Геологическая характеристика месторождения участка 'Тешский'

Геологическая характеристика месторождения участка 'Тешский'

Введение

Участок «Тешский» расположен в Новокузнецком районе Кемеровской области Российской Федерации в пределах Калтанского каменноугольного месторождения на территории южной части Кондомского геолого-экономического района Кузбасса в границах геологических участков Чернокалтанских 1,2 и Тешских. Район хорошо освоен промышленностью такими предприятиями, как: филиалы "Калтанский угольный разрез", "Осинниковский угольный разрез" ОАО "УК "Кузбассразрезуголь" и "Шахта "Алардинская" ОАО "УК "Южкузбассуголь". Климат района резко континентальный, с продолжительной холодной зимой и жарким коротким летом. Отрицательные температуры достигают - 45,7 °С, летние +36 °С, среднегодовая +2,7 °С. Максимальная отметка основного водораздела +459,4 м, отметки второстепенных водоразделов, развитых в пределах участка, составляют 390-420 м. Господствующие направления ветров в районе юго-западное (52%) и южное (14%). Средняя скорость ветра этих направлений 4,4 м/сек.

кузбасс месторождение горный порода

1. Геологическая и горнотехническая характеристика месторождения

Район расположен на южной окраине бассейна и приурочен к стыку двух горных систем - Салаирского кряжа и Кузнецкого Алатау. Главным структурным элементом района является крупная Кондомская синклиналь, погружающаяся в северном направлении и представляющая собой южное крыло основного прогиба Кузбасса. Все складки имеют асимметричное строение. Складки, обращенные к востоку и юго-востоку всегда круче, объяснить это можно давлением со стороны Салаирского кряжа.

Все угольные пласты относительно выдержанны по мощности, имеют мощность от 0.7 до 13.5 м., углы падения угольных пластов изменяются от 15° до 53°.

.1 Характеристика полезного ископаемого

По петрографическому составу угли пластов представлены полублестящими и полуматовыми разновидностями с содержанием витринита до 56%. По отражательной способности витринита ≥ 1,65%, выходу летучих веществ ≤ 15,7 и отсутствию спекаемости, угли участка, в соответствии с ГОСТ 25543-88, относятся к энергетическим марки "Т". Стадия метаморфизма углей, согласно ГОСТ 21489-76 - IV-V и V.

Зольность чистых угольных пачек изменяется от 7,9% до 16,2% по средним значениям. Содержание серы в углях до 0,6%. Высшая теплота сгорания колеблется в пределах 8550÷8600 ккал/кг. Основными компонентами золы углей являются окислы кремния (SiO₂) - 40,18÷63,50% и алюминия (Al₂O₃) - 19,30÷38,16 %. Извлечение цветных металлов, редких и рассеянных элементов из углей участка промышленного интереса не представляет. По содержанию "малых" токсичных элементов угли безопасны для человека и окружающей среды.

1.2 Гидрогеологическая характеристика

Гидрогеологические условия участка "Тешского" определяются геоморфологическим строением местности, литологическим составом вмещающих пород, степенью их трещиноватости и нарушенности.

Участок расположен между двумя малыми реками - Черным Калтанчиком на севере и Малым Тешем на юге. Питание речек осуществляется за счет атмосферных осадков и подземных вод через борта долин. В среднем за год выпадает 650 мм осадков. Устойчивый снежный покров во время продолжительной зимы и обильные осенние дожди способствуют накоплению влаги и резкому увеличению водопритоков в весенне-осенний период.

Вместе с тем значительная расчленённость рельефа (относительное превышение достигает 150 м), крутизна склонов (30-40º) и наличие разветвленной гидросети обеспечивают быстрый сток талых и дождевых вод за пределы участка.

С северо-востока на юго-запад протекают левые притоки ручья Пасечного, а с юго-запада на северо-восток правые притоки речки Малый Теш. Расходы по ручьям изменяются от 0,14-2,3 до 2016 м³/час, в зимнее время мелкие ручьи перемерзают, а в летнее пересыхают.

По речке Малый Теш расходы изменяются от 36,0 до 43008 м³/час, по речке Черный Калтанчик от 1620 до 57600 м³/час, максимальные расходы приходятся на весеннее время.

Физико-географические условия участка препятствуют накоплению влаги и способствуют незначительной обводнённости пород.

Горнотехнические условия эксплуатации Чернокалтанского месторождения характеризуется следующими данными:

− все угольные пласты относительно выдержанны по мощности, имеют мощность от 0.7 до 13.5 м;

− углы падения угольных пластов изменяются от 15 до 53;

− объемный средний вес угля составляет 1.4 т/м³;

− объемный средний вес вскрышных пород составляет 2.5 т/м³.

2. Система разработки месторождения и вскрытие рабочих горизонтов

.1 Существующее состояние горных работ

Первоочередной блок участка осуществляется заездами по рельефу поверхности, вскрывающими нагорную часть; Северной (в районе I разведочной линии) и Восточной (в районе XXXI разведочной линий) въездными траншеями, переходящими в систему стационарных съездов в торцевых бортах блока и системой скользящих съездов в рабочею зону. А также проведены горно-капитальные работы по проведению пионерных разрезных траншей с целью создания необходимого нормативного количества готовых к выемке запасов угля, и обеспечить грузотранспортную связь рабочих забоев с внешним отвалом пород и дорогой для транспортировки угля.

Глубина отработки угля к настоящему времени составила: с восточной стороны до отметки +330 метров, с северной до отметки +310 м.

Выемка вскрышных пород осуществляется экскаватором ЭКГ-10 и ЭКГ-8И. На данный момент объём вскрышных пород составляет 3700 тыс. м3 из них 1784 тыс. м³ наносов.

Добычные работы ведутся экскаватором ЭКГ-5А, и составляют 156 тыс. т. Буровые работы производится буровым станком 3СБШ-200. Внешнее отвалообразование производится бульдозером Т-330. Электроснабжение потребителей участка «Тешский» происходит от ЛЭП 6 кВ, которая идет от ПС 35/6 кВ «Черно-Калтанская». Вскрышные породы и уголь вывозятся автосамосвалами: БелАЗ-7548А.

Рисунок 1 - экскаваторо ЭКГ-5А

Рисунок 2 - буровой станк 3СБШ-200

2.2 Порядок отработки поля участка

Исходя из особенностей горно-геологических условий разработки поля участка, величины принятой проектной мощности по добыче угля, требований рационального использования природных ресурсов, техническими решениями настоящего проекта в части порядка отработки поля участка предусматривается блочный порядок отработки, который предусматривает:

-        деление поля участка на блоки по простиранию;

-        последовательно-параллельную отработку блоков (спаренные блоки), обеспечивающую оптимальный режим горных работ (выравнивание текущего коэффициента вскрыши за счет маневрирования сроками ввода в эксплуатацию очередных блоков и интенсивностью их отработки);

         отработку первоочередного блока с размещением вскрышных пород во внешнем отвале, а следующих - с размещением вскрышных пород в выработанном пространстве смежного блока;

         обеспечение проектной мощности участка по добыче угля с вовлечением в отработку одного или двух смежных блоков.блок (протяженностью по простиранию: по поверхности - 1480 м, по дну - 650 м) имеет следующие границы в плане:

-        на севере - охранный целик от реки Черный Калтанчик;

-        на юге - 12 профиль.блок (протяженностью по простиранию - 600 м) имеет следующие границы:

-        на севере 12 профиль;

-        на юге 16-17 разведочная линия. блок (протяженностью по простиранию - 870 м) имеет следующие границы:

-        на севере-16-17 разведочная линия;

-        на юге- охранная зона р.Малый Теш.

.3 Вскрытие участка

Вскрытие рабочих горизонтов участка предусматривается следующей системой вскрывающих выработок:

нагорной части

-       системой полутраншей по рельефу поверхности;

-       глубинной части

-       траншеями внешнего заложения, пройденными на глубину равную мощности наносов;

-       системой скользящих съездов в рабочей зоне, переходящих в систему стационарных съездов на нерабочем борту по мере погашения уступов при достижении ими проектных границ отработки;

-       системой горизонтальных транспортных берм, встроенных в конструкцию западного нерабочего борта участка на горизонтах +190 м, +280 м, +370 м и обеспечивающих грузо-транспортную связь вскрышных забоев II-III, блока с отвальными ярусами внутреннего отвала пород.

Вскрытие первоочередного блока участка осуществляется заездами по рельефу поверхности, вскрывающими нагорную часть; Северной и Восточной въездными траншеями, переходящими в систему стационарных съездов в торцевых бортах блока и системой скользящих съездов в рабочей зоне.

Строительство заездов по рельефу поверхности, вскрывающими нагорную часть первоочередного блока, предусматривается, в основном, в строительный период до ввода участка в эксплуатацию.

Горно-капитальными работами предусматривается проведение пионерных разрезных траншей с целью создания необходимого нормативного количества готовых к выемке запасов угля, а также съездов, обеспечивающих на момент сдачи участка в эксплуатацию грузо-транспортную связь рабочих забоев с внешним отвалом пород и дорогой для транспортировки угля.

Общий объем горно-капитальных работ на сдачу участка в эксплуатацию составит 4450 тыс. м³.

Северная въездная траншея существует в течении всего срока работы участка и является, в основном, главной транспортной артерией для транспортировки добытого угля.

Восточная траншея и примыкающая к ней система съездов в торце, разделяющем блоки I и II, - полустационарные выработки со сроком службы равным сроку отработки первоочередного блока.

Для сокращения расстояния транспортирования в начальный период эксплуатации участка проектом предусматривается создание породной перемычки на поверхности в контурах блока II для прямого выезда с рабочих горизонтов +340 м и +370 м на соответствующие отвальные ярусы внешнего отвала +340 м +370 м. Уборка перемычки предусматривается в период - 16-20 год эксплуатации участка.

Уголь вывозится по углевозной дороге, которая примыкает к восточной въездной траншее. Часть углевозной дороги, которая проходит между внешним отвалом и техническими границами участка служит 3 года, а затем пересыпается отвалом. В последующие годы уголь вывозится по Северной въездной траншее, которая примыкает к углевозной дороге на севере участка.

2.4 Система разработки и ее параметры

Вскрышные породы участка "Тешский" представлены рыхлыми четвертичными отложениями, алевролитами, песчаниками и конгломератами.

Таблица 2.1 - Физико-механические свойства вскрышных пород и полезного ископаемого

Согласно физико-механическим свойствам вскрышные породы и уголь распределяются следующим образом по категориям трудности экскавации, буримости и взрываемости в таблице 2.1.

Учитывая опыт работы разреза "Калтанский", который является близлежащим угледобывающим предприятием, уголь добывается с применением БВР.

Вскрышные породы участка "Тешский" представлены:

·   рыхлыми четвертичными отложениями;

·   скальными породами, затронутыми выветриванием;

·   породами, не затронутыми выветриванием.

Глубина промерзания грунтов зависит от величины снежного покрова. В пониженных точках рельефа промерзание почвы незначительно, а иногда даже в суровую зиму почти полностью отсутствует (10-15 см), в то же время на водоразделах при наличии буранов, сдувающих снежный покров, промерзание в суровую зиму достигает величины 1.8-2.0 м, а иногда и более.

По среднегодовой величине осадков, равной 650 мм, месторождение относится к зоне умеренного увлажнения. Наибольшее количество осадков приходится на летний период.

Преобладающим направление ветра является юго-западное. Скорость ветра измеряется величиной 2.4-3.8 м/сек, но иногда достигает 25-30 м/сек.

Участок расположен между двумя малыми реками - Черным Калтанчиком на севере и Малым Тешем на юге. Питание речек осуществляется за счет атмосферных осадков и подземных вод через борта долин.

Физико-географические условия участка препятствуют накоплению влаги и способствуют незначительной обводнённости пород.

Участок расположен в пределах южного крыла Кузнецкого артезианского бассейна пластово-боковых вод с водоносным комплексом нижне-верхнепермских угленосно-терригенных отложений. В гидрогеологическом строении района принимают участие водоносные комплексы четвертичных образований и продуктивных отложений верхнебалахонской и кузнецкой подсерий.

Воды четвертичных отложений существенного влияния на формирование водопритоков не окажут. Водоносный комплекс коренных пород участка относится к кемеровской, усятской и старокузнецкой свитам.

Наибольшую обводнённость имеет зона интенсивного выветривания пород до глубины 100 м, менее обводнены породы до глубины 180 м, ниже 200 м породы практически не обводнены. Удельный дебит в интервале 10-80 м равен 0,1 л/сек, а в интервале 80-200 м - 0,05 л/сек. Повышенную обводнённость имеют коренные породы и в зонах тектонических нарушений. Удельные дебиты пород по нарушению Г-Г составили 0,10-0,19 л/сек, коэффициенты фильтрации 0,36-0,51 м³/сутки.

.5 Выбор системы разработки

Согласно заданию на проектирование, а так же с учетом горно-геологических условий разработки участка "Тешский" принята транспортная система разработки с применением экскаваторов-мехлопат ЭКГ-5а, ЭКГ-8, ЭКГ-12(14) в комплексе с автосамосвалами БалАЗ-7555, БелАЗ-75131.

Рисунок 3 - Экскаватор ЭКГ-12

Рисунок 4 - БалАЗ-7555

.6 Параметры системы разработки

При транспортной системе разработки с применением буровзрывных работ высота вскрышного уступа в соответствии с "Правилами безопасности при разработке угольных месторождений открытым способом" 2003 г.(пункт 50) допускается высота уступа до полуторной высоты черпания при условии разделения развала по высоте на подуступы или при проведении специальных мероприятий по безопасному обрушению козырьков и нависей.

Высота черпания экскаваторов ЭКГ-5а, ЭКГ-8и, ЭКГ-12 соответственно составляет-10.3 м, 12,5 м, 15 м.

Определяем параметры забоя принятых технологических схем. Ширина заходки при отработке развала взорванной горной массы мехлопатой ЭКГ-12 при погрузке на автомобильный транспорт. Определяем по формуле.

А = (1,5÷1,7) Rч.у. = 1,7 · 14,3 ≈ 24 м;

где А - ширина заходки, м;ч.у. - максимальный радиус черпания на уровне стояния, м.

Исходя из физико-механических свойств пород и их характеристик принима-ем рабочий угол откоса уступа 70 градусов устойчивый 60.

Ширину рабочей площадки и рассчитываем по формуле:

Шр.п.= В + С + Т + Пв + Z;

где Шр.п - ширина рабочей площадки, м;

В - ширина развала пород, м;

С - безопасное расстояние от нижней бровки развала до транспортной полосы, равной 1 м;

Т - ширина транспортной полосы, равна 17 м;

Пв - ширина площадки вспомогательного оборудования, равной 3 м; - ширина бермы безопасности, равной 3 м.

3. Подготовка горных пород к выемке

.1 Буровзрывные работы

Исходя из структурных и прочностных характеристик породного массива, принятой технологической схемы, высоты уступа, емкости ковша применяемого экскаватора, приняты следующие основные параметры БВР:

·диаметр скважинного заряда - 0,243 мм;

·удельный расход ВВ - 0,6÷0,5 кг/м³ - для коренных пород,

·удельный расход ВВ - 0,15кг/м³ - для угля.

При изменении удельного расхода ВВ в результате его уточнения сериями опытных взрывов, диаметра скважин, типа применяемого ВВ и т. п. технической службой разреза должен быть произведен пересчет элементов буровзрывных работ по указанной выше методике.

В соответствии с требованиями ЕПБ при взрывных работах, каждое предприятие, ведущее взрывные работы с применением массовых взрывов, должно иметь типовой проект производства буровзрывных работ, являющийся базовым документом для разработки проектов массовых взрывов, выполняемых в конкретных условиях

.2 Производство буровых работ

Для бурения крепких пород хорошо зарекомендовали себя станки шарошечного бурения отечественного производства 3СБШ-200Н-60, а так же рекомендуется к применению исходя из физико-механических свойств горных пород применение бурового станка DML-1200, который имеет, согласно техническим характеристикам, диаметр бурения 152,0÷270,0 мм. На угле принимается станок БТС-150.

Рисунок 5 - Буровой станок DML-1200

.3 Ассортимент ВВ, расширение области применения простейших ВВ

В настоящее время на разрезах Кузбасса применяются следующие взрывчатые вещества: граммонит 30/70, граммонит 79/21, в обводненных забоях применяется.порэмит. Средства взрывания применяются обычные: шнур ДШЭ-12, Реле РП-8 и электродетонаторы ЭД-1-8Т.

Рисунок 6-электродетонаторы ЭД-1-8Т

Для повышения безопасности и совершенствования организации и управления производством взрыва из новейших разработок можно рекомендовать к применению неэлектрическую систему инициирования СИНВ.

Система СИНВ разработана ФГУП "Научно-производственное предприятие "Краснознаменец", ГУП Новосибирский механический завод "Искра", и АОА "Нитро-Взрыв". Система допущена Госгортехнадзора РФ к постоянному применению разрешением №04-35/481от 28.07.98 для взрывных работ на земной поверхности и в подземных рудниках и угольных шахтах, где допущено применение непредохранительных ВВ II класса.

Система СИНВ - это отечественная неэлектрическая система инициирования повышенной безопасности на основе капсюль-детонатора, не содержащего инициирующих взрывчатых веществ и ударно-волновой трубки (УВТ).

Система СИНВ имеет следующие достоинства:

. высокий уровень управляемости массовыми взрывами, достигаемый за счет использования индивидуального взрывания каждого скважинного или шпурового заряда и широкого выбора времени замедления;

. отсутствие бокового энерговыделения у проводника инициирующего сигнала (УВТ), позволяющее исключить энергетические потери, связанные с возбуждением низкоскоростных процессов в скважинных зарядах или снижением их чувствительности и применять "донное инициирование скважинных зарядов;

. исключение возможности "обратного" инициирования, т. е. передачи инициирующего сигнала на поверхностную взрывную сеть от скважины (например, при возгорании скважины);

. высокая термостойкость, позволяющая взрывать заряды из горячельющихся взрывчатых веществ;

. повышенная мощность капсюлей детонаторов устройств СИНВ-С и СИНВ-Ш, обеспечивающих надежное иницинирование тротиловых шашек в обводненных условиях;

. низкий сейсмический эффект, обусловленный индивидуальным замедлением взрывания каждого заряда;

. слабая интенсивность воздушных ударных волн, обеспечиваемая незначительной массой взрывчатых материалов в УВТ (ударно-волновой трубке) и разновременностью срабатывания скважинных или шпуровых зарядов;

. нечуствительность к электрическим и электромагнитным воздействиям, позволяющая использовать механизированное заряжание шпуров и скважин гранулированным и порошкообразными и взрывчатыми веществами.

Эти достоинства системы позволяют существенно повысить эффективность и безопасность взрывных работ.

.4 Безопасные расстояния до охраняемых объектов при производстве взрывных работ

Расстояние r_разл., опасное для людей по разлету отдельных кусков породы при взрывании скважинных зарядов, рассчитанных на разрыхляющее (дробящее) действие, определяется по формуле:

где h_з - коэффициент заполнения скважины взрывчатым веществом;

_з - длина заряда в скважине, м;- длина скважины, м;- коэффициент крепости пород по профф. М.М. Протодъяконову;

h_заб - коэффициент заполнения скважины забойкой;

_заб - длина забойки, м;_н - длина свободной от заряда верхней части скважины, м;- диаметр взрываемой скважины, м;

а - расстояние между скважинами в ряду или между рядами, м;

b - угол наклона косогора к горизонту, град.

Принятое значение расстояния опасного для людей по разлету отдельных кусков породы при взрывании скважинных зарядов определено округлением в большую сторону расчетного значения до величины, кратной 50 м, r_разл.

4. Отвалообразование

.1 Общая характеристика отвальных работ

Согласно принятой системе отработки поля участка, вскрышные породы предусматривается вывозить во внешние и внутренние отвалы.

Общий объем породы, вывозимый автотранспортом на внешний и во внутренние отвалы, составит 389610 тыс. м³, из которых 193930 тыс. м³ на внешний отвал, 196900 тыс. м³ - во внутренние отвалы.

Внутренние отвалы формируется в выработанном пространстве отработанных блоков. При образовании внутреннего отвала в выработанном пространстве 1 блока одноименные ярусы внешнего и внутреннего отвалов сливаются.

Внешний отвал располагается к востоку от технической границы участка.

Внешний отвал формируется по отвальным ярусам +320 м, +340 м, +370 м, +400 м, +430 м, +460 м, +470 м, а внутренний отвал формируется на ярусах +190 м, +280 м, +370 м, +400 м.

Порядок формирования внешнего отвала настоящим проектом планируется согласно заключению ВНИМИ № 16/04 от 01.11.2004 г. СФ ВНИМИ.

В первую очередь отсыпка отвала производится на участках с меньшей высотой (на водоразделах и склонах оврагов), фронт отвалообразования следует располагать перпендикулярно оси тальвега лога. Ярусы +320 м, +340 м и частично ярус+370 м формируются в 1, 2, 3 годы эксплуатации.

В 4 году эксплуатации предприятия прекращает своё существование углевозная дорога, связывающая восточную въездную траншею с существующим угольным складом на промплощадке филиала "Калтанский угольный разрез". В 4-ом году эксплуатации засыпаем дорогу и заканчиваем формирование ярусов +320 м, +340 м, +370 м. Ярусы +400 м и +430 м формируются за период с 4 года эксплуатации по 10 год, соблюдая порядок формирования отвала, указанный в заключении ВНИМИ.

В период эксплуатации с 11 года по 17 годы формируются ярусы +460 м, +470 м.

В 17 году отрабатывается до конечной глубины 1 блок и в его выработанном пространстве формируется внутренний отвал, в который отсыпается 196900 тыс. м³ породы до отметки +400 м. На отметке яруса +400 внешний отвал смыкается с внутренним отвалом.

4.2 Устойчивость отвалов

Основание внешних отвалов представлено пологой поверхностью имеющей падение, как в сторону выработанного пространства, так и от него.

На основании заключения СФ ВНИМИ № 16/04 по параметрам бортов, уступов и отвалов в конечном контуре, обеспечивающих их устойчивость на участке "Тешском", отсыпка ярусов принята высотой 30 м при угле естественного откоса 35⁰

Параметры, обеспечивающие устойчивость внешних отвалов, приведены в таблице 4.1.

Таблица 4.1- Параметры, обеспечивающие устойчивость внешних отвалов

На конечном контуре угол откоса ярусов выполаживается с учетом требований технической рекультивации под углом 18-20⁰, чем обеспечивается дополнительная устойчивость всего отвала.

На основании рекомендаций, изложенных в выше приведенном заключении, высота ярусов внутренних отвалов достигает 90 м. Параметры внутренних отвалов с преобладанием скальных и полускальных пород приведены в таблице 4.2.

Таблица 4.2 - Параметры внутренних отвалов с преобладанием скальных и полускальных пород

Примечания:

. Под высотой отвала понимается вертикальное расстояние между верхней бровкой отвала и линией его основания;

. В таком основании должен отсутствовать прослоек угольной примазки;

. При возможном наличии прослоев этих пород или угольной примазки.