Отчёт по практике на филиал ЗАО «Шахта Беловская» участок открытых горных работ «Караканский Западный»

Рисунок 3.1 Углубочная система разработки с усложненным порядком формирования внутреннегог отвала

     Создание  отвала второй очереди ведет соответственно к увеличению длины карьера второй очереди, к увеличению удельного веса внутреннего отвалообразования и удельной экономии внутрикарьерных перевозок.

Внутренний отвал  второй очереди может размещаться:

• на одном крайнем отвальном ярусе внутреннего отвала первой очереди;
• на двух и более крайних отвальных ярусах внутреннего отвала первой очереди.

     В первом случае это одноярусный отвал, во втором случае - двухъярусный. Однако реальными являются только первый случай. Многоярусный отвал второй очереди возможен только при очень большой глубине карьера и небольшой высоте выемочных ярусов.

     От  вида отвала второй очереди и его  характерных особенностей зависит  порядок расчета всех параметров внутреннего отвалообразования  в данной системе разработки. Основной особенностью внутреннего отвала второй очереди является соответствие верхних  отметок его отвальных ярусов верхним отметкам отвальных ярусов первой очереди, так как их формирование возможно с транспортных берм этих ярусов.

     Определение параметров отвала второй очереди является достаточно сложной и трудоемкой задачей, особенно в условиях большой глубины и небольшой длины карьеров. Решение может быть значительно упрощено при следующих допущениях:

1. В качестве основы решения задачи используется плоская модель.
2. Длина отвальных ярусов отвала второй очереди равняется длинам отвальных ярусов первой очереди, на которых они размещаются.

Высота нижнего  выемочного яруса, вскрышные породы которого размещаются во внутреннем отвале второй очереди, для формирования одноярусного отвала второй очереди с одной стороны должна удовлетворять условию:

      (3)

С другой стороны  – условию:

            (4)

где Н₁, Н₂ и Н₃ - превышение над дном карьера верхних отметок соответственно первого, второго и третьего снизу выемочных ярусов (Н₂=Н₂ – Н_я); х₂ - относительная длина крайнего отвального яруса отвала первой очереди.

     Разрешив  зависимости (3) и (4) относительно «х₂» и приравняв их между собой, получим условие для определения высоты нижнего выемочного яруса:

        (6)

     Для формирования двухъярусного отвала второй очереди с одной стороны  должно удовлетворять условие:

  (7)

С другой стороны  – условии

    (8)

      Произведя с выражениями (7) и (8) те же операции, что и в предыдущем случае получим  выражение для определения высоты выемочного яруса, вскрышные породы которого размещаться в двухъярусном отвале второй очереди:

  (9)

 

где х₃ - относительная длина отвального яруса первой очереди, смежного с ярусом с относительной длиной х₂.

     Проведенными  исследованиями установлено, что для  карьеров глубиной 300-400 м и длиной дна до 1000-1200 м и при условии  соблюдения равенства верхних отметок  отвалов первой и второй очередей наиболее эффективным отвалом второй очереди является одноярусный. В  этом случае удельный вес внутреннего отвалообразования описывается зависимостью

    (10) 
 

     Удельная  экономия внутрикарьерных перевозок  подчиняется зависимости:

   (11)

     В формулах (10), (11) K_HL - коэффициенты, отражающие влияние на величину оценочных показателей глубины и длины карьера, К_м - коэффициенты, учитывающие влияние мощности рудного тела. Зависимости этих коэффициентов от определяющих факторов приведены в табл. 1.

     Увеличение  длины карьера и мощности рудного тела ведет к увеличению соответствующих коэффициентов и, следовательно, к увеличению самих оценочных показателей. Увеличение длины карьера на 100 м приводит к увеличению удельного веса внутреннего отвалообразования на 1,4-1,7 %, а удельной экономии внутрикарьерных перевозок на 0,5-0,8 %. Увеличение мощности рудного тела на 10 м ведет к увеличению этих показателей, соответственно, на 0,5-0,6 и 0,18-0,2 %.

     Объем дополнительного разноса бортов включает объем вторичного внутреннего съезда и двух соединительных транспортных берм, обеспечивающих грузотранспортную связь рабочих горизонтов с внутренним отвалом. Одна из берм должна располагаться на отметке разгрузочной площадке отвала второй очереди, другая - на отметке разгрузочной площадки нижнего яруса отвала первой очереди. Наибольший объем разноса борта связан с устройством вторичного внутреннего съезда. Так при глубине карьера 300 м объем дополнительного разноса борта, необходимого для устройства вторичного внутреннего съезда, составляет 15-18 млн м³, при глубине карьера 400 м - 25-30 млн м³ и т.д.

Фактором, в наибольшей степени определяющий объем дополнительного  разноса борта, необходимого для  устройства вторичных внутренних съездов, является их руководящий уклон. Объем дополнительного разноса борта, как функция уклона вскрывающих выработок, зависит от глубины карьера и, особенно, от кривизны борта. Последнее обусловлено тем, что при большой глубине карьера и ограниченной его длине отдельные элементы трассы вскрывающих выработок имеют форму логарифмической спирали. При этом длина разноса борта по верху многократно превышает длину

этой выработки.

6.2 Эффективность использования  внутреннего отвала

  В планируемой перспективе в угольной промышленности характерна тенденция к освоению новых крупных месторождений, что актуализирует проблематику скорейшего вовлечения в хозяйственный оборот их природных ресурсов при неуклонном соблюдении требований рационализации режимов природопользования. Последнее обстоятельство приобретает первоочередное значение, принимая к сведению, что прирост объемов угледобычи планируется в основном за счет открытого способа добычи, в первую очередь, - в крупнейшем Кузнецком угольном бассейне. Здесь около 85% природных запасов минерального ископаемого сосредоточено в месторождениях, представленных свитами пластов наклонного и крутого падения с суммарной мощностью угольной залежи до 200,0м.

  Как следует  из результатов ранее проведенных  исследований , в характерных горно-геологических условиях эксплуатации Кузбасских месторождений минерального ископаемого эффективными могут быть углубочно- сплошные системы разработки, предусматривающие на начальном этапе освоения месторождения строительство карьеров первой очереди.

  При этом очевидно, что управление параметрами  элементов системы разработки и технологическим порядком формирования карьера первой очереди позволяет эффективно реализовать техногенный ресурс создаваемого выработанного пространства, что, в конечном итоге, способствует улучшению результирующих технико-экономических показателей при соблюдении условий рационализации режимов природопользования.

  Применение  углубочно-сплошных поперечных систем разработки гарантирует технико-экономическую эффективность и социально-экологическую приемлемость процессов открытой угледобычи при соблюдении следующих основных принципов построения ресурсосберегающих геотехнологий: ограничение глубины отработки на наименее угленасыщенном фланге (карьер первой очереди) при условии вовлечения в эксплуатацию основных запасов минерального ископаемого у противоположного фланга на полную расчетную глубину рабочей зоны; управление направлением и темпом углубки и подвигания фронта горных работ по простиранию с целью создания возможности размещения примерно 80% объемов вскрышных пород во внутреннем отвале;

придание системе  разработки технологической гибкости, позволяющей варьировать мощность добывающего предприятия в зависимости от складывающейся конъюнктуры рынка производимой товарной продукции, степени совершенства вновь создаваемой и применяемой горно-траспортной техники и прочих контролируемых факторов.

  Применительно к горно-геологическим условиям, характерным для упомянутых выше угольных месторождений Кузбасса, была установлена  рациональная глубина карьера первой очереди, которая изменяется в диапазоне от 70 до 120 м, что обеспечивает эффективность освоения инвестиций как на этапе строительства, так и при отработке запасов угля в период эксплуатации карьера.

  Сокращение  объемов горно-капитальных работ и текущего коэффициента вскрыши, увеличение приемной способности внутренних отвалов и снижение дальности транспортировки вскрышных пород, уменьшение землеёмкости открытой угледобычи и экологической нагрузки на окружающую среду, минимизация капитальных затрат и сроков освоения производственной  мощности угледобывающего предприятия представляются возможными за счет управления высотой отрабатываемого уступа Ну, обобщающей технологические параметры элементов углубочно-сплошных систем разработки (априори принимается равенство высот рабочих уступов на этапах строительства и эксплуатации угледобывающего предприятия, что сообразуется с теоретическими основами открытой угледобычи).

  Это актуализирует  задачу установления взаимосвязи Ну с результирующими технико-экономическими и социально - экологическими показателями открытой угледобычи в характерных условиях горного производства при освоении ресурсной базы месторождений Кузбасса, представленных мощными свитами наклонных и крутопадающих угольных пластов.

  В качестве критериев оценки целесообразности принимаемых технико- технологических решений на базе обосновываемой высоты рабочего уступа карьера первой очереди при углубочно-сплошных системах разработки, помимо известных в мировой практике оценок дисконтированной доходности (NPV) и внутренней нормы дохода (IRR), основанных на принципах Г. Хоскольда, представляется возможным применение надежно апробированного практикой научных изысканий экспресс-метода оценки возможности минимизации удельных суммарных приведенных затрат:

  С_пр = ЕК+S ^ min;

   где Е - нормируемый (задаваемый) коэффициент рентабельности; К и S - соответственно, капитальные затраты и эксплуатационные издержки, руб/т. Этот метод позволяет с точностью, достаточной для инженерных расчетов (согласно классификации проф. Л. И. Барона, принятой в горном деле), сокращать трудоемкость предпроектных проработок.

Для типовых  технологических схем углубочно-сплошных систем разработки, с использованием известных в практике проектирования взаимосвязей параметров их основных элементов, применительно к упоминаемым ранее характерным условиям эксплуатации угольных месторождений Кузбасса установлено, что увеличение высоты рабочих уступов Ну на этапе строительства карьера первой очереди глубиной Н1 позволяет существенно сократить период Тосв = (Нр.з. - Н1)/Vф.tg β, лет подготовки угледобывающего предприятия к эксплуатации с задаваемой производственной мощностью, достигаемой на определенном этапе разработки при высоте сплошной рабочей зоны равной:

 

    где Оп.и - задаваемая производственная мощность по добыче угля, т/год; Мг - суммарная горизонтальная мощность вовлекаемых в отработку пластов, м; hн - мощность покрывающих пород, м; Vф - скорость подвигания фронта горных пород, м/год; в - угол направления уг- лубки карьера в период его эксплуатации, град.; γп.и. - плотность угля, т/м³ ; µ и р - коэффициенты потерь и весового разубоживания угля, соответственно.

  Вместе  с тем, проведенным вычислительным экспериментом установлено, что с увеличением высоты рабочего уступа карьера первой очереди заметно сокращается приемная способность Qо выработанного пространства для последующего формирования здесь внутренних отвалов на этапе эксплуатации строящегося карьера

Qо = 73,07*(Ну)^-1'⁰⁴, млн. м³

(при корреляционном  отношении r=0,87)

Противоположные тенденции изменения численных значений исследуемых параметров Тосв. и Qо, оказывающих решающее влияние на обеспечиваемые результирующие показатели технико-экономической и социально- экологической эффективности процессов открытой угледобычи, предполагают наличие некой зоны рациональных значений исследуемого параметра:

12 < Ну < 15, м.

  Результаты  графоаналитического анализа влияния Ну на граничные значения среднего коэффициента вскрыши Квск., понимаемого как отношение объема вскрышных пород в конечных контурах карьера к задаваемому объему извлекаемого при этом минерального ископаемого, позволяют установить соответствующую зависимость

Квск. = 21,10*Н_y^-0.65, м³ (при r=0,83).

  Исследование  этой зависимости методом конечных приращений позволяет укрупнено оценить область рациональных значений Ну > 10,0 м, при которых практически не ощутимо влияние исследуемого параметра Ну на величину Квск.