автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.03, диссертация на тему:Исследование технологии разработки горизонтальных маломощных сложноструктурных пластов угля с использованием обратных гидравлических лопат

ВВЕДЕНИЕ.

I. РАЗРАБОТКА МАЛОМОЩНЫХ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1. Горно-геологическая характеристика месторождений с горизонтальными маломощными пластами.

1.2. Обзор научно-исследовательских работ и технической литературы по теме исследования.

1.3. Цель, задачи и методы исследования.

2. ИССЛЕДОВАНИЕ УСЛОВИЙ ВЕДЕНИЯ ДОБЫЧНЫХ РАБОТ И ОСОБЕННОСТЕЙ РАБОТЫ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ ЭКСКАВАТОРОВ.

2.1. Исследование геологического строения и структуры маломощных угольных пластов.

2.2. Структура забоев и технические возможности выемочных машин по разработке маломощных пластов.

2.3. Преимущества и технологические возможности обратных гидравлических лопат.

2.4. Сложность выемки маломощных горизонтальных и слабопологих угольных пластов. Потери и разубоживание угля.

2.5. Порядок работы обратной гидравлической лопаты при селективной выемке маломощных слож-ноструктурных угольных пластов. Минимальная мощность горизонтального выемочного слоя.

2.6. Забои обратных гидравлических лопат при выемке горизонтальных и слабопологих сложноструктурных угольных пластов и их параметры Выводы по главе 2.

3. ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СХЕМ РАЗРАБОТКИ МАЛОМОЩНЫХ ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ И СЛАБОПОЛОГИХ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ОБРАТНЫХ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ ЭКСКАВАТОРОВ.,.

3.1. Типовые структуры забоев обратных гидравлических экскаваторов.

3.2. Структура технологической схемы добычных работ и характеристика ее звеньев.

3.3. Технологические схемы добычных работ и их формирование при разработке горизонтальных и слабопологих маломощных угольных пластов.

3.4. Качество угля и критерии оценки технологических схем добычных работ.

3.5. Производительность оборудования при добычных работах.

3.6. Разработка методики выбора технологической схемы добычных работ.

Выводы по главе 3.

4. РЕКОМЕНДАЦИИ ПО РАЦИОНАЛЬНЫМ ПАРАМЕТРАМ ТЕХНОЛОГИИ ВЕДЕНИЯ ДОБЫЧНЫХ РАБОТ НА РАЗРЕЗЕ ИНАГЛИНСКИЙ ЧУЛЬМАКАНСКОГО

УГОЛЬНОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ.

4.1. Горно-геологическая характеристика поля разреза Инаглинский.

4.2. Состояние и перспективы ведения добычных работ.

4.3. Районирование карьерного поля участка «Инаг-линский» по использованию технологических схем добычных работ.

4.4. Рекомендации по применению технологических схем добычных работ на участке «Инаглинский».

4.5. Обоснование эффективности рекомендаций по выбору технологических схем разработки слож-ноструктурных маломощных пластов.

Выводы по главе 4.

Актуальность работы. Энергетические нужды России в основном удовлетворяются за счет открытой разработки крупных месторождений с большими запасами угля, сосредоточенными в мощных и средней мощности пластах. Известно, что запасы высококачественных углей связаны в большей степени с маломощными угольными пластами и дефицит коксующихся и ценных энергетических углей во многом покрывается за счет подземных горных работ. На территории России имеются несколько десятков угольных месторождений, представленных маломощными пластами (до 3,5 м), как правило, сложного строения, с общими разведанными запасами угля, пригодными для открытой разработки, порядка 2 млрд.т, в том числе коксующихся около 1 млрд.т.

Зарубежный и имеющийся отечественный опыт открытой разработки маломощных пластов показал целесообразность и эффективность разработки таких месторождений или отдельных их участков открытым способом. Чаще всего выемочно-погрузочные работы при этом выполняются обратными гидравлическими лопатами с ковшами емкостью 1-4 м3. Эти экскаваторы требуют небольших капитальных вложений, могут вести селективную разработку сложноструктурных угольных пластов и мобильны.

В России ограничен опыт использования обратных гидравлических лопат при разработке маломощных сложноструктурных угольных пластов. Научные разработки в этом направлении касаются в основном обоснования параметров обратных гидравлических лопат. Поэтому тема исследования, направленная на разработку и обоснование технологических схем добычных работ при эксплуатации месторождений с горизонтальными маломощными сложноструктурными угольными пластами, актуальна и результаты исследования будут способствовать более широкому и эффективному освоению таких месторождений угля.

Цель работы - разработка и обоснование технологических схем добычных работ и их параметров с использованием экскаваторов обратных

6, гидравлических лопат на месторождениях, представленных горизонтальными и слабопологими маломощными пластами высококачественного угля.

Идея работы - структура забоя и требуемое качество добытого угля определяют технологическую схему добычных работ при использовании обратных гидравлических лопат.

Объект исследования - месторождения или отдельные их участки, представленные горизонтальными или слабопологими (0-5°) маломощными (до 3,5 м) пластами высококачественного угля, разработка которых ведется с использованием обратных гидравлических лопат.

Научные положения, выносимые на защиту, разработанные лично соискателем и их новизна:

1. Минимальная мощность горизонтального выемочного слоя, вовлекаемого в разработку прямо пропорциональна вместимости ковша обратной гидравлической лопаты и с увеличением высоты забоя при нижнем черпании она возрастает по параболической зависимости.

2. Технологические схемы добычных работ следует формировать для каждого разрабатываемого пласта в соответствии с требуемой зольностью добываемого угля и с учетом мощности пласта, мощностей отдельных пачек угля и породных пропластков и их зольностью, что позволяет выделить зоны рационального использования конкретных технологических схем. :

3. Производительность обратных гидравлических лопат существенно зависит от затрат времени на зачистку породно-угольных контактов разделения угля и пород. Она резко снижается при валовой выемке пласта мощностью менее 1,0-1,2 м и с повышением показателя сложности выемки при селективной разработке. Это делает рациональным использование бульдозера для раздельной разработки пропластков и пачек угля с мощностью менее 0,3-0,4 м с перемещением горных пород в забой экскаватора.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются обобщением материала по большому г количеству месторождений и опыта ведения добычных работ обратными гидравлическими лопатами, сходимостью полученных результатов с данными практики карьеров, результатами использования рекомендаций в производственных условиях.

Научное значение диссертационной работы состоит в:

• количественной оценке трудности селективной разработки горизонтальных сложноструктурных угольных пластов через показатель сложности выемки;

• установленных зависимостях возможной величины горизонтального перемещения ковша при черпании обратной гидравлической лопаты и минимальной мощности горизонтального выемочного слоя от емкости ковша экскаватора и высоты забоя;

• предложенной технологической типизации забоев обратных гидравлических лопат;

• обосновании технологических схем добычных работ и определении условий их рационального применения;

• установленных зависимостях производительности обратной гидравлической лопаты от мощности разрабатываемого пласта при валовой выемке и показателя сложности выемки при селективной разработке.

Практическое значение имеют:

• разработанные технологические схемы добычных работ при разработке горизонтальных и слабопологих маломощных угольных пластов;

• методика расчетов параметров забоя обратных гидравлических лопат при валовой и селективной выемке;

• методика расчета производительности обратных гидравлических лопат при валовой и селективной выемке;

• районирование карьерного поля разреза по использованию технологических схем добычных работ.

8.

Реализация выводов и рекомендаций. Результаты выполненных исследований используются на разрезе СП «Эрэл ЛТД».

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались, обсуждались и получили одобрение на научном симпозиуме "Неделя горняка - 2000" в Московском государственном горном университете и на кафедре технологии, механизации и организации открытых горных работ МГГУ в 2000 г.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 3 статьи.

1. РАЗРАБОТКА МАЛОМОЩНЫХ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

Выводы по главе 4.

1. Разрез Инаглинский Чульмаканского угольного месторождения включает два территориально независимых участка. Основные утвержденные запасы для открытых горных работ сосредоточены на участке №2 (участок Инаглинский). При производительности участка 250-300 тыс.т в год срок эксплуатации его составит 32 года. Промышленными на участке Инаглинский являются 5 горизонтальных пластов преимущественно сложного строения. Мощность пластов изменяется от 0,15 до 7,5 м. Уголь - высококачественный, марки 1КЖ, Ж, СС. Рассмотренные в проекте технологические схемы разработки пластов для структуры с одним пропластком не в полной мере отражают реальное геологическое строение пластов, возможности применяемых выемочных машин - гидравлических экскаваторов обратная лопата и требования потребителей угля.

2. Проведен анализ карьерного поля участка «Инаглинский», в результате которого выявлено, что угольные пласты участка имеют более сложное строение, чем на действующем участке «Угольный». По результатам анализа с учетом рационального применения технологических схем добычных работ произведено районирование карьерного поля по использованию схем добычных работ для каждого разрабатываемого пласта.

3. Установлена зависимость сменной производительности обратных гидравлических лопат от мощности разрабатываемого пласта (прослойка, пропластка) при валовой выемке. Выявлено резкое снижение производительности экскаваторов при мощности пласта менее 1,0-1,2 м.

4. Получена зависимость влияния показателя сложности выемки на производительность обратных гидравлических лопат при селективной разработке маломощных угольных пластов. Установлено, что при т возрастании показателя сложности выемки с 0,6 до 3,5 производительность экскаватора снижается на 33-35%.

5. Определена производительность обратных гидравлических лопат, эксплуатируемых на разрезе, при работе по различным технологическим схемам добычных работ, которая может быть использована для экономической оценки технологических схем.

6. Обоснована эффективность рекомендаций по выбору технологических схем разработки сложноструктурных маломощных пластов разреза «Инаглинский» для конкретных технологических зон поля разреза. т.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе дано решение актуальной научной задачи разработки и обоснования технологических схем добычных работ с использованием обратных гидравлических лопат на месторождениях высококачественного угля, представленных горизонтальными и слабопологими маломощными сложноструктурными пластами, обеспечивающих полноту выемки запасов и требуемое качество добытого угля.

Выполненные исследования позволяют сделать следующие выводы:

1. Для оценки трудности селективной разработки маломощных угольных пластов предложен показатель сложности выемки, который характеризует количество разрабатываемых породно-угольных контактов, приходящихся на 1 м мощности пласта. Предложенный показатель следует использовать при расчетах потерь и разубоживания угля и производительности выемочных машин.

2. Возможность и эффективность раздельной разработки сложноструктурных угольных пластов во многом определяется минимальной мощностью горизонтального выемочного слоя, которая зависит от возможной величины горизонтального перемещения ковша и его геометрических параметров. Установлено, что при работе обратной гидравлической лопаты с нижним черпанием с увеличением высоты добычного забоя возможная величина перемещения ковша снижается, а минимальная мощность горизонтального выемочного слоя возрастает по параболической зависимости. Минимальная мощность горизонтального выемочного слоя рассчитывается по предложенной методике.

3. Установлено, что максимальная высота забоя обратной гидравлической лопаты при нижнем черпании составляет 0,8-0,85 максимальной глубины черпания. Ширина заходки находится в обратно пропорциональной зависимости от высота забоя и составляет при валовой выемке 1,5, а при селективной выемке 1,0-0,8 радиуса черпания экскаватора на уровне нижней площадки уступа.

4. Предложена технологическая типизация забоев обратных гидравлических лопат, основанная на геологической структуре пласта и учитывающая только те породные прослойки, выемка которых требуется для обеспечения необходимой зольности добытого угля. По типам забоев сформированы технологические схемы добычных работ и определены условия применения схем.

5. Горные работы на горизонтальных маломощных сложноструктурных пластах следует вести по разработанным технологическим схемам добычных работ. В соответствии с типом забоя схемы предусматривают использование на выемочно-погрузочных работах обратной гидравлической лопаты или совместной работы бульдозера и обратной гидравлической лопаты.

6. Разработана методика расчета производительности обратных гидравлических лопат при разработке горизонтальных и слабопологих маломощных угольных пластов, отличающаяся от существующих учетом мощности разрабатываемого пласта и показателя сложности выемки при селективной разработке.

7. Исходя из установленных условий рационального применения технологических схем добычных работ произведено выделение технологических зон рационального использования схем по пластам участка "Инаглинский", определена минимальная мощность горизонтального выемочного слоя и производительность экскаваторов при работе по различным технологическим схемам добычных работ.

8. Обоснована эффективность рекомендаций по выбору технологических схем разработки сложноструктурных маломощных пластов разреза "Инаглинский" для конкретных технологических зон поля разреза.

Результаты выполненных исследований используются в производственной практике, при текущем и перспективном планировании на разрезе СП "Эрэл ЛТД".

4*0.

1. Аймер В. Земляные работы. М.: Изд-во Киршбаум, 1997.

2. Арцер A.C., Протасов С.И. Угли Кузбасса: происхождение, качество, использование. Кн. 1 и 2. Кемерово: Кузбас.гос.техн.ун-т, 1999.

3. Белоусов В.В. Структурная геология. М.: Изд-во Моск.гос.ун-та, 1971.-277с.

4. Беляков Ю.И. Выемочно-погрузочные работы на карьерах.- М.: Недра, 1987.

5. Бизнес-план. Строительство разреза "Инаглинский" СП "Эрэл ЛТД" с привлечением заемных средств на приобретение экскаватора ЭШ-10/70. -СП "Эрэл ЛТД", г. Нерюнгри, 1999.-59с.

6. Боголюбов В.П., Грачев Ф.Г. Раздельная разработка месторождений сложного состава.- М.: Недра, 1964.

7. Бортников В.П. Исследование и разработка технологии открытой добычи угля из маломощных горизонтальных и пологих пластов сложноструктурных месторождений.- Дисс. на соиск. уч. степ. канд. техн. наук,- Фонды МГИ, 1986.

8. Ботвинкина Л.Н. Слоистость осадочных пород.- М.: Изд-во АН СССР, 1962.-542с.

9. Ботвинкина Л.Н., Алексеев В.П. Цикличность осадочных толщ и методика ее изучения.- Свердловск: Изд-во Урал, ун-та, 1991.-336с.

10. Ю.Бурыкин С.И. Снижение потерь угля на разрезах Южного Кузбасса. Обзор.- М.: ЦНИЭуголь. 1987.-41 с.

11. П.Верещагин Г.В., Воложанин B.C., Гарбер И.С. и др. Основы экономической оценки потерь и учета запасов угля в недрах.- М.: Недра. 1979.-240с.4M

12. Виденхауз Г., Рудольф В., Краснянский Г., Штейнцайг Р. Открытые горные работы. Новые решения в технике и технологии. Опыт международной кооперации.- М.: Изд-во АГН, 1999.-56с.

13. Временные методические рекомендации по комплексной оценке эффективности мероприятий научно-технического прогресса в угольной промышленности.- М.: ЦНИЭИуголь, 1990.-327с.

14. Геология месторождений угля и горючих сланцев СССР.- М.: Недра, в 12-ти томах, 1973.

15. Геологический словарь. В 2-х томах.- М.: Недра, 1978.

16. Голубенко A.B., Жугуленкова А.И., Климов C.JI. Роль и место нерюнгринских коксующихся углей России в условиях государственного регулирования внутреннего рынка.- М.: ЦНИЭИуголь, 1999.-79с.

17. Горная энциклопедия.- М.: Изд-во Советская энциклопедия, в 5-ти томах, 1984-1991.

18. Грачев Ф.Г. Управление качеством сырья на горнорудных предприятиях.- М.: Недра, 1997.-208 с.

19. Егин Б.А. Открытая разработка маломощных горизонтальных месторождений.- JL: Изд-во ЛГИ, 1988.

20. Единые нормы выработки на открытые горные работы для предприятий горнодобывающей промышленности. Экскавация и транспортирование.- М.: Недра, 1978.-312с.

21. Инструкция по применению классификации запасов к месторождениям углей и горючих сланцев.- М.: ГКЗ СССР, 1983.-47с.

22. Корякин А.И., Федотенко С.М., Протасов С.И. Формирование качества угля при открытой угледобыче.- Кемерово, Изд-во КузПИ, 1991 .-156с.

23. Корректировка горно-транспортной части проекта разреза "Инаглинский" СП "Эрэл ЛТД". Кн. 1 Пояснительная записка.-Новосибирск: АООТ Сибирский горн, ин-т по проектир. шахт, разрезов и обогатительных фабрик "Сибгипрошахт", 1999.- 131с.

24. Кузнецов В.И., Ермолаев В.А., Ташкинов A.C., Ненашев A.C. Новые решения в технологии ведения горных работ на разрезах Кузбасса. -Кемерово: АО Кемеровское книжн. изд-во, 1994.-150с.

25. Кулешов A.A. Анализ тенденций в развитии параметров и конструкций карьерных гидравлических экскаваторов.- В кн. Проектирование предприятий горнорудной промышленности.- М.: 1985.-С. 19-29.

26. Малышева H.A., Томаков П.И., Дранников С.А. Разработка маломощных и сложных угольных пластов открытым способом.- М.: Недра, 1975.-240с.

27. Мацак Б.В., Макшеев В.П. Состояние и перспективы экспорта углей из Восточных районов России. Горнодобывающая Якутия на рубеже третьего тысячелетия.-Нерюнгри.: Изд-во ЯГУ, 2000.-146-147с.

28. Мацак Б.В., Емельянов B.B. Опыт разработки маломощных сложноструктурных пластов с использованием обратных гидравлических лопат при разработке Чульмаканского месторождения угля.- M.: Научн.-техн. специализ. ж. Открытые горные работы, 2000, №3, с. 43-45.

29. Мацак Б.В. Определение производительности экскаваторов при разработке сложноструктурных горизонтальных пластов угля,-Горный информ.-аналитич. бюллетень. Выпуск 8.- М.: Изд-во МГГУ, 2000, с. 32-33.

30. Мельников H.H., Неволин Д.Г., Скобелев JI.C. Технология применения и параметры карьерных гидравлических экскаваторов,-Апатиты.: Кольский научн. Центр РАН, 1992.-213с.

31. Программа развития горных работ на 1998 год. Участок «Угольный».- Г.Нерюнгри: СП «Эрэл ЛТД», 1998.

32. Программа развития горных работ на 1998 год. Участок «Инаглинский».- Г.Нерюнгри: СП «Эрэл ЛТД», 1998.

33. Развитие техники и технологии открытой угледобычи. Щадов М.И., Виницкий К.Е., Штейнцайг P.M. и др.- М.: Недра, 1987.-237с.

34. Репин H .Я. Подготовка и экскавация вскрышных пород угольных разрезов,- М.: Недра, 1978.

35. Ржевская C.B. Качество полезных ископаемых.- М.: Изд-во МГИ, 1987.-79с.

36. Ржевский В.В. Технология и комплексная механизация открытых горных работ.- М.: Недра, 1968.-639с.

37. Ржевский В.В. Технология, механизация и автоматизация процессов открытых горных разработок.- М.: Недра, 1966.-653с.

38. Ржевский B.B. Технология и комплексная механизация открытых горных работ.- М.: Недра, 1980.-631с.

39. Ржевский В.В. Открытые горные работы. Ч. 1 и 2.- М.: Недра, 1985.

40. Рыбаков Б.Н. Исследование и обоснование технико-технологических условий обеспечения полноты выемки пластов угля на карьерах Кузбасса. Автореф. дис. На соиск. уч. степ. канд. техн. наук.- М.: Фонды МГИ, 1980.-22с.

41. Рыбаков Б.Н. Обоснование технико-технологических условий обеспечения полноты выемки пластов угля.- Сб. Открытая угледобыча в Кузбассе.-Кемерово: 1984.С. 77-85.

42. Справочник. Открытые горные работы.- М.: Горное бюро, 1994.-590с.

43. Справочник механика открытых горных работ. Экскавационно-транспортные машины цикличного действия.- М.: Недра, 1989.-375с.

44. Супрун В.И. Перспективная техника и технология для производства открытых горных работ.- М.: Изд-во МГГУ, 1996.-221с.

45. Сысоев A.A. Обоснование рациональных показателей извлечения разубоженного угля на разрезах. Автореферат дис. На соиск. уч. степ. докт. техн. наук.- Кемерово: Кузбас. Гос. Техн. Ун-т, 1998.-36с.

46. Сысоев A.A., Семенов В.В. Предельный уровень разубоживания при валовой выемке маломощных пластов.- В сб. Открытая угледобыча в Кузбассе.- Кемерово: Ин-тНИИОГР, 1984.- С. 86-89.

47. Технико-эксплуатационные характеристики машин фирмы Caterpillar. Справочник.- Издание Caterpillar inc. США, 1998.

48. Типовые технологические схемы ведения горных работ на угольных разрезах.- М.: Недра, 1982.-405с.

49. Томаков П.И., Манкевич B.B. Открытая разработка угольных и рудных месторождений.- М.: Изд-во МГГУ, 1995.-611с.

50. Томаков П.И., Рыбаков Б.Н., Ненашев A.C. К выбору оптимальных параметров гидравлических обратных лопат для условий разработки сложноструктурных месторождений угля.- Сб. Открытая угледобыча в Кузбассе.- Кемерово: 1984.- С. 62-68.

51. Томаков П.И., Наумов И.К. Технология, механизация и организация открытых горных работ.- М.: Изд-во МГГУ, 1992.-464с.

52. Угольные месторождения для разработки открытым способом.- М.: Недра, 1971.-312с.

53. Федотенко С.М. Исследование и разработка технологии внутрипластовой селекции при выемке сложных пластов угля на карьерах Кузбасса. Автореф. дис. На соиск. уч. степ. канд. техн. наук.- М.: Фонды МГИ, 1986.-23с.

54. Федотов И.П., Винницкий JT.C. Открытая разработка сложноструктурных угольных пластов.- М.: Недра, 1982.

55. Шитарев В.Г. Нормирование эксплуатационных потерь угля на разрезах.- М.: Горный вестник, №6, 1998.-С. 124-128.

56. Штейнцайг В.М. Интенсификация вскрышных работ на угольных разрезах с применением мощных экскаваторно-автомобильных комплексов,- М.: ВСНТО, 1986.-90с.м

57. Штейнцайг P.M. К вопросу обоснования параметров карьерных гидравлических экскаваторов с обратной лопатой.- Сб. Совершенствование технологии добычи угля открытым способом.-М.: Ин-т ИГД, 1979.-91с.

58. Щадов М.И. Избранные труды.- М.: Изд-во МГГУ, 1997.-296с.

59. Щадов М.И., Виницкий К.Е., Балашевич В.Н. Добыча угля открытым способом за рубежом.- М.: ЦНИЭИуголь, 1987.-64с.

60. Щадов М.И., Виницкий К.Е., Потапов М.Г. и др. Развитие техники и технологии открытой угледобычи.- М.: Недра, 1987.-237с.