Модернизация Ангренского уральского разреза (Республики Узбекистан)

АННОТАЦИЯ. Рассмотрены технологические проблемы Ангренского разреза. Предложены варианты совершенствования технологических решений по реконструкции, использования современного горно-транспортного оборудования.

Узбекистан располагает разведанными запасами угля в количестве 1900 млн. т., в том числе: бурого - 1853 млн. т, каменного - 47 млн. т. Прогнозные ресурсы составляют свыше 5,7 млрд. т. угля.

С целью укрепления топливной независимости Узбекистана правительство республики в 2002 году приняло программу развития угольной промышленности. Основным фактором приоритетного развития угольной промышленности выступает необходимость замещения природного газа и нефтепродуктов при производстве электроэнергии за счет увеличения доли угля в структуре энергетического баланса Узбекистана.

Программой предусматривается:

• 3-этапный прирост добычи угля на Ангренском месторождении с 3 до 89 млн. т.;
• прирост добычи на участке Апартак с 0,2 до 1,5 млн. т.

Реализация программы позволит довести долю угля в структуре выработки электроэнергии до 80 процентов в 2015 году.

Достижение поставленных целей предусматривается за счет совершенствования горных работ и технологического транспорта на основе внедрения современной технологии с использованием высокопроизводительного оборудования.

Основное угледобывающее предприятие - Ангренский буроугольный разрез, который ежегодно дает около 80-90% добываемого в Узбекистане угля и в дальнейшем остается базовым поставщиком угля.

Ангренское буроугольное месторождение отличается сложными инженерно-геологическими условиями. Угольная залежь также имеет сложное строение и подразделяется на "Верхний" и "Мощный" комплексы.

"Верхний" комплекс средней мощностью 1530 м состоит из чередования сравнительно выдержанных угольных слоев и породных прослоев каолинового состава. Средний коэффициент угленосности около 0,5.

"Мощный" угольный комплекс подразделяется на площади с простым строением и "зону разубоживания", протянувшуюся полосой 400-900 м через всю часть площади разреза до участка "Апартак", и далее и представляет собой русло древней реки. Строение "Мощного" комплекса в этой зоне чрезвычайно сложное. Коэффициент угленосности колеблется от 0,7 до 0,4 и менее. Мощность 40-45 м.

На разрезе приняты комбинированные схемы разработки. На вскрыше - транспортная и бестранспортная, на добыче угля - транспортная. Вскрышные уступы отрабатываются с предварительным рыхлением буровзрывным способом с погрузкой породы на конвейерный, железнодорожный и автомобильный транспорт. Породы вывозятся на внешние и внутренние отвалы.

Для вскрытия пачек угля комплекса "Мощный" в зоне разубоживания применяется бестранспортная система разработки с непосредственным перемещением породы в выработанное пространство.

Разработка угля "Верхнего" комплекса и зоны разубоживания "Мощного" комплекса производится селективно с верхней погрузкой на транспортный горизонт.

Это позволяет снизить зольность добываемого угля. Отгрузка угля комплекса "Мощный" производится на конвейерный транспорт, с использованием скребковых перегружателей.

Основные проблемы разреза:
1. В верхней части борта расположен мощный горизонт обводненных галечников, что обусловливает значительный водоприток.
2. Наращивание добычи при отставании вскрышных -работ, в том числе и по обводненным горизонтам,
привело к нарушению системы водоотведения и поступлению воды на нижележащие уступы и добычную зону, что явилось причиной и оползневых явлений, и ухудшения условий работы горнотранспортного оборудования.
3. Отсутствие необходимого опережения фронта вскрышных работ обусловило ограничение объемов подготовленных и готовых к выемки запасов угля, что сдерживает наращивание объемов добычи.
4. Неустойчивые породы и отсутствие балластировочного материала не позволяют применять большегрузные автосамосвалы и ж/д транспорт большой грузоподъемности, и сдерживает повышение производительности цикличных технологических схем.

Учитывая горногеологические и горнотехнические условия разреза и необходимость достижения к 2015 г. добычи 6,4 млн. т. угля, а далее обеспечение роста добычи до 89 млн. т., ГК "Узбекуголь" была разработана программа развития горных работ на Ангренском разрезе. Основная идея программы - переход на конвейерный транспорт и применение цикличнопоточной технологии (ЦПТ).

На начальном этапе программой предусматривается концентрация горных работ в южной и юго-западной части разреза. На втором этапе - развитие работ и формирование ЦПТ во вскрышной зоне северного борта. На третьем этапе планируется концентрация добычных работ на северном борту и дальнейшее повышение объемов добычи с 6,4 до 7,5 млн. т. в год.

На втором и третьем этапах развития горных работ по северному борту предусматривается формирование технологических линий с использованием ЦПТ.

На первом этапе реконструкции усматривается формирование технологических линий:
   1. Технологическая линия № 1 - поточная, с применением роторного экскаватора, конвейерной системы, отвалообразователя.
   2. Технологическая линия № 2 - циклично-поточная, с применением личных экскаваторов, мобильных дробильных установок, перегружателей и конвейерной системы с отвалообразователем.
   3. Технологическая линия № 3 - поточная для отработки верхнего угольного комплекса, с применением роторного экскаватора и конвейерной системы.
   4. Технологическая линия № 4 - цилично-поточная, с применением существующего оборудования: роторного экскаватора, конвейерной системы и отвалообразователя.
   5. Технологическая линия № 5 - цикличная, с применением существующего оборудования для производства вскрышных работ, транспортировки породы ж/д транспортом во внешние отвалы.

Принятая стратегия - переход на циклично-поточную технологию позволяет решить ряд проблем, но имеет низкую надежность и высокий риск недостижения запланированных результатов.

Так, срыв сроков реализации программы может быть уже на первом этапе. Планируется увеличить объемы вскрышных работ до 44,2 млн. м³, объемы добычи - до 6,4 млн. т.

Проектные показатели объемов горных работ на первом этапе реконструкции

Развитие горных работ с целью формирования рабочих площадок для циклично-поточной технологии с одновременным наращиванием объема добычи угля приведет к пиковым объемам вскрышных работ в первые годы реализации программы реконструкции разреза.

Выполнить такие объемы горных работ возможно при удельной производительности экскаватора на уровне 450-480 тыс. м³/м³. Примеров такой производительности пока не имеется. Следовательно, высок риск невыполнения принятой программы развития горных работ по повышению объемов добычи угля до 6,4 млн. т. в год к 2015 г.

При этом высока вероятность снижения производительности остальных вскрышных комплексов, которая также является завышенной. Так, производительность экскаватора с емкостью ковша 5 м³, принятая проектом на уровне 2,3 млн. м³/год, не может быть достигнута при существующей организации работ.

Таким образом, реализация запланированной программы первого этапа реконструкции наиболее реально позволит обеспечить объем добычи угля только 4500-4800 тыс. т/год, и не ранее 2015 года. Следовательно, реализация 2-го и 3-го этапов перенесется в недопустимо далекую перспективу.

Варианты предельной добычи угля при различной производительности экскаваторов на ЦПТ

Авторами предлагается другая концепция развития горных работ, основывающаяся на двух положениях:
   1. Ускоренное вовлечение в отработку запасов северного борта.
   2. Создание условий, обеспечивающих относительную независимость вскрышных и добычных работ. Для реализации концепции развитие вскрышных работ по северному борту предлагается разделить на два направления.

Первое. Параллельно с развитием части борта производить интенсивное вскрытие запасов угля в северной части, что позволит обеспечить выход на заданные программой развития Ангренского разреза объемы добычи угля.
Второе. Интенсивное развитие горных работ на верхних обводненных горизонтах с целью формирования системы водоотведения и повышения устойчивости уступов борта в центральной части по высоте борта.

Для обеспечения требуемой интенсивности вскрышных работ необходимо предусматривать использование высокопроизводительного оборудования: экскаваторы с увеличенной емкостью ковша, погрузчики, обычные или подвесные конвейеры. Интенсивная подготовка запасов на сокращенном фронте северного борта в сочетании с использованием высокопроизводительных комплексов обеспечит:

1. Подготовку запасов угля и протяженность добычного фронта, необходимого для достижения за 34 года объемов добычи на уровне 6500-7000 тыс.т/год и более.
2. Снижение зависимости вскрышных и добычных работ, так как создаются две автономные вскрышные зоны и автономная добычная зона.

Одна из схем предлагаемого порядка развития горных работ по северному борту может выглядеть следующим образом:
   1.Вскрышные работы ведутся участками. Размеры участков по фронту до 500 м и по высоте до 45 м (слоями по 3 уступа). Опыт ведения работ с высокими уступами на Ангренском разрезе имеется.

Объемы работ по предлагаемому варианту развития северного борта

   2. Для каждого слоя создается концентрационный горизонт с организацией на нем поточной технологии.
   3. Вскрышные породы экскавируются на концентрационный горизонт. Желательно на этой операции использование мехлопат с удлиненным оборудованием.
   4. На концентрационном горизонте вскрышные породы отгружаются в передвижную дробилку и далее транспортируются на отвал. В качестве погрузочного оборудования возможно применение погрузчиков или роторного экскаватора.
   5. Транспортирование вскрышных пород осуществляется с использованием конвейерного транспорта. Конвейер может укладываться по принятой проектом схеме или использоваться подвесной конвейер с укладкой через выработанное пространство. Длина пролета подвесного конвейера может доходить до 1,0 км.

В этой схеме два преимущества:
   1. При экскавации вскрыши на концентрационный горизонт, производительность мехлопаты в 10-3,0 раза выше по сравнению погрузкой в средства транспорта.
При использовании экскаватора с емкостью ковша 1020 м³ объем подготавливаемой гонной массы может составить 510 млн м³/год. Например. на разрезе Лучегорский фактически достигнутая производительность экскаватора ЭКГ4У составила 1900 тыс. м³/год.
   2. Применение подвесного конвейера сокращает протяженность конвейерных линий и объем горно-капитальных работ, а также повышается надежность комплекта механизации. Это решение отличается и минимальными эксплуатационными затратами.

Отработка вскрыши над угольными пластами возможна как по существующей технологии, так и с использованием экскаваторов типа ЭШ с переэкскавацией вскрышных пород.

С целью повышения эффективности добычных работ целесообразно проработать вариант применения гидравлических экскаваторов. Такое предложение обусловлено тем, что использование экскаваторов типа мехлопата для добычи угля, приводит либо к снижению производительности при послойной отработке уступов, либо к дополнительным потерям угля в треугольниках, что составляет 30% всех эксплуатационных потерь. Кроме того, мехлопаты функционально не приспособлены для выполнения вспомогательных работ (строительство зумпфов и канав, зачистка площадок, проходка съездов и т.п.).

Применение гидравлических экскаваторов и, в особенности, обратных лопат имеет ряд технологических преимуществ. Решающим из них является дополнительная степень свободы ковша, которая обусловливает возможность его горизонтального перемещения и внедрения в забой, что существенно расширяет рабочую зону.

При использовании гидравлического экскаватора также ликвидируются следующие виды потерь:
   1. В треугольнике при создании горизонтальной площадки для экскаватора.
   2. Потери в почве пласта у борта уступа, от непрочерпывания забоя.

Технологические и эксплуатационные преимущества гидравлического экскаватора по сравнению с традиционными механическими лопатами:

•  уменьшение массы машины (металлоемкости) в 1,8-2,2 раза;
•  увеличение в 1,3-1,5 раза усилий копания на зубьях ковша при прямолинейном его движении;
•  снижение (до 30%) износа зубьев и режущей кромки ковшей, отсутствие затрат и простоев, связан заменой канатов;
•  Возможность выполнения вспомогательных работ по зачистке подошвы уступа и уборке просыпей самим экскаватором.

Технологическая возможность подготовки поверхности рабочей площадки гидравлическим экскаватором, позволяет сократить количество бульдозеров, используемых для зачистки подъезда к экскаватору. Учитывая, что цена тяжелых бульдозеров соизмерима со стоимостью средних экскаваторов, применение гидравлических экскаваторов позволит существенным образом изменить структуру вспомогательного оборудования и инфраструктуры по его обслуживанию.

Заключение

   1. Повышение надежности реализации программы развития угольной промышленности Республики Узбекистан требует пересмотра концепции развития горных работ на Ангренском разрезе. Концепция должна предусматривать ускоренное вовлечение в отработку запасов северного борта и создание условий, обеспечивающих относительную независимость вскрышных и добычных работ.
   2. Для углубленной технической и технологической проработки концепции требуется привлечение специализированных проектно-производственных организаций. Такой организацией может выступить альянс в составе ГП "ЗУМК" - "НТЦ-НИИОГР", который имеет опыт технологического проектирования, технического оснащения и реализации высокосложных проектов разработки месторождений полезных ископаемых.

Оригинал: Соколовский А.В., Пикалов В.А., Лапаев В.Н., Модернизация Ангренского угольного разреза (Респ. Узбекистан) // Рудник будущего. – 2010. – №3.