Характеристика района и месторождения шахты "Денисовская". Геологическое строение пластов, тектоника. Оценка запасов и качества угля. Горно-геологические условия эксплуатации. Границы полей УДП "Денисовское". Выбор и обоснование системы разработки.
Дипломный проект выполняется на базе теоретических знаний и практических навыков студентов, полученных на протяжении всего курса обучения, включая курсовые работы и проекты, производственные практики, трудовую деятельность, а также учебные научно-исследовательские работы. Проект должен содержать элементы творчества, отражать умение автора решать инженерные задачи на современном уровне, знание основ технологии, организации и экономики подземных горных работ. Ближайшей железнодорожной станцией является разъезд Денисовский, расположенный на железнодорожной линии Беркакит - Томмот, проходящей по западной границе Денисовского месторождения, вдоль берега реки Чульман. Ближайшим угледобывающим предприятием является Нерюгринский угольный разрез мощностью 10 млн. т угля в год, расположенный в 35 км юго-западнее месторождения. Проектом строительства УДП «Денисовское», выполненном институтом «Сибгипрошахтом» в 1991 году, предусматривались к отработке 2 пласта - К6 и К4.В процессе рассмотренных геологических, гидрогеологических и технологических факторов угольного пласта К4, Денисовского угольного месторождения (поле шахты “Денисовская”),был принят подземный способ разработки. Угольный пласт полностью подлежит отработке подземным способом, так как граничный коэффициент вскрыши находится выше допустимых величин для отработки открытым способом. Наиболее целесообразно строительство обогатительной фабрики, мощностью 3 млн. т/год, с возможностью в дальнейшем увеличения мощности до 6 млн. т/год , так как угли месторождения представлены марками К и КЖ, а цена на обогащенные угли увеличиваются в 6-7 раз. Строительство обогатительной фабрики позволяет добиться при эксплуатации данного месторождения оптимального соотношения затрат и прибыли, тогда как без ее строительства прибыль предприятия существенно снижается, в связи с тем, что отпускные цены на угли не прошедшие процесс обогащения относительно невелики, а также очень узок рынок сбыта такой продукции. В связи соотносительно небольшим сроком отработки месторождения приняты равномерные объемы подготовительных работ на весь период существования шахты, так как резкие изменения в объемах ведут за собой целый ряд неоправданных материальных затрат.
Введение
Дипломный проект - итоговая работа студента, которая завершает весь цикл обучения в университете и нацелена на решение комплексных горных задач в области подземной разработки месторождений полезных ископаемых.
Дипломный проект выполняется на базе теоретических знаний и практических навыков студентов, полученных на протяжении всего курса обучения, включая курсовые работы и проекты, производственные практики, трудовую деятельность, а также учебные научно-исследовательские работы.
Студент должен создать завершенную работу, основные выводы и предложения которой могут быть использованы на производстве.
Проект должен содержать элементы творчества, отражать умение автора решать инженерные задачи на современном уровне, знание основ технологии, организации и экономики подземных горных работ.
При выполнении дипломного проекта необходимо учитывать действующие нормы технологического проектирования и правила безопасности и эксплуатации, общегосударственные и отраслевые инструкции по ведению горных работ при подземной разработке месторождений полезных ископаемых.
Темой дипломного проекта является: «Проект вскрытия и отработки поля шахты “Денисовская”».
Денисовское каменноугольное месторождение расположено в юго-восточной части Алдано-Чульманского угленосного района Южно-Якутского бассейна Республики Саха, в 20 км юго-западнее г. Нерюнгри, в 10 км южнее п. Чульман и в 25 км севернее п. Беркакит.
Ближайшей железнодорожной станцией является разъезд Денисовский, расположенный на железнодорожной линии Беркакит - Томмот, проходящей по западной границе Денисовского месторождения, вдоль берега реки Чульман.
Через центральную часть месторождения проходит Амуро-Якутская магистраль (АЯМ), связывающая г. Якутск с Байкало-Амурской железнодорожной магистралью.
В районе п. Чульман располагается аэропорт.
Энергетическая база района представлена действующими Чульманской и Нерюнгринской ГРЭС.
Уголь пласта К4 представлен следующими марками: К и КЖ.
Уголь Денисовского месторождения отличается высоким содержанием углерода. В зоне окисления содержание углерода несколько снижается и увеличивается содержание кислорода.
1.
Характеристика района и месторождения
1.1 Общие сведения о районе
Месторождение Денисовское каменного угля расположено в 20 км к северо-востоку от г. Нерюнгри, в 10 км южнее поселка Чульман. В 8 км восточнее месторождения находится Нерюнгринская ГРЭС с жилым поселком Серебряный Бор. Через центральную часть месторождения проходит Амуро-Якутская автодорога, соединяющая г. Якутск с Амурской областью. До г. Нерюнгри построена железнодорожная магистраль, соединяющая Южно-Якутский промышленный комплекс с БАМОМ.
Ближайшим угледобывающим предприятием является Нерюгринский угольный разрез мощностью 10 млн. т угля в год, расположенный в 35 км юго-западнее месторождения.
В крупных населенных пунктах - городе Нерюнгри и поселке Чульман имеются объекты соцкультбыта, коммунального хозяйства, производственная база строительства, ремонтно-механический завод, районная нефтебаза, Нерюнгринская ГРЭС, Чульманская ГРЭС. Все населенные пункты связаны между собой шоссейными дорогами. В поселке Чульман имеется аэропорт, принимающий все типы самолетов.
Климат района резко континентальный, летом температура достигает 350С, зимой она понижается до -610С (метеостанция п. Чульман). Зимний период длится шесть-семь месяцев, длительность безморозного периода 58 дней. Среднегодовая температура воздуха отрицательная (-9.50С).
Количество осадков составляет: максимальное - 649 мм, минимальное - 308 мм, среднее - 496 мм.
Устойчивый снежный покров держится 210 дней. Толщина снежного покрова не превышает 1м.
Сейсмичность района составляет 7-8 баллов по шкале Рихтера.
Месторождение находится в районе развития островной многолетней мерзлоты.
Вдоль склонов и ниже днищ долин рек развита многолетняя мерзлота островного характера.
Денисовское месторождение каменного угля расположено в юго-восточной части Алдано-Чульманского угленосного района Южно-Якутского каменноугольного бассейна. Детальная разведка месторождения выполнена Южно-Якутской комплексной экспедицией в 1977-1981 гг. Запасы каменного угля утверждены протоколом ГКЗ СССР (протокол № 9038 от 6 августа 1982 г.). Кондиции для подсчета запасов разработаны институтом «Сибгипрошахт» и утверждены ГКЗ СССР (протокол № 1615 от 28.08.1981 г).
Проектом строительства УДП «Денисовское», выполненном институтом «Сибгипрошахтом» в 1991 году, предусматривались к отработке 2 пласта - К6 и К4. Отработка пласта К6 намечалась подземным способом, К4 - комбинированным: выход пласта под наносы - открытыми работами, далее - подземными работами.
Фактически добыча угля на участке открытых работ ведется с 1991 года на выходах пласта К4 под наносы. Отработка ведется транспортной системой разработки экскаваторами ЭКГ-5 А, уголь автосамосвалами вывозится на угольный склад на основной промплощадке, погрузка в ж.д. вагоны производится экскаватором ЭКГ-5А. Вскрыша автосамосвалами транспортируется на внутренние отвалы. На промплощадке предприятия построены дробильно-сортировочный комплекс, котельная, ремонтно-складские объекты, АБК, ж.д. погрузочная станция, гаражи автобульдозерной техники, другие объекты вспомогательного назначения.
Добыча в разные годы составляла 110-312 тыс. т.
В 2001 году институтом «Сибгипрошахт» произведена корректировка проекта строительства Угледобывающего предприятия «Денисовское». Корректировкой проекта предусматривалась доработка участка открытых работ в 2002-2003 годах с производственной мощностью 250 тыс. т угля в год.
Одновременно предполагалось строительство участка подземных работ по пласту К4 (шахта).
Мощность пласта К4 2,04-4,8 м, угол падения 2-6° угли марки КЖ, К, не самовозгорающиеся, газообильность низкая, прогнозируемые водопритоки высокие. Породы кровли и почвы представлены в основном мелко-среднезернистыми песчаниками, крайне редко алевролитами
Маломощный (1,05 м) и высокозольный пласт К6Н залегающий в 50-55 м выше пласта К4 может быть подработан, что подтверждается заключением ВНИМИ.
Лицензия на право пользования недрами ЯКУ № 01529 ТЭ, в границах которой и ведутся горные работы, получена 29.07.1998 года сроком на 15 лет ОАО «Угледобывающее предприятие «Денисовское», республика Саха (Якутия). Площадь предварительного горного отвода 352,3 га. Размеры шахтного поля в границах лицензии на право пользования недрами составляют: по простиранию - 3,5 км, по падению - 1 км.
1.2 Геологическое строение Денисовского месторождения
Размеры Денисовского месторождения в пределах площади детальной разведки: по простиранию пластов - 16 км (между р. Чульман и р. Олонгро), вкрест простирания - от 0,8 до 5,5 км (от выхода под наносы пласта Дн11 до руч. Китаянка и Китаянского крупноамплитудного сброса). Размеры УДП «Денисовское» по пласту К4 в границах лицензии на право пользования недрами 3.5км х 1км, с учетом проектируемых границ перспективного развития: 3.5км х 4,0 км.
В геологическом строении месторождения в пределах площади детальной разведки принимают участие угленосные отложения юрского возраста в составе двух свит (снизу вверх): дурайской и кабактинской. Мощность дурайской свиты 540 м, а вскрытая мощность кабактинской свиты - 470 м. Отложения дурайской свиты представлены в основном песчаниками и алевролитами, кабактинской свиты преимущественно среднезернистыми и в меньшей степени мелкозернистыми песчаниками. Литологические отложения весьма однородны. Как правило, это песчаники аркозовые. Развитием пользуются как слоистые, так и массивные типы пород.
Угленосные отложения повсеместно перекрыты отложениями четвертичного возраста. Мощность их изменяется от 0,5 до 3,0 м, в отдельных случаях 4,0-5,0 м. наибольшее площадное распространение имеют делювиальные отложения, которые развиты на склонах долин и водоразделов (глыбово-валунный материал с примесью щебня, супесей и суглинков). На плоских вершинах водоразделов распространены как правило элювиальные отложения (супеси, суглинки, щебенка, обломки и глыбы каменного материала).
1.3 Тектоника
В структурно-тектоническом отношении месторождение расположено в пределах крыла крупной Олонгрино-Китаянской синклинальной структуры. Породы угленосного комплекса и пласты угля залегают в целом моноклинально с погружением в юго-западном и южном направлениях под углами в основном 2-6°. Относительно простая структура месторождения, в том числе пласта К4, осложнена разрывными и пликативными дислокациями, послойными подвижками и внутрипластовыми деформациями в пластах угля. Усложнение тектонического строения наблюдается с запада на восток. Западная часть пласта К4 на протяжении 4 км (поле УДП «Денисовское») - этопологая моноклиналь, осложненная в восточной его части на верхних горизонтах очень пологой мелкой вторичной синклиналью. Углы падения крыльев складки 2°. На средних горизонтах пласта от восточной границы шахтного поля на восток проявляется мелкая вторичная антиклиналь. Обе складки развиваются по простиранию пласта на восток с углами падения крыльев в пределах 2-6°.
В пределах пласта К4 в целом на площади его простирания выявлены 4 разрывные нарушения (с запада на восток - №№1, 4, 5 и 2).
Направление сместителей - по падению пласта. Затухают нарушения (№№1, 4, 2) к средним горизонтам, а нарушение №5 - вблизи выхода пласта под наносы.
Нарушения крутопадающие (70-80°), амплитуды смещения уменьшаются по мере затухания с 14-12 м до 6-4 м. Ширина зон дробления определяется в 10-15 м. Все нарушения развиты в восточной срединной части пласта. Нарушение №1 с амплитудой смещения 14-12 м служит естественной восточной границей проектируемого участка подземных работ на верхних горизонтах. Непосредственно на участке подземных работ крупноамплитудные нарушения не выявлены.
Мелкоамплитудные разрывные нарушения (0,5-3,0м) выявлены геологоразведкой при проходке канав и подземных выработок по пласту (с целью отбора проб угля). Немногочисленное наличие их подтверждается горными работами по пласту К4 действующего участка открытых работ УДП «Денисовское». Мелкоамплитудные разрывные нарушения возможны и на более нижних горизонтах, т.к. по керну скважин наблюдались зоны дробления пород и зеркала скольжения. Породы кровли пласта К4 трещиноватые и слабо трещиноватые (от 2 до 5 тр/пог. м) вне зон дробления и интенсивной трещиноватости. Для угля характерна интенсивная трещиноватость - от 20 до50 тр./пог. м. Кроме вышеперечисленных крупноамплитудных нарушений, в восточной половине пласта (вне границ УДП "Денисовское") выявлено еще одно крупное нарушение №3 (Китаянское). Оно обрезает все пласты Денисовского месторождения, является границей с соседним Муастахским месторождением. Нарушение прослежено по простиранию пласта Кд на 5 км, имеет крутое падение (70-80°) на юго-запад и амплитуду смещения от 50 до 150 м.
Китаянское нарушение значительно осложнило залегание всех пластов Денисовского месторождения, в т.ч. и пласта К4. Вдоль нарушения и по простиранию в зоне его затухания на протяжении 7 км в полосе шириной от 200 до 800 м наблюдается увеличение угла падения пласта с 6о до 15-30о.
1.4 Гидрогеологические условия
Площадь месторождения расположена в междуречье р. Чульман и р. Олонгро и рассечена их притоками. Глубина вреза долины р. Чульман - 155-180 м, руч. Китаянка -160 м. руч. Дежневка - 75-100 м. В пределах шахтного поля протекает только руч. Дежневка. Вне границ шахтного поля расположены р. Чульман и руч. Китаянка.
Многолетнемерзлые породы развиты на склонах водоразделов и в днищах долин поверхностных водотоков. Мощность их изменяется от нескольких метров до 60-100 м. Талые породы развиты на водоразделах и южных пологих склонах, в руслах поверхностных водотоков.
Из криогенных явлений имеют развитие в днище долины руч. Дежневка наледи.
Многолетнемерзлые породы ограничивают инфильтрацию атмосферных осадков, создают подпор в долинах водотоков.
Подземные воды шахтного поля приурочены к делювиально-элювиальным отложениям четвертичного возраста и угленосным отложениям юрского возраста. Воды аллювиальных отложений развиты за пределами шахтного поля, в долине р. Чульман. Отложения представлены песком (60%) с гравием, галькой и валунами. Воды аллювия имеют связь с водами юрских отложений под руслом реки только в местах наличия интенсивно трещиноватых песчаников, в горные выработки шахты не будут поступать.
Делювиально-элювиальные отложения, представленные различным обломочным материалом, повсеместно покрывают шахтное поле. Мощность их колеблется от 1,0 до 3 м. Содержащиеся в них воды - грунтовые. Питаются они за счет инфильтрации атмосферных осадков в теплое время года. По трещинам воды свободно фильтруются в нижележащий водоносный горизонт юрских пород. Водопроводимость четвертичных отложений неодинаковая во времени и по площади. К наступлению зимы воды отложений в основном истощаются, а оставшаяся их незначительная часть перемерзает. Значительного влияния на увеличение притока подземных вод в шахту грунтовые воды не окажут.
Подземные воды юрских отложений относятся к типу трещинных, трещинно-пластовых и трещинно-жильных. Массив пород неравномерно трещиноватый и не имеет выдержанных водоупоров. Воды напорные, особенно в долинах рек и ручьев. Под ручьем Дежневка пласт отрабатываться не будет, проектом предусматривается оставление охранного целика под его долиной. Обводненность массива неравномерная, что по видимому обусловлено наличием зон интенсивной трещиноватости и дробления пород.I
Средний коэффициент фильтрации не превышает 0.31 м/сут. а водопроводимость колеблется от 2,6 до 47 м2/сут. С глубиной (ориентировочно ниже 100 м) водообильность и водопроницаемость пород уменьшается.
Ожидается, что приток подземных вод в шахту при отработке запасов в границах существующей лицензии на право пользования недрами 250 МЗ/час (нормальный) с возможным кратковременным увеличением до 500МЗ/час за счет дождей, снеготаяния и из интенсивно трещиноватых зон.
При отработке запасов угля проектируемого перспективного участка ожидается, что приток воды в шахту ориентировочно составит 700 МЗ/час (нормальный) с возможным кратковременным увеличением до 1800 МЗ/час.
Следует отметить, что гидрогеологические условия в геологическом отчете даны в целом по месторождению для всех пластов кабактинской и дурайской свит, а в проекте предусматривается отработка только пласта К4. В связи с этим считаем целесообразным в процессе строительства подземного участка и его эксплуатации систематически уточнять гидрогеологические условия отработки месторождения.
По химическому составу подземные воды юрских отложений относятся к гидрокарбонатным, сульфатно-гидрокарбонатным, кальциево-натриевым с минерализацией от 69 до 72 мг/л. Общая жесткость их 0.6-2.2 мг/литр и относятся они к мягким, содержат свободную углекислоту до 4,4 мг/литр. Реакция вод щелочная (РН=7,1-7,8). В скважинах самоизлива проявляется запах сероводорода, содержание его в водах не превышает 1 мг/литр. Незначительное содержание свободной углекислоты указывает на отсутствие агрессии. По химическому составу подземные воды пригодны для хозяйственно-питьевых целей.
Вывод
В процессе рассмотренных геологических, гидрогеологических и технологических факторов угольного пласта К4, Денисовского угольного месторождения (поле шахты “Денисовская”),был принят подземный способ разработки.
Угольный пласт полностью подлежит отработке подземным способом, так как граничный коэффициент вскрыши находится выше допустимых величин для отработки открытым способом.
Наиболее целесообразно строительство обогатительной фабрики, мощностью 3 млн. т/год, с возможностью в дальнейшем увеличения мощности до 6 млн. т/год , так как угли месторождения представлены марками К и КЖ, а цена на обогащенные угли увеличиваются в 6-7 раз. Строительство обогатительной фабрики позволяет добиться при эксплуатации данного месторождения оптимального соотношения затрат и прибыли, тогда как без ее строительства прибыль предприятия существенно снижается, в связи с тем, что отпускные цены на угли не прошедшие процесс обогащения относительно невелики, а также очень узок рынок сбыта такой продукции.
Размеры шахтного поля в плане относительно невелики: 4100 м по простиранию и 4000 м в крест простирания. Средняя мощность пласта 3,85 м. Поэтому запасы углей пласта К4 при принятой мощности в 3 млн.т/год могут обеспечить работу предприятия на 17 лет, что является рациональным сроком отработки при данной мощности. Увеличение срока эксплуатации за счет снижения мощности нецелесообразно. Так как в сроки отработки будут искусственно затянутыми, при небольших объемах добычи.
В связи соотносительно небольшим сроком отработки месторождения приняты равномерные объемы подготовительных работ на весь период существования шахты, так как резкие изменения в объемах ведут за собой целый ряд неоправданных материальных затрат.
На основании технологических условий, а также опыта работы шахты “Денисовская”, вскрытие месторождения осуществляется с северо-западной стороны.
Принятые системы разработки позволяют при необходимости увеличить объемы добычи. Применение конвейерного транспорта значительно упрощает схему транспортировки полезного ископаемого.
Проветривание шахты будет осуществляться нагнетательным способом по классической схеме при помощи высокопроизводительных вентиляторных установок главного проветривания.
По проведенным экономическим расчетам рентабельность производства составит - 2,5 %. Срок окупаемости капитальных вложений - 1 год. Однако на самом деле эти цифры несколько отличаются от реальных в связи с тем, что в рамках дипломного проекта невозможно предусмотреть все издержки и затраты.
В специальной части 1 и 2 рассмотрены «Выбор рациональной технологической схемы проведения подземных горных выработок» и «Выбор рациональной системы разработки пласта К4» при ведении подземных горных работ. Сделаны соответствующие выводы.
В связи с актуальностью на сегодняшний день вопроса экологии в графической части также показано количество выбросов вредных веществ без применения природоохранных мероприятий и с их применением.
