Возможности развития открытой угледобычи на месторождениях Печорского бассейна

Дефицит угля в европейской части России, где сосредоточено более 60% его потребителей, составляет более 100 млн. т. в год, и покрывается, в основном поставками из Кузнецкого, Экибастузского и Карагандинского бассейнов [1]. Эту проблему, возможно, решить за счет разработки месторождений Печорского бассейна, второго в стране (после Кузнецкого) по запасам углей. Геологические запасы угля Печорского бассейна составляют около 340 млрд. т.

В настоящее время произведены разведка и раскройка на шахтные поля большинства месторождений бассейна. Однако, промышленного освоения месторождений не производится за исключением подземной угледобычи Воркутинского и Интинского районов. Причиной является низкая инвестиционная привлекательность строительства шахт.

Открытый способ угледобычи в Заполярье до сих пор не рассматривался как экономически целесообразный в связи со сложными горно-геологическими и природно-климатическими условиями. Вместе стал, кондиционные запасы угля в пластах мощностью 1,5-3,5 м на глубине до 100 м составляют порядка 3,3 млрд. т. [2]. Кроме того, имеются явные преимущества строительства угольных разрезов в сравнении со строительством шахт. При открытом способе добычи обеспечивается значительное повышение уровня безопасности ведения горных работ. При этом может быть достигнуто снижение инвестиционных вложений на 30-40%, а также сокращение срока ввода предприятия в эксплуатацию с пяти до полутора лет. Это предопределяет инвестиционную привлекательность проектов с открытой угледобычей.

В последнее десятилетие накоплен опыт проектирования и строительства разрезов, отрабатывающих участки месторождений Печорского бассейна со сложными горно-геологическими и природно-климатическими условиями Заполярья. С учетом этого опыта в настоящей работе рассмотрена целесообразность открытого способа угледобычи на Юньягинском, Верхнесыръягинском и Сейдинском месторождениях.

Первый проект строительства угольного разреза выполнен в 2000 г. [3]. Предусматривалась добыча угля из одиночных пластов с отработкой целиков угля открытым способом на закрывшейся шахте "Юнь-Яга". Основные проектные решения по строительству разреза заключались:
  - в выборе транспортной системы разработки с продольно-поперечным фронтом развития горных работ и внутренним отвалообразованием;
  - в конструкции карьерной выемки, формируемой системой внутренних съездов, расположенных на висячем борту разреза;
  - в способе отработки маломощных пластов наклонного залегания (экскаваторный, с применением бульдозеров рыхлителей);
  - в выборе системы осушения (стационарный водоотлив с устройством водоотводного котлована).

Производственная мощность разреза в 2001 г. Составила 140тыс. т. угля в год. В дальнейшем мощности разреза увеличивались: в 2003 г. - до 300 тыс. т.; в 2006 г. - до 500тыс. т. и в 2008 г. - до 600 тыс. т.

В 2005 г. на разрезе добыто более 400 тыс. т угля, что вполне сопоставимо с объемом добычи на ликвидированной шахте "Юнь-Яга". Производительность труда на разрезе в 6-7 раз выше, чем на шахте, а рентабельность добычи - самая высокая среди угледобывающих предприятий бассейна [4].

Юньягинское месторождение

Горно-геологические условия Юньягинекого месторождения характеризуются сложным строением горных пород. Уголь находится в свите маломощных пластов, наклонного и реже крутого падения. Сближенные пласты располагаются вдоль выходов под четвертичными отложениями на участках горных работ протяженностью свыше 12 км.

В 2006 г. выполнено технико-экономическое обоснование (ТЭО) постоянных кондиций [5]. Для пластов пологого и наклонного залегания (до 25°) кондиция по минимальной мощности разрабатываемого пласта составила 0,7 м. Технология добычи угля основана на раздельной, селективной выемке пластов с применением бульдозеров-рыхлителей.

Для пластов наклонного и крутого залегания (свыше 45°) кондиция по минимальной мощности разрабатываемого пласта составила один метр. Отработку породо-угольных уступов предложено проводить сплошной, экскаваторной выемкой составных частей массива, с применением гидравлических экскаваторов, в том числе с обратной лопатой на выемке угля.

На месторождении выделены четыре эксплуатационных участка с однородными горно-геологическими условиями отработки пластов.

Система разработки предусматривает применение автотранспортной технологии с продольно-поперечным фронтом горных работ и внутренним отвалообразованием. Границы карьера, его целесообразная глубина определены с учетом установленного технико-экономическими расчетами граничного коэффициента вскрыши. Горнотехнические показатели проекта добычи угля открытым способом представлены в табл. I

В расчетах "ТЭО кондиций..." глубина отработки составила 55 м, коэффициент вскрыши - 19 м³т. По сравнению с показателями проекта 2003 г.отработки одиночных пластов изменяются масштабы горных работ: глубина отработки увеличивается в полтора раза, коэффициент вскрыши возрастает почти в два раза Соответственно, мощность вскрышных экскаваторов увеличивается с 5 до 10 м³, что обеспечивает концентрацию горных работ при минимальной протяженности коммуникаций.

В итоге установлена целесообразность открытой добычи коксующихся углей из свиты маломощных пластов. Запасы угля составляют порядка 6,3 млн. т. Отрабатывать месторождение предусматривается одновременно на двух участках с общей производственной мощностью до 500тыс. т в год. Срок отработки - 14 лет.

Горно-технические показатели отработки участков горных работ Юньягинского и   Верхнесыръягинского месторождений

Верхнесыръягинское месторождение

Участок "Верхнесыръягинский" карьерного поля № 1 расположен в Хальмеръюскомугле-носном районе Печорского бассейна, в 25 км от промышленно освоенного Воркута некого месторождения каменного угля. Угли ценные, коксующихся марок. Горно-геологические условия месторождения характеризуются наличием четырех сближенных пластов угля мощностью 1,5-2,5 м. Пласты, выдержанные по мощности, в основном крутого залегания и значительной протяженности (свыше 10 км). Характерной особенностью месторождения является наличие по мощности четвертичных отложений, достигающих 35-40 м, что в целом предопределяет достаточно большую величину среднего коэффициента вскрыши.

В 2007 г. завершена разработка "Технико-экономического доклада (ТЭД) о промышленной ценности запасов участка "Верхнесыръягинский добычи угля открытым способом" [6], временные кондиции отработки участка утверждены ФГУ "ГКЗ".

На основании горно-геометрического анализа и технико-экономических расчетов с использованием многофакторной модели определения граничного коэффициента вскрыши установлена целесообразная глубина отработки пластов на выделенных эксплуатационных участках. Глубина отработки участков изменяется от 90 до 115 м при среднем расстоянии транспортирования вскрышных пород, не превышающем 1 км. Средний коэффициент вскрыши составил 29,1 м³/т.

Целесообразность принятого способа угледобычи обеспечивается при формировании технологической системы с продольно-поперечным направлением развития горных работ и внутренним отвалообразованием вскрышных пород. При этом массив горных пород разделен на две зоны, обеспечивающие отработку соответственно четвертичных отложений и породоугольной зоны.

Для первой зоны, характеризующейся значительной мощностью четвертичных отложений (35-40 м), выбор оборудования основывался на применении высокопроизводительных экс каваторно-автомобильных комплексов: гидравлических экскаваторов с емкостью ковша 23-25 м3 и автосамосвалов грузоподъемностью 180-200 т.

Отработку сложной угленасыщенной зоны, состоящей из 6-8 породоугольных частей, предполагалось проводить сплошной экскаваторной выемкой составных частей с применением универсального мобильного оборудования. На выемке вскрышных пород этой зоны предусматривалось использовать гидравлические экскаваторы, с емкостью ковша до 15 м³, на отработке угольных пластов - гидравлические экскаваторы типа "обратная лопата", с емкостью ковша до 1,5-2,0 м³. Основные горнотехнические показатели отработки участков Юньягинского и Верхнесыръягинского месторождений представлены в табл. 1.

Отработка промышленных запасов в объеме 6,5 млн. т. предполагалась при одновременной эксплуатации двух разрезов - "Северный" и "Южный" с общей производственной мощностью 500тыс. т. угля в год.

Участок Сейдинского месторождения

Участок Сейди некого месторождения расположен в северо-восточной части Печорского бассейна в 50-60км от Воркутинского месторождения. Горно-геологические условия характеризуются следующими данными: на месторождении имеются два угольных пласта пологого падения (1-3°), мощностью 5-7 м; пласты уходят наглубинусвыше500м, мощность наносов - свыше 60 м.

По качественным характеристикам угли Сейдинского месторождения являются энергетическими, марок "ДГ" и "Д". Угли малосернистые (S_dt= 1,3%), высокозольные (А_с = 32,3 и труднообогатимые.

В 2007г. завершена разработка "Технико-экономического доклада (ТЭД) о промышленной ценности запасов Сейдинского месторождения для открытой добычи угля" [7]. Несмотря на благоприятные горно-геологические условия (простое строение месторождения, выдержанные пласты и значительные запасы угля), имеются отрицательные факторы, приводящие к значительному удорожанию добычи. Высокая зольность угля предопределяет необходимость его обогащения. При значительной величине покрывающих наносов коэффициент вскрыши на месторождении составляет более 10 м³/т, что является очень высоким показателем для добычи энергетических углей открытым способом.

Экономическая целесообразность открытого способа угледобычи в таких условиях может быть обеспечена применением системы отработки, позволяющей минимизировать грузотранспортную работу. В ТЭД предполагается применение транспортной системы с продольно-поперечным направлением перемещения фронта работ и формированием внутренних отвалов. Конструктивные особенности проектируемого разреза позволяют организовать прямые заезды из рабочей зоны на ярусы отвала с достаточно коротким плечом откатки вскрышных пород (до 3 км). При таком порядке работ расстояние транспортировки вскрышных пород, а следовательно, и затраты на их транспортирование будут неизменными до конца отработки.

Горно-геологические и технические характеристики рассматриваемого участка месторождения следующие: запасы, целесообразные к отработке, составляют 103,9 млн.т; средний коэффициент вскрыши – 10,8 м³/т; максимальная глубина разреза – 124 м. Отработка запасов угля предусматривается одновременно на двух смежных участках, обеспечивающих суммарную производственную мощность на уровне 8 млн. т. рядового угля в год. Такой уровень добычи продиктован необходимостью быстрой окупаемости инвестиций и возможностями рынка сбыта продукции. Годовой объем вскрышных работ составит более 80 млн.м³ в год, что определяет необходимость использования мощных автомобильно-эксковаторных комплексов: экскаваторы с емкостью ковша 30-40 м³ и 200-250-тонных автосамосвалов. На добыче угля предполагается применить гидравлические экскаваторы типа «обратная лопата» с емкостью ковша 10-15 м³ в комплекте с автосамосвалами грузоподъемностью 55 т. Срок отработки участка составляет 15 лет, после чего возможен переход к открыто-подземному способу добычи.

Рациональная область применения систем с продольно - поперечным фронтом горных работ и внутренним отвалообразованием определяется соотношением проектируемых параметров - длины и ширины карьера, значение которого должно составлять не менее 4,5 единиц. При значениях этого отношения менее 4,5 единиц система разработки должна быть пересмотрена.

Таким образом, для месторождений Печорского бассейна впервые установлена целесообразность открытого способа угледобычи при отработке маломощных пластов коксующихся углей с коэффициентом вскрыши до 29,1 м³/т, а при отработке пласта высокозольного энергетического угля - с коэффициентом вскрыши 10,3 м³/т.

Экономическая целесообразность разработки участков горных работ обеспечивается за счет формирования автотранспортной технологии с продольно-поперечным направлением перемещения фронта работ и внутренним отвалообразованием.

Особенностью принятой системы является необходимость выполнения значительных объемов горных работ при скоростях подвигания фронта на отдельных участках свыше 400"м в год. Темпыподвигания фронта горных работ обусловливают применение мобильных экскаваторо-автомобильных комплексов - гидравлических экскаваторов с емкостью ковша 10,30 м³ и автосамосвалов, грузоподъемностью от 90 до 250т

Конструктивные параметры разработки обеспечивают минимальное расстояние транспортирования вскрышных пород, а следовательно, и минимальный уровень затрат на вскрышные работы, составляющие до 95% от себестоимости добычи угля.

При обосновании параметров и показателей проектов использован практический опыт эксплуатации Юньягинского угольного разреза, который осуществляет отработку маломощных угольных пластов в условиях Заполярья, обеспечивая высокую экономическую эффективность.

   Тхнико-эконоические показатели проектов по открытой добыче угля
                            на месторождениях Печорского бассейна

Оригинал: Соколовский А.В. Каплан А.В., Бортников В.П., Галеев Р.Р. Возможности развития открытой угледобычи на месторождениях Печорского бассейна//Уголь. – 2008. – № 11.