Секция 1: Экологическая и техногенная безопасность 178

Секция 1: Экологическая и техногенная безопасность
РАЗВИТИЕ МАЛОЗЕМЛЕЕМКИХ ТЕХНОЛОГИЙ ОТКРЫТОЙ УГЛЕДОБЫЧИ
ПРИ ИХ АДАПТАЦИИ К УСЛОВИЯМ ДЕЙСТВУЮЩИХ КАРЬЕРНЫХ ПОЛЕЙ
А.В. Селюков, к.т.н., доц.
Кузбасский государственный технический университет имени Т.Ф. Горбачева. г.Кемерово
650099, г. Кемерово ул. Весенняя, 28, (3842) 396368
Е-mail: alex-sav@rambler.ru
Техническая оснащенность и масштабы угледобычи (рис.1) привлекают повышенное внимание к разрезам Кузнецкого угольного бассейна, так как Кемеровская область имеет ограниченные
сельскохозяйственные ресурсы (рис. 2).
300
млн.т/год
250
200
150
100
50
0
года
уровень добычи без существенного ущерба для экологии
Рис. 1. Тенденция роста добычи угля в Кемеровской области (для 2025 года – прогнозный показатель).
60 %
40
20
0
1985-1990 1990-1995 1995-2000 2000-2005 2005-2010 2010-2015 года
Рис. 2. Тенденция снижения площади земель сельхозназначения в Кемеровской области.
− по данным «Эксперт-Сибирь».
Повсеместно применяемые углубочные продольные системы разработки [1] наиболее полно
соответствует простым по строению месторождениям, представленным одиночными пластами, когда
обеспечивается полнота и качество выемки вследствие привязки вскрытия и развития фронта работ к
одному пласту. При этом обеспечивается возможность размещения всего объема вскрышных пород
или значительной его части в выработанном пространстве. При отработке сложноструктурных
угольных залежей использование таких систем разработки приводит к необходимости размещения
всех пород вскрыши на внешних отвалах, что влечет за собой увеличение прогрессирующих темпов
изъятия земельных угодий. Перемещение огромных объемов вскрыши на внешние отвалы, расположенных, как правило, на значительном расстоянии от забоев приводит к росту количества транспортных средств и вспомогательного оборудования. Всё это повышает затраты на добычу угля открытым способом и снижает его конкурентоспособность на рынке. Следовательно, применяемые
системы разработки не всегда отражают условиям сложных природно-технологических комплексов,
и необходимо изыскивать более совершенные технологические решения.
Из научных публикаций [2,3,4] известно, что при разработке наклонных и крутопадающих
угольных залежей могут применяться следующие виды поперечных систем разработки: углубочносплошная, поэтапно-углубочная, блочно-слоевая, челночно-слоевая. Эти системы разработки характеризуется двумя этапами развития горных работ: 1) формирование первоначальной емкости в гра178
Всероссийская научно-практическая конференция молодых ученых, аспирантов и студентов
«Экология и безопасность в техносфере: современные проблемы и пути решения»
ницах карьерного поля для внутренних отвалов; 2) отработка основной части карьерного поля со
складированием вскрышных пород в выработанном пространстве карьера. В авторской интерпретации предложены варианты адаптации систем разработки с внутренним отвалообразованием к режиму действующих карьерных полей (рис.3). Далее представлены организационно-планировочные решения по отсыпке внутриконтурных отвалов.
Сущность поперечной системы разработки с созданием карьера первой очереди заключается в
следующем. В одном из торцов залежи от текущей глубины сооружают карьер ограниченных размеров до проектной глубины - так называемый карьер первой очереди.
Рис. 3. Авторская интерпретация к формированию поперечных систем разработки в режиме действующего угольного разреза
Основное назначение этого карьера - создание первоначальной емкости для размещения
вскрышных пород при отработке оставшейся части залежи. После завершения строительства карьера
первой очереди производят отработку оставшейся части залежи по простиранию с размещением пород вскрыши в выработанное пространство. После сооружения карьера первой очереди осуществляется переход на технологию с внутренним отвалообразованием.
Сущность поэтапно-углубочной системы разработки состоит в следующем. В одном из торцов
угольной залежи сооружают от текущей глубины котлован вкрест простирания залежи на глубину,
равную высоте уступа. Породу вскрыши вывозят на внешний отвал. После сооружения котлована
породу от разработки первого горизонта размещают в выработанном пространстве. Углубка горных
работ ведется до проектной глубины карьера. После этого рабочая зона становится постоянной, и вся
порода вскрыши перемещается во внутренний отвал.
Поперечная блочно-слоевая система разработки является дальнейшим развитием поперечной
системы разработки с карьером первой очереди. Отличительная особенность - деление всего место179
Секция 1: Экологическая и техногенная безопасность
рождения по простиранию на блоки, включающие карьер первой очереди, и блоки, отрабатываемые
на внутренний отвал.
Сущность челночно-слоевой системы разработки заключается в отработке месторождения горизонтальными слоями с разнонаправленным подвиганием фронта работ и размещением всех пород
вскрыши в выработанном пространстве. Отработку месторождения начинают с сооружения в одном
из торцов карьерного поля поперечной карьерной выемки на глубину отрабатываемого слоя. После
сооружения подготовительной углубочной горной выработки на втором горизонте производят отработку второго (слоя) с размещением пород вскрыши в выработанном пространстве этого же горизонта. Породу вскрыши из внутреннего отвала первого горизонта перемещают во внутренний отвал этого же горизонта на поверхность внутреннего отвала нижележащего слоя. Затем направление подвигания фронта работ меняется на противоположное направление, т.е. отработка нижнего слоя ведется
в обратную сторону. После отработки второго слоя осуществляют, при необходимости, углубку на
третий горизонт (слой) с соблюдением всех технологических операций, указанных при углубке на
второй горизонт, и изменением подвигания фронта работ на противоположное направление.
В настоящее время отдельные элементы таких систем разработки находят применение при составлении проектной документации разрезов “Кедровский”, “Краснобродский”, “Виноградовский”
и др. Однако, как показывает комплексный анализ проектного материала, внедрение в проектную
практику таких систем разработки происходит не с позиции их комплексной реализации, а лишь
фрагментарно. К тому же внедрение в проектную практику должно сопровождаться дополнительным обоснованием их параметров и области эффективного применения, относительно конкретных
горно–геологических и технологических условий действующего производства, т.е. должны дополнительно выполняться конструктивно-параметрические проработки применительно к условиям действующего разреза. Это обстоятельство объясняется следующим фактом. Общей теоретической базой формирования технологий с внутренним отвалообразованием послужили труды ученых горняков нашей страны, а интенсивность ведения разработок в совокупности с постоянно изменяющимися условиями ведения открытых горных работ многократно возросла. Так же необходимо подчеркнуть, что по результатам анализа проектной документации по действующим угольным разрезам не
маловажно отметить общую группу недостатков, присутствующих в ней: при внедрении систем разработки с внутренним отвалообразованием наблюдается рассогласованность долевого участия внешнего и внутреннего отвалов в общем годовом объеме перерабатываемой вскрыши. Следует пояснить
это обстоятельство, которое наступает с негативной стороны следующей направленности: часть
вскрышных пород предназначенных для размещения во внутреннем отвале приходится располагать
во внешнем, так как уже упоминалось, что в проекте используются теоретическая база, основы которой появились в трудах ученых горняков нашей страны начиная с 60-80гг. прошлого столетия. К тому же современные требования к тем или иным разделам проекта, с точки зрения обоснованности
принятых решений основываются подчас морально устаревшими нормативно-справочными документами, и чаще всего задачи более детального обоснования вопроса не требуется, а ограничиваются
всего лишь общими чертами [5].
В качестве одного из «ключевого» решения данной технологической проблемы может быть
предложена технологическая адаптация поперечных систем разработки с внутренним отвалообразованием к условиям углубочных продольных для режима действующих разрезов Кемеровской области. Для изучения “физической природы” процесса изменения одного вида системы разработки в
другой детально процесс адаптации внутреннего отвалообразования применительно к режиму действующего разреза может быть реализован через логическую блок-схему укрупненного баланса распределения вскрышных пород отсыпаемых на внешний или внутренний отвалы.
Для изыскания путей устранения распределения вскрыши на внешнем и на внутреннем отвале
при отработке угольного месторождений предлагается модель баланса, включающая следующие
группы факторы, которые не находят той или иной характерной взаимосвязи в проекте:
- методическая основа точки отсчета момента времени (технологической, экологической или
иной необходимости) изменения перераспределения объемов вскрышных пород, отсыпаемых на
внешнем отвале с направлением их на внутренний отвал;
- динамика развития контуров карьерного поля во взаимоувязке с параметрами карьерного поля и внешнего отвала при достижении ими конечных размеров;
- направление и цикличность развития контуров карьерного поля и внешнего отвала исходя
из момента перераспределения баланса вскрыши с внешнего отвала на внутренний отвал;
180
Всероссийская научно-практическая конференция молодых ученых, аспирантов и студентов
«Экология и безопасность в техносфере: современные проблемы и пути решения»
- местоположения внешних отвалов, их количество, их взаимное слияние, наличие свободных
земель в горизонтальном пространстве между карьерным полем и внешним отвалом;
- аккумулирующая способность выработанного пространства в режиме поэтапной интеграцией внутреннего отвала в рабочую зону карьера и др.
Баланс распределения вскрышных пород на “внешний/внутренний отвал” должен основываться только на фактическом положении горных работ, параметров горных выработок и отвалов,
динамике пространственного развития рабочей зоны. Укрупнено модель баланса можно представить
в виде графической схемы (рис.4)
С точки зрения перераспределения вскрыши с внешнего отвала на внутренний отвал такая модель баланса является универсальной и охватывает всевозможные условия эксплуатации различных
угольных разрезов.
Рассмотрим пример реализации модели баланса для условий разреза ООО «Разрез Киселевский». Согласно данным по проектной документации и их анализу через укрупненную графическую
модель баланса необходимо выполнить корректировку объемов размещаемых вскрышных пород (в
отличие от проектной документации) в следующем порядке: - на I этапе отработки поля разреза
(2014- 2016 г.г.) при отработке запасов угля по пластам Восточного крыла I Тырганской антиклинали - на внешнем Восточном отвале (38 млн.м3) и на Внутреннем отвале № 1 (10,85 млн.м3) , при этом
часть вскрыши будет транспортироваться на северную часть Западного внешнего отвала (4,0 млн.м3);
вскрышные породы центрального блока Западного крыла вывозятся автотранспортом на Внутренний отвал № 1 (28,8 млн.м3) и частично на Южный отвал (4 млн.м3); - на II этапе (2017-2025 г.г.) –
отработка запасов угля на Восточном крыле I Тырганской антиклинали производится с вывозкой
вскрышных пород на Восточный отвал (80 млн.м3), на Западный отвал (24,2 млн.м3) и незначительный объем при вскрытии запасов южной части блока – на Дальнегоровский (5,02 млн.м3); на Западном крыле в центральном блоке закончена отработка запасов южной части и производится засыпка
выработанного пространства вскрышными породами северной части центрального блока (16 млн.м3)
и породами верхних горизонтов южной части западного блока (7,5 млн.м3), часть объемов вскрыши
укладывается на Южный отвал (7,2 млн.м3), оставшиеся объемы вскрыши вывозятся на Западный
отвал (18,7 млн.м3); - на III этапе (2026-2030 г.г.) – производиться доработка запасов южного блока
на Восточном крыле I Тырганской антиклинали с вывозкой вскрыши на внешний Восточный отвал
(18 млн.м3) и в выработку центрального блока (20 млн.м3); отработка запасов западного блока Западного крыла I Тырганской антиклинали с вывозкой вскрышных пород на внутренний отвал № 3 в северную часть центрального блока (31,1 млн.м3).
Рис. 4. Логическая блок-схема представления укрупненного баланса распределения вскрышных пород отсыпаемых на внешний или внутренний отвалы.
Помимо комплексного анализа перераспределения вскрышных пород через графическую модель баланса должны проводятся поисковые решения при выборе местозаложения первоначальной
горной выработки. Для этого производится районированное деление разреза на сектора с целью
изучения вероятных мест закладки выработки под внутренние отвалы на основании логической
блок-схемы. В практике проектирования главное направление развития горных работ условно делит
181
Секция 1: Экологическая и техногенная безопасность
разрез на две части. Так при изготовлении проектной документации привязка разрезной траншеи
осуществляется к самому мощному пласту свиты,
затем по направлению от севера к югу делим условно разрез в плане на участки или сектора, которым присвоим маркировку: с1, с2, ц1, ц2, ю1, ю2
(рис.5).
Такое районирование необходимо для того
чтобы во-первых детально рассмотреть процесс
выбора закладки выработки под внутренний отвал,
во вторых это обусловлено неравномерностью отработки карьерного поля в пространстве, в третьих
на каждом из участков отклонение пласта или
группы пластов от прямолинейности приводит к
тому, что геометрические параметры карьерного
поля в поперечном сечении значительно может
значительно колебаться (оказывает влияние на
вместимость внутренних отвалов), в четвертых
Рис. 5. Районирование карьерного
значения иных факторов в каждом секторе весьма
пространства в плане на сектора
может отличаться.
При учете принципов (логическая блоксхема баланса и районирование карьерного пространства) обеспечивается оптимизация параметров
трансформации углубочных продольных в поперечные системы разработки, а в дальнейшем при
очередности разработки карьера обеспечивается максимальная реализация преимуществ каждой из
систем разработки с соответствующим улучшением всего комплекса технико-экономических и экологических показателей. В качестве примера оценки выбора районного сектора для сооружения первоначальной выработки под внутренний отвал приведена графическая интерпретация взаимозависимостей параметров по технологической адаптации внутреннего отвалообразования применительно к
условиям действующего разреза, представленных номограммой (рис.6).
Процесс районирования карьерного пространства сводится к тому что, первоначально намечается в карьерном пространстве сектор под складирование вскрышных пород, затем оценивается его
приемная способность в балансе распределения вскрышных пород по отвалам, и то, какое влияние в
технико-экономическом контексте окажет технологический процесс внедрения системы разработки с
внутренним отвалообразованием для режима действующего разреза, а затем устанавливается производительность карьера и длительность перехода на внутреннее отвалообразование.
Рис.6. Пример графической реализации районирования карьерного пространства при трансформации
углубочных продольных в поперечные сплошные системы разработки.
182
Всероссийская научно-практическая конференция молодых ученых, аспирантов и студентов
«Экология и безопасность в техносфере: современные проблемы и пути решения»
Таким образом, в целом для режима действующих разрезов Кузбасса технологический переход от
продольной углубочной к поперечным системам разработки позволяет сделать следующие выводы:
1. Повышение эффективности угледобычи при отработке крутых и наклонных угольных пластов в рамках традиционных технологий ограничивается длительным неиспользованием выработанного карьерного пространства для размещения вскрышных пород.
2. Основным способом управления развитием горных работ, при котором достигается более
раннее использование выработанного пространства для размещения пород вскрыши и дальнейшее
непрерывное воспроизводство этого техногенного ресурса, является поэтапное изменение направления фронта горных работ
3. Локальное его использование на некоторых разрезах Кузбасса подтверждает высокую эффективность вовлечения этого ресурса в производственный процесс. Решением проблемы ресурсосбережения при отработке свит пластов крутого и наклонного падения является переход на предлагаемые новые технологии ведения открытых горных работ.
4. Установлено, что эффективность поперечных систем разработки повышается при развитии
горных работ в направлении участков карьерного поля с наибольшей угленасыщенностью, что увеличивает объем отрабатываемых запасов угля в 1,3 – 2,0 раза.
5. Объемы вскрыши при сооружении выработок под внутренние отвалы не превышают 10-20
% от общих объемов вскрыши карьерного поля.
6. Для подержания работы предприятия с достигнутыми технико-экономическими показателями в период технологической адаптации внутреннего отвалообразования, годовая производственная мощность должна быть равной годовой производственной мощности до переходного периода.
Литература.
1. Ржевский В. В. Открытые горные работы. Ч. 2. Технология и комплексная механизация  М.:
Недра, 1985. – 549 с.
2. Цепилов И.И. Перспективные технологии открытой разработки сложноструктурных угольных
месторождений / И. И. Цепилов, А. И. Корякин, В. Ф. Колесников, С. И. Протасов / Кузбасс. гос.
техн. ун-т, − Кемерово, 2000. −186 с.
3. Томаков П. И., Коваленко В. С. Природоохранные технологии открытой разработки крутых и
наклонных угольных месторождений Кузбасса / М.: Уголь, 1992. − № 1.
4. Рутковский Б.Т. Блоковый способ отработки месторождений открытым способом: Межвуз. сб.
науч. тр. / Кузбас. политехн. ин-т. Кемерово, 1972. – с. 81 − 87.
5. Правила безопасности при разработке угольных месторождений открытым способом (ПБ 05 – 619 − 03).
ВЛИЯНИЕ ПРОИЗВОДСТВА МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ
НА ЭКОЛОГИЮ РОССИИ
Ю.А. Темпель, магистрант, О.А. Темпель, магистрант
Научный руководитель: Путилова У.С., к.т.н., доц.
Тюменский государственный нефтегазовой университет, г. Тюмень
625000, г. Тюмень ул. Володарского, д. 38
E-mail: Tempeljulia@mail.ru
Машиностроительная отрасль является одной из стратегически важных отраслей Российской
Федерации, которая включает в себя двенадцать крупных подотраслей, главными из которых являются тяжелое, энергетическое, химическое, транспортное, нефтяное машиностроение, а также станкостроение и инструменто-станкостроение [1]. Перечисленные подотрасли, в свою очередь, в своем
составе имеют еще несколько специализированных отраслей. Например, станкостроение и инструменто-станкостроение подразделены на производство металлорежущих станков, литейного оборудования, различных инструментов и технологической оснастки.
Главная роль рассматриваемой отрасли заключается в обеспечении других отраслей необходимыми машинами, агрегатами, различными комплексами и другим оборудованием.
Машиностроение на сегодняшний день определяет уровень развития промышленности страны. В 2014 году доля выпущенной продукции машиностроения составила 22% от общего объема
обрабатывающей промышленности России [2]. Кроме того, оно имеет социальную значимость, поскольку на предприятиях машиностроительного комплекса задействовано более трети всех работников промышленности [3].
183