МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

НАЦІОНАЛЬНИЙ ГІРНИЧИЙ УНІВЕРСИТЕТ

Ткач Олег Сергійович

УДК 622.06.001.76:622.33

Обґрунтування способу та технології розробки крупноплощадних мульдоподібних родовищ твердого вуглеводневого палива

Спеціальність 05.15.03 Відкрита розробка родовищ корисних копалин

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Дніпропетровськ – 2005

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана на кафедрі відкритих гірничих робіт Національного гірничого університету Міністерства освіти і науки України (м. Дніпропетровськ).

Науковий керівник – кандидат технічних наук, старший науковий співробітник Панасенко Анатолій Іванович, провідний науковий співробітник кафедри відкритих гірничих робіт Національного гірничого університету Міністерства освіти і науки України (м. Дніпропетровськ).

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор Четверик Михайло Сергійович, завідувач відділу геомеханічних основ технології відкритої розробки родовищ Інституту геотехнічної механіки НАН України ім. М.С. Полякова (м. Дніпропетровськ); 

кандидат технічних наук Куліш Владислав Андрійович, заступник директора з наукової роботи Державного науково-дослідного, проектно-конструкторського та проектного інституту вугільної промисловості (УкрНДІПроект) (м. Київ).

Провідна установа – Криворізький технічний університет Міністерства освіти і науки України, кафедра відкритих гірничих робіт.

Захист відбудеться “_30_” _травня_ 2005 р. о _14_ годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д .080.02 із захисту дисертацій при Національному гірничому університеті Міністерства освіти і науки України за адресою: 49027, м. Дніпропетровськ-27, просп. К. Маркса, 19.

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Національного гірничого університету Міністерства освіти і науки України за адресою: 49027, м. Дніпропетровськ-27, просп. К. Маркса, 19.

Автореферат розісланий “_26_” _квітня_ 2005 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради,

канд. техн. наук, доцент В.В. Панченко

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Відповідно до рішень Кабінету Міністрів України, спрямованих на реалізацію передбачених Державною програмою дій щодо виведення з кризи паливно-енергетичного комплексу (ПЕК), визначено головні завдання вітчизняної енергетичної політики. Серед найважливіших – забезпечення енергетичної незалежності національної економіки, становлення і подальший розвиток регіональних виробництв з використанням місцевих енергоресурсів.

Як засвідчив аналіз стану сировинної бази ПЕК, близько 55% запасів твердого вуглеводневого палива (буре вугілля та горючий сланець), видобуток якого можливий і відкритим способом, припадає на крупноплощадні мульдоподібні родовища, що характеризуються великою потужністю м'яких розкривних порід.

Аналіз гірничотехнічної літератури і раніше виконаних наукових досліджень дав змогу встановити, що основна частина робіт переважно присвячена проблемам відкритої розробки значних за площею горизонтальних родовищ з м’якими розкривними породами, а також похилих, крутоспадних і мульдоподібних покладів, невеликих за площею поширення зі скельними породами розкриву. У наведених роботах недостатньо досліджені питання встановлення способу розробки, розкрою родовищ на кар’єрні поля та визначення черговості і напрямку їх відпрацювання; обґрунтування способу розкриття та технології розробки крупноплощадних мульдоподібних родовищ твердого вуглеводневого палива. Вищевикладене обумовило актуальність науково-практичної задачі, що полягає у обґрунтуванні способу та технології розробки крупноплощадних мульдоподібних родовищ твердого вуглеводневого палива шляхом створення методичних основ визначення способу, раціонального порядку відпрацювання запасів, а також параметрів технологічних схем розкривних робіт з постійно зростаючою потужністю порід розкриву.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами та темами.

Дисертаційну роботу виконано відповідно до координаційного плану № 39 Міністерства освіти і науки України за фундаментальним напрямом "Гірництво" у 1998-2000 рр. Вона також пов’язана з держбюджетною науково-дослідною роботою Національного гірничого університету, яка присвячена розвитку теорії взаємодії технічних і техногенних об’єктів у кар’єрі з компонентами навколишнього природного середовища (№ ДР 0100U001799), де автор обґрунтував параметри схем розкриття та системи розробки, вдосконалив методику визначення способу та границь відкритої розробки родовищ.

Мета роботи наукове обґрунтування та розробка методичних рекомендацій вибору способу і основних параметрів технології розкриття і розробки крупноплощадних мульдоподібних родовищ твердого вуглеводневого палива з великою потужністю м’яких розкривних порід.

Для досягнення визначеної мети в дисертації поставлені і вирішені такі теоретичні і практичні задачі:

1. Створити методичні основи обґрунтування способу розробки крупно-площадних мульдоподібних родовищ твердого вуглеводневого палива з великою потужністю м’яких розкривних порід і границь відкритих робіт, які ураховують як вплив кускуватості видобувного твердого вуглеводневого палива на расподіл запасів між способами розробки, так і невеликі кути спаду корисної копалини на значення гірничо-геологічних коефіцієнтів розкриву.

2. Розробити методику розкрою досліджуваних родовищ на кар’єрні поля, яка ураховує їх характерні особливості.

3. Обґрунтувати параметри та розробити технологічні схеми розкриття, які забезпечать зменшення обсягів гірничо-капітальних робіт та скорочення внутрішньокар’єрних відстаней транспортування порід розкриву і корисної копалини при будівництві кар’єру для умов зазначених родовищ.

4. Обґрунтувати параметри систем відкритої розробки досліджуваних родовищ, які забезпечать зменшення капітальних витрат на придбання гірничо-транспортного устаткування та внутрішньокар’єрних відстаней транспортування порід розкриву у відвал.

Об’єкт досліджень – розробка крупноплощадних мульдоподібних родовищ твердого вуглеводневого палива з великою потужністю м’яких розкривних порід.

Предмет досліджень – технологія розкриття і розробки досліджуваних родовищ та її оцінка на стадії передпроектних досліджень.

Методи досліджень. У процесі досліджень застосовувалися методи: аналізу та систематизації – для початкової оцінки необхідної інформації, установлення масштабів і технологічних особливостей відкритої розробки крупноплощадних мульдоподібних родовищ твердого вуглеводневого палива; статистичний – при аналізі динаміки статистичних показників сучасного стану паливно-енергетичного комплексу України, його мінерально-сировинної бази, а також техніко-економічних показників гірничих робіт; аналітичний – для встановлення способу розкриття та системи розробки родовища; графоаналітичний – при визначенні кінцевої межі відкритих гірничих робіт; техніко-економічного аналізу – при порівнянні варіантів технологічних схем розкривних робіт; економіко-математичного моделювання – при розкрою родовища на кар’єрні поля.

Наукове значення отриманих результатів:

- уперше встановлено залежність граничного коефіцієнта розкриву від кускуватості видобутої твердої вуглеводневої сировини, що дало можливість збільшити проектну глибину відкритих гірничих робіт для умов крупноплощадних мульдоподібних родовищ твердого вуглеводневого палива на 12...17 %;

- удосконалено метод визначення основних параметрів розкриття за допомогою внутрішніх капітальних траншей з петльовою формою траси, що відзначається врахуванням як геометричних і гірничо-технологічних чинників, так і зміною витрат на розкриття родовища залежно від ширини приконтурної смуги та висоти внутрішнього відвалу, завдяки чому забезпечується зменшення обсягу гірничо-капітальних робіт та скорочення внутрішньокар’єрних відстаней транспортування розкривних порід і корисної копалини при будівництві кар’єру;

- установлено закономірності та залежності внутрішньокар'єрних відстаней транспотування порід розкриву у відвал від глибини робочої зони, кількості уступів, які поступово збільшуються, ширини робочих площадок та кутів укосів бортів кар’єру, що дозволило обґрунтувати ефективну технологію розробки крупноплощадних мульдоподібних родовищ твердого вуглеводневого палива смугами визначеної ширини із змінним напрямком фронту гірничих робіт за комбінованою системою, що поєднує транспортну і безтранспортну системи розробки.

Наукові положення, які захищаються в дисертації:

1) спосіб розробки крупноплощадних мульдоподібних родовищ твердого вуглеводневого палива та кінцева межа кар’єру визначаються за гірничо-геометричною моделлю родовища і встановленими взаємозв’язками гірничо-геологічних коефіцієнтів, які враховують клас крупності екскавованої корисної копалини і подальші напрямки використання, з геологічними параметрами покладів (потужність, кут спаду) і технології розробки (кут укосу робочого та неробочого бортів, ширини та кількість робочих площадок, посування гірничих робіт);

2) економічна ефективність відкритої розробки крупноплощадних мульдоподібних покладів твердого вуглеводневого палива з великою потужністю покривних порід (до 200 м і більше) визначається раціональним розкроєм родовища на кар’єрні поля і поділом кожного з них на черги відпрацювання із змінним напрямком розвитку фронту гірничих робіт та застосуванням технологічної схеми відпрацьовування черг кожного кар’єрного поля смугами при використанні системи внутрішніх напівстаціонарних з’їздів і внутрішнього відвалоутворення в період будівництва кар’єру.

Обґрунтованість та достовірність наукових положень, висновків і рекомендацій підтверджені застосуванням основних положень теорії відкритих гірничих робіт, а також апробованих широкою практикою методів економіко-математичного моделювання; достатньою збіжністю результатів теоретичних досліджень із статистичними даними (розбіжність не перевищила 10...15 %); матеріалами впровадження розроблених методик і практичних рекомендацій у роботи проектних організацій і наукові дослідження.

Практичне значення результатів роботи полягає в тому, що:

1) розроблено технологічну схему здійснення розкривних робіт при потужності розкриву до 190 м, яка, поєднавши в собі переваги безтранспортної та транспортної систем розробки, а також відпрацьовування порід смугами, для умов Болтишського родовища дає змогу знизити капітальні витрати на придбання гірничо-транспортного устаткування на 22 % і довжину конвеєрних ліній порівняно з традиційною транспортною системою розробки при однотипному устаткуванні на ;

2) оконтурено кар’єрні поля Болтишського родовища та розкроєно кар’єрне поле № 1 на окремі смуги; запропоновано раціональний порядок і напрямок розвитку гірничих робіт у кар’єрному полі, у результаті чого на 2,4 км буде скорочено середню внутрішньокар’єрну відстань транспортування розкривних порід та на 111 млн. м3 обсяг гірничо-капітальних робіт;

3) уточнено методику встановлення основних параметрів способу розкриття внутрішніми капітальними траншеями з петльовою формою траси за геометричними та гірничо-технологічними чинниками; встановлено область оптимальних значень одного з основних параметрів розкриття за смугової системи розробки – ширини приконтурної смуги корисної копалини, що становить 1100...1250 м з висотою внутрішнього відвалу 95...110 м;

4) визначено область оптимальних значень довжини фронту гірничих робіт роторних комплексів ЕР-7000 та ЕР-12500 щодо експлуатаційних витрат на розробку 1 м3 порід розкриву; вона становить 1200...1300 м, що прийнятно для технологічної можливості відпрацювання родовищ смугами встановленої ширини, за рахунок чого забезпечується мінімізація відстаней транспортування порід розкриву у внутрішні відвали.

Впровадження результатів роботи:

1. У проектних розробках Українським науково-дослідним проектним інститутом (м. Київ) – при проектуванні гірничих підприємств (методика обґрунтування параметрів смугової технології відкритих гірничих робіт, а також методика з обґрунтування способу розробки і розкроюванню на кар’єрні поля мульдоподібних родовищ твердого вуглеводневого палива); у технологічних схемах розкриття та розробки Болтишського родовища горючих сланців при розробці ТЕД про промислову значущість названого родовища.

2. У навчальному процесі – матеріали наукового обґрунтування способу і кінцевої межи відкритої розробки крупноплощадних мульдоподібних родовищ, їх розкрою на кар’єрні поля, а також технологічні схеми розкриття та розробки родовищ даного типу з великою потужністю порід розкриву, передані на кафедру відкритих гірничих робіт НГУ, де знайшли використання при підготовці бакалаврів з напряму "Гірництво" і фахівців з спеціалізації 7.090301.03 "Відкриті гірничі роботи", при вивченні дисциплін "Процеси гірничих робіт", "Технологія відкритої розробки родовищ корисних копалин", "Проектування гірничого виробництва".

Особистий внесок автора полягає у формулюванні мети, наукової задачі; обґрунтуванні наукових положень досліджень; розробці методик встановлення способу розробки, основних параметрів схем розкриття та систем розробки крупноплощадних мульдоподібних родовищ твердого вуглеводневого палива; розробці економіко-математичної моделі розкрою.

Апробація результатів досліджень. Основні положення і результати дисертації доповідалися і отримали схвалення на "Форумі гірників – " (м. Дніпропетровськ, 2002), науково-практичній конференції молодих учених "Геотехнічні проблеми розробки родовищ" (м. Дніпропетровськ, 2003), міжнародній науково-практичній конференції "Наука та освіта" (м. Дніпропетровськ, 2003), "Форумі гірників – 2003" (м. Дніпропетровськ, 2003).

Публікації. Основні положення і результати роботи опубліковані в п’яти наукових працях загальним обсягом 1,16 д.а., з них автору належить 0,88 д.а., у тому числі 4 статті в журналах і збірниках наукових праць (фахові видання) та одна стаття в збірнику матеріалів науково-практичної конференції.

Структура та обсяг роботи. Дисертація складається з вступу, чотирьох розділів, висновків, списку використаних джерел з 102 назв і трьох додатків. Повний обсяг дисертаційної роботи – 165 сторінок тексту, в тому числі 45 рисунків, 17 таблиць і додатків на восьми сторінках.

Основний зміст роботи

У вступі обґрунтована актуальність дисертаційної роботи, сформовані мета і задачі досліджень, об’єкт та предмет роботи, відображені наукове та практичне значення отриманих результатів; наведені наукові положення, що виносяться на захист, а також дані щодо апробації та публікації основних результатів досліджень.

У першому розділі розглянуті нинішні проблеми паливно-енергетичного комплексу України і зроблено висновок про необхідність зміни структури паливно-енергетичних ресурсів у напрямку використання власних джерел та видів енергетичної сировини. З аналізу мінерально-сировинної бази ПЕК можна встановити, що Україна належною мірою забезпечена тільки твердим вуглеводневим паливом. При цьому найбільші запаси, крім кам'яновугільних Донецького та Львівсько-Волинського басейнів, мають Болтишське родовище горючих сланців і Ново-Дмитрівське родовище бурого вугілля. Останні належать до крупноплощадних мульдоподібних покладів твердого вуглеводневого палива з великою потужністю м’яких розкривних порід.

Вивчення особливостей зазначених родовищ та аналіз науково-технічної інформації дали підставу визначити ряд задач, комплексним вирішенням яких можна буде обґрунтувати спосіб розробки і кінцеву межу відкритих гірничих робіт крупноплощадних мульдоподібних родовищ твердого вуглеводневого палива з великою потужністю м’яких розкривних порід, визначити послідовність відпрацювання запасів та розробити ефективні схеми розкриття і технологію розробки даного типу родовищ.

Основою для вирішення окреслених складних питань стали фундаментальні роботи академіків М.В. Мельникова, В.В. Ржевського, професорів А.І. Арсентьєва, М.Г. Новожилова, Є.Ф. Шешка. Значний внесок у розвиток теоретичних та методичних основ обґрунтування способу і технології розробки родовищ відкритим способом зробили праці докторів технічних наук Ю.П. Астафьєва, В.Г. Близнюкова, Ю.Г. Вілкула, І.Л. Гуменика, А.Ю. Дриженка, В.А. Завсегдашнього, В.С. Коваленка, В.І. Прокопенка, Л.М. Солодовника, Б.М. Тартаковського, П.І. Томакова, К.М. Трубецького, В.С. Хохрякова, А.Г. Шапаря, М.С. Четверика; кандидатів технічних наук М.І. Барсукова, В.А. Куліша, Г.Я. Корсунського, А.М. Маєвського, А.І. Панасенка, Г.Д. Пчолкіна, М.М. Пижика та ін.

Значний внесок у вирішення питань відкритих гірничих робіт внесли колективи учених Національного гірничого університету, Московського державного гірничого університету, Санкт-Петербурзького (Ленінградського), Катеринбурзького (Свердловського) гірничих вузів, ІГС ім. Скочинського та ІГТМ НАН України. За результатами виконаного аналізу сформульовані задачі досліджень, вирішення яких дозволило досягнути поставленої мети дисертації.

У другому розділі, згідно з першою поставленою задачею, розроблені методологічні основи обґрунтування вибору способу розробки і встановлення межи відкритих гірничих робіт для умов крупноплощадних мульдоподібних родовищ твердого вуглеводневого палива з великою потужністю розкривних порід.

Установлено, що для крупноплощадних мульдоподібних родовищ на стадії передпроектних досліджень, коли відомі дані лише попередньої розвідки, найбільш прийнятний аналітичний метод вирішення поставленої задачі на основі гірничо-геометричної моделі родовища. У результаті – встановлені аналітичні залежності середнього, поточного та контурного коефіцієнтів розкриву від параметрів мульд (кут спаду =1...7о) та оцінена їх динаміка по мірі збільшення потужності розкриву і кута спаду (табл. 1).

Таблиця 1

Аналітичні залежності гірничо-геологічних коефіцієнтів розкриву

Найменування

показника | Аналітична залежність

Середній коефіцієнт розкриву: | а) крила покладу виходять на поверхню

;

б) крила покладу не виходять на поверхню

.

Поточний коефіцієнт розкриву

при

Контурний коефіцієнт розкриву

У табл. 1: Нр – потужність розкривних порід, м; - кут спаду пласта корисної копалини, град.; hк.к – потужність корисної копалини, м; // – середній кут укосу неробочого борту кар’єру, град.; Но – початкова потужність розкриву, м; НРi – потужність розкриву, що відповідає поточній глибині кар’єру, м; hр – річне пониження гірничих робіт, м; р – кут укосу робочого борту кар’єру, град.; / - кут укосу видобувного уступу, град.; о, п –середні кути укосів основних і передніх розкривних уступів відповідно, град.; Шо, Шп –середня ширина робочих площадок на основному та передньому розкривному уступах відповідно, м; nо, nп –кількість основних і передніх уступів відповідно; ?Нк – величина приросту глибини кар’єру, м; ?ср – середній кут укосу неробочого борту кар’єру, град.

Граничний коефіцієнт розкриву для родовищ твердої вуглеводневої сировини розраховувався за виразом

де Ціj – вартість і-го продукту переробки j-ї технологічної схеми, грн/т; ?в, Дп – коефіцієнти переходу від геологічних до експлуатаційних запасів при відкритих та підземних роботах; ?jв, зjп – вміст j-го класу у видобутій корисній копалині відкритим і підземним способами відповідно, частки од.; а – вартість видобутку тонни корисної копалини відкритим способом, грн/т; сп – вартість видобутку тонни корисної копалини підземним способом, грн/т; bср – середня вартість розробки 1 м3 розкривних порід, грн/м3; еів, еіп – вихід і-го продукту при переробці тонни корисної копалини, видобутої відкритим та підземним способами відповідно, частки од.; Пв, Пп – витрати на переробку тонни корисної копалини, видобутої відкритим та підземним способами відповідно, грн/т.

На відміну від відомих, у даній формулі розрахунок здійснюється за кінцевим продуктом виробництва з урахуванням класу крупнисті видобувної сировини і витрат на розробку 1 м3 розкривних порід, які змінюються із збільшенням потужності розкриву та кута спаду покладу.

Визначення способу розробки та кінцевої межі відкритих гірничих робіт виконано по відомим методикам кількома способами з використанням запропонованого граничного коефіцієнту розкриву та встановлених залежностей гірничо-геологічних коефіцієнтів розкриву від геологічних параметрів покладу (потужність, кут спаду) і параметрів технології розробки (кут укосу робочого та неробочого бортів, ширина та кількість робочих площадок, посування гірничих робіт). Так, на рис. наведений приклад апробації досліджень для умов Болтишського родовища.

Рис. 1. Графіки залежності експлуатаційних витрат (З) на розробку родовища (а) і граничного коефіцієнта розкриву (б) від глибини розробки:

1 – витрати на розробку родовища комбінованим способом;

2, 3 – поточний та контурний коефіцієнти розкриву відповідно;

4, 5 і 6 – граничний коефіцієнт розкриву при куті спаду ? = 0; 3 і 6о відповідно.

Установлено, що спосіб, який передбачає використання умови (рис. 1, а), відповідає визначенню кінцевої межі відкритих гірничих робіт з умови , при цьому оптимальна глибина кар’єру становить 170...180 м, а розробка родовища на глибину до 300 м комбінованим способом дає можливість скоротити витрати на 300 млн. грн на кожні 1000 м довжини кар’єрного поля порівняно з розробкою відкритим або підземним способом до максимальної глибини покладу.

З урахуванням різної кускуватості видобувної корисної копалини відкритим та підземним способами можливе збільшення глибини кар’єру для умов зазначеного родовища до 210 м (рис. 1, б).

Таким чином, в другому розділі вирішена перша задача досліджень, що стала основою першого наукового положення.

Третій розділ присвячений вирішенню другої задачі дисертаційної роботи, а саме створенню методики розкрою крупноплощадних мульдоподібних родовищ твердого вуглеводневого палива з великою потужністю розкривних порід.

Концептуальний підхід до визначення ефективності освоєння родовища та його розкроювання на кар’єрні поля базується на аналізі характерних особливостей категорій “чиста потокова вартість”.

Розкрій родовища значною мірою залежить від ступеня його розвідування, повноти та достовірності геологічної інформації. Тому на стадії наукових передпроектних розробок, коли відомі дані лише попередньої розвідки, під час вибору першочергового кар’єрного поля, у якості цільової функції прийнято максимум чистого середньорічного прибутку від реалізації кінцевих продуктів при відпрацюванні всього родовища. При послідовному відпрацюванні кар’єрних полів цільова функція набере вигляду

;

де П1, 2...k – середньорічний прибуток, грн; k –кількість кар’єрних полів у межах родовища.

Обґрунтовано, що м’які розкривні породи крупноплощадних мульдоподібних родовищ доцільно розробляти за комбінованою системою із застосуванням устаткування безперервної дії, як найбільш економічного для даних умов. Тому з урахуванням поділу родовища на елементарні ділянки, середньорічний прибуток у межах кар’єрного поля визначався за формулою

,

де Пk – прибуток від реалізації кінцевих продуктів, отриманих у результаті переробки запасів корисних копалин k-го кар’єрного поля, грн.;

,

Цb – вартість b-го продукту переробки, грн/т; Qk – запаси корисних копалин k-го кар’єрного поля, м3;

,

ij – кут спаду покладу, град; Zij – витрати на підготовку поверхні родовища перед початком ведення гірничих робіт, грн/м2; г – ?ільність корисної копалини, т/м3; kвид  – коефіцієнт видобутку корисної копалини; ?a – частина а-го класу у видобутій корисній копалині, частки од.; ?ab – вихід b-го кінцевого продукту за а-им технологічним процесом, частки од.; – сумарний прибуток від реалізації супутніх корисних копалин при відпрацьовуванні k-го кар’єрного поля, грн.; Спер.k – витрати на переробку корисної копалини, грн/т; Н1 -потужність нижньої частини наносів, які відпрацьовується за безтранспортною (транспортно-відвальною) системою розробки, м; С1 – витрати на розробку 1 м3 розкриву за безтранспортною (транспортно-відвальною) системою розробки, грн/м3; С2 – те ж за транспортною системою розробки, грн/м3; Нij – потужність наносів у межах елементарної ділянки, м; hij – потужність корисної копалини в межах елементарної ділянки, м; Ікр – щорічна плата за кредит, грн/год.; Н – величина податків та відшкодувань, грн/год.

Для вирішення даної задачі родовище представлено кількома матрицями його гірничотехнічних показників. Унаслідок розкроювання родовище розподілене на 10 кар’єрних полів розміром 4000 х 7000 м. До першочергової розробки виділене кар’єрне поле №1, розташоване на південному заході родовища.

Четвертий розділ присвячений вирішенню третьої та четвертої задачі дисертаційної роботи, а саме розробці технологічних схем розкриття та обґрунтуванню параметрів системи відкритої розробки крупноплощадних родовищ твердого вуглеводневого палива з великою потужністю м’яких розкривних порід.

Зменшення об’єму гірничо-капітальних робіт та скорочення внутрішньокар’єрної відстані транспортування розкривних порід під час будівництва кар’єру здійснюється завдяки капітальним внутрішнім траншеям із складною “петльовою” формою траси.

Основний параметр запропонованого способу розкриття – довжина піонерної розрізної траншеї або ширина приконтурної смуги (Lп.с). Для його визначення запропонована методика розрахунку з умови максимальної місткості внутрішніх відвалів, що робить можливим враховувати як геометричні параметри кар’єру (довжину кар’єрного поля Lk, ширину піонерної розрізної траншеї поверху , потужність розкривних порід Н/, площу поперечного перерізу початкового котловану ), так і технологічні (кут укосу робочого борту р, ширину робочої площадки Ш, коефіцієнт розпушування розкривних порід Kр, висоту внутрішнього відвалу Нв та ін.).

Ширина приконтурної смуги визначається з виразу

.

Виконані розрахунки вибору первинного місця закладення розкривних виробок для умов Болтишського родовища горючих сланців показали, що раціональні значення величин Lп.с і Нв дорівнюють 1100…1250 м та 95…110 м відповідно.

Запропонований спосіб розкриття дає змогу знизити в 2,5…3,0 раза обсяг гірничо-капітальних робіт і зменшити у півтора раза внутрішньокар’єрну відстань транспортування корисної копалини під час будівництва кар’єру у порівнянні з традиційним розкриттям зовнішніми капітальними траншеями і проведенням розрізної траншеї відразу на всю довжину фронту гірничих робіт.

На основі встановлених аналітичних залежностей гірничо-технологічних параметрів робочої зони мульдоподібних родовищ з великою потужністю розкривних порід (середньої відстані транспортування порід розкриву у внутрішній відвал і сумарної довжини конвеєрних ліній Lк.л) від потужності розкриву визначено, що із збільшенням потужності розкриву від 80 до 160 м зростає у 1,3, а Lк.л – удвічі. Завдяки цьому здійснено кількісну оцінку ступеня впливу довжини фронту гірничих робіт L на зміну основних показників роботи роторно-конвеєрного комплексу (продуктивність роторного екскаватора; вартість екскавації і транспортування 1 м3 розкриву; витрат на гірничо-капітальні роботи) та встановлено область оптимальних значень L в інтервалі 1200…1300 м.

Підвищення ефективності транспортної системи розробки із застосуванням устаткування неперервної дії забезпечується шляхом відпрацювання родовища вузькими смугами. Запропонована автором послідовність відпрацьовування кар’єрного поля №1 Болтишського родовища зображена на рис. 2.

Рис. 2. Напрямок та порядок розвитку гірничих робіт під час розробки кар’єрного поля №1.

Встановлено, що при потужності розкриву до 190 м доцільно використовувати комбіновану технологічну схему розкривних робіт з використанням на першому розкривному уступі безтранспортної системи, на другому – традиційної транспортної з переміщенням розкривних порід у внутрішній відвал по периметру, а на третьому і четвертому розкривних горизонтах – смугової технологічної схеми з поперечним переміщенням розкривних порід.

Показники порівняльної ефективності варіантів технологічних схем розробки крупноплощадних мульдоподібних родовищ з великою потужністю м’яких розкривних порід подано в табл. .

Таблиця 2

Показники порівняльної ефективності систем розробки родовища

Схема |

Система розробки | Середня відстань транспортування, км | Сумарна довжина конвеєрів, км | Вага устаткування, т

1 | Транспортна система розробки (ТСР) | 4,5 | 35,0 | 87500

2 | Комбінована (ТСР + безтранспортна СР) | 3,5 | 27,0 | 76300

3 | Комбінована (ТСР + транспортно-відвальна СР) | 3,5 | 27,0 | 79500

4 | ТСР смугами | 1,25 | 6,8 | 90300

5 | Комбінована (ТСР смугами + БСР) | 0,8 | 5,0 | 72700

6 | Комбінована (ТСР смугами + ТСР + БСР) | 0,95 | 6,0 | 68400

7 | ТСР похилими шарами | 1,1 | 8,8 | 32000

Найкращими показниками, як видно з табл. 2, характеризуються схеми 5, 6 і 7. При цьому найбільш ефективною є 6-а технологічна схема, яка з меншою металомісткістю стосовно 5-ї, меншими значеннями середньої відстані транспортування і довжини конвеєрних ліній відносно 7-ї. Таким чином в третьому та четвертому розділах вирішені друга, третя та четверта задачі досліджень, що стало основою другого наукового положення.

Висновки

У дисертації, що є завершеною науково-дослідною роботою, поставлена і вирішена актуальна науково-практична задача вибору способу та технології розробки крупноплощадних мульдоподібних родовищ твердого вуглеводневого палива з великою потужністю м’яких розкривних порід на підставі: установлених залежностей гірничо-геологічних коефіцієнтів розкриву від кута спаду покладу (?=1…7о), граничного коефіцієнта розкриву від кускуватості твердого вуглеводневого палива, а також розроблених методик розкрою та обґрунтування основних технологічних параметрів розкриття і відпрацювання даного типу родовищ.

Найбільш важливі наукові та практичні результати, висновки і рекомендації.

1. При вивченні сучасного стану паливно-енергетичного комплексу України і його мінерально-сировинної бази встановлено, що:–

енергетична незалежність національної економіки забезпечується розвинутою власною мінерально-сировинною базою і залученням в експлуатацію родовищ твердого вуглеводневого палива;–

значні запаси твердого вуглеводневого палива (близько 55 %), розробка яких можлива відкритим способом, припадають на крупноплощадні мульдоподібні родовища із великою потужністю м’яких розкривних порід;–

відсутні теоретична та методична бази, які б ураховували специфіку даного типу родовищ, що не дає змогу створювати на їх основі високоефективні гірничо-переробні комплекси.

2. Навіть невеликі кути спаду пласта корисної копалини (?=1...7о) суттєво впливають на значення середнього, поточного та контурного коефіцієнтів розкриву, що необхідно враховувати при встановленні граничної межи відкритої розробки крупноплощадних мульдоподібних родовищ твердого вуглеводневого палива. Так, при =0о величина Кп для умов Болтишського родовища дорівнює 11 м3/м3, а при =1...2о – Кп становить 12 м3/м3, тобто величина Кп зростає на 8...10величина ж поправки ? середнього коефіцієнта розкриву прямо пропорційна куту спаду покладу та обернено пропорційна куту неробочого борту кар’єру.

3. Крупність видобувного твердого вуглеводневого палива впливає на розподіл запасів між способами розробки. З урахуванням цього впливу при визначенні граничного коефіцієнта розкриву можна на 12...17збільшити граничну глибину відкритого способу розробки. Так, лише для умов Болтишського родовища, запаси корисної копалини, які підлягають відпрацюванню відкритим способом, збільшуються приблизно на 450 млн. т.

4. Розкрій та вибір першочергового кар’єрного поля, визначення раціонального порядку і напрямку гірничих робіт у сполученні з обґрунтованим розкриттям загальними внутрішніми траншеями та піонерною розрізною траншеєю з подальшим формуванням основної розрізної траншеї шляхом відпрацювання приконтурної смуги з внутрішнім відвалоутворюванням дозволяють: скоротити внутрішньокар’єрну відстань транспортування в 1,6 раза, обсяг гірничо-капітальних робіт у 2,8 раза та площі земної поверхні під залишковим виробленим простором на 65у порівнянні з відпрацюванням кар’єрного поля на всю ширину.

5. Залежності внутрішньокар’єрних відстаней транспортування порід розкриву у відвал від глибини робочої зони, кількості уступів, які поступово збільшуються, ширини робочих площадок та кутів укосів бортів кар’єру дозволили обґрунтувати комбіновану систему розробки, яка поєднує безтранспортну систему розробки на нижньому уступі, транспортну з переміщенням розкриву з другого розкривного уступу у відвал по периметру кар’єру, а також транспортну систему розробки смугами по простяганню та падінню покладу з транспортуванням порід розкриву найкоротшою відстанню у внутрішній відвал відпрацьованої суміжної смуги. Використання її для умов Болтишського родовища горючих сланців дозволило, у порівнянні з традиційними, зменшити середню відстань транспортування порід розкриву у відвал у 3,5 раза, сумарну довжину конвеєрних ліній у п’ять разів та капітальні витрати на придбання гірничо-транспортного устаткування на 22

6. Запропоновані рекомендації щодо встановлення порядку відпрацювання запасів крупноплощадних мульдоподібних родовищ твердого вуглеводневого палива, способу та технології їх розробки використані інститутом "УкрНДІПроетк" при перспективному плануванні освоєння Болтишського родовища, що дозволило підвищити промислову значимість останнього.

Основні положення та результати дисертації опубліковані в роботах:

1. Ткач О.С. Повышение эффективности полосовой технологической схемы вскрышных работ // Сб. науч. тр. НГА Украины. – Днепропетровск: НГА Украины. - 2001. – № 12, т. 2. – С. 187 - 190.

2. Гуменик І.Л., Панасенко А.І., Ткач О.С. Перспективи освоєння Болтишського родовища горючих сланців України // Вісник Житомирського інженерно-технологічного інституту. – 2002. – № 20. – С. 144 - 147.

3. Панасенко А.И., Ткач О.С. Актуальные вопросы вскрытия мульды Болтышского месторождения горючих сланцев // Сб. науч. тр. НГУ. – Днепропетровск: НГУ. – 2003. – № 17, т. 1. – С. 246 - 250.

4. Ткач О.С. Обоснование оптимальной длины фронта горных работ для условий Болтышского месторождения горючих сланцев // Геотехническая механика: Сб. науч. тр. ИГТМ НАН Украины. – Днепропетровск. – 2003. – Вып. 47. – С. 281- 286.

5. Ткач О.С. К вопросу обоснования вовлечения в разработку Болтышского месторождения горючих сланцев // Матеріали ІІ Міжнародної наук.-практич. конф., Дніпропетровськ–Івано–Франківськ–Кривий Ріг, 20-27 жовтня 2003 р. - Дніпропетровськ. – 2003. – Т. 34. – С. 39-41.

Особистий внесок автора в роботи, опубліковані у співавторстві: 2 – розробка методичних положень, аналіз результатів; 3 - виконання методичних розробок, проведення розрахунків та аналіз результатів.

Анотація

Ткач О.С. Обґрунтування способу та технології розробки крупноплощадних мульдоподібних родовищ твердого вуглеводневого палива. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.15.03 – “Відкрита розробка родовищ корисних копалин”. – Національний гірничий університет, Дніпропетровськ, 2005.

Аналіз паливно-енергетичного комплексу України та його мінерально-сировинної бази дозволив встановити, що один з шляхів ліквідації дефіциту енерго-ресурсів – залучення до розробки крупноплощадних мульдоподібних родовищ твердого вуглеводневого палива. Відсутність теоретичної та методичної бази, яка б ураховувала специфіку зазначеного вище типу родовищ, створює проблемну ситуацію при їх освоєнні. У цьому зв'язку розроблено методичні основи обґрунтування способу розробки та меж відкритих гірничих робіт даного типу родовищ. Створено методику розкрою кар’єрних полів, а також запропоновано раціональні спосіб розкриття і технологію розробки, з обґрунтуванням їх основних параметрів.

Ключові слова: відкриті гірничі роботи, мульдоподібні родовища, оконтурювання кар’єрних полів, розкриття, технологія розробки.

АННОТАЦИЯ

Ткач О.С. Обоснование способа и технологии разработки крупноплощадных мульдообразных месторождений твердого углеводородного топлива. – Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.15.03 – “Открытая разработка месторождений полезных ископаемых”. – Национальный горный университет, Днепропетровск, 2005.

Диссертация посвящена вопросам вовлечения в разработку крупноплощадных мульдообразных месторождений твердого углеводородного топлива (бурый уголь, горючий сланец) с большой мощностью мягких вскрышных пород. Как показал анализ состояния сырьевой базы ТЭК Украины, около 55запасов твердого углеводородного топлива, добыча которого возможна и открытым способом, приходится на указанные выше месторождения. Анализ горнотехнической литературы и ранее выполненных научных исследований позволил установить, что в них недостаточно исследованы вопросы установления способа разработки, раскройки месторождений на карьерные поля, обоснования схем вскрытия и технологии освоения крупноплощадных мульдообразных месторождений твердого углеводородного топлива.

Установлено, что обоснование рационального способа разработки такого типа месторождений на стадии предпроектных исследований целесообразно выполнять на основе горно-геометрической модели месторождения решением плоской задачи. Полученные аналитические зависимости горно-геометрических коэффициентов вскрыши от параметров залежи позволили произвести оценку динамики их изменения.

Установленные зависимости граничного коэффициента вскрыши от крупности добываемого твердого углеводородного сырья и направления его дальнейшего использования позволили увеличить на 12…17 % проектную глубину открытых горных работ для условий Болтышского месторождения горючих сланцев.

Разработанные методика и программное обеспечение раскройки крупноплощадных мульдообразных месторождений твердого углеводородного сырья были апробированы на Болтышском месторождении. В результате чего последнее было разбито на 10 карьерных полей. Разделение карьерного поля №1 на отдельные полосы и предложенные рациональный порядок и направление их отработки позволили сократить внутрикарьерное расстояние транспортирования, объем горно-капитальных работ и остаточного выработанного пространства после отработки карьерного поля.

Установлено, что вскрытие крупноплощадных мульдообразных месторождений внутренними полустационарными съездами и пионерной разрезной траншеей с последующим формированием основной разрезной траншеи путем отработки приконтурной полосы с внутренним отвалообразованием позволит сократить объем горно-капитальных работ и площади отчуждаемых земель под внешние отвалы.

Установлены аналитические зависимости горно-технологических параметров рабочей зоны глубокозалегающих мульдообразных месторождений: среднего расстояния транспортирования пород вскрыши во внутренний отвал и суммарной протяженности конвейерных линий от мощности вскрыши. С использованием названных зависимостей определена область оптимальных значений длины фронта горных работ для роторных комплексов ЭР-7000 и ЭР-12500 в комбинации с конвейерным транспортом, что обеспечивает минимальные расстояния транспортирования вскрыши во внутренние отвалы.

Произведена сравнительная оценка различных технологических схем, применение которых возможно для условий крупноплощадных мульдообразных месторождений с большой мощностью мягких вскрышных пород. Установлено, что наиболее эффективная технология разработки данного типа месторождений – полосами.

На основании выполненных исследований рекомендована комбинированная система разработки, сочетающая: бестранспортную на нижнем уступе, традиционную транспортную с перемещением вскрыши со второго вскрышного уступа в отвал по периметру карьера, а также транспортную систему разработки полосами по простиранию и падению залежи с транспортированием вскрыши по кратчайшему расстоянию во внутренний отвал отработанной смежной полосы.

Ключевые слова: открытые горные работы, мульдообразные месторождения, раскройка, вскрытие, технология разработки.

ABSTRACT

O. S. Tkach. "The Grounding of the Effective Way and Exploitation Technology of the Large-scale Trough-like-fields of Solid Hydrocarbon Fuel". - The matter.

The thesis for the submission of the Technics Candidate Degree specialty 05.15.03 –mining". – National Mining University, Dnepropetrovsk, 2005.

Conducted analysis of the Ukrainian fuel-power complex and its minerals raw materials base, made it possible to establish that one of the ways of filling up the energy resources shortage is the attraction of the large-scale Trough-like-fields of Solid Hydrocarbon Fuel into the exploitation. The absence of the theoretical and methodological base, which takes into account the specific features of this very type of fields, can cause difficulties and problem situations while their development. Taking this into consideration, the elaboration of the methodological basics of grounding of the exploitation way and outlining of the open-pit mining borders of this very type of fields were made. The technique of contouring the quarry fields was also worked out, as well as the rational way of discovering and engineering process of exploitation, with principle technical and operating parameters grounded.

Key words: open-pit mining, trough-like-fields, the way of development, contouring the quarry fields, discovering.

Ткач Олег Сергійович

Обґрунтування способу та технології розробки крупноплощадних мульдоподібних родовищ твердого вуглеводневого палива

(Автореферат)

Підписано до друку 26.04.05. Формат 30х42/4.

Папір Captain. Ризографія. Умовн. друк. арк. 0,9.

Обліково-видавн. арк. 0,9. Тираж 100 прим. Зам. №

РВК НГУ

49027, м. Дніпропетровськ-27, просп. К. Маркса, 19.