Методические рекомендации по нормированию потерь угля на открытых горных работах

Принципы нормирования потерь угля на открытых горных ра­ботах те же, что и на подземных. Разница лишь в том, что на разрезах большее значение приобретают вопросы засорения угля пустой породой при добыче. В большинстве случаев размеры по­терь и засорения угля взаимосвязаны - увеличение размера по­терь приводит к уменьшению засорения и наоборот, поэтому при нормировании следует исходить из минимального суммарного влия­ния (отрицательного) потерь и засорения на экономику разреза.

Граница технической и экономической целесообразности сни­жения потерь за счёт увеличения засорения и наоборот в каждом конкретном случае различна и определяется с помощью технико-эко­номического сопоставления возможных вариантов ведения горных работ в приконтактных зонах блока (участка).

Сравниваемые варианты должны отличаться как размерами по­терь и засорения, так и их соотношением, т.е. в одних вариан­тах потери выше, чем засорение, а в других - наоборот. Дости­гается это за счёт изменения границ извлекаемых балансовых за­пасов и прихватываемых вмещающих пород, а также технологии ос­новных производственных процессов.

На пологопадающих месторождениях потери представляют со­бой слой теряемого угля, а засорение - примешивание вмещающих пород по всей площади блока (участка) при зачистке кровли и почвы пласта.

При использовании на вскрышных и добычных работах ротор­ных экскаваторов потери и засорение угля на контактах с вме­щающими породами зависят от положения роторного колеса и величины подачи ротора на забой, т.е. от толщины срезаемой по­лосы.

При разработке залежей наклонного падения и производстве горных работ механическими лопатами потери и засорение обра­зуются за счёт создания горизонтальных площадок, необходимых для нормальной работы экскаваторов.

При крутом падении пласта потери и засорение зависят в основном от технологии ведения горных работ на контактах зале­жи, т.е. в приконтактных зонах, и обычно представляют "тре­угольники" теряемого угля и примешиваемых вмещающих пород.

Размеры потерь и засорения в зависимости от их характера образования определяются различными способами. Потери в виде слоя на всей площади определяются непосредственно опытным пу­тем. Потери в виде треугольников определяются по замерам на геолого-маркшейдерской документации или расчётами по соответствующим формулам. Обязательным условием достоверности определе­ния потерь и засорения в этом случае является уточнение кон­тактов пласта и содержания золы в угле в погашаемых балансовых запасах по данным эксплуатационной разведки.

В практике эксплуатации угольных месторождений разрабаты­ваются пласты самой разнообразной формы и геологического стро­ения. Однако в пределах уступа они могут быть подразделены на блоки (участки) простого и сложного строения.

Простые блоки (участки) характеризуются однородным строе­нием и не содержат существенных включений пустых пород и не­кондиционного угля.

Сложные блоки (участки) характеризуются неоднородным строением и содержат наряду с кондиционным углем некондицион­ный уголь, а также прослойки или включения пустых пород.

Под примешиванием вмещающих пород следует понимать приме­шивание к полезному ископаемому в процессе его добычи пустых пород и некондиционного полезного ископаемого как по контакту залежи, так и внутри эксплуатационного блока.

Если залежь с углами падения контактов от 50⁰ до 80° раз­рабатывается экскаваторами типа механическая лопата, то нор­мативные потери и засорение должны устанавливаться с учётом угла черпания в зависимости от изменения наклона стрелы экска­ватора.

Ниже приведены примеры расчёта нормативных потерь и за­сорения при разработке пластов угля пологого, наклонного и крутого падения.

I. П р и м е р р а с ч ё т а

нормативных потерь и засорения угля при разработке

горизонтальных и слабонаклонных пластов Подмосковного бассейна

Разрабатывается угольный пласт с применением экскаваторов типа механическая лопата в следующих горногоологических усло­виях:

а) угол падения падете (α ) - 0°;

б) мощность пласта (м) - 3,5 м;

в) зольность балансовых запасов ( ) - 33,8%;

г) "зольность породы", засоряющей уголь ( ) - 80%;

д) объёмный вес угля (γ_у) - 1,30 т/м³;

е) объёмный вес породы (γ_В) - 1,80 т/м³.

С целью установления размеров нормативных потерь и засо­рения угля произведен технико-экономический анализ трёх ва­риантов;

В первом варианте предусмотрена разработка пласта без засорения угля (рис. 3.1,а). Толщина теряемого слоя угля в кровле (h_ПК) и почве (h_ПП) равна h_ПК * h_ПК = 0,2 м.

В этом случае коэффициент потерь будет равен:

(3.1)

Засорение угля практически отсутствует.

Рис. 3.1 – Схема к расчету потерь и засорения угля при разработке

горизонтального угольного пласта

- контакт угольного пласта; - теряемый уголь;

- примешиваемые породы.

Во втором варианте предусмотрена разработка пласта без потерь угля (рис.3.1,б). Толщина прихвата пород кровли и почвы равна h_ВК = h_ВП = 0,2 м.

Коэффициент засорения угля определяется по формуле:

(3.2)

В третьем варианте предусматривается разработка пласта с потерями и примешиванием пород. Причем толщина теряемого слоя угля в кровле пласта равна толщине прихвата пород в поч­ве пласта:

h_ПК = h_ВП = 0,2 м.

Коэффициенты потерь угля и засорения определяются так же, как и в ранее рассмотренных случаях, т.е.

;

.

Нормативная величина потерь и засорения угля устанавли­вается по результатам технико-экономической оценки указанных выше вариантов разработки. Исходные данные и необходимые рас­чёты приведены в табл. 3.6, из которой видно, что максималь­ная прибыль на 1 т потешенных балансовых запасов 3,44 грн. достигается при ведении горных работ по варианту 2. Следо­вательно, нормативные показатели для рассматриваемых условий разработки пласта будут иметь значения:

П = 0;

К_З = 0,137.

Результаты по отдельным вариантам разнятся между собою з пределах ±10%, поэтому они одинаково приемлемы. Выбирается вариант с наименьшими потерями угля, т.е. второй.

Т а б л и ц а 3.6

Показатели	Условные обозначения и формулы расчёта	Технико-экономические показатели по вариантам
		I	II	III
1	2	3	4	5
1. Балансовые запасы, тыс.т	Б	1000	1000	1000
2. Зольность балансовых запасов,%		31,3	31,9	31,9
3. Зольность породы, засоряющей уголь, %		80,0	80,0	80,0
4. Коэффициент потерь	П	0,114	0	0,057
5. Коэффициент засорения	КЗ	0	0,137	0,078
6. Количество добытого угля, тыс.т		886	1160	1023
7. Зольность добытого угля, %		31,9	38,5	35,6
8. Оптовая цена 1 т угля со средней расчётной норкой по золе, равной 35%, грн.	Цо	7,40	7,40	7,40

Продолжение табл. 3.6

1	2	3	4	5
9. Величина замыкающих затрат по бассейну при , грн/т	З.З.б	10,63	10,60	10,60
10.То же самое по конкретному участку ме­сторождения с учётом зольности добытого угля, грн/т		11,29	9,82	10,47
11.Себестоимость добычи 1 т угля, руб.	СД	5,64	5,13	5,38
12.Величина прибыли на 1 т добытого угля, грн.		5,65	4,69	5,09
13.То же самое на 1 т погашенных балан­совых запасов, грн.		5,00	5,44	5,21

2. П р и м е р р а с ч ё т а

нормативных потерь и засорения угля при разработке у

горизонтального пласта роторным экскаватором

(комбинат "Александрияуголь")

Разработка месторождения бурого угля ведется роторным экскаватором в следующих горногеологических условиях:

а) угол падения пласта - 0-3°;

б) мощность пласта - 6,0 м;

в) радиус роторного колеса -5 м;

г) зольность балансовых запасов - 23%;

д) зольность породы, засоряющей уголь - 70%;

е) толщина срезаемой полосы - 6,0 м;

ж) объёмный вес угля - 1,30 т/м³;

з) объёмный вес породы - 1,80 т/м³.

С целью установления нормативных потерь произведена технико-экономическая оценка четырех вариантов разработки с различными коэффициентами потерь и засорения угля.

В первом варианте принята разработка без засорения угля вмещающими породами (рис.3.2,а). Потери угля имеются в кровле почве пласта. Уровень потерь в этом случае может быть установлен по следующим формулам:

Рис. 3.2 – Схемы к расчету потерь при разработке пологопадающего

пласта роторным экскаватором.

, (3.3)

, (3.4)

где m – мощность пласта, м;

r – радиус роторного колеса;

l – толщина срезаемой полосы;

φ – угол, равный arc sin l/2r, град; π = 3,14.

Для наших условий .

.

Подставляя значения исходных величин φ, l, r в форму­лы (3.3) и (3.4), получим

;

.

В целом по варианту коэффициент потерь равен 0,113 + 0,51 = 0,165. Сумма слоев породы в кровле и почве пласта (h_В) равна

м.

Во втором варивнте потери отсутствуют (рис.3.2,б). Коэффициент засорения может быть найден по формуле

.

В третьем и четвертом вариантах предусмотрены и потери и примешивание пород (рис. 3.2,в, г). Размеры последних определены с использованием приведенных выше формул. Технико-экономический расчёт показал (табл. 3.7), что наиболее целесообразным для данных горно-геологических условий является III вариант, при котром достигается максимальная величина прибыли, равная 4,19 грн. на 1 т погашенных балансовых запасов.

Т а бл и ц а 3.7

Показатели	Условные обозначения и формулы расчета	Технико-экономические показатели по вариантам
		I	II	III	IV
1	2	3	4	5	6
1. Балансовые запасы, тыс.т	Б	1000	1000	1000	1000
2. Зольность ба-лансовых запасов,%		23,0	23,0	23,0	23,0
3. Зольность породы, засоряющей уголь, %		70,0	70,0	70,0	70,0
4. Коэффициент потерь	П	0,165	0	0,051	0,0113
5. Коэффициент засорения	КЗ	0	0,186	0,070	0,150
6. Количество добытого угля, тыс.т		835	1230	1020	1040
7. Зольность добытого угля, %		23,0	31,8	26,3	30,0
8. Оптовая цена 1 т угля со средней расчётной норкой по золе, равной 35%,грн.	Цо	5,20	5,20	5,20	5,20
9. Величина замыкающих затрат по бассейну при , грн/т	З.З.бас.	9,0Х	9,0	9,0	9,0
10.То же самое по конкретному участку ме­сторождения с учётом зольности добытого угля, грн/т		9,31	7,94	8,80	8,22
11.Себестоимость добычи 1 т угля, руб.	СД	4,69	4,69	4,69	4,69
12.Величина прибыли на 1 т добытого угля, грн.		4,62	3,25	4,11	3,53
13.То же самое на 1 т погашенных балан­совых запасов, грн.		3,86	4,00	4,19	3,67

^Х – цифра условная

3. П р и м е р р а с ч ё т а

нормативных потерь угля при разработке наклонного пласта

(комбинат "Приморскуголь")

В примере рассмотрена разработка наклонного пласта при следующих горно-геологических условиях:

а) угол падения пласта - 12°;

б) мощность пласта - 15 м;

в) зольность балансовых запасов - 30%;

г) зольность породы - 70%;

д) ширина заходки экскаватора - 15 м;

е) объёмный вес угля ( γ_y ) - 1,30 т/м³;

ж) объёмный вес породы ( γ_В ) - 1,80 т/ м³.

Для определения нормативных показателей потерь при разработке наклонного пласта произведена технико-экономическая оценка трёх вариантов.

В первом варианте предусмотрена разработка пласта без прихвата пустых пород (рис.3.3,а). Коэффициент потерь в этом слу­чае может быть определен по формуле

, (3.5)

где Ш_зах – ширина заходки, м;

α – у гол падения пласта, град;

m – мощность пласта, м.

Подставляя численные значения Ш_зах, sinα и m в формулу (3.5), получим для 1 варианта

, К_З = 0.

По второму варианту разработка пласта ведется без по­терь угля (рис.3.3,6). Коэффициент засорения можно вычислить до формуле

. (3.6)

Подставляя в формулу (3.6) численные значения исходных данных, получим для II варианта

.

По третьему варианту разработка пласта ведется с равным соотношением коэффициентов потерь и засорения (рис.3.3,в), т.е. П = 0,104 и К₃ = 0,104.

По результатам технико-экономической оценки вариантов раз­работки пласта (табл.3.8) установлено, что наиболее эконо­мичным является II ввриант, по которому достигается наибольшая величина прибыли на 1 т погашенных балансовых запасов, равная 15,00 грн.

Следовательно, нормативный коэффициент потерь для рассмат­риваемых условий разработки наклонного пласта будет равен нулю, а коэффициент засорения К_З = 0,223.

4. П р и м е р р а с ч ё т а

нормативных потерь угля при разработке крутопадающего пласта

(комбинат "Сахалинуголь")

Потери и засорение угля при разработке крутопадающих пластов в большинстве случаев представляют собой "треугольник" те­ряемого угля и примешиваемых вмещающих пород, образующихся в приконтактных зонах из-за несовпадения углов черпания экска­ватора и падения пласта. Их величина по вариантам разработки зависит от высоты, на которой пересекаются линии откоса усту­па и контакта пласта.

Точность установления нормативных показателей по блокам, как и при разработке пологих и наклонных пластов, зависит от количества сравниваемых вариантов ведения горных работ в приконтактной зоне, отличающихся между собой различным соотношением количества теряемого угля и примешиваемых вмещающих пород. С этой целью высота уступа может быть разделена на 3, 4, 5 и бо­лее частей, по высоте которых могут быть приняты значения высо­ты треугольников теряемого угля и примешиваемых вмещающих по­род (рис.3.4).

Рис. 3.3 - Схема к расчету потерь при разработке наклонного

пласта

- контакт угольного пласта; - теряемый уголь;

- примешиваемые породы.

Т а б л и ц а 3.8

Показатели	Условные обозначения и формулы расчёта	Технико-экономические показатели по вариантам
		I	II	III
1	2	3	4	5
1. Балансовые запасы, тыс.т	Б	1000	1000	1000
2. Зольность балансовых запасов,%		30,0	30,0	30,0
3. Зольность породы, засоряющей уголь, %		70,0	70,0	70,0
4. Коэффициент потерь	П	0,208	0	0,104
5. Коэффициент засорения	КЗ	0	0,223	0,104
6. Количество добытого угля, тыс.т		792	1290	1000
7. Зольность добытого угля, %		30,0	39,0	34,2
8. Оптовая цена 1 т угля со средней расчётной нормой по золе, равной 28%, грн.	Цо	5,00	5,00	5,00

Продолжение табл. 3.8

1	2	3	4	5
9. Величина замыкающих затрат по бассейну при , грн/т	З.З.бас	20,50	20,50	20,50
10.То же самое по конкретному участку ме­сторождения с учётом зольности добытого угля, грн/т		20,20	18,85	19,57
11.Себестоимость добычи 1 т угля, руб.	СД	3,25	3,15	3,20
12.Величина прибыли на 1 т добытого угля, грн.		16,95	15,70	16,37
13.То же самое на 1 т погашенных балан­совых запасов, грн.		13,41	20,25	16,37

Ниже приведен пример установления нормативных потерь и за­сорения угля при пятивариантной схеме разработки пласта. В примере приняты следующие параметры: мощность пласта - 10 м, угол падения - 60°, высота уступа -10 м, угол откоса усту­па - 70°.

С целью более точного установления нормативных потерь и засорения угля принята пятивариантная схема ведения горных ра­бот в приконтактных зонах, при которой высота треугольников по вариантам будет следующей:

Вариант	I	II	III	IV	V
hП, м	0	2,5	5	7,5	10
hВ, м	10	7,5	5	2,5	0

Коэффициенты потерь и засорения угля могут быть определе­ны по формулам:

; (3.7)

, (3.8)

где h_П и h_В – высота треугольников соответственно теряемого угля и примешиваемых пород, м;

m – мощность пласта, м;

Н – высота уступа, м;

β – угол откоса уступа, град;

δ – угол, который при α > β равен α - β, а при β > α равен β - α, град;

γ_у и γ_В – объёмные веса соответственно угля н породы, т/м³.

Подставляя в формулы (3.7) и (3.8) численные значения исходных величин, получим:

а) для I варианта

П = 0, ;

б) для II варианта П = 0,012, К₃ = 0,126;

в) для Ш варианта П = 0,046, К₃ = 0,060;

г) для 1V варианта П = 104, К₃ = 0,016;

д) для V варианта П = 0,185, К_З = 0.

Нормативные потери и засорение угля устанавливаются по результатам экономической оценки каждого варианта разработки. Необходимые расчёты приведены в табл. 3.9. Из табл. 3.9 вид­но, что наиболее экономичным является IV вариант разработки, при котором достигается максимальная величина прибыли, рав­ная 10,00 грн. на 1 т погашенных балансовых запасов угля. Следовательно, нормативными показателями будут

П = 0,104, К_З = 0,016.

Т а б л и ц а 3.9

Показатели	Условные обозначения и формулы расчёта	Технико-экономические показатели по вариантам
		I	II	III	IV	V
1	2	3	4	5	6	7
1. Балансовые запасы, тыс.т	Б	6750	6750	6750	6750	6750
2. Зольность ба-лансовых запасов,%		22,2	22,2	22,2	22,2	22,2
3. Зольность по-роды, засоряющей уголь, %		70,0	70,0	70,0	70,0	70,0
4.Коэффициент потерь	П	0	0,012	0,046	0,104	0,185
5. Коэффициент засорения	КЗ	0,204	0,126	0,060	0,016	0
6. Количество добытого угля, тыс.т		8480	7620	6850	6140	5500
7. Зольность добытого угля, %		31,9	28,2	25,1	22,9	22,2
8. Оптовая цена 1 т угля со средней расчётной нормой по золе, равной 21%, грн.	Цо	17,72	17,72	17,72	17,72	17,72
9. Величина за-мыкающих затрат по бассейну при ,грн/т	З.З.бас	27,0	27,0	27,0	27,0	27,0
10.То же самое по конкретному участку месторож-дения с учётом золь-ности добытого угля, грн/т		21,21	23,18	24,82	26,00	26,36
11.Себестоимость добычи 1 т угля,руб.	СД	27,0	27,0	27,0	27,0	27,0
12.Величина при-были на 1 т добыто-го угля, грн.		6,19	8,16	9,80	10,98	1134
13.То же самое на 1 т погашенных балан­совых запасов, грн.		7,77	9,22	9,95	10,00	9,25

КАБІНЕТ МІНІСТРІВ УКРАЇНИ