Способ добычи угля иркутского угольного бассейна

Горнотехнические условия эксплуатации Иркутского угольного бассейна

Развитию угледобывающей промышленности в Иркутском бассейне способствовало наличие крупных по запасам и выгодных по условиям эксплуатации угольных месторождений. Об этом свидетельствует рост добычи угля за 1941—1960 гг. с 5,8 до 16,2 млн т.

Угольные месторождения бассейна отличаются друг от друга специфичностью горнотехнических условий эксплуатации.

Наиболее широко развита в Иркутском бассейне добыча угля открытым способом, что объясняется наличием мощных пластов угля при небольшой мощности вскрыши (до 1:10) и простыми инженерно-геологическими и гидрогеологическими условиями. На ряде месторождений бассейна возможно строительство крупных карьеров — Азейском, Каранцайском, Новометелкинском, Владимиро-Головинском, Мугунском и Ишинском. В настоящее время основная добыча угля открытым способом в Иркутском бассейне сосредоточена на Черемховском месторождении. Удельный вес открытой добычи составляет около 70%, а к 1965 г. достигнет 87 %. С введением в эксплуатацию Сафроновского разреза на Черемховском месторождении удельный вес открытых работ станет еще выше. На остальных месторождениях Иркутского бассейна разработку угольных пластов можно осуществлять только шахтным способом и частично штольнями.

В юго-восточной части бассейна на Кармагайском, Арансахойском и других месторождениях в связи с глубоким залеганием угольных пластов (150—400 м) возможно строительство вертикальных шахт с годовой производственной мощностью до 1—3 млн т. Неглубокие шахты (70—150 м) могут быть построены на Тарасовском, Голуметском и ряде других месторождений в центральной и северо-западной частях бассейна. Отдельные участки Черемховского месторождения отрабатываются наклонными шахтами.

Штольнями в пределах бассейна разрабатываются (трестом «Черемховуголь») Забитуйское, Делюрское и Голуметское месторождения. На первых двух добыча угля составляет около 500 тыс. т в год. Подземные эксплуатационные работы в бассейне с каждым годом сокращаются за счет перевода на открытый способ разработки.

По условиям залегания пластов 85—90% запасов углей бассейна относятся к пластам с пологим падением (2—5°); остальные запасы угля (10—15%) сосредоточены на участках с наклонным залеганием пластов, где углы падения не превышают 15—30° (Новометелкинское, ряд месторождений в Кудинской мульде и район юго-западного обрамления бассейна).

Уголь и вмещающие породы характеризуются различными физикомеханическими свойствами. Песчаники с известковистым цементом обладают временным сопротивлением на сжатие от 400 до 1200 кг/см2. По шкале Протодьяконова, они относятся к V—VI категориям (известко-вистый цемент) и к VII—VIII категории (глинистый цемент). Алевролиты обладают временным сопротивлением на сжатие от 300 до 1100 кг/см2. По классификации Протодьяконова, они относятся к IV—V категориям. Категория крепости углей VIa. Другие породы (углистые породы, аргиллиты и глины) не имеют широкого распространения в разрезе (2,5—10,0%) и потому не играют существенной роли при ведении эксплуатационных работ.

Основными породами, слагающими черемховскую свиту, являются песчаники и алевролиты. В подавляющем большинстве они довольно устойчивы и в бортах карьеров образуют крутые откосы. Например, на Черемховском месторождении углы откоса составляют 70—80° и более. Такие же углы откосов, вероятно, окажутся на Каранцайском и Новометелкинском месторождениях, которые проектируется разрабатывать открытым способом. На Азейском месторождении, имеющем в кровле пласта «Второго» слабо сцементированные песчаники, углы откосов стенок карьеров, пройденных в песчаниках, не должны превышать 45—50°. На Черемховском месторождении песчаники, алевролиты и угли являются вполне надежным основанием для продвижения тяжелых экскаваторов типа ЭШ-14/75 и ЭШ-15/90. Аналогичными, вероятно, будут условия на Каранцайском и Новометелкинском месторождениях.

В подземных выработках все породы также устойчивы, за исключением районов распространения внутриформационных размывов (Черемховское месторождение), где кровля пластов представлена песком.

Принимая во внимание, что в Иркутском бассейне основные эксплуатационные работы производятся на Черемховском, Забитуйском и Владимиро-Головинском месторождениях, характеристика систем разработок пластов угля и устойчивости в шахтах пород кровли и почвы приводится на примерах этих месторождений.

На Черемховском месторождении эксплуатационные работы ведутся в основном по пласту «Главному», который разрабатывается Ново-Гришевским карьером и шахтой им. С.М. Кирова. На последней отработка ведется в один слой на полную мощность пласта с помощью комбайна «Донбасс». Исходя из общей мощности и строения пласта «Главного», отработка его производится в два слоя с обрушением кровли. Высота каждого выемочного слоя составляет 2,5—3 м. Сначала вынимается верхний слой, затем нижний. При этом верхний слой пласта отрабатывается системой длинных столбов при длине столбов 300—400 м с выемкой угля спаренными лавами, а нижний слой — камерно-столбовой системой. Отбойка угля взрывная. Уголь, добытый с верхнего слоя, доставляется к бункерным воронкам, откуда погружается в вагонетки электропоездов, курсирующих по основным штрекам, пройденным по нижнему слою. Процессы добычи и транспортировка угля на шахтах механизированы. По техническим условиям между верхним и нижним слоями оставляется межслоевой целик мощностью 0,6—0,8 м и более, что вызывает больший потери угля — до 25—40%.

В связи с тем, что строение пласта «Главного» сложное, а при его отработке применяется валовая механизированная угледобыча, уголь засоряется породными прослоями. Несмотря на то что породные прослойки по возможности отбрасываются в завал, а при транспортировке угля по транспортерной ленте выбираются породоотборщиками, зольность добываемого угля по шахтам довольно высокая. Для снижения зольности угля производится его обогащение на обогатительных фабриках.

В основном породы кровли и почвы пластов устойчивы, однако имеются глинистые прослои в кровле или оставляемом межслоевом целике, которые очень неустойчивы и легко обрушаются.

В настоящее время на Черемховском месторождении, где сосредоточена основная добыча угля открытым способом в Иркутском бассейне, применяются следующие системы разработок: транспортная, комбинированная, усложненная бестранспортная и простая бестранспортная.

Высота уступов для различных систем разработок различна. Так, для транспортной системы с погрузкой пород вскрыши в думкары экскаваторами СЭ-3 (Ново-Гришевский разрез) высота уступа составляет от 8 до 15 м. При комбинированной системе разработки экскаваторами ЭТЛ-15 и ЭШ 20/65, когда верхний уступ разрабатывается по транспортной системе, а нижний — по бестранспортной (Храмцовский разрез 1—2), высота уступа составляет 10—12 м. И, наконец, при простой бестранспортной системе с использованием экскаваторов типа ЭШ-14/75 (Храмцовский разрез 3), высота уступа изменяется от 12 до 16 м и в среднем составляет 14 м.

На остальных месторождениях угля, пригодных для открытых разработок и имеющих близкие горнотехнические условия с Черемховским, перечисленные системы разработок также применимы. При этом необходимо, вероятно, ориентироваться на экскаваторы-драгляйны с ковшами емкостью 10—30 м3 и длиной стрелы 50—100 м, которые пригодны при разработках бестранспортной системой, при мощности вскрыши до 40— 45 м. В настоящее время на Черемховском месторождении применяются наиболее крупные в бывш. СССР драгляйны типа ЭШ-14/75, ЭШ-15/90.

Перед экскавацией пород вскрыши требуется, как правило, их рыхление буровзрывными работами. С этой целью обычно проходят скважины станками БУ-2 /20, а при наличии мерзлых грунтов — станками вращательного бурения.

Выемка угля осуществляется на всю мощность пласта с последующим обогащением угля на обогатительных фабриках. Частично применяется селективная выемка угольных пачек и породных прослоев (Восточный и Южный разрезы), которая производится экскаваторами СЭ-3.

Опыт карьерной разработки Черемховского месторождения показывает, что при селективной выемке одновременно с углем добывается и транспортируется на обогатительную фабрику 20—25% породы (Южный, Северный, Восточный карьеры), а при выемке на полную мощность значительно больше (до 40%). Поскольку все мощные пласты бассейна имеют сложное строение, необходимо учитывать применение специальных экскаваторов для селективной выемки.

На Азейском месторождении намечается построить два мощных карьера производительностью 6 млн. т и 2 млн т. в год. Эксплуатационные работы можно вести простой бестранспортной системой разработки без рыхления пород буровзрывными работами в летнее время.

На Новометелкинском месторождении, где мощные пласты выходят под наносы, их разработка может производиться открытым способом, несмотря на довольно крутое падение (до 25—30°). При коэффициенте вскрыши 6 м3/т здесь может быть отработано около 120 млн. та угля. Система разработки транспортная. Породы вскрыши требуют предварительного рыхления буровзрывными работами. Возможная мощность карьера 1,2—3 млн. те в год.

На Каранцайском месторождении, содержащем основные запасы Иркутского бассейна, пригодные для открытых работ, возможно строительство нескольких крупных карьеров общей производственной мощностью более 10 млн. те. Коэффициент вскрыши в основном изменяется от 2 до 10 м3/т.

Для шахтного строительства в пределах Иркутского бассейна имеется очень много месторождений и участков, но, учитывая более низкие экономические показатели, ведение подземных работ в настоящее время считается нецелесообразным. Работающие в бассейне шахты постепенно консервируются или переводятся на открытый способ разработки.

Водообильность действующих шахт в Иркутском бассейне, установленная по результатам многолетних наблюдений, небольшая и не превышает 250—300 м3 /час. Наибольшие водопритоки имеют место в первый период их существования; в процессе эксплуатационных работ и дренажа шахтного поля обводненность горных выработок резко снижается.

Следует отметить малую эффективность сброса шахтных вод на поверхность, так как они в значительной степени фильтруются через угленосную толщу и снова возвращаются в горные выработки. В последние годы в порядке эксперимента осуществлен спуск шахтных вод (шахта 10/16 и др.) в кембрийские отложения (закарстованные участки); вероятно, это более эффективный способ. При этом следует обратить внимание на возможность загрязнения кембрийских подземных вод, являющихся в отдельных районах источниками водоснабжения.

Карстовые явления довольно широко развиты в пределах юго-восточной и центральной частей бассейна, на месте залегания подстилающих юрские отложения доломитизированных известняков, хорошо поддающихся выщелачиванию.

На Черемховском месторождении обнаружены два типа карстов: древний — погребенный и современный — глубинный (шахты им. С.М. Кирова, 10/16 и др.). Карст на шахтах проявляется в виде провалов угольных пластов; угли на этих участках превращаются в сажу или полностью уничтожены. Этот вид нарушений приводит к порче шахтных полей и усложняет ведение горных работ.

На ряде шахт Черемховского месторождения были проведены исследования по определению содержания во вмещающих породах и в породных прослойках свободной двуокиси кремния. В результате этих исследований установлено, что содержание свободной двуокиси кремния в различных породах различно. Наибольшее количество ее (31,0—47,2%) зафиксировано в брекчиях (кремнистых). Повышенным содержанием кремнекислоты обладают среднезернистые песчаники (15,7—40,8%). В других литологических разностях пород содержание свободной кремнекислоты изменяется в следующих пределах (в %):

Таким образом, по содержанию свободной кремнекислоты шахты Черемховского месторождения относятся к силикозоопасным.

На ряде месторождений Иркутского бассейна в процессе геологоразведочных работ были отмечены явления плывучести пород (Каранцайское месторождение). Плывунными свойствами обладает толща рыхлых мелкозернистых песков, супесей и суглинков. Однако ввиду ограниченности их распространения и способности легко отдавать воду плывуны не вызовут существенного осложнения при выведении вскрышных работ. В зимних условиях разработка плывунов может осуществляться с проморозкой, что значительно упростит их проходку.

На шахтах Черемховского месторождения отмечается особая взрывоопасность угольной пыли (при значительном содержании летучих в угле), вследствие чего они относятся к опасным по ныли.

Природная склонность к самовозгоранию, а также наличие ряда недостатков в складировании угля и ведении горных работ (режим проветривания, отсутствие барьерных целиков в ранее отработанных участках и др.) приводят к возникновению подземных пожаров и самовозгоранию штабелей угля на складах.

Выделения метана в угольных шахтах не отмечалось. Выделения метана (?) из отдельных скважин, пройденных в районе Прииркутской впадины, требует проверки и скорее всего связаны с поступлением этого газа из кембрийских нефтеносных пород.

Поскольку на других месторождениях Иркутского бассейна эксплуатационных работ в настоящее время не проводится, говорить о наличии там всех вышеперечисленных факторов можно лишь предположительно. Однако, учитывая аналогичное качество углей, инженерно-геологические и другие условия, можно предполагать, что они будут близкими к условиям Черемховского месторождения.

Источник

Разработка угольных шахт и бассейнов

К основным задачам, которые ставятся перед угольной промышленностью, относится добыча и первичная переработка (обогащение) каменного и бурого угля. Угледобыча самая крупная из всех отраслей входящих в топливную промышленность по количеству персонала и стоимости основных фондов. Такой субъект Российской Федерации, как Кемеровская область своим экономическим потенциалом во многом обязан угольной промышленности.

Угольные бассейны России

На территории России находятся залежи различных видов угля — бурого, каменного и антрацита. Российская Федерация занимает одно из лидирующих мест в мире по количеству каменного топлива в недрах. Суммарное количество угля составляет 6421 миллиардов тонн, 5334 миллиарда тонн из них кондиционные.

Количество каменного угля в общих запасах более 60% от числа всех запасов. Технологическое топливо — коксующийся уголь — занимает 10% в общем объеме запасов, 3,6% валового продукта приходится на долю продукции угледобычи в ТЭК, а в общем объеме ВВП России на эту отрасль приходится около одного процента.

Если рассмотреть карту России, то более 90% залежей находится на востоке страны, в основном в Сибири. Если сравнивать объёмы добычи то наиболее значимыми для страны месторождениями можно назвать Кузнецкое, Канско-Ачинское, Тунгусское, Печорское и Иркутско-Черемховское месторождения.

Добыча угля в России

В мире, по объемам добытого угля Россия занимает, пятое место (впереди Китай, Соединенные Штаты Америки, Австралия и индия), 75% добытого топлива, применяется энергетиками при производстве тепловой и электрической энергии, 25% используется для нужд металлургической и химической промышленности.

Экспортируется небольшой процент от общей добычи. Основными рынками экспорта являются Япония и Республика Корея.

В России основным является открытый метод добычи – 75% от общего объема. Применение открытого метода обусловлено небольшой глубиной залегания. Для применения такого способа добычи нужно снять верхние слои почвы. Для вскрытия используются бульдозеры, скреперы, роторные экскаваторы, драглайны.

Потом дробится порода. Для дробления используют водяные пушки, дробилки, иногда применяются буровзрывные методы отбойки угля. Добыча таким способом занимает довольно большую площадь территории.

Добыча угля открытым способом имеет следующие положительные стороны:

Шахтная добыча угля

• добыча единицы продукции происходит за небольшой интервал времени;
• низкая себестоимость;
• относительная безопасность;

Уголь, добытый открытым методом, содержит большой процент примесей.

Шахтная добыча более затратная. Применение обусловлено залеганием пластов полезной породы на большой глубине. Обустройство шахт требует больших капитальных затрат как в финансовом плане, так и во временном. При добыче угля в шахтах имеет место большая доля ручного труда. Глубина некоторых шахт достигает одного километра.

Добыча угля наружным методом

• высокое качество добытого сырья;
• меньше воздействие на окружающую среду;

• самый небезопасный способ добычи;
• необходимы серьёзные финансовые вложения.

Крупнейшие месторождения России

Кузбасс

Кузнецкий угольный бассейн, сокращённо Кузбасс – наиболее крупное месторождение по запасам угля на территории РФ, и крупнейшее в мире. Оно расположено на Западе Сибири.

Основная часть территории бассейна находится в Кемеровской области. На долю Кузбасса приходится добыча 56% процентов каменного и около 80% коксующегося угля, добытого в РФ, в общей сумме двести миллионов тонн в год.

В Кузнецком бассейне угли, по своему качеству разные. Уголь с более высоким качеством залегает глубже, а чем ближе к поверхности увеличивается зольность и влажность угля. Большие расстояния от главных потребителей топлива – центральной части страны, Камчатки и Сахалина, является основным недостатком. Добыча ведется открытым методом.

Канско-Ачинский бассейн

Этот бассейн расположен в центральной Сибири. Основной вид добываемого угля – бурые угли, широко применяемые в энергетике, Добывается открытым способом.

Канско-Ачинский угольный бассейн — находится на территории Красноярского края, частично Кемеровской и Иркутской областей РСФСР

Количество угольных запасов составляет 638 миллиарда тонн, используется топливо местными электростанциями для генерации электроэнергии и тепловой энергии. Значительная часть добытого ископаемого применяется на ТЭЦ Иркутской энергетической системы. Самыми крупными потребителями Канско-Ачинских углей являются ТЭЦ, расположенные в городах:

Немаловажное значение для бассейна играет наличие транссибирской железнодорожной магистрали, по которой осуществляется транспортировка угля, как в западном направлении страны (для нужд Рязанской ГРЭС), так и на Дальний Восток.

Тунгусский бассейн

Самые крупные месторождения угля

Тунгусский бассейн, лидирующий в России, и входит в число крупнейших угольных бассейнов мира. Его площадь составляет примерно один миллион квадратных километров. Количество угля в недрах составляет примерно два миллиарда тонн, причем 95% из них каменные. Такое количество угля способно обеспечить все мировые потребности сроком на пятьсот лет.

В связи с отсутствием подъездных путей и удаленностью от промышленных центров на полную мощность не эксплуатируется. Основным потребителем угля является субъект РФ Красноярский край.

Печорский угольный бассейн

Располагается на западном склоне кряжа Пай-Хой. Административно расположен в Ненецком автономном округе и Республике Коми.

В недрах бассейна преимущественно находятся коксующиеся угли высокого качества. Добыча ведется с применением шахтного метода.

Ежегодная добыча 12,6 миллиона тонн угля, что равняется 4% от всего количества угля, добываемого в России. Череповецкий металлургический завод является самым крупным потребителем.

Иркутско–черемховский бассейн

Толщина пластов от одного до десяти метров. Большие расстояния от крупных потребителей не позволяет использовать добываемый уголь, кроме как на местных электростанциях. Для добычи топлива применяется открытый способ.

Влияние на экологию

Природа проблем воздействия на окружающую среду угледобывающей сферой в основном связана с проведением горных работ. Особенно при открытой добыче угля. При проведении взрывных работ в небо подымаются тонны пыли, и разносятся ветром на многие километры. Более пятидесяти процентов шахт по добычи угля относятся к категории взрывоопасных, также высока опасность самовозгорания угольной пыли.

При проведении взрывных работ в небо подымаются тонны пыли, и разносятся ветром на многие километры

При проведении работ под землей существует большая вероятность оседания земли, которую возможно предотвратить. При проведении добычи полезных ископаемых, пустоты, образующиеся под землей, необходимо заполнять, не имеющей ценности породой или другими материалами.

Многие страны мира уже успешно применяют эту технологию. В первую очередь в тех странах, где приняты нормативы, и программы по рекультивации территорий, на которых проводились горные работы.

Каждый субъект хозяйствования при добыче каменного топлива должен выполнять требования техники безопасности принятые в добывающей отрасли. Пренебрежение этими правилами может привести к очень опасным последствиям:

• при добыче возможны изменения ландшафта;
• развитие эрозии почвы, связанное с оседанием поверхности земли, нарушается почвенный покров;
• происходит ухудшение качества воздуха и воды;
• в результате подземной добычи угля происходят выбросы метана;
• подземные пожары;
• самовозгорания в отвалах;
• осыпание откосов;

Для минимизации экологических последствий каждый субъект хозяйственной деятельности, занимающийся добычей и переработкой угля должен внести свой вклад в решение данной проблемы.

Видео: Уголь. Современная добыча угля!

Источник