Обоснование технологии при открытой разработке мощных пологозалегающих угольных пластов

Исполнение действий по охране земельных ресурсов обычно осуществля- ется после обоснования направления развития горных работ, схемы вскрытия, системы разработки, режима горных работ и т.д. Это становится причиной того, что уже после принятой технологии горных работ, в сущности, обусловливают- ся размеры нарушенных земель.
Одной из главных причин недостаточной скорости и своевременности
проведения рекультивационных работ и, как следствие, высоких затрат на их выполнение являются отдельный и второстепенный подход к обоснованию ре- культивационных работ при открытой разработке мощных пологозалегающих угольных пластов.
При разработке мощных пологозалегающих угольных пластов, когда приёмная емкость отвальной заходки в несколько раз превышает объем вскрышной заходки, при отсыпке внутренних отвалов до уровня дневной по- верхности, происходит отставание отвальной зоны от рабочей зоны. Вследствие этого, происходит увеличение нарушаемых и уменьшение восстанавливаемых земель, а так же образуется возрастающий разрыв во времени между нарушен- ными и восстановленными землями. В результате этого несвоевременно осуще- ствляется восстановление нарушенных земель, что негативным образом влияет на окружающую среду.
В числе важных решений является целесообразность открытой разработ- ки месторождений, определяемая главными параметрами разреза, к которым относятся: параметры рабочей зоны (длина, ширина и глубина); производст- венная мощность и промышленные запасы; срок существования предприятия; параметры вскрывающих выработок, а так же установление начального поло- жения и направления развития горных работ, календарное распределение раз- меров площадей нарушений и восстановлений, объемов вскрышных, добычных и рекультивационных работ по годам за весь срок существование разреза.
3
Технология разработки месторождения – это совокупность способов и приемов, взаимосвязанных с одной стороны процессов горных работ с другой рекультивации нарушенных земель. Поэтому необходимо рассматривать техно- логию разработки как единое целое, взаимосвязанное в процессах вскрышных, добычных и рекультивационных работ. В связи с этим, для обоснования техно- логии разработки необходимо проводить исследования механизмов взаимосвя- зи между процессами горных и рекультивационных работ в зависимости от природно-геологических условий разработки месторождений полезных иско-
паемых. При этом оценка эффективности воспроизводства земельных ресурсов при открытой разработке будет производиться, прежде всего, по показателям размеров площадей нарушений и восстановлений земель, которые определят режим горных работ как режим нарушения и восстановления земель или режим управления техногенным рельефом (РУТР). Отдавая главенствующую роль ре- жиму горных работ при решении задачи рационального использования земель- ных ресурсов, необходимо устанавливать методику обоснований рациональных направлений развития горных работ. То есть принимать такое направление раз- вития горных работ, при котором возможно наиболее эффективно производить выемку и укладку вскрышных пород в тело отвалов.
Основные процессы горных работ и горнотехнического этапа рекульти- вации предопределяют контур рабочей зоны разреза, элементами, которой яв- ляются, вскрышные, добычные и рекультивационные работы, устанавливаю- щие технологию открытой разработки. Распределение процессов горнотехниче-
ского этапа (например, первичная, вторичная планировка отвала, выполажива- ние или террасирование откосов отвала) производится на участках земель, рав- ных годовому подвиганию отвального фронта. Процессы горнотехнического этапа проводятся после усадки отвалов. Для этого устанавливается, временя усадки пород отвала. Это позволит в целях своевременности, и повышения ка- чества рекультивационных работ установить рациональные параметры и сроки их проведения.
Сформированные горные выемки, представляющие собой выработанное
пространство от вскрывающих капитальных траншей и разрезной траншеи ха-
4

рактеризуются как остаточные. В результате этого происходит загрязнение прилегающих к району разработок площадей земель, воздушного и водного бассейнов. Поэтому естественно, что для изоляции и ликвидации вредного воз- действия горных работ на ландшафтную систему необходимо стремиться к со- кращению времени вредного воздействия за счет своевременного проведения рекультивации, эффективность которой как, следовательно, и всей разработки месторождения будет зависеть от установленного объема рекультивационных работ по восстановлению площадей земель от остаточных горных выработок. Определение объема этих работ позволят с точки зрения рационального ис- пользования земельных ресурсов получить прогнозную оценку их размеров.
Определение наиболее эффективного варианта направления развития горных работ в режиме рационального нарушения и восстановления земель, в зависимости от горнотехнических условий разработки, возможно с проведени- ем горно-геометрического анализа месторождения, построения календарного графика вскрышных, добычных и рекультивационных работ и следование ему с целью рационального использования земельных ресурсов.
Для выявления состояния использования земель на разрезах должна про- изводиться оценка земельных отводов горных предприятий, прежде всего, по основным показателям: площади нарушаемых и восстанавливаемых земель; ко- эффициенту рекультивации; землеемкости добычи; размерам теряемых земель (абсолютных и относительных); степени использования земель. Они служат не только основанием для прогнозирования различных землеустроительных меро- приятий, но создадут реальные предпосылки для системного поиска своевре- менного проведения рекультивационных работ и сокращения нарушений тер- риторий земель при добыче полезных ископаемых открытым способом.
Применение основных показателей использования земельных ресурсов в совокупности с главными параметрами разреза позволят в полной мере объек- тивно подойти к оценке последствий открытой разработки на земельные ресур- сы. В этой связи обоснование технологии мощных пологозалегающих угольных пластов по основным показателям использования земельных ресурсов и в сово-
5

купности с главными параметрами разреза является актуальной научной и важ- ной практической задачей.
Степень разработанности. Определение академиком Ржевским В.В. комплекса горных наук, связанных с понятием горной экологии предполагает в частности и рациональное использование земельных ресурсов при выборе на- правления развития работ и технологии разработки.
Вопросы режима нарушения и восстановления земель освещены в трудах Томакова П.И., Коваленко В.С., Михайлова А.М., Калашникова А.Т.
Основополагающие решения по рекультивации нарушенных земель гор- ными работами изложены в трудах Русского И.И., Красавина А.П., Горлова В.Д., Моториной Л.В., Дороненко Е.П., Полищука А.К., Заудальского И.И и др.
Основоположниками отечественной горной науки глубоко и полно реше- ны поставленные задачи и применены методики в области рационального зем- лепользования, но все же для более объективной оценки последствий открытой разработки на земельные ресурсы необходим методологический подход, кото- рый должен обосновывать технологию и рекультивацию одновременно и рас- сматривать их как единое целое.
Вследствие этого, автором выполнены исследования механизмов взаимо- связи между процессами горных и рекультивационных работ в зависимости от горнотехнических условий разработки месторождений полезных ископаемых. Полученные результаты представлены в научных положениях настоящей рабо- ты.
Цель работы: обоснование технологии мощных пологозалегающих угольных пластов, обеспечивающей своевременность проведения рекультива- ционных работ, высокую скорость восстановления нарушенных земель, мини- мальные сроки и площади изъятия их под горные выработки, а также эконо- мичную разработку полезных ископаемых.
Идея работы. Порядок и последовательность вскрышных, добычных и рекультивационных работ устанавливают на основе горно-геометрического анализа карьерных полей для обоснования технологии с минимальными пока- зателями землепользования и рациональными главными параметрами разреза.
6

Основные задачи исследования.
Анализ использования земельных ресурсов на горнодобывающих пред- приятиях региона.
Разработка алгоритма системного анализа рациональных технологий ре- культивационных работ.
Исследование связи между способом вскрытия, системой разработки и схемой комплексной механизации.
Установление признаков и параметров для оценки уровня, степени нару-
шений и размеров площадей восстановлений земель от остаточных выработок. Установление графических зависимостей извлекаемых запасов и объёмов вскрышных пород от нарушаемых и восстанавливаемых площадей земель, при
открытой разработке мощных пологозалегающих угольных пластов.
Определение критериев для оценки экономической эффективности вари- антов развития горных работ при проведении горно-геометрического анализа карьерных полей.
Методология и методы исследований.
В работе использованы научный анализ и обобщение передовых дости- жений науки и техники в области рационального использования земельных ре- сурсов. Статистическая обработка основных показателей использования зе- мельных ресурсов, математическое моделирование для определения размеров площадей восстановления земель от остаточных горных выработок, графиче- ские и технико-экономические методы.
Защищаемые научные положения.
1. Элементы рабочей зоны разреза при открытой разработке мощных пологозалегающих угольных пластов необходимо устанавливать во взаимосвя- зи между процессами горных и рекультивационных работ для обоснования тех- нологии при рациональном использовании земельных ресурсов.
2. Положение вскрывающих выработок, система разработки и схема комплексной механизации с учетом календарного распределения площадей на- рушенных и восстановленных земель предопределяют рациональные парамет- ры контура рабочей зоны разреза.
7

3. Последовательность эффективной отработки запасов мощных полого- залегающих угольных пластов целесообразно определить на основе выявлен- ных закономерностей изменения: площадей нарушаемых и восстанавливаемых земель; коэффициента рекультивации; землеемкости добычи; абсолютных и от- носительных потерь земель; степени использования земель в совокупности с главными параметрами разреза.
Обоснованность и достоверность научных результатов, выводов и ре- комендаций подтверждено применением современных методов исследований, аналитическими методами расчётов на основе общепринятых в горных науках определений и понятий, апробированных в производственных, научных и про- ектных организациях.
Научная новизна работы:
– выявлена закономерность формирования рабочей зоны разреза опреде- ляющая взаимосвязь в технологии открытой разработки процессов горных и рекультивационных работ;
– определены признаки классификации систем открытой разработки;
– разработаны закономерности определения срока существования горно- добывающих предприятий с учетом проведения горнотехнического и биологи- ческого этапов рекультивации.
Теоретическая и практическая значимость работы:
– методика конструирования элементов рабочей зоны разреза;
– определены способы регулирования режима вскрышных, добычных и рекультивационных работ;
– методика проведения горно-геометрического анализа карьерных полей с установлением основных показателей использования земельных ресурсов;
– методика определения срока существования горнодобывающих пред- приятий;
– новый способ открытой разработки месторождений полезных ископае- мых (патент РФ на изобретение No 2213224), основанный на порядке и очеред- ности отработки смежных блоков.
8

Реализация работы. Результаты исследований внедрены Комитетом по землеустройству и земельным ресурсам Красноярского края при составлении экспериментального проекта по теме: «Восстановление земель, нарушенных в результате горнодобывающей деятельности» в рамках краевой целевой про- граммы «Развитие земельной реформы в Красноярском крае на период 2000- 2002 годы». Метод горно-геометрического анализа разрезовских полей принят в проектах на разрезах: «Тарутинский» Боровско-Соболевского буроугольного месторождения (2005 г) и «Карабульский» Карабульского каменноугольного месторождения (2006 г). Технологические схемы горных работ, разработанные автором, внедрены в проекте: «Исследование вариантов оптимального развития горных работ в филиале ОАО «СУЭК–Красноярск» разрез «Березовский-1» для увеличения производственной мощности до 25 млн. т угля в год» (2008 г).
Апробация работы. Содержание диссертационной работы и её отдель- ные положения представлены в материалах следующих конференций: «Совре- менные проблемы науки и образования» г. Москва, 2004 г; «Инновационные технологии» г Паттайа (Таиланд), 2005 г; «Современные технологии освоения минеральных ресурсов» г. Красноярск, 2007-2010, 2013 г.г; «Игошинские чте- ния» г. Иркутск, 2013 г.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 16 работ, в том числе в изданиях рекомендованных списком ВАК – 5 работ. Получен 1 патент на изо- бретение.
Объём и структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, изложена на 181 странице машинописного текста, включая 68 ри- сунков, 27 таблиц и список использованной литературы из 53 наименований.