное бюро, 1994.

На рисунке приведен график зависимости показателя ослабления массива от параметров расположения скважин при условии, что а = б.

Расчет устойчивости откосов угольных разрезов можно проводить с помощью нескольких методов (с учетом положений статики сыпучей среды, графоаналитический метод и др.). Но во всех случаях необходимо вводить в результирующие формулы коэффициенты, учитывающие снижение прочности массива под воздействием вышеуказанных факторов.

---------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

2. Демин А.М. Закономерности проявлений деформаций откосов в карьерах. - М.: Наука, 1981.

3. Галустъян Э.Л. Геомеханика открытых горных работ. - М.: Недра,1992.

— Коротко об авторах ---------------------------------------------------------------

Шерстобитов Илья Александрович - аспирант кафедры «Разработка месторождений полезных ископаемых», Московский государственный открытый университет.

--------ф

^-------

--------------------------------- © А.Н. Дворникова, Н.В. Дубынина,

2004

УДК 65.012.45:622.271

А.Н. Дворникова, Н.В. Дубинина

СТРУКТУРНЫЙ АНАЛИЗ МНОГОПЛАСТОВЫХ УГОЛЬНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ПРИ ОБОСНОВАНИИ ТЕХНОЛОГИИ ИХ РАЗРАБОТКИ

Семинар № 12

есторождения ископаемых углей по особенностям строения принято делить на простые и сложные. К простым относят месторождения, состоящие из одного достаточно мощного пласта, запасы которого характеризуются однородностью по всему объему залежи. Месторождения, состоящие из более чем одного пласта, или в случае, когда качество запасов одного пласта не является однородным, относят к сложным.

Сложно-структурные месторождения характеризуются к тому же наличием нескольких свит, невыдержанностью пластов по мощности, а также сложной структурой самих пластов (наличие нескольких угольных пачек и изменчивость показателей по ним, наличие прослоев, их невыдержанность по количеству, мощности и литотипам).

Примером месторождения сложной структуры является Эльгинское каменноугольное

месторождение Южно-Якутского угольного бассейна [1], угли марки Ж которого после обогащения предполагается использовать в коксохимии. Оно содержит элементы сложности всех уровней: несколько свит, пластов, ме-ждупластий и отдельных слоев полезного ископаемого и пустой породы. К освоению намечается северо-западный участок месторождения, представляющий собой толщу пологопадающих скальных горных пород шириной 4-6 км и глубиной до 480 м, вытянутую на 16 км в северо-западном направлении. В геологическом строении толщи принимают участие угленосные отложения, расчлененные на шесть свит, две из которых имеют промышленное значение - Нерюнгринская и Ундытканская. Первая свита сложена шестнадцатью угольными пластами Щ - Н16, а в строении второй выделяют двадцать один угольный пласт У[ - У21 Пласты обеих свит обладают следующими особенностями, изучение и учет которых требуется при выборе техники и технологии для рациональной отработки этого месторождения открытым способом:

• невыдержанность мощности пласта, ее изменчивость по площади;

• сложное строение пластов (чередование слоев угля и пустой породы разной мощности или изменчивость значений показателей качества угля по слоям);

• изменчивость мощностей междупла-стий, их невыдержанность;

• изменчивость по скважине мощностей породных прослоев (от 0.05 до более 1 метра);

• сложное строение породных прослоев (чередование слоев разных литотипов или пород одного литотипа с различной зольностью);

• наличие на месторождении разных марок и технологических групп углей;

• изменчивость свойств угля (например, свойств обогатимости) по свитам пластов, пластам, а также классам крупности;

• изменчивость свойств угля как по мощности, так и по площади пластов.

Необходимость изучения структуры пластов обусловлена, прежде всего, такими факторами, как высокая зольность угольной массы в контурах полезной мощности пласта и значительное превышение этой величины над зольностью чистого угля. Внутренние породы, являющиеся источником засорения углей, представлены маломощными (от 0.05 до 1 м) морфологическими элементами, переслаивающими угольную толщу. Прослои сложены из углистых пород, аргиллитов, алевролитов, песчаников, зольность которых изменяется от 50 до 90 %.

Для ведения горных работ намечаемый к освоению северо-западный участок месторождения разбит на четыре рабочих участка: «Северный», «Западный», «Центральный» и «Восточный». В табл. 1 приведены значения зольности чистого угля (ЧУ) и угольной массы (УМ) по основным пластам Нерюнгринской и Ундытканской свит (геологические материалы). Из данных табл. 1 видно, что угли этого месторождения обладают высокой зольностью. Использование традиционной валовой выемки угля вместе с вмещающими породами приведет к засорению угольной массы пластов, а, следовательно, к ухудшению природного качества ископаемого угля, увеличению объемов и необоснованному повышению стоимости обогащения.

№№

Индекс

Зольность чистого угля (ЧУ) и угольной массы пластов (УМ) по участкам, %

пласта «Северный» «Западный» «Центральный» «Восточный»

ЧУ УМ ЧУ УМ ЧУ УМ ЧУ УМ

1 УВ5 - - 30.86 32.84 31.11 34.34 30.99 33.88

2 У5 18.97 32.00 18.45 27.51 18.43 24.95 18.59 25.81

3 У‘5 - - 21.82 29.28 21.88 29.78 - -

4 УВ4 22.16 35.32 - - 22.74 28.27 - -

5 У 4 22.69 30.06 22.20 30.44 21.88 33.50 22.07 34.15

6 У‘4 18.69 27.08 - - 21.74 29.93 21.90 31.69

7 Н16 19.26 24.44 20.16 22.68 20.17 23.90 19.95 23.74

8 НВ!5 - - 25.62 29.52 25.68 29.49 - -

9 Н!5 26.42 36.00 26.94 36.00 27.11 37.12 26.39 34.92

Среднее по участку

22.11 30.76 22.15 28.92 22.15 29.30 21.92 28.83

Перечисленные негативные последствия засорения угля в результате его валовой добычи можно избежать, если рассмотреть возможность применения на различных участках нескольких вариантов отработки: валовой или селективной выемки, а также валовой выемки с частичной селекцией породы.

Для того чтобы сделать заключение о доле внутренней породы, которую следует отделить от угля технологической селекцией, необходимо провести более детальный анализ морфологии прослоев. На этапе предпроектных исследований он представлен установлением характера распределения прослоев по мощности и расчетом объема внутренней породы по пластам. В качестве исходной информации использованы структурные колонки скважин разведочного бурения Эльгинско-го месторождения. В табл. 2 содержится распределение объемов

породы по основным пластам для всех участков месторождения.

Как видно из данных табл. 2, засорение угля породой по различным пластам изменяется существенно - от 4.8 (пласт Ув5, участок «Западный») до 23.4% (пласт Ув4, участок «Северный»). Основной объем породы в прослоях содержат пласты: Н15 - 91487.0, У4 - 71487.0 и Н16 - 51933.0 тыст, это 27.1, 21.1 и 15.4% от общего объема. При этом мощность и количество породных прослоев по пластам могут быть различными. Пример распределения породных прослоев по мощности приведен на рисунке.

Распределение по мощности породных прослоев в скважинах пластов Н16

В зависимости от принятого для технологической селекции (по возможности оборудования) граничного значения мощности прослоя, объем отсортированной внутренней породы по пластам различен. Так по пласту Н16 при граничном значении мощности прослоя равном 0.35 м объемы отсортировки не велики (4.0 %) и при снижении граничного значения мощности до 0.25 м изменяются незначительно - до 8.8 %. Для тех же граничных значений объемы отсортированной породы по пласту У5 намного больше и составляют 16.0 и 25.9 % соответственно. Но, несмотря на то, что пласт Н16 включает 625 прослоев и объем породы здесь достаточно велик, а У5 - всего 474 прослоя с существенно меньшим объемом породы, по пласту Н16 технологическая селекция прослоев неосуществима вследствие их малой мощности.

Далее в результате анализа получено, что пласты Ув4, У4 и Уи4 содержат примерно половину породы в прослоях мощностью 0.25 м и одну треть в прослоях мощностью 0.35 м. Пласты Нерюнгринской свиты Нв15 и Н15 содержат немного более одной трети породы в прослоях мощностью более 0.25 м и одну пятую часть -более 0.35 м. Пласты малой мощности, такие как У14, У17, У20 содержат более половины породы в прослоях мощностью более 0.25 мина уровне 40% - в прослоях мощностью более 0.35 м.

Предварительный структурный анализ позволяет дать прогнозную оценку объема внутренней породы, которую можно отсортировать в процессе селективной выемки (табл. 3).

Установлено, что объем отсортированной внутренней породы составит порядка 70 млн т, или около 2-3 млн т породы в год. Селективной выемкой внутреннее засорение угольной массы может быть снижено до 20-23 % и доведено по участкам: «Северному» - до 13.6 %, «Западному» - до 9.6 %, «Центральному» - до 11.6 % и «Восточному» - до 11.8 %.

Снижение зольности угольной массы по участкам, связанное с внутренней селекцией, особенно проявляется на основных пластах -У5 (с 7.0 до 3.92 %), У4 (с 2.9 до 1.6 %), Н15 (1.5-1.6 %), а также по маломощным пласта-мУ17 (с 5.9 до 3.0 %) и У14 (с 5.1 до 3.8 %) (табл. 3).

Селективную выемку прослоев предложено применять при отработке 12 пластов: Н15 и Н°15, У4, УВ4, УИ4, Уз, У°5, УИ5, У14, У№ У19 И У20. Валовая выемка производится по пластам: У18, У13, У12, У8, У16 иН16.

Применение смешанной технологии отработки пластов, обоснованной по результатам структурного анализа месторождения, обеспечивает снижение зольности угольной массы за счет частичной (порядка 1.5 %) отсортировки породы. Несмотря на кажущуюся незначительность этой цифры, эффект от подобного снижения, будучи дополненный сокращением затрат, связанных с уменьшением объема породы в угольной массе, поступающей на углеподго-товку и обогащение, будет существенным.

Таким образом, предложенный механизм анализа структуры месторождения позволяет на стадии предпроектных исследований (картирование запасов) оценить ее особенно-

Таблица 2

№№ Ин- Участки

декс «Северный» «Западный» «Центральный» «Восточный»

Засорение внутренней породой, % Объем породы в прослоях, тыс т Засорение внутренней породой, % Объем породы в прослоях, тыс т Засорение внутренней породой, % Объем породы в прослоях, тыс т Засорение внутренней породой, % Объем породы в прослоях, тыс т

1 УВ5 - - 4.8 464.0 7.9 3217.0 7.0 1221.0

2 У5 20.2 4794.0 13.9 9089.0 10.0 17562.0 11.1 12057.0

3 У‘5 - - 13.4 1966.0 14.3 1182.0 - -

4 УВ4 23.4 777.0 - - 9.9 820.0 - -

5 У 4 23.0 5808.0 14.1 16066.0 19.7 39953.0 20.6 9660.0

6 У‘4 14.8 951.0 - - 15.3 1554.0 18.3 2219.0

7 Н16 11.0 11568.0 5.2 7361.0 7.8 15601.0 7.9 17403.0

8 Н°15 - - 8.1 2112.0 7.9 1391.0 - -

9 Н15 20.3 19682.0 19.4 13847.0 21.5 29028.0 18.1 25427.0

Суммарный объем по участку

43580.0 59540.0 156445.0 77960.0

Показатели Пласты

У 5 Ув4 У4 У‘4 Н15

% отсортировки породы

Участок «Северный»

Объем породы, тыс.т 2498.0 99.0 1266.0 325.0 4015.0

Снижение зольности к геологическим запасам, % 7.05 1.32 2.36 2.57 1.62

Зольность угольной массы, % 24.95 34.0 27.7 24.51 34.38

Участок «Западный»

Объем породы, тыс.т 4740.0 *) 35.02 -*) 28.25

Снижение зольности к геологическим запасам, % 4.38 - 1.59 - 1.55

Зольность угольной массы, % 23.13 - 28.85 - 34.45

Участок «Центральный»

Объем породы, тыс.т 9150.0 104.0 8710.0 531.0 5922.0

Снижение зольности к геологическим запасам,% 3.22 0.64 2.12 2.50 1.68

Зольность угольной массы, % 21.73 27.63 31.38 27.43 35.44

Участок «Восточный»

Объем породы, тыс.т 6282.0 *) 2106.0 759.0 5187.0

Снижение зольности к геологическим запасам,% 3.55 - 2.19 2.92 1.48

Зольность угольной массы, % 22.26 - 31.96 28.77 33.44

Итого по разрезу

Объем породы, тыс.т 70137.0

Зольность угольной массы, % 28.29

*) по этому участку отсортировка породы на данном пласте не производится

сти при формировании качества добываемо- обоснования и принятия важных технологи-

го угля, что послужит надежной основой для ческих решений.

--------------------------------------------------------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Технико-экономическое обоснование промышленного освоения Эльгинского месторождения. (I этап. Ос-

новные положения. Книга 2. Горно-транспортная часть (ТЭО - 5890/ 1.4 -2-П3)). - Новосибирск: Фонды института «Сибгипрошахт», 1992.

— Коротко об авторак -------------------------------------------------------------------

Дворникова А.Н. - кандидат технических наук, ст. научный сотрудник,

Дубинина Н.В. - мл. научный сотрудник,

лаборатория открытой геотехнологии, Институт горного дела СО РАН, Новосибирск.

--------------------------------------------------------------- © А.А. Зайцева, 2004

УДК 622.271.:519.6 А.А. Зайцева

ВНУТРЕННИЙ ОТВАЛ НА НАКЛОННОМ