ОБОСНОВАНИЕ РАЦИОНАЛЬНОГО ПОРЯДКА РАЗРАБОТКИ СЛОЖНОСТРУКТУРНЫХ УГОЛЬНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ
Сергей Сергеевич Чувиков, студент филиала
КузГТУ в городе Белово, группа ГО – 063(1)
Виктор Леонидович Мартьянов,
кандидат технических наук, доцент
«Все месторождения Кузбасса, разрабатываемые открытым способом, представлены свитами пластов угля различного залегания и относятся к сложноструктурным. Геологическая сложность таких месторождений зависит от частоты чередования пластов угля и междупластий породы и интенсивности их нарушенности тектоническими процессами.» [1]
Метод горно-геометрического анализа сложноструктурных угольных месторождений угольных месторождений Кузбасса разработан на кафедре открытых горных работ КузГТУ. Анализ удобно и с достаточно высокой степенью достоверности проводится на основе средневзвешенных профилей характерных участков месторождений. Эти профили рассчитываются по средневзвешенным координатам характерных точек, описывающих особенности залегания и мощность пластов на характерных участках, а, если известны конечные контуры, то и границы открытой разработки по глубине и на дневной поверхности.
Месторождение разбивается, по простиранию угольных пластов и местоположению в плане, на ряд участков с близкими в геологическом разрезе особенностями залегания, например, синклиналь, антиклиналь, свита одноименных пластов с одноименными разрывами сплошности. По каждому такому участку, который в зависимости от сложности геологического строения месторождения и необходимой точности расчетов может включать от нескольких до нескольких десятков реальных геологических профилей, строится один средневзвешенный профиль. Средневзвешенный профиль отражает не только реальные объемы угля и вскрышных пород, но, что важно, все геологические особенности залегания свиты пластов. Каждый такой профиль включает одинаковое количество характерных точек на участке, для которого он строится.
Характерные точки описывают все особенности залегания свиты пластов участка (выхода под наносы, ондуляцию крыльев и замков складок, амплитуды разрывов сплошности, колебания мощности пластов по глубине и др.). При этом оси координат привязываются не к линейным размерам участка (глубине, горизонту, ширине). Они определяются особенностями геологии, например: выход почвы самого мощного пласта из свиты под наносы, мощность наносов в этой точке; глубина изменения падения оси синклинальной складки и др. Пересечение этих осей по горизонтали и вертикали в пространстве определяет нулевую точку декартовых координат на каждом реальном геологическом профиле. Следовательно, координатные оси различны для каждого выделенного характерного участка месторождения и являются плавающими внутри пространства каждого такого участка. Это делается с целью представления на средневзвешенном профиле реальной геометрии залегания свиты пластов. Координаты каждой характерной точки взвешиваются с помощью зон влияния каждого реального геологического профиля. Эти зоны определяются расстоянием до соседнего профиля или по сумме половины расстояний близлежащих:
(1)
, (2)
где Х1i и Y1i – средневзвешенные координаты точки 1, например; i– число профилей рассматриваемого участка; L1,2…,n – зоны влияния (длина распространения характерной геометрии залегания пластов) профилей.
С помощью такого подхода достоверно передаются геологические особенности и объемы каждого характерного участка месторождения. Значительно уменьшается количество профилей для дальнейшего анализа. Расчет направления или порядка развития горных работ ведется с помощью контурного или текущего коэффициентов вскрыши, находятся границы открытой разработки по глубине и на дневной поверхности для каждого характерного участка:
- при равенстве контурного или текущего и граничного коэффициентов вскрыши;
- при равенстве среднего контурного или текущего и граничного коэффициентов для перспективных этапов разработки.
Критериями обоснования порядка разработки или режима горных работ в установленных контурах карьера являются минимум контурного или текущего коэффициента вскрыши. Главными ограничениями при обосновании, как направления, так и порядка разработки, являются заданный объем добычи угля на определенный период времени (например, год) и возможный темп углубки горных работ по условию заезда транспорта на ограниченном участке карьерного поля или скорость подвигания рабочего борта карьера. Практика горно-геометрического анализа большинства сложноструктурных угольных месторождений Северного и Центрального Кузбасса показывает, что последовательность или порядок выемки объемов угля и вскрыши по обоим критериям не меняется, различны лишь объемы вскрыши по периодам. Следовательно, изменяя угол наклона борта карьера в пределах от рабочего до временно погашенного, можно производить календарное перераспределение объемов вскрыши в пространстве карьера и обосновать наиболее рациональное.
Основное направление развития горных работ должно следовать минимуму текущего коэффициента вскрыши, что гарантирует ритмичность добычи по годам отработки и требуемые переходящие запасы полезного ископаемого в процессе производства горных работ. Направление развития горных работ определяет порядок отработки карьера в пространстве. Особенно важно правильно рассчитать порядок производства вскрышных и добычных работ при разработке сложноструктурных угольных месторождений Кузбасса со свитовым залеганием пликативно и дизъюнктивно нарушенных пластов различной мощности. Такой порядок отработки карьерного поля в этих условиях определяет переменные затухание и интенсификацию горных работ, т. е. переменную концентрацию горных работ в пространстве карьера и отдельных его горных участков. В тоже время отработка карьеров производится в течение длительного времени с фиксацией выполняемых объёмов в календарные периоды различной длительности.
Если календарные объемы вскрышных работ неравномерны, то их можно выровнять за счет, например, значительного планомерного увеличения (против необходимого) объемов вскрыши в начальный период эксплуатации (опережения вскрышных работ) или планомерного снижения за счет отнесения части вскрыши к последующим годам работы путем временной консервации горных работ на части верхних уступов (регулируемого отставания вскрышных работ). Для опережения вскрышных работ необходимо в начальный период эксплуатации вводить дополнительное оборудование, увеличить штаты рабочих и произвести связанные с этим капитальные затраты. В тоже время основное горное оборудование имеет длительный срок амортизации в 8-12 лет и, если карьер имеет короткий срок службы, соотносимый со сроком амортизации, то выравнивание календарных объемов вскрышных работ способствует устойчивой экономической деятельности предприятия, равномерному и лучшему использованию оборудования и штатов трудящихся, избавляет от необходимости резко их увеличивать или снижать в отдельные периоды эксплуатации. При длительном сроке окупаемости, включающем несколько циклов амортизации основного оборудования, более благоприятным является наращивание календарных объемов вскрыши от цикла к циклу. Это обуславливает значительную разновременность и наращивание капитальных вложений, благоприятное изменение во времени текущих затрат по следующим причинам:
1. Повышение вскрышных объемов в начальный период планирования горных работ затрудняет процесс развития предприятия, ведет к фактическому удорожанию работ, затрудняет выполнение запланированных объемов добычи.
2. Перенос части объемов вскрыши на более поздние периоды эксплуатации карьера ускоряет выполнение запланированной программы добычи полезного ископаемого, причем с меньшими затратами. В этот период карьер будет высокорентабельным, а получаемая им значительная прибыль может быть направлена на дальнейшее ускоренное развитие производства. Следовательно, нарастание календарных объемов вскрыши соответствует условиям расширенного воспроизводства, позволяет оперативно использовать и постепенно наращивать материальные ценности и живой труд без ущерба заданной производственной мощности карьера по добыче.
3. При ежегодном росте производительности труда и оборудования выполнение дополнительных календарных объемов вскрышных работ, не в ближайший к началу планирования, а в последующие периоды, позволит выполнить их с большей эффективностью.
Таким образом, при сроке существования карьера сопоставимым со сроком амортизации основного оборудования следует планировать примерно равномерное календарное распределение объемов вскрыши. При сроке эксплуатации, соответствующем нескольким циклам амортизации следует планировать нарастающее, ступенчатое календарное распределение объемов вскрыши. При этом продолжительность каждой ступени должна быть равной сроку амортизации основного оборудования или несколько меньше, а объемы работ равны годовой производительности применяемого комплекса оборудования.
Порядок производства горных работ должен обеспечить выполнение задания по добыче и стабильность работы предприятия в течение рассматриваемого периода.
Основными задачами обоснования порядка разработки являются:
1. Определение объемов добычи по годам.
2. Корректировка от достигнутого положения ранее намеченных при долгосрочном перспективном планировании контуров развития горных работ по годам.
3. Расчет объемов горной массы и вскрыши, текущих коэффициентов вскрыши.
4. Обоснование развития схемы вскрытия.
5. Расчет объемов горно-капитальных и горно-строительных работ.
6. Обоснование необходимого объема капитальных вложений на строительство вскрывающих выработок и приобретение нового горнотранспортного оборудования и периодов их вложения.
7. Планирование производительности труда, себестоимости, прибыли, рентабельности и других показателей.
Основой расчета является планирование положений горных работ в их развитии с определением объемов добычи и вскрыши по годам.
Общий порядок расчета следующий:
1. Основным показателем, относительно которого планируются все остальные работы, при транспортной технологии является, как правило, план-задание по добыче товарного угля или потребность в данной марке и сорте угля определенного качества.
2. Прежде чем распределять план-задание по добыче производится анализ исходного уровня запасов, т. е. оценивается наличие подготовленных и готовых к выемке запасов на каждом горном участке карьера. Подсчет их ведут на основании пополненных на начало планового периода планов и профилей карьера.
3. План-задание для экскаваторов и нагрузка на драглайн распределяются равномерно в соответствии с Едиными нормами расчета производительности экскаваторов с учетом их износа и поправочных коэффициентов температурных зон:
, (3)
где К – поправочный коэффициент температурной зоны. Для Кузбасса, например, за год 11,39.
4. В зависимости от технологии горных работ, с учетом особенностей залегания пластов геологической службой разреза устанавливается норматив эксплуатационных потерь и разубоживания по каждому пласту, горизонту, горному участку и в целом по предприятию. На основании этих нормативов производится перерасчет плана товарной добычи на балансовые запасы, по формуле
, (4)
где Дб и Дт – соответственно годовой план добычи в балансовых запасах и товарной продукции, тыс. т; Р и П – разубоживание и эксплуатационные потери угля, %.
5. Планируется опережающее развитие вскрышных работ для обеспечения норматива подготовленных ( Зп на 1 месяц) и готовых к выемке запасов (Зг на 0,5 месяца) на конец планируемого периода. Таким образом, обеспеченность карьера запасами на плановый период определяется по формуле
, (5)
, (6)
(7)
где Тнп и Тнг – соответственно нормативы подготовленных и готовых к выемке запасов, мес.
В зависимости от основного показателя, относительно которого планируются все остальные работы, распределение объемов в пространстве карьера и расчет количества добычи и вскрыши на рассматриваемый период ведется по минимуму текущего коэффициента вскрыши.
Список литературы:
. Технология ведения горных работ на разрезах при разработке сложноструктурных месторождений / , , // Кузбассвузиздат. – Кемерово, 2010. – 247 с.
