Комбинированные технологии разработки угольных месторождений (обзор)

В статье рассматриваются основные недостатки открытого и подземного способов, ликвидации которых можно добиться при внедрении комбинированной технологии разработки угольных месторождений. Под комбинированной технологией понимают такой способ освоения угольного месторождений, который включает в себя элементы нескольких геотехнологий, например подземной и открытой, а также, возможно, подводной добычи, скважинной и других способов разработки месторождений. При комбинированной технологии разработки угольных месторождений предусматривается единая схема вскрытия, подготовки, добычи и переработки запасов на весь период освоения месторождения на основе принятых заранее общих технологических решений. Комплексное решение аспектов вскрытия и подготовки запасов полей в рамках открытых и подземных горных работ позволяет минимизировать объем вскрывающих выработок и сократить сроки введения в эксплуатацию, снизить инвестиционные затраты, а также сократить расходы на вентиляцию, водоотлив, транспортировку горной массы и рекультивацию земель. Обосновывая варианты вскрытия месторождения, необходимо комплексно учитывать технические, организационные и экономические факторы. Анализ вариантов на примере разработки Макарьевского угольного месторождения в Кузбассе позволяет сделать вывод о том, что комбинированный способ является перспективным и позволяет нарастить оптимальные объемы добычи угля, при этом сократить срок освоения месторождения ориентировочно на 15 %, а чистый дисконтированный доход увеличить по сравнению с подземным и открытым способами более чем в 5 раз.

1. Kelly M. Developing coal mining technology for the 21st century. Mining Science and Technology'99. 2002:3–7.

2. Плакиткина Л. С., Плакиткин Ю. А. Мировые тенденции развития угольной отрасли. Горная про-мышленность. 2017;(1(143)):24–29. DOI: 10.30686/1609-9192-2019-1-143-24-29.

3. Плакиткина Л. С., Плакиткин Ю. А. Угольная промышленность мира и России: анализ, тенденции и перспективы развития. М.: ЛИТЕРРА; 2017. 373 с.

4. Jое G. Baker Technological Change in US Coal Mining: Issues and Evidence. Energy Explora-tion&Exploitation. 1983;2(3):233–241.

5. Winschel Richard US Coal – An Industry in Transition. In: International Pittsburg Coal Conference. 2015.

6. IEA. Coal. [Online]. 2016. URL: http://www.iea.org/topics/coal.

7. Osborne D. (ed.) The Coal Handbook: Towards Cleaner Production. Vol. 1 in Woodhead Publishing Se-ries in Energy. Woodhead Publishing; 2013. DOI: 10.1533/9780857097309.

8. McDowell Chatman Jay. County Coal and Rail. Arcadia Publishing; 2014.

9. Bondarenko V., Kovalevs’ka I., Ganushevych K. (eds.) Progressive Technologies of Coal, Coalbed Me-thane and Ores Mining. London: CRC Press; 2014. DOI: 10.1201/b17547.

10. Mukhopadhyay Manas K., Suvomoy A., Banerjee Palash, Skaria Vishal, Bhattacharjee P.K. Advances in Coal Mining Technology to Meet the Requirements of Environmental and Social Needs. URL: http://www.meconlimited.co.in/Writereaddata/pub/Adv_coal_mining_env_social_needs%20.pdf.

11. Coal of the future (supply prospects for thermal coal by 2030–2050). Prepared for the European Com-mission – DG JRC Institute for Energy by Energy Edge Limited. 2007. URL: https://publications.jrc.ec.europa.eu/repository/bitstream/JRC36060/6060%20-%20EUR%2022644%20EN.pdf.

12. Yuan L. Scientific conception of precision coal mining. Meitan Xuebao. Journal of the China Coal So-ciety. 2017;42(1):1–7. DOI: 10.13225/j.cnki.jccs.2016.1661.

13. Lien L. Advances in coal mining technology. In: The Coal Handbook: Towards Cleaner Production. Osborne D. (ed.) Vol. 1 in Woodhead Publishing Series in Energy. Woodhead Publishing; 2013. Р. 193–225. DOI: 10.1533/9780857097309.2.193.

14. Lien L. Mining's new future: How the industry will change in the next decade. Mining Engineering. 2011;63(2):40–46.

15. Fedorin V. A., Shakhmatov V., Anferov B. A., Kuznetsova L. V. Hybrid opencast/underground process to mine Kuzbass coal deposits. In: IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. Vol. 262. Challenges for Development in Mining Science and Mining Industry 1–5 October 2018, Novosibirsk, Russian Federation. IOP Publishing Ltd; 2019. DOI: 10.1088/1755-1315/262/1/012015.

16. Федорин В. А., Шахматов В. Я, Михайлов А. Ю. Комбинированный способ разработки угольных пластов кузбасса на основе синтеза процессов ведения открытых и подземных горных работ. Вестник науч-ного центра ВОСТНИИ по промышленной и экологической безопасности. 2018;(1):32–40.

17. Wang G.-F. Development of China's coal mining technology and equipment. In: 30th Annual Interna-tional Pittsburgh Coal Conference. 2013;(3):1855–1884.

18. Yuan L. Strategic thinking of simultaneous exploitation of coal and gas in deep mining. Meitan Xuebao. Journal of the China Coal Society. 2016;41(1):1–6. DOI: 10.13225/j.cnki.jccs.2015.9027.

19. Yuan L. The technique of coal mining and gas extraction by roadway retaining and borehole drilling. Meitan Xuebao. Journal of the China Coal Society. 2008;33(8):898–902.

20. Yuan L. Scientific problem and countermeasure for precision mining of coal and associated resources. Meitan Xuebao. Journal of the China Coal Society. 2019;44(1):1–9. DOI: 10.13225/j.cnki.jccs.2018.5048

21. Yuan L., Zhang P. Development status and prospect of geological guarantee technology for precise coal mining. Meitan Xuebao. Journal of the China Coal Society. 2019;44(8):2277–2284. DOI: 10.13225/j.cnki.jccs.KJ19.0571.

22. Zhang J., Zhang Q., Ju F., Zhou N., Li M., Sun Q. Theory and technique of greening mining integrat-ing mining, separating and backfilling in deep coal resources. Meitan Xuebao. Journal of the China Coal Society. 2018;43(2):377–389. DOI: 10.13225/j.cnki.jccs.2017.4102.

23. Diering D. H. Ultra-deep level mining – future requirements. Journal of The South African Institute of Mining and Metallurgy. 1997;97(6):249–255.

24. Li H., Guo G., Zhai S.C. Mining scheme design for super-high water backfill strip mining under build-ings: a Chinese case study. Environmental Earth Sciences. 2016;75(12):1017. DOI: 10.1007/s12665-016-5837-5.

25. Zhang S.-H., Cai Q.-X., Chen K.-Y. Dynamic mining and excavating succession for the combined mining of coal seam group in coal and gas outburst mine. Zhongguo Kuangye Daxue Xuebao. Journal of China University of Mining and Technology. 2011;40(6):912–916.

26. Luo Xiao, Zhang Wenjun. Research on combined coal mining technology under highway. View Affilia-tions AIP Conference Proceedings. 2017;1839(1):020027. DOI: 10.1063/1.4982392.

27. Xie H.-P., Zhou H.-W., Xue D.-J., Wang H.-W., Zhang R., Gao F. Research and consideration on deep coal mining and critical mining depth. Meitan Xuebao. Journal of the China Coal Society. 2012;37(4):535–542.

28. He M.-C. Conception system and evaluation indexes for deep engineering. Yanshilixue Yu Gongcheng Xuebao. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering. 2005;24(16):2854–2858.

29. Skousen J., Zipper C.E. Post-mining policies and practices in the Eastern USA coal region. Internation-al Journal of Coal Science and Technology. 2014;1(2):135–151. DOI: 10.1007/s40789-014-0021-6.

30. Sun J., Wang S. Rock mechanics and rock engineering in China: Developments and current state-of-the-art. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences. 2000.;37(3):447–465. DOI: 10.1016/S1365-1609(99)00072-6.

31. Dychkovskyi R., Vladyko O., Maltsev D., Cáceres Cabana E. Some aspects of the compatibility of min-eral mining technologies. Rudarsko Geolosko Naftni Zbornik. 2018;33(4):73–82. DOI: 10.17794/rgn.2018.4.7.

32. Petlovanyi M. V., Lozynskyi V. H., Saik P. B., Sai K. S. Modern experience of low-coal seams under-ground mining in Ukraine. International Journal of Mining Science and Technology. 2018;28(6):917–923. DOI: 10.1016/j.ijmst.2018.05.014.

33. Ордин А. А., Клишин В. И. Оптимизация технологических параметров горнодобывающих предприятий на основе лаговых моделей. Новосибирск: Наука; 2009. 164 с.

34. Ермаков А. Ю., Сенкус Вал. В., Кочурин Н. М., Сенкус В. В. Комбинированная разработка угольных месторождений с рекультивацией нарушенных земель. Кемерово: «Кузбассвузиздат»; 2017. 267 с.

35. Качурин Н. М., Ермаков А. Ю. Сенкус Вал. В. Аэрогазодинамика очистных и подготовительных участков при отработке мощных пологих пластов. Кемерово: АИ «Кузбассвузиздат»; 2017. 288 с.

36. Каплунов Д. Р, Качурин Н. М., Сенкус В. В., Ермаков А. Ю., Сенкус Вал. В. Комбинированная технология системной разработки угольных месторождений. Кемерово: АИ «Кузбассвузиздат»; 2018. 454 с.

37. Абрамкин Н. И., Фам Дик Тханг Обоснование рациональных вариантов комплексно-механизированной отработки наклонных угольных пластов средней мощности в горно-геологических усло-виях на шахте «Куангхань». Горные науки и технологии. 2016;(3):55–60. DOI: 10.17073/2500-0632-2016-3-55-60.

38. Патент РФ № 2295036 Комплексный способ разработки пластовых месторождений; МПК Е21/С 40/00 (2006.01). Патентообл. и авт.: Сенкус Вал. В., Фомичев С. Г., Сенкус Вас. В. и др.; Заявл. 23.05.2005. Опубл. 10.03.2007. Бюл. № 7.

39. Патент РФ № 2297533 Способ рекультивации открытых горных выработок. Заявит. и авт.: Сен-кус Вал. В., Сенкус В. В., Фомичев С. Г., Сенкус Вас. В.; Заявл. 26.08.2005. Опубл. 20.04.2007. Бюл. № 11.

40. Патент РФ № 2388911 Комплексный способ разработки пластов опасных по газу и пыли, склонных к горным ударам и внезапным выбросам; МПК E21F 7/00. Патентообл. и авт.: Сенкус Вал. В., Фрянов В. Н., Фомичев С. Г. и др.; Заявл. 05.08.2008. Опубл. 10.05.2010. Бюл. № 13.

41. Патент РФ № 2391510 Способ разработки мощных угольных пластов и устройство для его реали-зации. Патентообл. и авт.: Сенкус Вал. В., Фрянов В. Н., Стефанюк Б. М. и др.; Заявл. 02.12.2008. Опубл. 10.06.2010. Бюл. № 16.

42. Патент РФ № 2418168. Комплексный способ разработки свит пологих пластов; МПК Е21С 40/06. Заявит. и авт.: Сенкус Вал. В., Стефанюк Б. М., Фрянов В. Н. и др.; Заявл.17.11.2009. Опубл. 10.05.2011. Бюл. № 13.

43. Патент РФ № 2422638 Комплексный способ разработки свит пологих пластов синклинальных и брахисинклинальных месторождений; МПК Е21/С 41/00 (2006.01). Патентообл. и авт.: Сенкус Вал. В., Сте-фанюк Б. М., Сенкус В. В., Сенкус Вас. В. и др.; Заявл. 28.12.2009. Опубл. 27.06.2011. Бюл. № 18.

44. Патент РФ № 2425216 Комплексный способ разработки свит пластов антиклинальных место-рождений с пологим и (или) крутым залеганием пластов; МПК Е21/С 41/00 (2006.01). Патентообл. и авт.: Сенкус Вал. В., Стефанюк Б. М., Сенкус В. В., Сенкус Вас. В. и др.; Заявл. 28.12.2009. Опубл. 27.07.2011. Бюл. № 21.

45. Патент РФ № 2425216 Комплексный способ разработки свит пластов антиклинальных место-рождений с пологим и (или) крутым залеганием пластов; МПК Е21/С 41/00 (2006.01). Патентообл. и авт.: Сенкус Вал. В., Стефанюк Б.М., Сенкус В.В., Сенкус Вас.В. и др.; Заявл. 28.12.2009. Опубл. 27.07.2011. Бюл. № 21.

46. Патент РФ № 2477793 Способ комбинированной разработки свиты пластов месторождений; МПК Е21/С 41/02 (2006.01). Патентообл. и авт.: Сенкус Вал. В., Мельник В.В., Сенкус В. В. и др.; Заявл. 20.09.2011. Опубл. 20.03.2013. Бюл. № 8.

47. Патент РФ № 2563003 Способ разработки мощных пологих угольных пластов; МПК Е21С 41/32. Патентообл.: ФГБОУ ВПО «КемГУ». Авт.: Сенкус Вал. В., Ермаков А. Ю., Стефанюк Б. М. и др.; Заявл. 06.08.2014. Опубл. 10.09.2015. Бюл. № 25.

48. Патент РФ № 2569145 Комплекс механогидравлической рекультивации нарушенных земель; МПК Е21С 41/32. Патентообл.: ФГБОУ ВПО «КемГУ». Авт.: Сенкус Вал. В., Мельник В. В., Стефанюк Б. М. и др.; Заявл. 06.08.2014. Опубл. 20.11.2015. Бюл. № 32.

49. Патент РФ № 2569146 Способ механогидравлической рекультивации нарушенных земель; МПК Е21С 41/18. Патентообл.: ФГБОУ ВПО «КемГУ». Авт.: Сенкус Вал. В., Сенкус Вас. В., Стефанюк Б. М. и др.; Заявл. 06.08.2014. Опубл. 20.11.2015. Бюл. № 32.

50. Патент РФ № 2569145 Комплекс механогидравлической рекультивации нарушенных земель; МПК Е21С 41/32. Патентообл.: ФГБОУ ВПО «КемГУ». Авт.: Сенкус Вал. В., Мельник В. В., Стефанюк Б. М. и др.; Заявл. 06.08.2014. Опубл. 20.11.2015. Бюл. № 32.

51. Патент РФ № 2622972 Шахтный водоотлив при разработке антиклинальных угольных месторождений комбинированным способом; МПК Е02D 19/00 (2006.01). Патентообл.: ООО «Сибнииуглеобога-щение». Авт.: Ермаков А. Ю., Сенкус В. В., Сенкус Вал. В. и др.; Заявл. 09.02.2016. Опубл. 21.06.2017. Бюл. № 18.

52. Патент РФ № 2627504 Шахтный водоотлив при разработке пологих и крутых пластов угольных месторождений комбинированным способом; МПК Е02D 19/06 (2006.01). Патентообл.: ООО «Сибнииугле-обогащение». Авт.: Ермаков А. Ю., Сенкус Вал. В. и др.; Заявл. 09.02.2016. Опубл. 08.08.2017. Бюл. № 22.

53. Патент РФ № 2655548 Способ рекультивации открытых горных выработок; МПК Е21С 41/32, А01В 79/02. Патентообл.: Ермаков А. Ю., Сенкус В. В. Авт.: Ермаков А. Ю., Сенкус В. В., Сенкус Вас. В., Сенкус Вал. В. и др.; Заявл. 26.06.2017. Опубл. 28.05.2018. Бюл. № 16.

54. Патент РФ № 2679003 Способ проветривания подземных горных выработок при комбинированной разработке синклинальных угольных месторождений; МПК Е21F 1/00. Патентообл.: Ермаков А. Ю., Сенкус В. В. Авт.: Ермаков А. Ю., Сенкус В. В., Сенкус Вал. В. и др.; Заявл. 17.10.2017. Опубл. 05.02.2019. Бюл. № 4.

55. Патент РФ № 2679015 Способ проветривания подземных горных выработок при комбинированной разработке антиклинальных угольных месторождений; МПК Е21F 1/08 (2006.01). Патентообл.: Ермаков А. Ю., Сенкус В. В. Авт.: Ермаков А. Ю., Сенкус В. В., Сенкус Вал. В. и др.; Заявл. 17.10.2017. Опубл. 05.02.2019. Бюл. № 4.

56. Патент РФ № 2016104259 Шахтный водоотлив при разработке синклинальных угольных месторождений комбинированным способом; МПК Е 02 D19/00. Заявит.: ООО «Сибнииуглеобогащение». Авт.: Сенкус Вал. В., Ермаков А. Ю., Сенкус Вас. В. и др.; Заявл. 09.02.2016. Опубл. 21.06.2017. Бюл. № 18.

57. Патент РФ № 2016104262 Шахтный водоотлив при разработке пологих и крутых пластов угольных месторождений комбинированным способом; МПК Е 02 D19/00. Заявит.: ООО «СибНИИуглеобогаще-ние». Авт.: Сенкус Вал. В., Ермаков А.Ю., Сенкус Вас.В. и др.; Заявл. 09.02.2016. Опубл. 21.06.2017. Бюл. № 18.