УДК 622.271.681.3.01
К ВОПРОСУ ОБОСНОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИИ ОТРАБОТКИ ВСКРЫШНОЙ ЗОНЫ РАЗРЕЗОВ ВЫСОКИМИ УСТУПАМИ
Виктор Леонидович Мартьянов филиал ГУ КузГТУ в г. Белово, Маргарита Николаевна Артемьева, студентка гр. ГОо – 92 филиала ГУ КузГТУ в г. Прокопьевск, , студенты гр. ГО – 093 филиала ГУ КузГТУ в г. Белово
Горнотехнические условия безугольной зоны в коренных породах большинства разрезов Кузбасса благоприятны для разработки высокими уступами. Это, например, сравнительно высокие прочностные характеристики горных пород, значительный объем работ в угленасыщенной зоне в общем объеме горной массы разрезов, т. е. относительная независимость горных работ в угленасыщенной и вскрышной зонах, а также наличие на разрезах мощных выемочных машин, с емкостью ковша до 30 - 56 м3 и высокопроизводительных буровых станков с глубиной бурения до 60м.
Добыча угля открытым способом в Кузбассе ведется на месторождениях с различным падением угольных пластов и требует переработки больших объемов вскрыши. Вскрышную толщу условно можно разделить на внешнюю, расположенную вне угленасыщенной зоны разреза и представленную сплошным массивом пустых пород и внутреннюю вскрышу – в виде междупластий породы мощностью 30-40м и более в угленасыщенной зоне.
Значительная мощность разрабатываемых вскрышных пород при относительно малой высоте разрабатываемых уступов обуславливает наличие большого числа транспортных горизонтов и большую протяженность резерва фронта горных работ, которые по мере увеличения глубины разработки постоянно возрастают [1]. В связи с этим рабочие борта разреза выполаживаются, увеличиваются текущие объемы вскрышных работ и, как следствие, снижаются концентрация оборудования на уступах и интенсивность горных работ на разрезах. Кроме того, небольшая высота уступов ведет к увеличению доли времени по холостому перемещению экскаваторов, росту объемов вспомогательных работ и т. д., что отрицательно сказывается на времени использования экскаваторов на основной работе и, следовательно, на их производительности. Один экскаватор может работать на нескольких уступах и в этих условиях особенно заметно возрастают объемы вспомогательных работ по созданию рабочих площадок и их зачистке при подготовке к проведению буровзрывных работ, по строительству, переносу и содержанию в работоспособном состоянии забойных транспортных коммуникаций, линий электропередач и т. д.
Одним из направлений повышения эффективности открытых работ является увеличение высоты уступов и отработка их слоями (подуступами) [1].
Добыча угля открытым способом на сложноструктурных месторождениях Кузбасса осуществляется в изменяющихся в широком диапазоне горно-геологических условий залегания пластов, регулярного технического перевооружения разрезов, совершенствования технологии и организации горных работ, развития способов экономического управления производством. В разработку все больше вовлекаются глубинные и нагорные части разрезов. Осваиваются новые участки месторождений, дорабатываются старые.
Развитие горных работ сопровождается соответствующими изменениями как основных параметров рабочей зоны разрезов в целом, так и параметров технологии отработки отдельных участков и уступов. В частности, изменяются такие параметры, как угол откоса борта разреза, количество уступов и их высота, ширина рабочих площадок, протяженность фронта горных работ и скорость его подвигания. Усложняется схема вскрытия рабочих горизонтов в плане и профиле, увеличивается расстояние транспортирования пород и общая длина транспортных коммуникаций.
На разрезах с транспортной и комбинированной технологией ведения горных работ растет высота рабочего борта и число разрабатываемых уступов, длина фронта горных работ, причем на различных участках этого фронта рабочие площадки имеют и разную ширину: часто часть фронта временно консервируется, и рабочие площадки могут отсутствовать, а уступы могут быть сдвоены или строены.
Применяемые на разрезах технологические схемы ведения вскрышных работ однообразны и за длительный период времени не претерпели существенных изменений. Это, как правило, схемы выемки породы одним слоем в основном в торцевом или, реже тупиковом забоях с погрузкой ее в транспортные средства на уровне стояния экскаваторов, требующие относительно широких площадок при небольшой высоте уступа. Технологические возможности основного и дополнительного оборудования при этом используются не полностью.
Перевооружение разрезов все более мощным горнотранспортным оборудованием часто не сопровождается соответствующим изменением параметров элементов системы разработки, в частности одного из главных параметров – высоты уступа, поэтому не обеспечиваются требуемые условия для высокопроизводительного использования поступающей техники.
На многих разрезах имеются участки, отработка которых может быть более эффективна с применением высоких уступов. К настоящему времени время на разрезах с транспортной и комбинированной технологиями имеются предпосылки для перехода к работе с высокими уступами, основными из которых являются:
- сравнительно высокие прочностные характеристики вмещающих пород, имеющие большой запас устойчивости откосов отдельных уступов и бортов выработок в целом;
- приобретение разрезами более эффективных типов и моделей выемочных машин, позволяющих, в том числе, работать с верхним и нижним черпанием и погрузкой;
- наличие высокопроизводительных буровых станков с глубиной бурения до 60м;
- наличие излишнего на один экскаватор фронта горных работ, что при требуемой скорости его подвигания позволяет укрупнить уступы (резерв фронта горных работ на разрезах достигает 50 - 60% [1]);
- значительный опыт, накопленный производственниками по сдваиванию, страиванию уступов с последующей послойной их отработкой.
В тоже время высокие уступы, наряду с повышением экономической эффективности отработки, должны обеспечивать безопасность ведения горных работ на рабочих площадках и, прежде всего, от возможного их обрушения. Кроме того, необходимо проводить мероприятия, предотвращающие осыпи и вывалы отдельных кусков породы с откосов уступов. Устойчивость и минимальное осыпание пород с уступа зависит от большого числа факторов – геологических, гидрогеологических, технологических, климатических, а также от чистоты его оборки, т. е. отсутствия на откосе различных козырьков, нависей породы. Эти факторы определяют допустимые значения высоты и угла откоса уступа.
Угленосная толща разрезов Кузбасса состоит, в основном, из полускальных, реже скальных разностей пород: песчаников, алевролитов и аргиллитов.
Зона выветривания пород простирается в основном на сравнительно незначительную глубину (20-30м). В этой зоне сплошной массив пород нарушен и они представлены в виде отдельностей, хорошо дренирующих подземные воды. С углублением горных работ крепость пород возрастает и, следовательно, улучшаются условия устойчивости откосов уступов.
Для пород, разрабатываемых разрезами характерна трещиноватость и блочность массива. Трещины, благодаря расположению фронта горных работ по простиранию и его подвиганию по падению пластов, распространяются от плоскости откоса уступа вглубь массива со стороны висячего бока основного пласта свиты. Локальных обрушений по этим трещинам не образуется. На крутопадающих месторождениях, со стороны лежачего бока основного пласта трещины распространяются параллельно откосу уступа и, как показывает практика горных работ, чаще всего именно здесь возникают обрушения откосов уступов.
Возможность варьирования одним из основных параметров технологии - углом его откоса, определяющим устойчивость уступа, позволяет на отдельных участках фронта работ его выполаживать до требуемых по условиям безопасности работ величин или в ряде случаев применять с этой целью мало трудоемкие и мало затратные мероприятия по укреплению откосов уступов лежачего бока, например, анкерное закрепление откосов уступов, не уменьшая при этом их высоты.
При работе с высокими уступами должны быть предусмотрены меры по предотвращению опасности от возможного падения с откосов кусков породы, мелких осыпей и обрушения уступов.
Откосы уступов после проведения массовых взрывов содержат на своей поверхности много кусков породы, обладающих способностью к отдельным вывалам и осыпям. В работе [3] отмечено, что объем единичных вывалов с откосов уступов, на которых не была проведена оборка, в 3,5 раза больше, чем на обобранном откосе уступа и эти откосы обрушаются в 5-6 раз интенсивнее обобранных.
Оборка откоса уступа производится в процессе выемки горной массы экскаватором. При отработке высокого уступа слоями (подуступами) эта операция осуществляется в несколько приемов и повторяется в каждом слое. Благодаря послойной оборке откоса высоких уступов каких-либо нависей, козырьков, отбитых кусков породы на его поверхности практически не остается.
Тщательная оборка откоса вскрышного уступа в процессе экскавации пород является важным мероприятием, практически исключающим опасность падения кусков породы при ведении горных работ.
Исследованиями [4] установлено, что для уступов с крутыми откосами (60-90°) не существует определенной корреляционной зависимости дальности падения кусков от величины и формы, а так же от литологического состава пород.
Весьма тесная связь наблюдается между дальностью отлета кусков породы (Lк) и высотой уступа (Н) (высотой падения камней). Коэффициент дальности падения (К) определяется:
Кmax = L к mах : Н,
где: L к мах – максимальная дальность отлета кусков породы от нижней бровки откоса уступа, м; Н – высота уступа (высота падения камней), м.
Ширина улавливающей полки (В) рассчитывается по формуле:
В = Кmах * Н, м.
В тоже время не исключено, что в каких-то условиях дальность отлета отдельного куска может превысить полученные в процессе экспериментальных наблюдений значений. В связи с этим необходимо:
1. Следить за тем, чтобы оборудование и обслуживающий персонал находились от нижней бровки откоса уступа на расстоянии не ближе 1,2-1,3 ширины улавливающей полки, сооружаемой из мелкообломочного материала.
2. Для задержания кусков породы, случайно выскакивающих за пределы улавливающей полки, а также с целью ограждения механизмов и людей от возможного попадания их в зону разлета кусков требуется применение специальных устройств заградительного типа (вала), которые отстраиваются бульдозером или экскаватором в процессе отработки породы. Внутренняя нижняя бровка откоса заградительного вала должна располагаться по линии максимальной дальности разлета кусков. Высота вала должна быть не менее 1,0м.
Заградительный вал устраивается на всю длину отрабатываемого блока, чтобы оградить от действия падающих с откоса кусков породы не только призабойное пространство, но и трассу автодороги на всем ее протяжении под уступом.
При послойной выемке заградительные валы сооружаются экскаватором несколько раз, т. е. после отработки очередного слоя.
Таким образом, оборка откоса уступа и сооружение простейших устройств заградительного типа являются необходимыми мерами для создания безопасных условий работы оборудования и людей от возможного воздействия случайно падающих с откоса кусков породы. В ряде случаев целесообразно применять с этой целью мало трудоемкие и мало затратные мероприятия по укреплению откосов вскрышных уступов лежачего бока, например, анкерное закрепление откосов уступов, не уменьшая при этом их высоты.
В практике разрезов Кузбасса разработаны и применяются дополнительные организационные меры по обеспечению безопасных условий труда на рабочей площадке под высокими уступами:
1. Во время производства взрывных работ на смежных блоках и уступах горное и транспортное оборудование должно находиться от нижней бровки откоса уступа на расстоянии не ближе «2В» или >15м.
2. Скопление автосамосвалов больше того количества, которое предусмотрено схемами подъезда и установки под погрузку не допускается в забое и непосредственной близости от него.
3. Профилактический осмотр экскаватора необходимо производить вне зоны возможного отскока падающих с откоса кусков породы.
4. Запрещается подниматься на экскаватор и выходить из него со стороны откоса уступа, а также останавливать экскаватор на период приемки и сдачи смены кабиной к откосу уступа.
5. Обязательным является установление на предохранительном валу предупредительных знаков, аншлагов.
6. В зоне возможных обрушений и осыпей (за заградительным валом породы) запрещается нахождение людей и оборудования.
7. Перед площадкой в 3-5м от верхней бровки уступа должны быть установлены предупредительные знаки, аншлаги и ограждающее устройство сплошного типа (натянутый шнур, трос и др.).
Список литературы
1. Технология ведения горных работ на разрезах при разработке сложноструктурных месторождений / , , // - Кемерово: Кузбассвузиздат, 2010. – 247 с.
2. Типовые технологические схемы ведения горных работ на угольных разрезах/НИИОГР. – Челябинск, 1991. – 328 с.
3. Буровзрывные работы на угольных разрезах / , , и др., - М.: Недра, 1987. – 254 с.
4. Ройнишвили бортов карьеров и отвалов. – М.: Недра,1965. – 378 с.
