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.
1.5 Характеристика угольных пластов
Общая площадь распространения пласта К4 - 36,5 км2, из них, на площади 12,3 км2 пласт отсутствует (в центральной и юго-восточной части). Строительство участка подземных работ намечается на площади 12,2 км2 (западная часть площади). Площадь (8,5 км2) к востоку от шахты малоперспективна для отработки в ближайшее время, так как представляет собой два удаленных участка (через 1,5-2 км), каждый из которых содержит ограниченные запасы угля (отдельно 8,8 млн. т. и 5,6 млн. т.), при этом угол падения пласта изменяется от 2° до 30°, пласт расщепляется на 2-3 пачки, из которых одна имеет рабочее значение, а средняя мощность ее равна соответственно 1,39 м и 1,44 м. Остальная площадь (3,5 км2) - это остаток площади к западу от шахты, между р. Чульман и руч. Китаянка. Здесь пласт в узкой излучине р. Чульман также расщепляется на 2-3 пачки с уменьшением мощности до выклинивания и расположен в водоохранной зоне реки (что предопределяет неэкономичность его отработки, так как балансовые запасы вне целика под водоохранную зону составляют 2,6 млн. т).