1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О РАЙОНЕ РАБОТ

Ярульская поисковая площадь, в которую входит Орловское месторождение, приурочена к территории Ирбейского и Рыбинского административных районов Красноярского края.

Рельеф площади равнинный, пологосклонный. Абсолютные отметки водораздельных пространств составляют 340-420м. Относительные превышения водоразделов над оврагами, логами и долинами рек и ручьев, как правило, не превышают 40-60м.

Речная сеть площади принадлежит р. Кан. К югу от лицензионной площади протекает незначительный ручей Орловка.

Климат района резко континентальный. По данным метеостанции г. Уяр среднегодовая температура составляет минус 1-2°С, абсолютный минимум температур минус 36-46°С, годовое количество осадков 375-584 мм, число дней с осадками 152-179.

В ландшафтном отношении район представляет собой лесостепную зону. Степные пространства перемежаются с березовыми, осиново-березовыми колками. Несколько больше кустарниковая и древесная растительность развита по прирусловым частям водотоков. Суммарно заселенность площади составляет не более 30-35%. Из кустарниковой растительности произрастают ольха, ива, жимолость, черная смородина.

Основное занятие населения - сельское хозяйство зерновой и животноводческой направленности. Район имеет хорошо развитую транспортную сеть. Электроснабжение региона осуществляется по ЛЭП 110 и ЛЭП 35 от системы Восточных электрических сетей. В южной части лицензионного участка с юго-востока на северо-запад проходит ЛЭП и автомобильная дорога.

В районе функционируют три угольных разреза - Бородинский, Переяславский и Ирбейский.

2. ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

2.1 Геологическое строение месторождения

В геологическом строении района принимают участие нижнекаменноугольные отложения, которые перекрываются с угловым и стратиграфическим несогласием юрскими угленосными терригенными породами. Последние перекрываются аллювиальными и элювиально-делювиальными четвертичными образованиями.

Орловское месторождение слагают породы бородинской свиты среднеюрского периода. Свита расчленена на две подсвиты: нижнебородинскую и среднебородинскую. В состав нижнебородинской подсвиды входят угольные пласты Мощный и Нижний. Вскрытая мощность подсвиты составляет 64 м. В литологическом составе ее 35,1% песчаников, 40, 5 % алевролитов и 24,4% углей.

Четвертичные отложения представлены суглинками и супесями мощность которых колеблется от первых метров до 25 м.

Объектом отбора крупнотоннажной пробы является пласт Мощный.

Пласт является основным рабочим пластом Орловского месторождения угля. Структурно пласт Мощный сохранился от эрозии только в приседельной части Ярульской мульды, в седле Орловской синклинали. Распространен пласт на площади 68,1 км2, в том числе на площади в 22,7 км2 он имеет вскрышу до 4,0 м/м и пригоден к открытой добыче карьером местного значения, на 14,8 км2. Линейный коэффициент вскрыши от 4,0 до 10 м/м. Мощность пласта на площади распространения от 0,9 м до 17,4 м. Мощность вскрыши изменяется от 6 до 10 м.

В контуре проектируемых работ мощность угольного пласта составляет 15 м.

У юго-восточной границы лицензионного участка (скв. 15) выделена зона горелых пород. Прочностные свойства вскрышных пород и углей не изучались.

2.2 Геологические запасы участка

Подсчет прогнозных ресурсов угля по завершению поисковой стадии выполнен по категориям P1 и Р2.

Прогнозные ресурсы категории P1 выделены в контурах, в пределах которых горногеологические условия позволяют вести добычу угля открытым способом карьерами местного значения применительно к конкретному опыту работ в Канско-Ачинском бассейне. Граничными параметрами подсчета прогнозных ресурсов категории Р1 приняты:

-минимальная мощность угольного пласта простого и сложного строения 2 метра;

-предельный линейный коэффициент вскрыши - 4,0 м/м.

Оценка ресурсов категории Р1 выполнена по буровым скважинам, вскрывшим угольный пласт, с опорой на граничные изолинии интерпретированные между скважинами. По всем скважинам выполнен комплекс ГИС, апробированный для угольных месторождений бассейна.

Подсчет ресурсов категории Р1 выполнен по углю с учетом 100% участия в засорении внутри пластовых прослоев "пустых" и углистых пород. Единственным исключением является скважина 72 по ПЛ 3,где из мощности пласта Мощного исключен прослой алевролита внутри пласта та мощностью 1,85 м, разделяющего пласт на две пачки. В подсчет запасов взята суммарная мощность двух пачек мощностью 15,55 м при геологической мощности пласта 17,40 м. При таком единственном исключении, по всем включенным в подсчет ресурсов зольность угля по скважине нигде не превышала 30%.

На Орловском месторождении выделены блоки 4Р1, 5-Р2 и 6-Р2. Блок 4Р1 опирается на скважины 4,70,5,73,72,15 и на изолинии ЛКВ=4,0 м/м и изомощность пласта 2,0 метра по его выходу под четвертичные отложения.

Граничными параметрами подсчета ресурсов категории Р2 являются ;

-минимальная мощность угольного пласта простого и сложного строения - 2,0 м;

-предельный линейный коэффициент вскрыши -10 м/м.

Оценка ресурсов категории Р2 также выполнена по буровым скважинам с комплексом ГИС. Изолинии граничных параметров проведены в подавляющем большинстве путем интерполяции данных между скважинами, редко методом ограниченной экстраполяции.

Блоки 5-Р2 и 6-Р2 оконтурены на Орловском месторождении по пласту Мощному. Линейный коэффициент равный 10 м/м, ограничивающий блоки, является суммарным для всей пачки рабочих пластов мощностью 2 м и более в пределах границы распространения пласта Мощного. При отсутствии пласта Мощного, как основного угольного пласта перспективного к добыче, линейный коэффициент вскрыши скачкообразно нарастает и становится намного более 10 м/м.

Результаты подсчета прогнозных ресурсов на Орловском месторождении приведены в табл. 1.1.

Таблица 2.1 - Подсчет прогнозных ресурсов

2.3 Качество угля

По петрографическому составу угли всех основных угольных пластов Ярульской площади относятся к гумолитам, классу гелитолитов, типу гелитов. Угли витринитовые, содержание витринита варьирует от 62% до 94%, составляя в среднем по всем пластам 77-78%,семивитринита от 3% до 15%, среднее 7-12%. Сумма фюзенизированных компонентов в углях варьирует от 4 до 36%,средние значения по всем пластам довольно стабильны 16-19%.Отражательная способность витринита в углях довольна одинакова и изменяется по аншлифам незначительно от 0,43% до 0,46%,средняя 0,45 -0,46%.

Отражательная способность углей определена по коллиниту в монохроматическом свете, в иммерсионном масле с использованием эталона ТФ-5 с отражательной способностью 0,58%.

По макроскопическому облику угли черные, плотные, полублестящие , блестящие, полуматовые, матовые. Черта темно-бурая. Минеральные включения в углях составляют небольшую долю (4-23%) и представлены глинистыми частицами, зернами кварца, пирита, обломками карбонатов .Пирит чаще всего заполняет микротрещины в угле, иногда замещает фюзенит.

В целом уголь всех пластов Ярульской поисковой площади, относится к марке бурый третий, витринитовый - ЗБВ. Уголь относительно низкозольный. Зольность на сухую массу варьирует по пластам от 10,93% до 12,42%,зольность угля со I00% участием в засорении всех внутрипластовых прослоев "пустых" и высокозольных пород от 16,11% до 18,95%. Угли обладают высокой теплотворной способностью. Рабочее топливо имеет теплотворную способность по пластам от 17,7 МДж/кг до 18,6 МДж/кг (4227-4455 ккал/кг). Угли низкосернистые с высоким содержанием летучих компонентов в горючей массе (46,5-49,1%).

Элементный состав угля довольно постоянен по пластам, однотипен. Содержание углерода в горючей массе угля составляет 74-75%, водорода 5,13-5,30%, азота 0,98-1,48%, кислорода I8,99-I9,72%.

Качественная характеристика углей пластов Мощного и Нижнего приведена в табл. 2.1.

Таблица 2.2 - Качественная характеристика углей пластов Мощного и Нижнего

Угли обладают низкой естественной радиоактивностью от 0,1 до 4 мкР/час.

2.4 Гидрогеологическая характеристика месторождения

В районе опоискованной площади выделены 5 водоносных комплексов:

подземные воды аллювиальных четвертичных отложений;

подземные воды элювиально-делювиальных четвертичных отложений;

подземные воды юрской угленосной формации;

подземные воды зон горелых пород;

подземные воды каменноугольных отложений.

В пределах лицензионной площади и на участке проектируемых работ основным является водоносный комплекс юрской угленосной формации, образуя единый водоносный горизонт с водами четвертичных отложений. В Ярульской мульде воды юрской формации пластовые, слабо напорные. Воды гидрокарбонатно-кальциевые с минерализацией 0,2-0,4 г/дм3. На водораздельных пространствах подземные воды юрской формации дренируются речной сетью.

Уровни подземных вод по данным поисковых работ колеблются от 6 до 9 м от дневной поверхности. Опытных откачек в пределах лицензионной площади не проводилось.

3. ГОРНАЯ ЧАСТЬ

3.1 Современное состояние горных работ

По состоянию на 2007 год, в соответствии с полученной лицензией на право пользования недрами на площади мульды, предусмотрено проведение комплекса геологоразведочных работ по поисково-оценочным, разведочным и добычным работам с целью утверждения запасов и обеспечения добычи угля на Орловском проявлении бурого угля. Учитывая большую потребность соседних районов в этих энергетических углях, пригодных для слоевого и пылевидного сжигания, а также для коммунально-бытовых нужд после завершения геологоразведочных работ и утверждения запасов в установленном порядке предусматривается строительство угледобывающего предприятия.

В соответствии с федеральным законом «О недрах» для получения результатов исследования по горно-геологическим и горнотехническим условиям при совмещенных геологоразведочных работах отбор крупнотоннажной пробы на опытно-промышленном участке позволяет ускорить получение физико-механических и технологических свойств пород и угля, необходимых при разведке и утверждении запасов угля.

Опыт проведения опытно-промышленных и исследовательских работ при разведке угольных месторождений Канско-Ачинского бассейна в 70-90 годы ХХ века показал положительные результаты (Березовское, Боровско-Соболевское, Боготольское, Козульское и другие месторождения).

Одновременно с бурением геологоразведочных скважин, выполняемых Ивановской ГРЭ, на 1-ом этапе, с помощью горного и транспортного оборудования, предусматривается проходка открытых горных выработок (траншеи) для отбора крупнотоннажной технологической пробы, с целью проведения полевых работ по изучению физико-механических свойств пород и исследования различных технологических свойств показателей качества угля на Орловском месторождении.

Производство работ при отборе крупнотоннажной пробы в количестве около 100 тыс.тонн на опытно-промышленном участке (ОПУ) «Орловский» позволит изучить следующие параметры:

1. Кусковатость угля раздельно в условиях зимней и летней экскаваторной добычи.

2. Осуществить опытное сжигание угля как на маломощных котельных установках Рыбинского и других соседних районов, так и на крупных ТЭС, ГРЭС. При этом будут определены основные характеристики угля как котельного топлива: возгораемость угля, устойчивость пламени при горении, весового и объемного выхода золы на весовую единицу угля, плавкость золы и ее шлакуемость, летучести золы, проблемы ручного и механического шлакоудаления.

3. Определить объемную массу угля в целике.

4. Выполнить опытное сжигание угля в бытовых условиях на нескольких пробах, при этом определить показатели по золообразованию, шлакованию колосников, возгораемости, устойчивости горения и теплоотдачу.

5. Изучить смерзаемость угля по различным фракциям.

6. Изучить транспортабельность угля при автомобильных и железнодорожных перевозках на различные расстояния в зимнее и летнее время.

7. Исследовать явления механического выветривания в условиях зимнего и летнего хранения.

8. Изучить физико-механические свойства вмещающих пород и угля.

3.2 Обоснование способа разработки и основные параметры карьера

Площадь опытно-промышленного участка «Орловский» располагается в пределах предварительного горного отвода. Залегание пласта субгоризонтальное (угол падения до 3є), качественные характеристики угля в контуре отбора пробы в центре разрезной траншеи должны быть стабильные. По условиям залегания рудного тела была принята разработка месторождения открытым способом.

Учитывая, что ведение горных работ предусмотрено на ограниченной площади разведки, для общей характеристики даются размеры только поля опытно промышленного участка (ОПУ).

Таблица 3.1 - Геотехнические показатели участка

3.3 Общий режим работы и производственная мощность участка

Режим работы ОПУ в 2007-2008гг. при выполнении добычных и вскрышных работ при отборе крупнотоннажной пробы представлен в таблице 3.2.

Таблица 3.2 - Режим работы на ОПУ

На вспомогательных и ремонтных работах режим работ предусмотрен в одну смену продолжительностью 8 часов.

Производительность карьера по руде - 200 тыс. т/год;

по вскрыше - 370 тыс. м3/год.

Производительность карьера по горной массе, тыс. м3:

Аг.м = Ав +Ад / = 200 + 370/1,25 = 662,5 тыс. м3 ,

где Ав - годовая производительность карьера по вскрыше, тыс. м3;

Ад - годовая производительность карьера по руде, тыс. т/год;

- плотность угля, т/м3.

3.4 Структура комплексной механизации

На ОПУ «Орловский» принят экскаваторно-отвальный комплекс оборудования, который включает в себя следующие звенья, соответствующие процессам, выполняемым горно-транспортным оборудованием (по В.В.Ржевскому) [2]:

Звено выемки и погрузки (ЗВП);

Звено цикличного транспорта (ЗЦТ);

Звено отвалообразования и складирования (ЗОС);

ЗВП влкючает в себя - экскаваторы ZX-330; ЗЦТ - автосамосвалы МАЗ-5516 и КамАЗ-55111; ЗОС - бульдозер Т - 170.

Структура звеньев комплекса - разветвлённая, способ взаимодействия через забой и отвал.

Организация движения автотранспорта на вскрыше и добыче по открытому циклу. В этом случае, за счёт уменьшения простоев увеличивается коэффициент использования и производительность экскаваторов, уменьшается число одновременно находящихся на линии машин, возможно регулирование загрузки экскаваторов.

Структура комплексной механизации на добыче показана на рис. 3.1, на вскрышных работах рис. 3.2.

3.5 Обоснование главных параметров карьера

На основе структуры комплексной механизации, используя данные, собранные на практике, взяв направление развития горных работ, выполняется геометрический анализ карьерных полей при сплошных системах разработки [3, стр.20].

Для каждого направления развития горных работ выделяется общее количества этапов разработки и принимается определенный интервал между смежными этапами. Фронт работ в пределах каждого этапа разделяется по длине на равные участки.

Единичные объемы вскрыши Vв и добычи Vд для каждого этапа:

,(3.1)

, (3.2)

где Hi и hi - соответственно среднее значение вскрыши и полезного ископаемого в пределах i-го участка, м.

На основе полученных данных выстраиваются поэтапные графики вскрыши и добычи (рис. 3.3).

Срок отработки каждого этапа по заданной производительности карьера, лет:

,(3.3)

где Qcpj - ордината поэтапного графика полезного ископаемого, замеренная в соответствующем масштабе в середине j - го этапа, м2;

lj - протяженность каждого этапа, м;

Ар - производительность карьера по добыче, м3/год.

Отстраиваются календарные графики режима добычных и вскрышных работ, вычисляются нарастающие объемы вскрыши и добычи, отстраиваются кумулятивные графики для всех вариантов и делается вывод о наилучшем.

Рисунок 3.3 - Поэтапные объемы вскрыши и добычи по направлению 1

Рисунок 3.4 - Поэтапные объемы вскрыши и добычи по направлению 2

Рисунок 3.5 - Поэтапные объемы вскрыши и добычи по направлению 3

Рисунок 3.6 - Кумулятивный график Vвск = f(P)

Исходя из графика представленного на рисунке 3.6, наилучшим вариантом развития горных работ. оказался вариант 1, так как ему соответствует низшее положение кривой VВ= f(VД), увеличение вскрышных работ равномерно, а значит прогнозируемо, и их увеличение отнесено на более поздний период

3.6 Вскрытие месторождения

Вскрытие и отработка месторождения осуществляется с применением автомобильного транспорта.

Исходя из того, что качественные характеристики угля в контуре участка отбора пробы должны быть представительными для всей мощности пласта, вскрывающие выработки (восточная въездная и разрезная траншеи) проходятся по нормали к разведочной линии 3 с опусканием до почвы угольного пласта в 460 м от скв. 72.

Автомобильный съезд в отметках 367 - 361м располагается на западном борту карьера.

Общая протяженность основного съезда с отметками 367м поверхности до гор. 341м равняется 132м, уклон съезда - 75% . По трассе съезда через каждые 60м по вертикали оставляются горизонтальные площадки длиной 20 м, предназначенные для примыкания забойных дорог.

Ширина основных транспортных съездов в карьере и внешней траншеи составляет 24 м и рассчитана на двухстороннее движение автосамосвалов МАЗ - 5516, грузоподъёмностью 16,5т.

Транспортная система разработки участка предопределяет бульдозерный способ отвалообразования. Складирование вскрышных пород производится во внешние отвалы, расположенные в выработанном пространстве карьера глиежей. В 2007 - 2008 годах планируется складирование вскрыши общим объёмом 371100мі.

3.7 Технология проведения траншей

месторождение уголь карьер

Производят расчёты технологических процессов при проходке траншей, обеспечивающих подготовку одного из горизонтов карьера. Разрезные траншеи проводят на каждом уступе с тем, чтобы создать первоначальный фронт горных работ. Планомерную отработку уступа начинают с разноса обоих бортов разрезной траншеи по направлению к границам горизонта. Разрезная траншея проводится по залежи полезного ископаемого. Углы откосов бортов разрезных траншей, равны углам откосов рабочих уступов (700-800).

Способ подготовки горизонтов: постепенная траншейная.

При тупиковой подаче автосамосвала минимальная ширина траншеи [4, стр.84-85]:

(3.4)

где минимальный радиус поворота автосамосвала, (МАЗ-5516 = 11м), м;

ширина кузова автосамосвала, м;

зазор между кузовом и бортом траншеи, м ();

длина автосамосвала, м.

Объём работ по разносу бортов траншеи [3, стр. 98] (только вместо Lр подставляют длину участка траншеи, равную сумме длин экскаваторного блока и опережения траншеи):

м3(3.5)

где l1 - разнос борта в направлении углубки для создания необходимого опережения работ, м;

l2 - разнос борта в противоположном направлении, м:

(3.6)

(3.7)

Общая ширина рабочей площадки равна:

(3.8)

Время, затрачиваемое на разнос бортов:

(3.9)

где nэ - количество экскаваторов, занятых на разносе борта, ед.;

Qэ.г. - годовая производительность экскаватора, м3.

Рассчитать объёмы вскрывающей и разрезной траншеи [2, формулы (2.19), (2.31)]:

м3(3.10)

где объём вскрывающей траншеи, м3;

Н - глубина траншеи, м;

м3(3.11)

где объём разрезной траншеи, м3;

L - длина траншеи, м.

Определить время проходки вскрывающей и разрезной траншей:

года(3.12)

где и соответственно объём вскрывающей и разрезной траншей, м3;

з - коэффициент снижения производительности экскаватора при

проведении траншеи;

n - количество экскаваторов, занятых на проходке траншеи, ед.;

Qэ.i - годовая производительность экскаватора, м3.

Интервал времени между началом траншейной подготовки смежных горизонтов составляет:

года (3.13)

Определяется величина годового подвигания фронта работ:

(3.14)

Годовое понижение горных работ:

м/год(3.15)

где угол откоса рабочего борта, град.;

Технически возможная производительность карьера:

т/год(3.16)

где горизонтальная мощность залежи, м;

коэффициент извлечения полезного ископаемого из недр

().

Полученная производительность сравнивается с производительностью карьера, способ постепенной траншейной подготовки горизонтов позволяет выполнить производительность карьера.

3.8 Система разработки

Средняя мощность угля на ОПУ «Орловский» составляет 15 м. Вскрышные породы представлены рыхлыми четвертичными отложениями (суглинок, супесь), коренными породами (песчаники, алевролиты, аргиллиты) мощностью до 10 м.

Вскрышные породы и уголь не требуют предварительного рыхления и отрабатываются прямой экскавацией.

При выполнении работ по отбору крупнотоннажной пробы и обеспечению устойчивости, на вскрышных и добычном уступах предусматривается транспортная система разработки.

Отвалообразование - внешнее, с использованием бульдозера на базе трактора Т-170.

При проходке траншей предусматривается использовать два гидравлических экскаватора типа ЭО-5126. Вывозка пород вскрыши производится автосамосвалами типа МАЗ-5516, грузоподъемностью16,5т.

Обслуживание экскаваторных забоев на вскрышных и добычных работах осуществляется бульдозером Т-170.

Минимальная ширина рабочих площадок на вскрышных и добычных работах - 30,2м.

3.9 Календарный план

Основной целью календарного планирования является уточнение ежегодно извлекаемых объёмов вскрышных пород и полезного ископаемого, определение порядка вскрытия и подготовки новых горизонтов.

Календарный план вскрышных и добычных работ приведен в таблице 3.1.

Таблица 3.4 - Календарный план вскрышных и добычных работ