автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.03, диссертация на тему:Обоснование технологии внутреннего отвалообразования при разработке крутопадающих и наклонных угольных месторождений Кузбасса

РГ6 од

- 7 "'ПН ^ПТ

' Государственный комитет Российской Федерации по высшему образованию

Московский государственный горный университет

На правах рукописи

АБДИБЕКОВ Нурмухамбет Канагшевич

УДК 622.271.322

ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ВНУТРЕННЕГО ОТВАЛООБРАЗОВАНИЯ ПРИ РАЗРАБОТКЕ КРУТОПАДАЮЩИХ И НАКЛОННЫХ УГОЛЬНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ КУЗБАССА

Специальность 05.15.03 — «Открытая разработка месторождений полезных ископаемых»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1993

Работа выполнена в Московском государственном горном университете.

Научный руководитель .канд. техн. наук, доц. В. С. КОВАЛЕНКО.

Официальные оппоненты: докт. техн. наук Л. Н. КАШПАР, канд. техн. наук Л. Г. АЛЕЙНИКОВА.

Ведущее предприятие — институт «Центрогяпрошахт».

в . . . .ас. на заседании специализированного: совета К-053.12.01 Московского государственного горного универси-

Отзывы в двух экземплярах просим направлять по адресу: 117935, ГСП, Москва, В-49, Ленинский пр., 6, МГГУ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Защита диссертации состоится

тета.

Автореферат разослан « »

1993 г.

Ученый секретарь специализированного совета

канд. техн. наук, доц. Н. П. СЕНАТОРОВ.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТН

Актуальность работы. Кузнецкий угольный бассейн располагает большими запасши высококачес венннх коксующихся и энергетических углей. Он играет валную роль в энергетическом балансе отран СНГ и обеспечивает около 30$ га потребности в коксующихся углях. Это предопределяет дальнейшее развитие угледобычи в этом регионе, з том числе открытым способом. Однако осложнение горнотехнической и экох гической обстановки выдвигает на передмй план проблему охраны окружающей среда. Экологическая обстановка региона осложняй- тя из-за изъятия из сферы сельскохозяйственной деятельности значительных земельных площадей, образования неблагоприятных форм техногенного рел! фа, загрязнения прилегавших к разрезан территорий, а также изменения гидрологических условий местности. Это приводит к негативным социалы. м результатам и проявляется в ухудшении условий труда и жизни людей.

В настоящее время наиболее интенсивно эксплуатируются угольные месторождения в западной части Кузбасса. Восточная же часявляетоя малоосвоенной и перспективной в отношении открытой угледобычи. К месторождениям этого района, с которыми будет овязано будущее развитие открытой угледобычи в бассейне, откосятся Караканское, ЕгозоЕо-Красноярское, Таллинское, Ерунаковсксв, Новоказанское. Отличительной особенностью этих месторождений является наличке большого количества угольных пластов крутого и наклонного падения,вытянутых по простирании. Для таких горно-геологических условий традиционно применяется продольная углубочная система

- г -

разработки. Ори этой системе основные объёмы вскрышных "ород (Солее 80%) складируютг т на внешних отвалах, что приводят к .арушеншэ больших земельных площадей и загрязнению окружающей территории продуктами пнлегазовыделений.

Существенному снижению землеёмкоета открытых горных работ и зкологичеокоЛ нагрузки на окружающую среду в целом способствует при лшп;:о поперечных с к с тем разработок с внутренним отвалообраэовашшм. Повышение эффективности применения атих технологических решений может быть достигнуто путём правильного выбора технологии внутреннего оизалооб'разовшшя и рациональных параметров внутренних оиалоЕ.

В этой связи обоснование технологии внутреннего отвилообразования в рациональных параметров внутренних отвалов, обеспечивающих условия аффективной отработки шетороадений при значительном снижении отрицательного воздействия на окружающую СР0ДУ> -вляется актуальной научной и практической задачей.

Целью работы является обоснование технологии внутреннего от-малообразования и рациональных параметров внутренних отвалов при разработке ..рутопадащих ч наклонных угольных месторождений с учётом взаимосвязи технологических и экологических факторов, обеспечивающих эффективное ведение открытых горных работ I! снижающих их вредное воздействие на одруааидую среду в условиях слоаной экологической обстановки развитого промышленного рпГ.она.

¡'цея работы заключается в тоы, что максимальное размещение вокршшх пород в рцрабитаннс. пространстве каоьера достигается за оч£т.т")имеиения технологии внутреннего отвалоооразования а н'омвяяицейся высотой отвальных ярусов по мере развития гораых раОох. Это обеспечивает ?лтиальиые затраты на добычу полезного

ископаемого и уменьшение отрицательного влияния на окружающую ерэду посредством снижения землеёмкости угледобычи и объёмов выбросов твёрдых и газообразных Ееществ в атмосферу.

Научные положения, разработьянаа лично автором, и их новизна:

I. Повышение эффективности поперечных систем разработка при отработке крутых и наклонных залежей, вытянутых по проонираяию, достигается за очёт формирования внутреннего отвала о высотой ярусов, изменяющейся в прсцасоа его поэтапного развитая.

2» Затраты йа транспортные, биальные а рекультиэациошше работы о учётом экологических факторов о увеличением высоты ярусов внутреннего отвала изменяются по и .¿аболячасаой зависимости. Это позволяет определить рациональные значения высоты ярусов внутреннего отвала на каждом этапе его развития.

3. Црь, сплошной поперечной оистеме разработки рациональная выоота ярубов внутреннего отвала по мере развития горных работ уменьшается и принимает олбдувдие.значения:

- на переходном этапе от внешнего к вйутрени-'Му отвалообразо-ваиию ояа может достигать значений, ооответствумдих трёх-пятн-кратноЗ высоте рабочего уступа;

- в основной эксплуатационный период она должна быть снижена до величины равной двух-трёхкратной высоте рабочего уступа;.

- на этапе затухания торгах работ она соответствует значению, равному двухкратной высоте рабочего уступа.

4. При углубочной поперечной системе разработки рациональная высота ярусов внутренних отвалов зависит от направления углубки горных работ в текущей глубины карьера. Она принимается на начальном этапе горных работ равной высоте рабочего уступа и увеличивается до дзух-трёхкратной их высоты с росте«' текущей глубины карьера.

Обоснованность и достоверность научных положзннй,- выводов и рекомендаций, сформудиртванных в диссертационной работе, под-ьврздаются корректным использованием методов аконсшко-мате-катического моделирования и оптимизационных расчётов с применением ЭВМ при обосновании технологии внутреннего отвалообра-зования и рациональных параметров внутренних отвалов, Еначенио • гботн. Научное значение работы заключается в разработке методики обоснования технологии внутреннего отЕалооб-разоЕания при разработке крутопадавщих и наклонных угольных месторождений.

Практическое значение работы зг иючаотся в определении рациональных параметров внутренних отвалов при поперечш х сплои-' ной и углубочной системах разработки 1футопадаицих и наклон-ннх. угольных месторождений на различных этапах их развития. Реализация выводов и рекомендаций. Обоснованные в работе технологи/ внутреннего отвалообразования и рациональные параметры , внутренних отвалов приняты институтом "Ку8бассгипрошахт" к использованию при проектировании новых угольных разрезов на Уропско-Яаракак .ком месторождении в Кузбассе. Апробация'работы. Основное содервание работы и её отдельные положения докладывались и получили одобрение на региональной научно--методслогическо.й :сов&еренцки (г.Каратау, 1992 г.) , на межреспубликанской научно-практической конференции (г. Ташкент, 1992 г.) и на научных семинарах кафедры технологии, ме-ханнзацц- и организации открытых горных работ Московского горного лкстнтута в 1991-1992 т.

Публика;»!?. По результатам выиожюшшх исследований опубликовано четыре работы.

Объём работы. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, заключения,изложенных на страницах машинописного текст, содержит список, литературы из 73 наименований, 32 рисунков,^ таблиц, приложения

0СН0ЕИ0Е СОДЕРЖАНИЕ РАЕОТН

Решению задач совершенствования технологии отбытых горных работ, в частиосы, обоснованию рациональных схем и параметров применения внутреннего отвалообразования ; 1 наклонных и круто-падамцих месторождениях уделяется большое внимание в научных исследованиях. Значительное место этому вопросу уделено в трудах акаде. лка В.В.Ржевского, докторов технических наук Б.Ф.Шеш-ко, А.ИЛроеятьева, Ц.И.Томакова, АЛ'Лапаря, В.А.Щелканова, А.Ю.Дрикенко, в работах кан^лдатов технических наук В.В.Еог-данска, А.С .Ненашева, Б Д'.Рутковокого, В.С.Кс аланко, В.В.Ми-хальченко, НЛ.Прооандеева, ВЛ.Лашно, А.В.Еошшенко, В.Н.Ки- . козка и др. Аш~газ работ указанных и других авторов свидетельствуем о широком диапазоне исследований, связанных с системами разработки с внутренним отвалообразованиеи. Вместо с тем, обзор научных исследований и литературы позволил установить, что отдельные важные вопросы внутреннего отвадообразовшшя изучены недостаточно. Так, при рассмотрении сплошной поперечной системы разработки с внутренним отвалообразованиеи не учитывала -сь динамика формирования внутреннзго отвала в её взаимосвязь с рабочей зоной карьера, на принимались во внимание особенности формирования внутреннего отвала на различных этапах .его

развития, что а ни чает эффективность этой систшы разработки, Нэ рассматривался вспроо влияния технологии внутреннего отва-"ообразования и параметров внутренних отвалов на объёмы твёрдых и газообразных выбросов в атмосферу. Для углубочной, поперечной системы разработки воарэо оптимизации параметров ваут-раннего о»Еапа до настоящего времена не рассмотрен,

В дЕссе.'-'ационаой работе, в соответствии с поставленной' целью и проведённым анализом исследований, решались следующие задачи:

1. Выявление особенностей формирования внутренних отвалов при отработке крутопаданцах и нактонных угольных месторождений вытянутых по простиранию.

2. Анализ взаимосвязей .а система "выработанное пространство-заутренний отвал" и их количественная оценка.

3. Разработка методических положений по обоснованию технологии р-утреннего отвалообразованин.

4. Моделирование и оптимизация параметров внутренних отвалов.

5. Реализация методики обоснования технологии внутреннего от-валообразования ка примере открытой разработки крутопадшадх и наклонных угольных месторождений Кузбасса, перспективных для открытого способа разработки.

Ранее проведёнными исследованиями доктора технических наук • Л.И.Томаксва и кандидата технических наук Л..С.Ненашева доказана целесообразность размещения основного объёма разрабатываемых вскрышных порсд во внутренних отвалах при разработке крутопадающих и наклонных уголышх мес-орохдений Кузбасса.

При сплошной поперечной системе разработки возмота. _;ть раз»,гашения вскрышних пород в выработанном пространстве возникает доела отработки часть карьеоного поля ( карьера "первой очереди

с вывозкой вскрышных пород на внешние отеши. Фронт горных работ располагается вкрест простирания пластов полезного ископаемого и подвигается по мэре их отработки вдоль линии их простирания. Разработка возх уступов производится одновременно по всеЗ глубине карьера.

Порядок ведения гор- чх работ с внутренним отвалообраэовеяь-ем обусловливает планомерней подвигание отвального фронта за фронтом горных работ по мера отработки месторождения. Важным условием является равенство скороотей подвпгр"ия фронта горных работ и отвальной зоны. Необходимость этого диктуется тем, что в данном случае достигается максимальное приближение отзальноЗ зоны к рабсчей, за счёт чего сокращазтся расстояние транспортирования вскрышных пород на внутренний отвал и максимально используется приёмная способность выраб( ганкого пространства карь-ра. Кроме того,-это обеспечивает наименьшие потзри земель.

Ограничением приближения внутреннего отвала к рабочей зоне карьера выступает нгобходаостъ сохранения минимально требуегшх по технологическим соображениям размеров дна карьера.

Внутренний лтвал формируется в выработанном пространстве эркера 'с заданными параметрами последнего. Выработанное проитран-ство карьера есть результат развития егс рабочей зоны. ¡Ios'íonjy дальнейшее развитие рабочей зоны карьера го многом опредагтат порядок формироьания внутреннего отвала. Эта обстоятельства накладывают ряд ограничений,-например, направление разв-тая внутреннего отвала, скорость подаигания отвального фронта.

Установлено, что с течением времени внутренний отвал проходит три этапа своего развития. Первый ятап характеризуется переходом от внешнего отвалообрьзовадая к внутреннему. Внутре..-

- в -

ней отвал формируется ярусами от дна карьера до поверяй зти (рис Д,а,б) . Отвальш... дона развивается в плана и по высота чО счёт включения в работу новых отвальных ярусов. До мере развития горных работ и подеигания отвальшго фронта количество отвальных ярусов, а следовательно,и приёмная способность внутреннего о'кбала, увеличивается, достигая максимального значения на момент развития всех отвальных ярусов. Вскрышные породы могут перемещаться не только на внутренний отвал, но и на внешний. Это зависит.от приёмной способности внутреннего отвала а объёмов разрабатываемых вскрышных пород.

С■позиции рационального использования земель необходимо максимально использовать выработанное пространство карьера для размещения в ном вокрышных пород. Эта позволит сократить объём шешних отвалов и соответственно площади нарушаемых земель.

Для скорейшего восстановления и возврата нарушенных земель землепользователям необходимо формировать внутренние отвалы таким образом, чтобы они как можно быстрее достигли своей проектной высоты. Это достигается за счёт применения технологии о тв а до о Ор аз ов ашш о одновременной отсыпкой всех отвальных ярусов ,

Продолжительность по времени первого этапа развития внутреннего отвала (I,) определяется расстоянием перемещения откоса внутреннего отвала с момента начала его формирования до развития всех отвальных ярусов ( Ь ^) и скоростью псдвигания отвального фронта ( 1)й , м/год):

| - = М^«*..- ¿9-М ^ 70Д (<)

где Н0 - высота внутреннего отвала, м; «/0 - генеральный угол

Этапы развития внутреннего отвала при оплошной поперечной сиотеме разработки

Первый этап

а) Момент начала формирования внутреннего отвала на внешний отвал

на внутренний .отвал

5=

у I «»шУ 1 ■ к

Фч. "лР-У ^_"ад

и

б) Момент развития всех отвальных ярусов ТЕГ

в)

Второй этап

151

•■''•х.-лч»

Третий этап

N

-ЩГ

И,

Рио. I

откоса внутреннего отвала, град, ^ </т - угол откоса торцевого борта корнера, град.

"¡торой этап характеризуется развитием внутреннего отвала только в плана, при практически постоянной его высоте. Это основной период эксплуатации внутреннего отвала (рис,1,в) . Приёмная способность отвала стабилизируется и зависит в ооновном от геометрических параметров выработанного карьерного пространства и параметров самого отвала. Основные объёмы вскрышных пород размещаются во внутреннем отвале. Появляется технологическая возможность рекультивации поверхности внутреннего отвала, Зтот этап продолжается до моманта дост; хения верхней бровкой рабочего борта границы карьерного поля по поверхности. От» з внут-раннего отвала переместится за етс время на расстояние

кп-Ц-Ь," , м, (г)

где Ьк,. - протяжённость карьерного шля по поверхности, м;

Ц - длина дна карьера, м} Нк- глубина карьера, м; «/(,•,./„ -утлы откосов борта карьера в рабочем и нерабочем положениях,

град. ' •

Третий етап (рис.1,г) наступает о момента начала погашения горных работ. Сокращение объемов разрабатываемых вскрышных пород и высоты рабочей зоны приводит к. снижению высоты внутреннего отвала за счёт выбытия из работы верхних отвальных ярусов, куда прекращается поступление вскрышных пород. Продолжительность этого этапа определяется временем погашения горных работ. Даяний этап выделяется в етап атухаиия отвальных работ.

На изрвом этадв, по мэре формирования нового Л - отвального яруса, приёмная способность внутреннего отвала возрастает.

Зто требует перераспределения вскрышных грузопотоков между внешним и внутренним отвалами. Высота зоны рабочего борта карьера, вскрышные породы которого отрабатываются на внутренний отвал, определяется по выражению:_

Ц * Кор'Кт ftoWo-ct9JT) 'h ^ м ^ до

где Вд- ширина дна карьера, м; ¿Vf - приращение приёмной способности внутреннего отвала при увеличени" его высоты на один 1-й отвальный яруо, м3; Кт- текущий коэффициент вскрыши, м3/м3; К0р- кооффициент остаточного разрыхления породы в отвале; </А;/ь - углы откосов бортов карьера со стороны лежачего и висячего боков залеяи соответственно, град,; f\0 -высота яруса внутреннего отвала, м.

^.4- /T>[f ь3{«:г u ¿ j+f■ к-

где UoX.f Цо1- высота внутреннего отвала до' и после увеличения его высоты на I - й ярус, м.

Объём вскрышных пород, транспортируемых на внешний отв&ч, определяется как разность между объёмами вскрышных порол,извлекаемых из карьера за этот период времени и укладываемых во внутренний отвал.

На втором этапе формирования внутреннего отвала объём вскрышных пород, извлекаемых из карьера, в зависимоотл от тегтщего коэффициента вс1фыши, может либо превышать приёмную способность выработанного пространства, либо быть меньше её. В настоящей работе приёмная способность выработанного пространства определяется максимальным объёмом вифышных пород (в целике) , укладываемых в выработанном пространстве карьера до уровня днев-

мой поверхности с сохранением -технологического пространства, достаточного для безоппного и эффективного ведения горных ^абот. Равенство приёмной способности выработанного пространства и объёма извлекаемых из карьера вскрышных пород является частным случаем.

Если приёмная способность выработанного пространства превышает объём разрабатываемых вскрышных пород, то высота внутреннего отвала определяется:

Н = V + 2 • ¿9 «О/*«? - ь» ^ м ^ ф

с^дЛ

гдз \/ик - объём вскрышных пород, извлекаемых из кар_ зра при подвигании фронта горных работ на I м, м3.

Если объём вскрышных пород превышает приёмную способность выработанного пространства, то внутренний отвал может формироваться ^ превышением над уровнем дневной поверхности. Это воз-ыо|Шо,когда обеспечивается необходимая устойчивость отвала и отсутствуют ограничения о позиции ландшафтных наруиений.

Исследованиям установлено,' что бффективность поперечных систем разработок в значительной степени зависит от приёмной способности внутреннего отвала, которой мояно управлять на протяжении всего периода разработки .месторождения за счёт изменения параметров отвальных ярусов в процессе их развития,

/да выявления взаимосвязей между приёмной' способностью внутреннего отвала, расстоянием транспортирования вскрышных пород на внешний ь внутренний отва; , показателями землепользования, объемами пндегазовнх выбросов в атмосферу и параметрами отвальные ярусов внутреннего отвала была разработана экономико-

математическая модель многоярусного отвала, ¿та модель рассматривает рабочую зону карьера, внутренний и внешний отвали как единую систему, в которой изменение параметров в одной составляющей влияет на параметры других составляющих системы. Основными управляемыми параметрами внутреннего отвала является высота ярусов и ширина отвальных площадок. Последняя принимается исходя из параметров и схем маневрирования автосамосвалов на отвальной площадке при соблюдении необходимых условий для безопасной работы транспортного и отвального оборудования.

Для относительной оценки экологических последствий горных работ в модель включены затраты, связанные с выплатой средств горным предприятием за отчуждение земель, за шлевые и газообразные выбросы в атмосферу.

Общий вид целевой функции представляется следующим образом:

3 -. Зтв + 3о + Зпп + Зр + 3отв + Зпв + Згв —.пгил ,

где 3 - суммарные эксплуатационные затрлты, руб.; Зтв- затраты на транспортирование вскрышных пород на внешний и внутренний отвалы, руб.; 30- объём выплаты средств горним предприятием, предназначенных для освоения новых земель взамен отчуждаемых, руб.; 3Ш1- объём выплаты средств горнил предприятием, предназначенных для возмещения потерь сельскохозяйственного производства и убытков, причинённых землепользователям,или ухудшением качества их земель, включая упущенную выгоду, руб.; Зр- затраты на рекультивацию нарушенных земель, руб.; 3^- плата за пылевые выбросы в атмосферу, руб.; 3ГБ- плата за газообразные вредные выбросы в атмосферу, т/б.

С помощью разработанных на базе модели программных средств били произведены расчбты для месторождений с горно-геологическими условиями, характерными для вновь проектируемых угольных разрезов Кузбасоа на Уропско-Каракансном, Егозово-Красноярском, Таллинском, йрупаковском и Новоказанском месторождениях. На основе этих расчётов было установлено распределение объёмов вскрышных пород меаду внешним и внутренним отвалами при изменении высоты ярусов внутреннего отвала. Анализ графиков рис.2 позволил установить, что с увеличением высоты ярусов внутреннего отвала происходит увеличение его приёмной способности следовательно, сокращается объём внешнего отвала. Эти зависимости носят нелинейный характер и интенсивность их изменение уменьшается о увеличением высоты ярусов в: /треннего отвала.

Показатели землепользования ф; национально связаны с объёмами внешнего и внутреннего отвалов. На рио.З представлены графики зависимостей площадей нарушенных и рекультивированных земель от изменения высоты ярусов внутреннего отвала. Они также носят нелинейный характер и интенсивность их изменения снижается о увеличением высоты ярусов внутреннего отвала.

На первом этапа развития внутреннего отвала нарушение земель-' них площадей происходит в силу изъятия их под горные работы и внешни отвали. На втором же этапе нарушение земельных площадей происходит только в результате изъятия их под горные работы, при интенсивных темпах рекультивации поверхности внутреннего отвала. Следовательно, отмечаемое на графиках (рис.5) сокращение площадей нарушаемых земель и увеличение площадей рекультивированных земель есть результат сокращения объемов внешних отвалов и увеличения объёмов внутренних отвалов.

Зависимости объёмов внешнего (Ум) и внутреннего (XXX) отвалов от изменения высоты ярусов внутреннего отвала

V3 V,0

760 - 560 4 ■ 360

750 - 550 ■ Э70

740 ■ 540 • 360

730 530- ■350

720 ■ 520 • 340

710 • SI0 - ■ 330

700 - 500 ■ ■ 320

650 440 - 3(0

6В0 - ■ 480 ■ • 300

670 ■ 470 ■ ■ ш

МЛН.М'

3

-3 -3'

/

г

V •г'

.2 4'

/К'

Уьо

эо

во

70

ео

50 40 30 20 10

О I

15 30 45 60 75 90 105 »20

1;2;3 - объём внешнего отвала и 1';2';3'- объём внутреннего отвала соответственно при 1^= 130; 240 и 300 и

Рис .2

Зависимости площадей нарушенных и рекультивированных земель от изменения высоты ярусов внутреннего отвала.

5з «40 SH г 860 5 • 560

U20 540 550

ПОО BZ0- • 540

1060 600- ' 53Q

10(0 750 ■ 520

(040 760 510

1020- ■ 740- - 500

«ООО- • 720- 490

480 700' 480

га

гЗ з;

-ч г'

■2 /

1"

45 60 75 90 105

SP

540 510 480 450

т 390 360 330 300

к

й за

I;2;3 - площади наруяенннх и l';2";6 - площади рекультивированных земель соответственно при Н^- ICO, 240 и 300 м

н

Рис.3

На рис.4 представлены графики зависимостей среднего расстояния транспортирования вскрышных пород отдельно для каждого из , выделенных этапов от изменения высоты ярусов внутреннего отвала. Графики носят параболический характер и для каждого этапа достигается минимум расстояния транспортирован при различной высоте яруса отвала.

Для относительной оценки экологических последствий горных работ были получены зависимости объёмов выбросов твёрдых частиц в атмосферу и расхода дизельного топлива от изменения высоты ; ярусов внутреннего отвала (рис.5) . Последний, показатель зэчас- I тую используется в современных методиках для определения объёма газообразных выбросов и ущерба,нанооимого шли. Установлено, что с увеличением высоты отвальных ярусов происходит сокращение объёмов выбросов твёрдых частиц в атмосферу. Расход дизельного топлива функционально связан с расстоянием транспортирования. Поэтому графики зависимости носят параболический характер, аналогично графикам зависимостей расстояния транспортирования.

до достижения определённого значения высоты отвальных ярусов происходит интенсивное сокращение расхода дизельного топлива и объёмов выброса твёрдых частиц в атмосферу. При дальнейшем наращивании высоты отвальных ярусов сокращение объёмов выбросов твёрдых частиц становится незначительны;.!, а расход дизельного топлива резко возрастает в силу увеличения расстояния транспортирования, Следует отметить, что при этом увеличивается длина наклонных участков трассн. Это приводит к резкому возрастанию расхода дизельного тошшва и, соответственно, объёма выбросов ' вредных выхлопных газов.

Согласно принятому критерия оптимальности были произведены

Графики зависимости среднего расстояния транспортирования вскрышных пород на этапах формирования внутреннего отвала от высоты его ярусов

ц

А,5 А,А 4,3 АД

1,0 3,9 3.8 3,7 3.6 3,5

(5 за ц> 60 75 90 (05 «О I;2;3 - соответственно среднее расстояние транспортирования вскрышных пород на первом (1|) , втором (Ьг) и третьем(1.з) этапах формирования внутреннего отвала. Нк= 300 м

Рис.4

Графики зависимостей расхода дизельного топлива и выбросов твёрдых частиц в атмосферу от высоты ярусов внутреннего отвала.

кит

«10

390 380 370 ЗЬО 350 ЗАВ 330

МР

38

37 36 35 3 к 33 32 3»

тыс.т

1

V

/

— V N 2-

ч

1

15 30 И № 7Ь 90 105 «0

I - расход дизельного топлива (ЙСТ) ; 2 - выброси твердых частиц в атмосферу (МР) . Н„= 300 м

к

Рис. 5

расчёты и получены зависимости уделышх эксплуатационных затрат на транспортно-отваяыше и рекульнгвационные работы для каждого этана развития внутрекнзго о'.?зала от высоты его ярусов.

Их анализ показал, что все они носят параболический характер и для каждого этапа существует своё значение высоты ярусов, при которых достигается минимум атих функций (рис.б). Причём, значение высоты ярусов, при котором достигается этот минимум,ври переходе от этапа я этапу снижается. Так,при 300 м высота ярусов внутреннего отвала, обеспечивающая минимум эксплуатаии-онных затрат, составляет: на первом этапе - 72 м; на второг -

ВО м; на третьем - 45 м (при высоте рабочего устугч 15 м). Эта закономерность сохраняется и для других значений глубины карьера. Причём, интенсивность изменения национальной высоты ярусов внутреннего отвала на ат.лах его формирования увеличивается о росток глубины карьера.

С учётом, установленной закономерности снижения рационального значения высоты ярусов внутреннего отвала при переходе от этапа к этапу его формирования и необходимости поддержания равенства скоростей .подвигания фронта горных работ и отвальной зоны, предлагается следующая технология отвалообразованяя. Суть её в тем, что отвальный фронт каждого яруса разбивается на два фланга. В пределах одного из них формирование внутреннего отвала производится с высотой ярусов," рекомендуемых для первого этапа , а в пределах другого фланга-с высотой ярусов, рекомендуемых для второго этапа Ия2 . Транспортирование вскрытных пород на внутренний отвал осуществляется по обоим нзрабо^ чкм бортам карьера со стороны висячего к лежачего боков залежи. После достижения верхней бровкой внутреннего отвала на фланге с высотой ярусоБ К» уровня дневной поверхности этот

Графики зависимостей удельных эксплуатационных затрат на транспортно-отвальнне и ; екультивадоонгые работа с учётом экг-логичеоких факторов на различных этапах формирования внутреннего отвала от высоты его остальных ярусов при сплошной поперечной системе разработки к гдубине карьера Ыи~. 500 м (в ценах 1969 г.).

1

\

\ у'

ч ...

С , руб./м3 2,4

2.3 2,2

2.0 ■ 1,6

<,5

1.4 •,5-1,2 1,1

й 50 45 60 75 90 105 (20

1;2;3 - соответственно первый, второй я третий этапы формирования внутреннего отвала

Рис, 6

фланг начинают сокращать по фронту, при одновременной расширении фланга о высотой ярусов 1гя2_ . По тепенно отвальные ярусы с высотой выбывают из работы. Весь отвальный фронт приобретает однородный характер с высотой ярусов . Эта. технология позволит увеличить объём вскрышных пород, укладываемых во внутренний отвал, и уменьшить объём пылегазовнх выбросов в атмосферу.

Основным недостатком сплошной поперечной системы разработки является необходимость строительства карьера "первой очереди", что связано с большими объёмами горно-строительных работ. Гтним из путей решения этого вопроса является применение на этом этапе углубочной поперечной системы разработки с внутренним отва-лообразованием. Отличительной особенность.^ её является постепенная углубка горных работ прк достаточно интенсивном подвига-ниа фронта горных работ в плане. Дно карьера формируется с небольшим углом наклона. Технологические условия подобны отработке пологих месторождений о .том отличием, что отработка пластов полезного ископаемого ведётся практически по всей высоте рабочей зоны.

Результаты проведённых исследований позволили установить, что рациональное значение выооты ярусов внутреннего отвала зависит от направления углубки горных работ и текущей глубины карьера. По мере увеличения текущей глубины карьера рациональная высота ярусов внутреннего отвала возрастает и изменяется от значения,равного высоте рабочего уступа в начальный период разработки, до двух-трёхкратной его еысоты в последующие периода (рис.7),

Практическое приложение разработанных методов обоснования

Графики зависимостей удельных эксплуатационных затрат на транспортяо-отвальные и рекультивацисиныа работы о учётом экологических факторов от изменения высоты ярусов внутреннего отвала на этапах отработки месторождения при углубочной поперечной системе разработки (в ценах 1989 г.)

1;2;3;4;5 и 6 - соответственно при углублении горных работ от О до 100 м; от 100 до 200 м; от 200 до Г300 м; от 300 до 400 м; от 400 до 500 м; от 500 до 600 м. Конечная глубина карьера Н = 600 м

Рис.7

технологии внутреннего отвалообразоганая и рациональных параметров внутреннего отвала осуществлено на примере вновь проектируемых разрезов на Уропско-Караканоком угольном месторождении Кузбасса. По разработанном алгоритмам с применением ПЭВМ IBM PC А Т/И реализованы экономико-математические модели и установлены рациональные значения высоты ярусов внутренних отвалов, формируемых в выработанной пространстве карьеров:

- при применения сплошной лоперечяой системы разработки на переходном этапе от внешнего отвалообразовашш к внутреннему она составляет 75-80 м, в основной эксплуатационный период -60 м, на этапе затухангя горных работ - 40-45 м. -при применении углубочной поперечной системы разработки высоту ярусов внутренних отвалов следуе- принимать равной высоте рабочих уступов до достижчия горными работами глубины порядка 100-120 м. С дальнейшим углублением горных работ высота ярусов должна быть увеличена до двух-трёхкратной выооты рабочих уступов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе на основе установленных зависимостей между затратами на транспортные, отвальные и рекультиваци-онные работы с учётом экологических факторов и высотой ярусов внутреннего отвала дано решение задачи обоснования технологии внутреннего отвалообразования при разработке крутопадающих и наклонных угольных месторождений с изменяющейся высотой ярусов по мере развития горных работ, что позволяет coicpатнть объёмы внешних отвалов, .уменьшить землеёмкость горных работ и снизить объём вредных пылевых и газообразных выбросов в атмосферу.

Основные выводы и рекомендации: I. При разработке крутг/ладаюцих и наклонных угольных месторождений с применением сплошной поперечной системы разработки о внутренним отвалообразованием необходимо выделить три этапа в развитии внутреннего отвала, характеризующиеся CEoeii рациональной высотой отвальных ярусов:

- переходный атап от внешнего отвалообраэования к внутрешю-

му;

-основной этап эксплуатации внутреннего отвала;

- этап затухания горних и отвальных работ.

2. Разработана методика обоснования рациональной высоты ярусов внутреннего отвала с учётом экологичес: ix факторов, позволяющая определять её значения на каждом этапе развития внутреннего отвала.

3. При сплошной поперечной системе разработки ра моиальная высота ярусов внутреннего отвала составляет:

- на переходном этапе от внешнего к внутреннему отвалообра-зованию она мошт достигать значений, соответствующих трёх-пяти-кратной высота рабочего уступа;

- на основном этапе эксплуатации внутреннего отвала она должна сыть снижена до величины, равной двух-трохкратной высоте рабочего уступа;

- па этапе затухания горных работ она соотснтствувт з1Ичо-нию, рпвному двухкратно:; .-.нсоте рабочего уст.упа.

4. Интенсивность изыепакия рациональной выоо гн .чрусоь гнут-реинего отвала на этан:)/, .то формировании уволичниазтоя о ростом глубины карьера.

5. При углубочной пош речной системе ; ицшбоп'н рациональная высота ярусов внутреннего отпала эгаиипт от ианрарлечик

угдубки карьера и от его текущей глубины. По мере увеличения текущей глубины карьера рациональная . лсота ярусов внутреннего отвала возрастает и изменяется от значения,равного высоте рабочего уступа, когда можно осуществить цогориэонтную овязь мекду рабочими уступили и отвальными ярусам, до двух-трёхкратяой его высоты.

6. Разработана технология отвальных работ с изменяющейся высотой отвалы гых ¡трусов, позволяющая увеличить приёмную способность внутреннего отвала., уменьшить землеёмкость горных рабг~ и объёмы выбросов твёрдых и газообразных вредных веществ в атмосферу.

7. Для условий Уропско-Караканского угольного месторождения рекомендуются применение разработанной технологии с изменяющейся высотой ярусов внутреннего обвала и следующие рациональные значения высоты отвальных ярусов:

а) при применении сплошной поперечной системы разработки на переходном этапе от внешнего к внутреннему отвалообразованию -75-80 м; на основном этапе эксплуатации внутреннего отвала -60 м; на этапе затухания горных работ - 40-45 м.

б) пли применении углубочной поперечной системы разработки высоту ярусов внутренних отвалов следует принимать равной высоте рабочих уступов до достижения горными работами глубины 100120 м. С дальнейшим углублением горных работ высота ярусов должна быть увеличена до двух-трёхкраТной высоты рабочих уступов.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах :

I, Коваленко I;,С,, Абдискков Н.К. Обоснование параметров внутреннего отвала щи; разработке крутопадащих залежей-боль-

шой протяженности/Тезисы докладов на региональной научно-методологической конференции. — Каратау, 1992.

2. Абдибеков Н. К. Эколого-экономическое обоснование рациональных параметров внутреннего отвала при разработке крутопадающих залежей/Тезисы докладов межреспубликанской научно-практической конференции «Технологические аспекты формирования прибыли на горных предприятиях». — Ташкент, ТашГТУ, 1992, с. 16—17.

3. Абдибеков Н. К. Влияние экологических факторов на выбор параметров внутреннего отвала при разработке угольных месторождений Кузбасса. — М.: МГИ, 1992. — Деп. в Горном информационно-аналитическо'м бюллетене № 3.

4. Абдибеков Н. К. Влияние параметров внутреннего отвала на землеемкость открытых горных работ. — М.: МГИ, 1993. — Деп. в Горном информационно-аналитическом бюллетене № 1.

Подписано к печати 19.05.93. Формат 60x90/16 Объем 1 печ. л. Тираж 100 экз. Заказ № 250.

Типография Московского горного института.. Ленинский проспект, д.