Технология разработки месторождений известняка при комплексном освоении техногенных георесурсов недр
Покупка
Основная коллекция
Тематика:
Горная промышленность. Металлургия
Издательство:
Сибирский федеральный университет
Год издания: 2019
Кол-во страниц: 128
Дополнительно
Вид издания:
Монография
Уровень образования:
ВО - Специалитет
ISBN: 978-5-7638-4077-3
Артикул: 765660.01.99
Приведены результаты исследований влияния технологии разработки месторождений известняка на показатели землеёмкости, объёмы вскрышных работ и затраты на рекультивацию нарушенных земель. Описана рациональная технология открытых горных работ, позволяющая обеспечить минимум затрат на разработку месторождения известняка и последующее использование выработанного пространства карьера в строительстве. Предназначена для научных сотрудников, аспирантов и инженерно-технических работников, специализирующихся в области горного дела.
Тематика:
ББК:
УДК:
ОКСО:
- ВО - Специалитет
- 21.05.04: Горное дело
- 21.05.05: Физические процессы горного или нефтегазового производства
ГРНТИ:
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов.
Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в
ридер.
Приведены результаты исследований влияния технологии разработки месторождений известняка на показатели землеёмкости, объёмы вскрышных работ и затраты на рекультивацию нарушенных земель. Описана рациональная технология открытых горных работ, позволяющая обеспечить минимум затрат на разработку месторождения известняка и последующее использование выработанного пространства карьера в строительстве. А. И. Косолапов, Ю. П. Пташник ТЕХНОЛОГИЯ РАЗРАБОТКИ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ИЗВЕСТНЯКА ПРИ КОМПЛЕКСНОМ ОСВОЕНИИ ТЕХНОГЕННЫХ ГЕОРЕСУРСОВ НЕДР
Оглавление 1 Министерство науки и высшего образования Российской Федерации Сибирский федеральный университет А. И. Косолапов, Ю. П. Пташник ТЕХНОЛОГИЯ РАЗРАБОТКИ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ИЗВЕСТНЯКА ПРИ КОМПЛЕКСНОМ ОСВОЕНИИ ТЕХНОГЕННЫХ ГЕОРЕСУРСОВ НЕДР Монография Красноярск СФУ 2019
Оглавление
2
УДК 622.355.1
ББК 33.342.1
К715
Р е ц е н з е н т ы:
А. Г. Михайлов, доктор технических наук, заведующий лабораторией
проблем освоения недр ИХХТ СО РАН;
Д. В. Кузнецов, кандидат технических наук, ведущий инженер ООО
«Полюс Проект»
Косолапов, А. И.
К715 Технология разработки месторождений известняка при комплексном освоении техногенных георесурсов недр : монография / А. И. Косолапов, Ю. П. Пташник. – Красноярск : Сиб. федер. ун-т, 2019. – 128 с.
ISBN 978-5-7638-4077-3
Приведены результаты исследований влияния технологии разработки месторождений известняка на показатели землеёмкости, объёмы вскрышных работ
и затраты на рекультивацию нарушенных земель. Описана рациональная технология открытых горных работ, позволяющая обеспечить минимум затрат на разработку месторождения известняка и последующее использование выработанного пространства карьера в строительстве.
Предназначена для научных сотрудников, аспирантов и инженернотехнических работников, специализирующихся в области горного дела.
Электронный вариант издания см.:
http://catalog.sfu-kras.ru
УДК 622.355.1
ББК 33.342.1
ISBN 978-5-7638-4077-3 © Сибирский федеральный
университет, 2019
Оглавление
3
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ .......................................................................................................... 5
Г л а в а 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА ............................ 6
1.1. Краткая характеристика месторождений известняка
и анализ современного состояния сырьевой базы .............. 6
1.2. Анализ современного состояния технологии
горных работ при разработке
месторождений известняка ................................................. 11
1.3. Современное состояние исследований технологии
горных работ и использования выработанных
пространств известняковых карьеров ................................. 18
Г л а в а 2. АНАЛИЗ УСЛОВИЙ РАЗРАБОТКИ
МЕСТОРОЖДЕНИЙ ИЗВЕСТНЯКА
И ХАРАКТЕРИСТИКА ИХ ВЫРАБОТАННЫХ
ПРОСТРАНСТВ. ОЦЕНКА ВОЗМОЖНОСТИ
РАЗМЕЩЕНИЯ В ВЫРАБОТАННОМ
ПРОСТРАНСТВЕ КАРЬЕРОВ ОБЪЕКТОВ
ПРОМЫШЛЕННОГО И ГРАЖДАНСКОГО
НАЗНАЧЕНИЯ ............................................................................. 29
2.1. Исследование взаимосвязи между показателями
условий разработки месторождений известняка ............... 29
2.2. Оценка относительной трудности разработки
месторождений известняка ................................................. 33
2.3. Проблемы и перспективы использования
выработанных пространств известняковых карьеров
в строительстве ...................................................................... 35
2.4. Анализ возможности размещения в выработанном
пространстве карьеров объектов промышленного
и гражданского назначения .................................................. 39
Г л а в а 3. МЕТОДОЛОГИЯ ОЦЕНКИ
ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ
ТЕХНОЛОГИИ РАЗРАБОТКИ
МЕСТОРОЖДЕНИЙ ИЗВЕСТНЯКА ....................................... 45
Оглавление
4
3.1. Основные принципы оценки эффективности
технологии разработки месторождений известняка
и формирования выработанного пространства .................. 45
3.2. Экономические критерии для оценки технологии
разработки месторождений известняка
и формирования выработанного пространства .................. 51
3.3. Методика расчета основных технико-экономических
показателей технологии разработки
месторождений известняка .................................................. 53
Г л а в а 4. ОБОСНОВАНИЕ РАЦИОНАЛЬНОГО ВАРИАНТА
ВСКРЫТИЯ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ИЗВЕСТНЯКА ............... 56
4.1. Способы вскрытия месторождений, разрабатываемых
открытым способом ........................................................... 56
4.2. Исследование влияния параметров вскрывающих
выработок и формы бортов карьеров в плане
на показатели землепользования ......................................... 58
4.3. Разработка технологии вскрытия месторождения
комбинированным способом и обоснование глубины
заложения концентрационного горизонта ......................... 69
Г л а в а 5. ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ РАЗРАБОТКИ
МЕСТОРОЖДЕНИЙ ИЗВЕСТНЯКА
ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ВЫРАБОТАННОГО
КАРЬЕРНОГО ПРОСТРАНСТВА В СТРОИТЕЛЬСТВЕ .... 78
5.1. Технология разработки месторождений известняка
и факторы, влияющие на её выбор ..................................... 78
5.2. Анализ вариантов технологии разработки
месторождений известняка при использовании
выработанных пространств карьеров в строительстве ..... 80
5.3. Обоснование условий эффективного применения
вариантов технологии разработки месторождений
известняка при последующем использовании
выработанного пространства в строительстве ................... 95
5.4. Исследования влияния технологии разработки
месторождений известняка на показатели землеёмкости,
объемы вскрышных работ и затраты
на рекультивацию нарушенных земель ............................ 101
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ............................................................................................... 117
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ .............................................................................. 120
Введение 5 ВВЕДЕНИЕ В настоящее время крупные города в связи с увеличением темпов строительства все острее нуждаются в территориях для размещения новых объектов инфраструктуры. При этом стоимость земли вблизи центров агломерации имеет тенденцию положительного роста во времени. Вместе с тем периферийные территории, как правило, имеют достаточно большое количество техногенных горных выработок как открытого, так и подземного типа. Данные выработки с учетом рационального подхода к этой проблеме в условиях разработки генерального плана города и окрестных территорий могут быть потенциально востребованы под различные объекты. Мировой опыт использования данного вида георесурса это доказывает. Использование выработанного пространства горных предприятий, расположенных вблизи центров агломераций, в значительной степени улучшит среду обитания человека, позволит сохранить природный ландшафт и архитектурно-исторический облик городов, сгладить остроту экологических проблем в регионах. Однако оценка существующих техногенных горных выработок свидетельствует о низкой степени их пригодности. Именно поэтому, а также ввиду наличия абсолютно конкретных требований, предъявляемых к объектам капитального строительства, целесообразен стратегический подход к освоению недр земли вблизи центров агломераций. Этот подход должен заключаться в раскрое месторождений полезных ископаемых с учётом как условий залегания и морфологии рудных тел, так и последующего использования выработанного пространства под объект конкретного назначения с заданными размерами. Поэтому обоснование технологии открытой разработки месторождений, обеспечивающей эффективное использование выработанного пространства горнодобывающих предприятий, является актуальной научно-практической задачей. Значительный вклад в научное обоснование технологических решений в области освоения недр отражен в работах отечественных ученых.
Г л а в а 1. Современное состояние вопроса 6 Г л а в а 1 СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА 1.1. Краткая характеристика месторождений известняка и анализ современного состояния сырьевой базы Карбонатные породы разнообразны по своему вещественному составу, подразделяются они в зависимости от содержания в них кальцита и доломита и от их соотношения. Существуют следующие разновидности карбонатных пород: известняк, мрамор, доломиты, мергель и магнезит [1]. В нашей стране известняки имеют весьма широкое распространение. Во многих районах их запасы практически неограниченные. Геологический разрез характерных месторождений известняка приведен на рис. 1.1 [2]. Рис. 1.1. Типовой геологический разрез месторождения известняка [2]: – номер скважины; – абсолютная отметка; Q – четвертичные отложения; Pt – отложения ассельского яруса нижней перми; – глины с обломками карбонатных пород; – известняк; – глубина скважины; Р1а-s – отложения карбонатных пород тастубского горизонта сакмарского яруса нижней перми; – граница между литологическими отложениями Из зарегистрированных Геологическим фондом 2500 месторождений нерудных полезных ископаемых с общими балансовыми запасами около
1.1. Краткая характеристика месторождений известняка и анализ современного состояния сырьевой базы 7 14 млрд м3 на долю карбонатных приходится более 1100 месторождений, из которых 60 % приходится на известняк. Многие месторождения недостаточно разведаны, изучены и не учтены в балансовых запасах [3]. Среди карбонатных пород особенно широко распространены известняки. Месторождения их, как правило, весьма удобны для открытых разработок, так как расположены вблизи крупных городов, а также в сельскохозяйственных районах. Известняк – широко распространённая осадочная горная порода. Состоит в основном из кальцита (СаСО3) или кальцитовых скелетных останков организмов часто с примесью минерала доломита, глинистых и песчаных частиц. Чистый известняк имеет белый или светло-серый цвет [4]. Залежи известняков встречаются среди отложений всех геологических систем: от докембрийских до четвертичной. Наиболее интенсивное образование известняков происходило в силуре, карбоне, юре и верхнем мелу. Мощность толщ известняков может быть несколько сантиметров, а иногда они образуют залежи большой толщины до 5000 м. Пласты известняков обычно тянутся на большие расстояния, измеряемые сотнями километров, при этом известняки в одном каком-либо месте не всегда одинаковы по составу во всей своей толще. Месторождение известняков обычно состоит из отдельных пластов, отличных по своим качествам, плотности, мощности и составным частям. Пласты известняка иногда чередуются с пластами глин, песков и других горных пород. При своем образовании известняки чаще всего залегали горизонтально. В тех местах, где потом образовались земные складки – горные хребты и горы, – пласты известняков изогнуты, и в таких случаях они располагаются уже не горизонтальными, а наклонными пластами. Наклон пластов бывает различный в зависимости от характера образовавшихся гор. Пласты известняков, находящиеся близко к поверхности, размываются речными и атмосферными водами. Местность, где на поверхность выступают размытые известняки, называется карстовой [5]. Большинство пластов известняка пронизано сетью больших и малых, горизонтальных и вертикальных трещин. Благодаря этим трещинам добыча известняка очень облегчается. По этим же трещинам при добыче известняка взрывом получаются куски такой величины, какую они имели в природном залегании до взрывных работ. Трещины в известняках обычно заполнены глиной, песком, мергелем и другими вмещающими породами. Причины образования трещин в известняках недостаточно изучены. Считается, что они могли получиться от высыхания, изменения давления, а также температурных воздействий [5]. На территории Российской Федерации преобладают известняки средней и высокой прочности (от 30 до 200 МПа и выше).
Г л а в а 1. Современное состояние вопроса 8 Известняки используются в строительстве, производстве извести, цементов и силикатного кирпича, в химической промышленности, в сахарном производстве и так далее. Увеличение темпов строительства ведет к тому, что города все острее нуждаются в строительных материалах, сырьем для которых служат карбонатные породы, в частности для производства цемента необходим известняк. Например, предприятие по производству цемента ООО «Красноярский цемент» имеет производственную мощность завода 1 млн 100 тыс. т цемента в год. Сырьевой базой для данного предприятия служит Торгашинское месторождение известняков и Кузнецовское месторождение глин, расположенные в непосредственной близости от предприятия. Вся цементная промышленность России представлена 50 заводами по производству цемента общей мощностью 60 млн т. На рис. 1.2 представлена диаграмма производства и потребления цемента за последнее десятилетие [6]. Год Рис. 1.2. Динамика изменения спроса и предложения цемента за 10 лет [6]: – производство, млн т; – потребление, млн т По данным Росстата объем производства цемента в России увеличился за период с 2002 по 2007 г. в 1,6 раза. Известь, получаемая путем обжига смеси известняков, является одним из необходимых компонентов в сталелитейном и агломерационном производствах. На рис. 1.3 приведена структура мировой добычи известняка за 2013 г. [7]. Известняк флюсовый является единственным видом основного флюса на российских металлургических заводах, представляющий собой природную форму минерала кальцита СаСO3. Чистый кальцит содержит 56 % СаО и 44 % SiO2. Флюсами называются добавки, вводимые в доменную и агломерационную шихту для снижения температуры плавления пустой 37,8 41 45,6 48,5 54,7 59,9 53,5 44,2 50,4 48,9 47,9 36,7 37,8 43,4 46,2 52,3 59,9 59,9 43,9 43,9 45,2 47,5 0 10 20 30 40 50 60 70 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012
1.1. Кра породы го сост и норм Г 62 мес извест 1 716,4 К соотно рабаты извест запасо го окр извест 1 1 2 2 3 3 ткая характе ы шихтов тава и фи мальную р Рис Государс сторожде тняков по 4 млн т; з Рис. 1 п Количест ошении п ываемых тняков по ов в Росси руга расп тняков. Н 29 3 0% 5% 10% 15% 20% 25% 30% 35% фед ристика мест вых матер изических работу пе с. 1.3. Струк – Китай; твенным ений флю категории забалансо .4. Распред по федерал тво запасо по федера отнесены о категори ийской Ф положены аиболее к 9,3 % 5,9 31,4 % 26, Сибирски деральный торождений и риалов и х свойств, ечи. ктура добы – США балансом юсовых из и А+В+С овые – 70, деление зап ьным окру ов и добы альным ок ы 28 ме ии A+B+ Федерации ы 4 разр крупными % 3 % й округ ф известняка и а придания , обеспеч ычи известн А; – Инд м РФ в н звестняко 1 составл ,2 млн т [3 пасов и доб угам [8]: ычи флю кругам по есторожд C1 2 795 и. На терр рабатывае и по запа 4,7 % 26,5 % 2 Уральс федеральны анализ совре я доменн ивающих няка за 201 дия; – др настояще ов. Баланс ляют 6 657 3]. бычи флюс – запасы; юсового и оказано н дений с ,1 млн т, ритории С емых мес сам являю 23,4 % кий ый округ еменного сост ному шлак х очистку 3 г. в мире ругие стран ее время совые зап 7,4 млн т, ового изве – добыч звестняка на рис. 1.4 балансов что сост Сибирско сторожде ются мест 60,1 % 15,9 % Северо‐З федераль тояния сырье ку необхо у чугуна о е [7]: ны учтены з пасы флю , категори естняка ча а в проце 4. К групп выми зап тавляет 42 ого федер ения флю торожден 12,2 % Западный ьный округ евой базы 9 одимоот серы запасы юсовых ии С2 – ентном пе разпасами 2 % от ральноюсовых ния Ка
Г л а в а 1. Современное состояние вопроса 10 рачкинское и Мало-Салаирское в Кемеровской области, а также Мазульское месторождение, расположенное в Красноярском крае. К группе подготавливаемых к освоению отнесены 5 месторождений флюсовых известняков. В федеральном резерве находятся 29 месторождений флюсовых известняков с балансовыми запасами по категориям A+B+C1 2 901,2 млн т, что составляет 43,6 % от запасов в Российской Федерации [8]. Крупнейшие российские месторождения известняка (запасы свыше 100 млн т или млн м3) представлены в табл. 1.1. Таблица 1.1 Крупнейшие месторождения России Месторождение Регион Запасы, тыс. т Область использования, качество Степень освоения Пронское Рязанская область 657 980 Сырье для производства цемента Гос. резерв Сухореченское Челябинская область 418 330 Флюсовые известняки: СаО – 50,5–55,2 %; SiO2 – 0,24–3,04 % Гос. резерв Урусовское Тульская область 415 768 Флюсовые известняки: СаО – 52–55,8 %; SiO2 – 0,1 – 1 %; MgO – 0,3–1 % Гос. резерв Гальянское Свердловская область 384 244 Флюсовые известняки: СаО – 55,3 %; SiO2– 0,15 %; MgO – 0,51 %;Р – 0,013 % Разрабатывается Аккермановское Оренбургская область 376 303 Флюсовые известняки Разрабатывается Джегутинское КарачаевоЧеркесская Республика 352 269 Сырье для производства цемента Разрабатывается Чаньвинское (Костанокский участок) Пермский край 333 253 Известняки для химического производства: СаО3 – 94,0 %; SiO2 – 2,5 %; MgСO3 – 4 % Разрабатывается Карачинское Кемеровская область 322 818 Флюсовые известняки Разрабатывается Пикалевское Ленинградская область 307 278 Флюсовые известняки: СаО – 53,6 %; SiO2 – 0,9 %; MgO – 1,4 % Разрабатывается Соломинское Кемеровская область 306 129 Сырье для производства цемента Разрабатывается МалоСалаирское Кемеровская область 275 155 Флюсовые известняки Разрабатывается Храповицкое Владимирская область 258 555 Сырье для производства цемента Гос. резерв 50 070 Строительные камни Разрабатывается В табл. 1.2 приведена характеристика месторождений, которые находятся в Красноярском крае и Хакасии [9,10].
1.2. Анализ современного состояния технологии горных работ при разработке месторождений известняка 11 Таблица 1.2 Месторождения карбонатных пород Красноярского края и Хакасии Наименование месторождения Объемный вес, т/м3 Мощность полезного ископаемого, м Мощность вскрыши, м Запасы, тыс. м3 Рельеф месторождения Малокамалинское 2,5–2,7 41,8 5 757,4 Возвышенность Саратахское 2,3–2,5 50 4,7 7 142 Среднегорный Осиновское 2,0–2,2 60 5,2 661 Нагорный Мазульское 1,9–2,5 100 5,7 161 900 Возвышенность Подкамешек 2,6–2,7 45 1,4 67 000 Гора-залеж Ербинское 2,7–2,8 18 0,5 1 230 Нагорный Крутокачинское 1,3–2,1 61 4 1 028 Гора-залеж Артемовское 2,6–2,7 45 2,3 2 390 Гора-залеж Торгашинское 2,1–2,5 500 0,2–7,6 74 540 Нагорный Рудничное 2,6–2,7 210 0–41 72 200 – Подгорное 2,6–2,7 130 0,6–10 93 980 – Гарьское 2,5–2,6 23 2 14 800 – В целом по России достигнутый уровень добычи карбонатных пород, в частности известняков, обеспечен промышленными запасами на долгую перспективу. В связи с этим предпочтение в освоении должно отдаваться тем месторождениям, возле которых существует развитая инфраструктура. Это позволит после отработки запасов месторождения или его части использовать оставшееся выработанное пространство карьеров для строительства зданий и сооружений гражданского и промышленного назначения. 1.2. Анализ современного состояния технологии горных работ при разработке месторождений известняка Месторождения известняка имеют пластообразную или линзообразную, изометрическую форму залежей, и это оказывает существенное влияние на выбор технологии их разработки. Технология имеет свои особенности, обусловленные небольшой мощностью вскрышных пород, которые представлены преимущественно рыхлыми, мягкими породами, песками и суглинками. Известняк с коэффициентом крепости f = 8 по шкале проф. М. М. Протодьяконова относится к крепким горным породам, которые требуют предварительной подготовки массива к выемке буровзрывным, механическим или другими способами. Горные предприятия во всем мире, которые ведут разработку месторождений известняка, подготовку горной массы к выемке осуществляют буровзрывным способом.