Технологические характеристики угольных месторождений и вмещающих пород.
- мощность пласта; -угол падения пласта; -форма и условия залегания пластов; - строение пластов; -свойства вмещающих пород; - глубина залегания; - газоносность пластов и месторождений; - склонность угля к самовозгоранию; горные удары; - обводненность месторождения.
Технологичность отработки запасов угольных месторождений.
Современная технология добычи угля основана на применении различных выемочных машин. При механизированной выемке угля в длинных очистных забоях различают технологические схемы с применением индивидуальных и механизированных крепей. Последние являются составной частью механизированных комплексов и агрегатов.
Очистным механизированным комплексом называют сочетание механизированной крепи, обычно очистного комбайна и забойного конвейера, увязанных между собой технологически. Кинематические связи между отдельными видами оборудования необязательны, хотя они могут быть. У механизированного комплекса возможна замена одного типа оборудования другим.
Очистной агрегат представляет собой сочетание механизированной крепи, обычно струга и забойного конвейера, связанных между собой не только технологически, но и кинематически. Наличие кинематической связи исключает замену одного типа оборудования другим. Очистные агрегаты являются совершенными средствами комплексной механизации очистных работ. Они позволяют осуществить комплексную автоматизацию технологического процесса очистной выемки.
|
|
|
В очистных забоях, оборудованных современными комбайнами с индивидуальной крепью, выполняются следующие процессы: выемка угля комбайном; возведение призабойной крепи вслед за выемкой; передвижка (переноска) забойного конвейера; возведение посадочной крепи и управление кровлей, выемка ниш (при отсутствии самозарубки комбайна в пласт). Такая технология многооперационная, отличается значительным объемом ручных работ по креплению очистного забоя и управлению кровлей.
Показатели технического уровня и уровня организации горных работ.
- производительность труда рабочего по добыче шахты, т/смену; - трудоемкость работ на 1000 т среднесуточной добычи; - число выходов рабочих по добыче 1000 м2 отрабатываемой в шахте площади пластов сутки;
-производственная мощность шахты т/сут (мил.т/год); -нагрузка на ОЗ, т/сут; -показатель концентрации горных работ, общее чисто ОЗ на 1000 т среднесуточной добычи; - показатель интенсификации горных работ, м2/ч;
- параметры систем вскрытия, подготовки и отработки шахтного поля ( протяженность и объем ГВ по вскрытию и подготовке ШП, на весь срок службы шахты и тд); - параметры систем вскрытия, подготовки и отработки выемочного участка ( протяженность и объем ГВ по вскрытию и подготовке ВУ, на весь срок и тд).
|
|
|
Основные принципы полноты и комплексности использования ресурсного потенциала месторождений.
#G0
Реструктуризация угольной промышленности,
проблемы комплексного освоения угольных месторождений
. Под комплексным промышленным освоением недр имеется в виду наиболее полное и экономическое использование всех видов сырьевых ресурсов недр на основе сочетания эффективных горных, обогатительных и иных технологий.
Ресурсы углей по своему вещественному составу, месту нахождения и возможным областям использования разнообразны. К ресурсам угольных месторождений относятся: уголь и содержащиеся в нем полезные компоненты, метан, колчедан, подземные воды, внутреннее тепло, отвалы некондиционной угольной смеси с породой, вскрышные породы и породы, вынутые при проходке горных выработок, отходы обогащения и сжигания углей и содержащихся в них компонентов - германия, других рассеянных и радиоактивных элементов, цветных и благородных металлов. Первые пять видов ресурсов угольных месторождений в комплексе составляют их минеральные недра, остальные виды минерального сырья - отходы их добычи, переработки и использования. Комплексное освоение месторождений требует достоверной геолого-экономической оценки попутно добываемых полезных ископаемых и компонентов, технологической, экологической и экономической оценки целесообразности организации извлечения попутных компонентов из отходов переработки углей. Для эффективного комплексного освоения угольных месторождений большое значение имеют качество, полнота и достоверность информации по всем параметрам разведываемых месторождений, используемых при разработке прогрессивного технического проекта их комплексного освоения.
|
|
|
Эффективное комплексное освоение месторождений требует достоверной оценки горнотехнических, инженерно-геологических и гидрогеологических условий их разработки, количества, качества и вещественного состава углей, информации о пространственном размещении, балансе распределения содержащихся в углях полезных и вредных компонентов по формам их нахождения, продуктам обогащения, коксования и сжигания углей, технологически, экологически и экономически обоснованной схемы обогащения и коксования углей. Комплексная оценка предусматривает количественную оценку метаноносности углей, пространственное распределение запасов метана в объеме продуктивных угольных пластов. Также требуется достаточно полный и достоверный анализ количества и качества вскрышных пород, их физико-механических свойств и соответствия требованиям ГОСТа. Хвосты обогащения углей, отходы их коксования и сжигания подлежат всестороннему исследованию с целью возможного их использования в народном хозяйстве. Не последнюю роль в эффективном комплексном освоении месторождений играет методика ценообразования на товарную продукцию как основную, так и попутно получаемую.
|
|
|
В настоящее время проблема комплексного освоения угольных месторождений решается медленно и в неполном объеме. Главная причина этого - недооценка проблемы в целом, неполный и недостоверный анализ попутных полезных ископаемых и компонентов в процессе разведки месторождений, несовершенство организации и технологии комплексной разработки месторождений и комплексного использования углей. По оценке экономистов, за счет комплексного освоения угольных месторождений и рационального использования попутно извлекаемых из недр вскрышных пород, метана, пирита и других компонентов можно повысить эффективность производства на 15 % и более, снизить потери как основных, так и попутных полезных ископаемых и компонентов, оздоровить экологическую обстановку в центрах угледобычи, организовать производство из отходов обогащения пористых заполнителей для легких бетонов, керамических стеновых материалов, дренажных труб, цемента и других вяжущих материалов. В процессе разведки и эксплуатации месторождения необходимо обеспечить квалифицированное, полное и достоверное изучение шахтных вод для их применения в хозяйственных целях и в качестве гидроминерального сырья для извлечения цветных, редких и благородных металлов.
Из изложенного следует, что рыночные отношения и различные формы собственности, новые источники финансирования геологоразведочных работ требуют разработки новой концепции комплексной оценки подготовленности угольных месторождений для комплексного промышленного их освоения на рациональной технологической, экологической и экономической основе. Детально разведывать следует лишь те месторождения, комплексная разработка которых эффективна и на их продукцию имеется конкретный потребитель.
В лицензии на право детальной разведки месторождений в обязательном порядке необходимо указывать задание, предусматривающее подготовку и экономическую (денежную) оценку потенциала месторождения (уголь и содержащиеся в нем полезные компоненты, вскрышные породы, золы, шлаки, пыли, подземные воды и др.) для комплексной разработки и комплексного использования сырья. Необходимо существенно улучшить полноту и достоверность изучения вещественного состава углей, баланса распределения и форм нахождения в них полезных и вредных компонентов, технологическое, экологическое и экономическое обоснование целесообразности их извлечения с применением прогрессивных ресурсосберегающих технологий.
Сопутствующие полезные ископаемые на угольных месторождениях
Экономический потенциал угольных месторождений определяется не только их главным полезным ископаемым, но и попутными полезными ископаемыми и компонентами, содержащимися в угле. Современные знания угольных месторождений позволяют выделить три группы попутных полезных ископаемых и компонентов: попутные полезные ископаемые, образующие самостоятельные пласты, залежи и рудные тела в породах, вмещающих полезное ископаемое; попутные компоненты, образующие собственные минералы, которые могут быть выделены при обогащении в самостоятельные концентраты или промпродукты; различного рода примеси в минералах основных и попутных компонентов.
Породы угленосных и перекрывающих их отложений весьма разнообразны по составу и возможным направлениям применения в хозяйственных целях. Наиболее распространены песчано-глинистые породы различного минералогического состава, а также карбонатные породы. Пески широко используются в качестве наполнителей в тяжелых бетонах, строительных растворах, для производства силикатного кирпича, асфальтобетона. Кварцевые пески применяются в литейном производстве, а также в стекольной и фарфорофаянсовой промышленности (Чалпан-Бейское, Вознесенское и другие месторождения). На угольных месторождениях в значительных количествах залегают глинистые породы и их литифицированные аналоги, аргиллиты и глинистые сланцы. Они состоят из глинистых минералов и обломочных частиц различного, преимущественно кварцевого, состава с примесью рассеянной органики. Установлено, что характер и минеральный состав глин определяются фациальными условиями образования осадков. Глины каолинового состава распространены на месторождениях всех генетических типов, но наибольший промышленный интерес представляют платформенные угленосные формации, содержащие мощные угольные пласты.
Глины монтмориллонитовой группы присутствуют в угольных месторождениях Дальнего Востока, Приморья и Сахалина, вторичные каолинитовые глины - в Канско-Ачинском, Подмосковном бассейнах, на Райчихинском и других месторождениях. Глины и их литифицированные аналоги применяются для производства огнеупоров, тонкой и грубой керамики, строительного кирпича, керамзита, аглопорита, формовочных земель, цемента, а также в бумажной, резиновой, парфюмерно-косметической промышленности, для изготовления глинистых растворов, используемых при бурении скважин. С угольными месторождениями связаны залежи высокоглиноземистых пород: сиаллитов, аллитов, а в отдельных случаях - бокситов. Карбонатные породы менее распространены в угольных месторождениях (Подмосковный и Кизеловский бассейны). Чаще всего карбонатные породы представлены известняками, реже - озерными мергелями. Минералогический состав известняков изменяется от почти чистых карбонатов кальция до мергелистых пород.
Карбонатные породы широко используются в хозяйственных целях, в то же время возможность их попутной добычи ограничена по организационным причинам.
К попутным компонентам, при разработке залежей угля, следует отнести метан, а также серосодержащие минералы - пирит, маркозит, выделяемые в самостоятельные концентраты при обогащении углей. При обогащении углей в качестве самостоятельных продуктов выделяются высококачественные битумы - сырье для производства угольного воска, гуминовые кислоты - сырье, используемое для получения углещелочных реагентов и других гуминовых препаратов. Серосодержащие минералы в значительных количествах распространены в Подмосковном и Кизеловском бассейнах.
Хвосты обогащения углей, состоящие из глинистых, алевролитовых, песчаных, углисто-глинистых пород, карбонатов, служат ценным сырьем для производства строительных материалов - аглопорита, пустотелого кирпича, а в отдельных случаях - глинозема и кремний-алюминиевых сплавов.
В промышленности могут широко применяться золы и шлаки, образующиеся при сжигании углей. По возможным направлениям использования золы делятся на кремнистые, высокоглиноземные, железистые и известковистые. Золы и шлаки служат исходным сырьем для производства строительных материалов, портландцемента, а также в качестве наполнителей при производстве асфальтобетона, аглопорита, обжигового и безобжигового гравия и кирпича, шлаковых расплавов для каменного литья, шлаковаты, шлаковой пемзы и др. К полезным попутным компонентам третьей группы, содержащимся в форме рассеянной примеси в углях различных марок, относится в основном германий. При известных его концентрациях в углях он представляет промышленный интерес. Из коксующихся углей германий извлекается из продуктов коксования, а из энергетических - из золы и пылей. Золы содержат также цветные металлы - медь, никель, кобальт, молибден, уран и др. Баланс их распределения и формы нахождения изучены недостаточно.
Из всего сказанного можно сделать вывод, что экономический потенциал угольных месторождений определяется не только запасами и качеством углей, но и таковыми попутных полезных ископаемых, компонентов и рассеянных элементов.
Следует отметить, что геолого-промышленная, горнотехническая, физико-механическая, технологическая, экологическая и экономическая оценка попутных полезных ископаемых, компонентов и рассеянных элементов в процессе подготовки месторождений для промышленного освоения носила несистемный характер. При лицензировании права пользования недрами необходимо учитывать комплексный характер угольных месторождений и необходимость комплексной их разработки и комплексного использования углей. Оценка экономического потенциала угольных месторождений должна базироваться на комплексной оценке запасов как основных, так и попутных полезных ископаемых и компонентов.
Техногенные месторождения
Анализ использования минеральных ресурсов эксплуатируемых угольных месторождений свидетельствует о некомплексной их разработке. Из общего объема извлекаемой из недр горной массы в качестве товарной продукции применяется главным образом уголь. Значительная часть горной массы, представленной различными полезными ископаемыми, складируется в отвалы, образующие техногенные месторождения. К последним относятся отвалы вскрышных пород, хвостохранилища обогатительных фабрик угледобывающих комплексов, скопления штыба, шламов, шахтных высокоминерализованных вод, золы и шлакоотвалы ТЭЦ.
По данным исследований бывш. МГИ, структура разведанных запасов энергоресурсов типового угольного месторождения представлена следующим образом: 21,3 % - запасы угля в пластах рабочей мощности; 21,6 % - то же в пластах нерабочей мощности; 54,1 % - горная масса с рассеянным углистым веществом. Запасы метана составляют около 3 %. Из-за некомплексной геолого-экономической оценки подготовленности угольных месторождений и отсутствия соответствующих технологий для их комплексной разработки основная часть энергоресурсов, а также сопутствующих полезных ископаемых угольных месторождений не используется, что негативно сказывается на экономике государства, состоянии окружающей среды. Недооценка проблем комплексной оценки и комплексного освоения угольных месторождений приводит к необходимости вовлечения в разработку новых месторождений, расширению техногенного воздействия угледобывающих комплексов на окружающую среду: отчуждаются большие земельные площади под отвалы горных пород; нарушается водный баланс района, в котором ведутся горные работы; развиваются процессы пылеобразования и возгорания отвалов (терриконов), загрязняются вредными веществами грунтовые воды.
Техногенные месторождения, размещаемые на площадях шахтных полей действующих угледобывающих комплексов, формируются с момента начала промышленного освоения месторождения и до полного погашения разведанных балансовых запасов и представляют собой скопления минеральных веществ на поверхности земли (или горных выработках), образовавшиеся в результате разработки угольных месторождений и заскладированных в виде отходов горного, обогатительного, топливно-энергетического и металлургического производств.
Сформировавшиеся минеральные образования приобретают статус техногенных месторождений в том случае, если они по своему количеству и качеству пригодны для прямого использования в качестве исходного сырья для извлечения металлов или для производства топлива, строительных материалов различной номенклатуры и разного назначения. В связи с тем, что стоимость традиционного сырья, например для производства строительных материалов, из года в год растет, минеральные образования техногенных месторождений могут служить источником дешевого сырья для производства строительных материалов - щебня, аглопорита, наполнителей бетонов, огнеупоров, формовочных пусков и др.
Из золы для нужд цветной металлургии можно извлекать алюминий, германий и другие рассеянные элементы. Техногенные месторождения могут быть важным источником для получения многих видов минерального сырья. В развитых индустриальных странах из отходов горно-обогатительного и энергометаллургического производств изготовляют до 80 % нерудных строительных материалов. В углях Кузнецкого бассейна установлены повышенные концентрации Ni, Ta, Sn, Jn, Ba, Bi. При сжигании углей на электростанциях эти компоненты накапливаются в золах, пылях и шлаках, которые могут служить исходным сырьем для получения перечисленных компонентов. Высокоминерализованные воды Кизеловского бассейна содержат Cu, Pb, Zn, токсичные элементы - Hg, As, Be, Mn. Современные сорбционные, экстракционные и мембранные технологии позволяют на рациональной экологической и экономической основе использовать эти воды в качестве сырьевой базы для извлечения указанных компонентов. На ряде угольных месторождений вскрышные породы включают крупные залежи довсонита - сырья для производства глинозема. Угленосные толщи Подмосковья содержат высококачественные известняки. Вскрышные породы ряда угольных разрезов представлены строительными песками, гравием, глинами, суглинками и др.
Формирование техногенных месторождений и их последующая разработка должны быть технологически, экологически и экономически проработаны в технических проектах освоения угледобывающих комплексов. Как показывает мировой опыт и опыт передовых предприятий России, разработка техногенных образований экономически и экологически целесообразна, особенно при их переработке по прогрессивной технологии в процессе добычных работ и использовании готовой продукции на месте ее производства.
Отходы добычи и обогащения углей подмосковного угольного бассейна содержат ценное агрохимическое сырье, которое некоторыми предприимчивыми руководителями шахт реализуется на рынке.
Токсичные элементы в углях
Исследование токсичных элементов в углях - часть общей программы по изучению металлоносности угольных месторождений. Систематическое внимание этой проблеме уделялось в 50-х годах, когда были развернуты крупномасштабные исследования германиеносности углей. Особенно интенсивно они проводились в 1955-1965 гг., что позволило установить закономерности размещения и локализации германия, других рассеянных элементов, а также токсичных соединений и элементов в углях почти всех угольных бассейнов России.
Многолетние исследования углей Российского Донбасса, Печорского и Кузнецкого бассейнов свидетельствуют о том, что содержание в них токсичных элементов и соединений, как правило, не превышает предельно допустимых концентраций. Вместе с тем ртуть, фтор, мышьяк определялись в единичных пробах, а кадмий, селен, торий, уран, тяжелые цветные металлы вообще не присутствовали в пробах углей. Учитывая это обстоятельство, необходимо постоянно контролировать содержание токсичных элементов в товарной продукции угледобывающих предприятий отмеченных выше угленосных бассейнов.
Токсичные элементы на угольных месторождениях Приморья изучались бессистемно с использованием небольшого количества представительных проб. Результаты этих исследований приведены в табл. 1.
Эколого-геохимические исследования, проведенные в районах расположения ТЭЦ Приморья, сжигающих угли с аномальным содержанием фтора и фоновым - других элементов, показали, что опасность окружающей среде несут избыточные, превышающие ПДК концентрации фтора - в почвах, воде отстойников, атмосферном воздухе, золошлаковых отвалах; бария, свинца и ванадия - в воздухе и воде.
Проведение комплекса исследований по изучению баланса распределения экологически опасных элементов в продуктах сжигания углей, путей их транспортирования и влияния на здоровье населения позволит конкретно установить нормы предельных содержаний в углях токсичных элементов для своевременного принятия мер, обеспечивающих охрану окружающей среды.
Среди угольных месторождений, осваиваемых в Бурятии и Читинской обл., детально изучены Гусиноозерское и Тарбагатайское. Содержание токсичных элементов в углях Гусиноозерского месторождения (данные опробования 70-80-х годов, в г/т угля) приведено в табл. 2. Таким образом, угли Гусиноозерского месторождения слаботоксичны только по фтору, по остальным элементам их можно считать экологически безопасными.
Приведенные ниже данные о токсичности углей Тарбагатайского месторождения базируются на результатах приближенно-количественного спектрального анализа нескольких тысяч проб углей, пород угленосных отложений и количественного спектрального, химического, атомно-абсорбционного и пламенно-фотометрического анализа (первые десятки определений).
Незначительное количество бериллия отмечается только в угольных пластах в контуре германиевых рудных тел и в непосредственном околорудном пространстве. В 1 т товарного угля его содержится 1,2-5,5 г.
В разрезе угленосной толщи кобальт распределен неравномерно, со слабопроявленной тенденцией к накоплению в углях. В 1 т товарной продукции разреза "Тигнинский" содержится кобальта 0,8-6 г/т угля. По результатам количественного спектрального анализа этот параметр составляет 0,8 г/т, химического анализа единичных проб - 2,8 г/т.
Из-за низкой чувствительности массовых спектральных анализов мышьяк фиксируется только в углях. Количественные определения его единичны. Содержание мышьяка в товарной продукции разреза, по данным приближенно-количественного спектрального анализа, составляет в среднем 4 г/т угля, а согласно результатам химических анализов - 38 г/т.
В углях, угленосных отложениях и вмещающих их породах отмечается некоторое накопление никеля, содержание его в товарных углях - 6,2-7 г/т. Изученность углей месторождения на ртуть недостаточная, результаты химических анализов нескольких проб товарных углей свидетельствуют о содержании ртути от 0,006 до 0,02 г/т, составляя в среднем 0,012 г/т. Концентрация фтора колеблется от 200 до 300 г/т угля, а хрома - от 3,2 до 9 г/т.
Количественная оценка токсичных элементов углей Сахалина, Чукотки, Магаданской обл. и Якутии (Саха) носит несистемный характер, в связи с чем товарная продукция этих регионов должна оперативно контролироваться на содержание токсичных элементов.
Воздействие разработки угольных месторождений на окружающую среду
Разведка, освоение и разработка угольных месторождений, обогащение угольно-горной массы наносят большой вред окружающей среде, разрушают ландшафт, загрязняют атмосферу и водоемы. В России действует примерно 360 угледобывающих комплексов, выдающих на поверхность сотни миллионов тонн горной массы и отходов углеобогащения, занимающих тысячи гектаров земельных угодий. В настоящее время в хозяйственных целях используется около 5 % отходов общего их объема. Наибольший вред окружающей среде наносят горящие отвалы шахт, хвостохранилища обогатительных фабрик, газы и твердые отходы коксохимических заводов, а также теряемый уголь при его транспортировании по территории России.
Экономические, технологические и технические способы противодействия отрицательному влиянию горного производства на окружающую среду должны базироваться на экологически чистые технологии разработки месторождений и обогащения твердых горючих ископаемых.
Многолетний опыт развития горнодобывающих отраслей промышленности, включая угольную, свидетельствует о том, что игнорирование закономерностей развития ландшафтных структур (Кузбасс, Мосбасс, Донбасс и др.) приводит к необратимым экологическим изменениям, последствия которых не могут быть оправданы экономическими выгодами от хозяйственной деятельности. Негативное воздействие горного производства на окружающую среду определяет новые подходы к созданию техногенного ландшафта в районах развития горного производства, обеспечивающего долговременную стабильность равновесия природных процессов. Техногенный ландшафт района действующего предприятия по добыче и обогащению угля должен формироваться в строгом соответствии с техническим проектом освоения месторождения, предусматривающим комплекс природозащитных мер. Основные принципы формирования техногенного ландшафта должны быть технологически и экономически обоснованы в технических проектах, гарантировать экологическую безопасность производства горных работ, не противоречить потребностям развития на всех этапах освоения месторождения. Невысокий уровень комплексного использования разведанных запасов угольных месторождений России способствует росту затрат на единицу производимой конечной продукции, возврату в окружающую среду больших масс различных отходов, нередко содержащих токсичные компоненты, что приводит к загрязнению окружающей среды и нарушению экологического равновесия.
В ряде угледобывающих районов в атмосферу выбрасывается от 1 до 1,9 т пыли в год на одного человека (например, Российский Донбасс). В открытые водоемы попадает огромное количество высокоминерализованных агрессивных шахтных вод. При сжигании углей значительная часть сернистых соединений поступает в атмосферу в форме диоксида серы.
Большой вред окружающей среде наносит содержащийся в углях метан. Главные причины негативного воздействия на окружающую среду горных разработок и процессов использования углей - низкий уровень комплексного изучения угольных месторождений, неполнота информации и невысокая ее достоверность, не позволяющие предусмотреть в техническом проекте комплекс эффективных природоохранных мероприятий, обеспечивающих охрану окружающей среды и безопасную разработку угольных месторождений. По этой причине подавляющее число технических проектов не предусматривает эффективных мер, позволяющих уменьшить негативное воздействие на окружающую среду процессов разведки и разработки месторождений.
Таблица 1
| #G0Месторождение, участок | Токсичные элементы
 Мы поможем в написании ваших работ! | |||||