Горные работы

Введение

Талдинское каменноугольное месторождение располагается в центральной части Ерунаковского геолого-экономического района Кузбасса.

По административному делению площадь месторождения относится к Новокузнецкому и Прокопьевскому районам Кемеровской области Российской Федерации. Район строительства является новым промышленным районом. В настоящее время на месторождении действуют: шахта «Талдинская-Западная №1», разрезы «Талдинский», «Талдинский Северный», «Заречный», начато строительство шахты «Талдинская Южная».

Населенность района – слабая. Месторождение находится в 50 км к северу от г. Новокузнецка, в 45 км и 56 км к северо-востоку от городов Прокопьевска и Киселевска. В районе месторождения расположены деревни Большая и Малая Талда, Жерново, Новоказанка, а в 15 км к юго-западу проходит железнодорожная электрифицированная линия Артышта-Подобасс.

Поверхность месторождения представляет собой всхолмленную лесостепь. Самые низкие абсолютные отметки поверхности (223–280 м) соответствуют речным долинам. Долины рек Тагарыш и Еланный Нарык пересекают центральную часть месторождения. Водораздельные части рельефа имеют отметки 350–375 м.

Климат района резко континентальный. Холодная зима продолжается в течение 5 месяцев – с ноября по апрель. Наиболее холодные месяцы – декабрь и январь. Абсолютный минимум в это время достигает – 49,9^о С. Наиболее жарким месяцем является июль, среднемесячная температура которого достигает +19,4^о С. Максимальная температура – +36,7^о С.

Господствующими ветрами в районе являются южные и юго-западные, с максимальной скоростью 17–24 м/с (среднегодовая скорость – 4,9–5,2 м/с).

Среднегодовая сумма осадков составляет 521 мм. Распределение осадков неравномерное, наибольшая часть их (40–45%) выпадает летом. В летнее время осадки носят ливневый характер, осенью – затяжной (на несколько суток, дожди).

1. Геологическая строение и горнотехническая характеристика месторождения

Разрезом «Талдинский» к отработке открытым способом принято 11 угольных пластов, залегающих, в основном, моноклинально под углами 7–24^о .

Все пласты в пределах поля разреза разделяются на 3 группы: пласты средней мощности (1,3–3,5 м) – 90, 89, 81 и 80; мощные пласты (3,5–15,0 м) – 92, 91, 88–87, 82, 78 и 73–71; весьма мощные пласты (более 15,0 м) – 86–84.

На поле разреза выделяются 4 группы пород: четвертичные отложения; пермские коренные породы, затронутые выветриванием (глубина 50–60 м); пермские коренные породы, не затронутые выветриванием; горелые породы.

Четвертичные отложения представлены суглинками и, в меньшей степени, глинами, отличаются сравнительно невысокой прочностью и устойчивостью.

Среди пород пермского возраста выделяются песчаники, алевролиты, аргиллиты и каменные угли, существенно отличающиеся по составу и текстурно-структурным особенностям. Породы в зоне выветривания имеют более низкую плотность и сцепление и более высокую влажность, чем у невыветреных разностей. Порода в зоне выветривания, характеризуется повышенной трещиноватостью и пониженной прочностью. Трещиноватость с глубиной затухает.

Литологический состав пород непостоянен и изменяется как по глубине, так и по простиранию. Наибольшее распространение в отложениях толщи получили алевролиты (до 59,5%). Содержание песчаников – 19,4%.

Коэффициент крепости пород по шкале М.М. Протодъяконова изменяется, в среднем, от 1 до 4. По своему марочному составу угли разреза в соответствии с ГОСТ 25543–88 относятся к маркам ДГ и Г, верхний пласт 92 полностью находится в зоне окисления.

По вещественному составу угли характеризуются следующим содержанием микрокомпонентов: витринита – 61–74%; семивитринита – 3–4%; лейптинита – 1–2%; фюзинита – 19–31%; минеральных веществ – 2–4%.

Содержание аналитической влаги в группе пластов от 91 до 73 изменяется от 3,8 до 2,6 при постепенном уменьшении от верхних пластов к нижним. Максимальная влагоемкость изменяется от 9,7% до 6,9%.

Увеличение теплоты сгорания составляет в среднем 58 ккал/кг на каждые 100 м глубины.

Элементный состав углей однообразен. По средним значениям количество углерода колеблется по пластам в пределах 80,3–82,4%, водорода – 5,1–5,3%, азота и кислорода в сумме 12,2–14,9, в том числе азота около 2,6%. Содержание серы в углях Талдинского разреза незначительно, по средним значениям оно изменяется от 0,28 до 0,58%. Угли характеризуются повышенным содержанием фосфора – средние значения составляют от 0,038 до 0,125 (максимально в пласте 80 – до 0,216). Зольность чистого угля по пластам невелика и находится в пределах 7,2–10,9%. Зольность с учетом 100% засорения внутрипластовой породой составляет 7,3–34,7. Наибольшие значения пластовой зольности характерно для пластов, имеющих сложное строение – 90,88–87, 86–84.

Коэффициент размолоспособности К_ло в среднем составляет 1,15. Насыпной вес при W_t ^r = 8%, составляет 720 кг/м³ без уплотнения и 840 кг/м³ с максимальным уплотнением. Индекс механической прочности по пл. 78 равен 56,6, по пластам 86–84 – 59,9%. Талдинские угли являются термически стойкими с индексом термической стойкости 99,5.

В ТЭО строительства разреза «Талдинский», (в границах участков Талдинских 1–2, пласты с 92 по 73–71) приняты геологические запасы угля до гор. ±0 в количестве 1285,938 млн. т, и запасы 17,101 млн. т по пласту 86–84 (до гор. – 15) до полного замыкания пласта в замковой части мульды. По состоянию на 01.01.01 г. разрезом оформлен горный отвод только на часть запасов угля (386,4 млн. т, А + В + С₁ ). /1/

2. Исходные положения для курсовой работы

Режим работы разреза принят согласно «Нормам технологического проектирования угольных и сланцевых разрезов»:

- на добычных, вскрышных, буровых и отвалообразовании – 355 дней (за вычетом праздничных дней), 2 смены продолжительностью по 12 часов каждая;

- на взрывных работах – 355 дней: на заряжании и забойке скважин – 2 смены продолжительностью по 12 часов каждая, на взрывании – 1 смена продолжительностью 12 часов в светлое время суток;

- на рекультивации нарушенных земель – сезонный, 180 дней в году, 2 смены продолжительностью по 8 часов каждая;

- вспомогательных служб – 260 дней, 1 смена продолжительностью 8 часов.

Утвержденным проектом строительства разреза «Талдинский», мощность разреза была принята и обоснована равной 7500 тыс. тонн угля в год.

Освоение проектной мощности предусматривалось в 1993 году. При этом первоочередными к отработке приняты участки «Центральный-91» и «Восточный-86» с проектной мощностью 4500 тыс. тонн и 3000 тыс. тонн соответственно.

Участок «Восточный-73» предусматривалось ввести в эксплуатацию по мере отработки запасов угля на участке «Центральный-91».

В данный момент освоено 5500 тыс. тонн угля в год.

Основные элементы бестранспортной разработки приведены в таблице 1, а параметры рабочих уступов при транспортной системе разработки приведены в таблице 2.

Распределение пород по видам вскрыши представлено в таблице 3.

Таблица 1 – Элементы бестранспортной системы разработки

Таблица 2 – Параметры рабочих уступов при транспортной системе разработки

Таблица 3 – Распределение пород по видам вскрыши

Примечание: * в том числе повторно отрабатываемые отвалы бестранспортной системы по пласту 86.

3. Система разработки месторождения и вскрытие рабочих горизонтов

геологический месторождение карьерный

В соответствии с принятым порядком отработки поля разреза горные работы ведутся на трех обособленных участках: «Центральный-91», «Восточный-86, «Восточный-73».

Все эксплуатационные участки разреза имеют отдельную схему вскрытия.

Участок «Центральный-91». Отрабатываемая в настоящее время западная часть участка имеет центрально-фланговое вскрытие (со стороны выхода пласта 91 под наносы): в центральной части участок вскрыт с поверхности автодорожными заездами, имеющими выход на технологическую автодорогу №3, соединяющую участок сетью автодорог со ст. «Талдинская» и внешним отвалом «Восточный»; со стороны северного фланга – временной общей въездной траншеей внешнего заложения, имеющей транспортный выход на углевозную автодорогу, соединяющей участок со ст. «Погрузочная» и отвалом «Восточный».

Дальнейшая отработка участка намечается в его южной части.

Верхние транспортные горизонты до конца их отработки (2010 г.) предусматривается вскрывать с западной части по существующей схеме: системой автодорожных заездов с поверхности с транспортным выходом через технологическую автодорогу №3 на ст. «Талдинская» и внешний отвал «Восточный».

Вскрытие пласта 91 в зоне бестранспортной системы разработки осуществляется по двухфланговой схеме с использованием восточной въездной траншеей внешнего заложения и западного заезда.

Въездная траншея проходит в наносах и вскрывает гор.+250, с которого, до 2004 г., осуществляется прямой заезд на угольный пласт.

По мере подвигания фронта горных работ связь траншеи с добычным забоем осуществляется посредством автодорожного заезда, формируемого по почве пласта с петлевой формой трассы и руководящим уклоном 80 ‰.

Длина въездной траншеи составляет 200 м, объем работ – 180 тыс. м³ .

Восточная въездная траншея имеет выход на существующую углевозную автодорогу №I и далее на ст. «Талдинская».

Западный заезд укладывается с автодороги №III и до гор.+250 м проходит по существующим навалам бестранспортной системы и далее по почве пласта с петлевой формой трассы.

Руководящий уклон по заезду принят 80 ‰.

Уголь из забоя транспортируется по технологической автодороге №III на ст. «Талдинская».

Участок «Восточный-86». В настоящее время разрезом отрабатывается более пологая южная часть участка (южный блок).

Для вскрытия блока построены две въездные траншеи внутреннего заложения: юго-восточная и северо-восточная.

Юго-восточной траншеей вскрыт угольный пласт 86–84 (гор.+235 м) южного фланга бестранспортной системы разработки. Въездная траншея имеет транспортный выход посредством заезда XIII на углевозные автодороги №IX и I, соединяющие угольный забой со ст. «Погрузочная».

Верхние горизонты южного фланга вскрыты системой автодорожных заездов с автодороги №IX, соединяющей участок сетью автодорог с отвалом «Южный» и ст. «Погрузочная».

Северо-восточная общая въездная траншея системой автомобильных съездов вскрывает угольные и вскрышные горизонты (+300 м и ниже) северного фланга участка. Вскрывающая траншея имеет прямой выход: на углевозную автодорогу №I, соединяющую рабочие горизонты участка с отвалом «Восточный» и ст. Погрузочная; на технологическую автодорогу №III, соединяющую угольные горизонты со ст. «Талдинская».

Вышележащие вскрышные горизонты вскрыты со стороны рабочего борта автодорожными заездами с рельефа с выходом на автодороги №XVI и №I и далее на отвал «Восточный».

С целью снижения плеча откатки автотранспорта для вскрытия нижних транспортных вскрышных горизонтов участка построена Восточная траншея с конвейерным комплексом, расположенным в районе 6 р.л., разделяющим участок на 2 блока: северный и южный.

Принятым порядком отработки для обеспечения проектной мощности участка 4,0 млн. т. угля в год предусматривается наращивание фронта горных работ за счет постепенного подключения в отработку запасов угля северного блока.

На разрезе принята комбинированная, бестранспортная и специальная система разработки (отработка четвертичных отложений гидромеханизированным способом).

По бестранспортной системе разработки предусматривается отрабатывать 40-метровую вскрышную толщу, залегающую непосредственно над пластами 91, 86–84 и 73–71 в их пологой части (до 12^о ), а вышележащую и основную вскрышу – по транспортной системе разработки с использованием автомобильного транспорта. При этом, согласно принятому порядку отработки поля разреза, вскрыша, отрабатываемая по бестранспортной системе разработки над пл. 91 и 86–84, укладывается в собственное выработанное пространство временно, а над пл. 73–71 – постоянно.

Отработка пород вскрыши над зоной бестранспортной системы разработки, а также на участках с углами залегания угольных пластов более 12^о планируется по транспортной системе разработки с использованием автомобильного транспорта.

Участок «Центральный-91». По условиям залегания угольного пласта, а также в связи с тем, что более крутые западная и северо-западная части участка отработаны по транспортной системе разработки, на большей части междупластья пластов 91–92 принята бестранспортная система разработки.

Коренная вскрыша выше бестранспортной системы отрабатывается по транспортной системе разработки с использованием автомобильного транспорта.

Наличие мощной покрывающей толщи рыхлых пород (до 40 м) при их слабой несущей способности (часто встречающаяся повышенная влагонасыщенность, низкая водоотдача, а также малый угол внутреннего трения) предопределили отработку наносов гидромеханизационным способом с укладкой пульпы в гидроотвал.

Участок бестранспортной системы разработки, вскрываемый с двух флангов (западного и восточного) условно делится на два равных по длине блока (около 1500 м).

Отработка вскрышной заходки в каждом блоке начинается от флангов участка к его центру с использованием экскаватора-драглайна ЭШ-20/90.

После доработки первого блока экскаваторы холостым ходом перегоняются в следующий блок к противоположному флангу участка по соответствующим ярусам предыдущей заходки.

Дальнейшая последовательность отработки заходки повторяется.

Отработка вскрыши в зоне бестранспортной системы разработки осуществляется наклонными слоями./2/

Ширина заходки определена из условия подготавливаемых к выемке запасов угля, минимального объема переэкскавации и линейных размеров экскаватора-драглайна и составила 40 метров.

По условиям устойчивости внутренние отвалы отсыпаются несколькими ярусами под углом естественного откоса, равного 37^о . При этом, высота 1-го яруса не должна превышать 35 метров. Последующие ярусы формируются в соответствии с рабочими параметрами экскаваторов, при этом, результирующий угол наклона борта не должен превышать 25^о .

Угол откоса борта разреза в конечном положении определен кафедрой инженерной геологии Томского инженерно-строительного института на основе выполненного комплекса инженерно-геологических исследований и составил 38^о .

Породы вскрыши в зоне транспортной системы разработки принято отрабатывать наклонными слоями. В качестве основного выемочного оборудования на транспортной системе разработки предусматривается использовать экскаваторы-мехлопаты ЭКГ-18.

Высота вскрышного уступа (принята равной 15 м), а также основные элементы системы разработки определены в соответствии с горнотехническими условиями месторождения, параметрами принятого горнотранспортного оборудования и буровзрывных работ.

Количество уступов в зоне транспортной системы разработки за весь период эксплуатации участка составит около 3 (ввиду незначительной вскрышной толщи) при средней протяженности 500–700 м. Для более гибкой взаимосвязи бестранспортной и транспортной систем разработки предусмотрено опережение последней на 40 м по падению пласта.

Участок «Восточный-86». По условиям залегания угольных пластов участок «Восточный-86» разделен на два эксплуатационных блока: южный и северный.

Более пологую южную часть участка предусматривается отрабатывать по комбинированной системе разработки: бестранспортной и транспортной.

Вскрышная толща междупластья пластов 86–84 и 88–87, мощностью 60–80 метров, отрабатывается наклонными слоями: 40-метровая, залегающая непосредственно над пластом 86–84 – по бестранспортной системе разработки, вышележащая – по транспортной системе разработки с использованием автомобильного транспорта. Вскрышная толща (коренная вскрыша и наносы), залегающая выше пласта 88–87, а также участки с наклонным залеганием угольных пластов (северный блок) отрабатываются горизонтальными слоями по транспортной системе разработки.

Участок бестранспортной системы разработки южного блока, вскрываемый с двух флангов въездными траншеями, условно делится на два равных по длине блока (около 1000 м). Отработка вскрышной заходки в каждом блоке начинается с флангов участка к его центру с использованием двух экскаваторов-драглайнов ЭШ-40/85 и ЭШ-15/90 (по аналогии с участком «Центральный-91»).

Ширина заходки определена из условия подготавливаемых к выемке запасов угля, минимального объема переэкскавации и линейных размеров экскаватора-драглайна и составила 40 м.

По условиям устойчивости внутренние отвалы отсыпаются несколькими ярусами под углом естественного откоса, равного 37^о . При этом, высота 1-го яруса не должна превышать 35 метров. Последующие ярусы формируются в соответствии с рабочими параметрами экскаваторов, при этом, результирующий угол наклона борта не должен превышать 25^о .

В качестве основного выемочного оборудования на транспортной системе разработки предусматривается использовать экскаваторы-мехлопаты ЭКГ-18 и ЭКГ – 12,5.

Вскрытие и подготовка угольных пластов к выемке осуществляется проходкой разрезной траншеи в кровле угольных пластов. Ширина разрезной траншеи по низу составляет 35,0 м. Нарезка нового горизонта осуществляется разрезными траншеями горизонтальными слоями.

При пологом залегании пластов (<15^о ) параметры траншеи обеспечивают вскрытие пласта по его падению на величину, равную ширине добычной заходки. При этом вскрышная и добычная заходки взаимосвязаны между собой в зависимости от угла падения пласта. При наклонном падении угольных пластов (пласты 86–84 и 88–87 северного блока) нарезка нового горизонта осуществляется путем проходки разрезной траншеи горизонтальными слоями равными 7,5 м. Высота вскрышного уступа принята равной 15 м. В одновременной отработке в зоне транспортной системы разработки будет находиться постоянно 2–3 уступа при средней длине фронта вскрышных работ 1900 м. На каждом вскрышном горизонте работает один экскаватор. Для более гибкой бестранспортной и транспортной систем разработки предусмотрено опережение последней на 40 м по падению пласта.

4. Подготовка горных пород к выемке

Физико-механические свойства вскрышных пород и угля предопределили необходимость при их выемке предварительного рыхления с применением буровззрывных работ.

Взрывание – скважинное.

Способ бурения – вращательный с использованием станков шарошечного бурения на вскрыше и станков шнекового бурения – по углю.

Расположение скважин в массиве коренных пород наклонное, соответствующее углу откоса уступа, по углю – вертикальное.

Исходя из наличного и планируемого парка буровых станков на разрезе «Талдинский» бурение скважин планируется выполнять: по вскрышным породам в зоне бестранспортной системы отработки станками 3СБШ-200–60 (диаметр бурения 216 мм), в зоне транспортной системы разработки – 2СБШ-200–36 (диаметр бурения 245 мм); по углю – станками СБР-160А-24 (диаметр бурения 160 мм).

В качестве основных взрывчатых веществ, с учетом сложившейся схемы работы разреза, приняты граммонит 79/21 – для сухих скважин и «порэмит» – для обводненных.

Удельный расход ВВ принят с учетом свойств пород и по обоснованию эффективных технологических схем взрывной подготовки при разработке Талдинского месторождения: по вскрыше в зоне бестранспортной системы разработки – 0,7 кг/м³ (граммонит 79/21) и 0,84 кг/м³ («порэмит»); в зоне транспортной системы разработки – 0,4 кг/м³ (граммонит 79/21) и 0,48 кг/м³ («порэмит»); по углю – 0,2 кг/м³ .

Организация БВР предусматривает обеспечение минимальных простоев основного горно-вскрышного оборудования, а также минимального воздействия на окружающую среду.

Принятый порядок отработки поля разреза, схема вскрытия рабочих горизонтов, а также изолированность эксплуатационных участков


29-04-2015, 00:56