Том 336 № 12 (2025)
DOI https://doi.org/10.18799/24131830/2025/12/5080
Комбинированные технологии добычи трудноизвлекаемых георесурсов
Актуальность. Ввиду истощения легкоизвлекаемых запасов полезных ископаемых открытым способом возникает острая необходимость в разработке технологий добычи трудноизвлекаемых природных ресурсов подземным способом. Цель. На основе анализа имеющегося практического опыта и разработанных перспективных технологий предложить варианты отработки запасов угля с неблагоприятными горно-геологическими условиями залегания с возможностью их применения для добычи различных георесурсов.Методы. Контент-анализа, эмпирические, физического моделирования и прототипирования будущего образца устройства, эксперименты в форме лабораторных испытаний. Результаты и выводы. Обоснованы перспективные объемы трудноизвлекаемых угольных запасов, пригодных в перспективе для подземной разработки, сосредоточенные в крутонаклонных пластах. Выявлены преимущества комбинированных технологических решений, значительно увеличивающих производительность всего технологического комплекса оборудования и позволяющих сохранить низкий уровень себестоимости добычи, несмотря на увеличение стоимости оборудования и объема подготовительных горных работ. Предложены варианты комбинированных геотехнологических решений на основе создания новых, модернизации и расширения функций имеющихся видов основного технологического оборудования, а также различных способов открыто-подземной добычи георесурсов. В частности, предлагается разработанное авторами новое средство механизации в виде многофункциональной крепи шагающего типа в составе комплекса с проходческим комбайном и другими необходимыми средствами механизации технологических операций, предназначенной для скоростной проходки подготовительных подземных горных выработок, для отработки трудноизвлекаемых угольных запасов «короткими столбами», гидравлическим способом, в том числе в комплексе с бурошнековой установкой. Механизированный комплекс может также использоваться для разработки россыпных месторождений алмазов, золота, титана, металлов платиновой группы, олова, вольфрама, циркония, тантала, ниобия, редкоземельных элементов и некоторых других георесурсов.
Ключевые слова:
трудноизвлекаемые георесурсы, комбинированные технологии, крутонаклонные угольные пласты, подземный способ добычи, многофункциональная шагающая крепь
Библиографические ссылки:
1. Нефтяная промышленность исторически главных центров Волго-Уральской нефтегазоносной провинции, элементы их истории, ближайшие и отдалённые перспективы / А.Э. Конторович, Л.В. Эдер, И.В. Филимонова, М.В. Мишенин, В.Ю. Немов // Геология и геофизика. – 2016. – Т. 57. – № 12. – С. 2097–2114.
2. Линник В.Ю. Методологические основы прогнозирования подземной разработки угольных месторождений с учетом показателей сырьевой базы: автореф. дис. ... д-ра эконом. наук. – М., 2012. – 39 с.
3. Шаклеин С.В., Писаренко М.В. Нетрадиционные технологии добычи угля – основа интенсивного освоения минерально-сырьевой базы Кузбасса // Горная промышленность. – 2010. – № 4 (92). – С. 22–25.
4. Геолого-промышленная карта Кузнецкого бассейна. М.-б 1:100000: Объяснительная записка / под ред. А.З. Юзвицкого. – Новосибирск: СНИИГГиМС, 2000. – 128 с.
5. Федорин В.А., Шахматов В.Я., Борисов И.Л. Геотехнологическая оценка запасов мощных угольных пластов месторождений Кузбасса // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2015. – № 7. – С. 338–343.
6. Шаклеин С.В., Писаренко М.В., Рогова Т.Б. Тенденции развития минерально-сырьевой базы угольной промышленности Кузбасса // Техника и технология горного дела. – 2024. – № 1 (24). – С. 4–22. DOI: 10.26730/2618-7434-2024-1-4-22
7. Compression characteristics of local filling gangue in Steeply Dipping Coal Seam / W. Lv, K. Guo, Y. Wu, Y. Tan, K. Ding, B. Li // Energy Explor. Exploit. – 2022. – Vol. 40. – № 4. – P. 1131–1150. DOI: https://doi.org/10 .1177/01445987211073627
8. Steeply inclined coal seam critical pseudo-oblique angle comprehensive mechanized mining method: patent no. 109184692, China, 2019.
9. Safe mining technology for steeply inclined unstable coal seams / S.L. Wei, L. Tan, H. Wu, J.M. Zhang // GeoStruct. Innov. – 2024. – Vol. 2(4). – P. 173–189. DOI: https://doi.org/10.56578/gsi020401
10. Research on the mechanism of rock burst induced by mined coal-rock linkage of sharply inclined coal seams / X. Lai, H. Xu, P. Shan, Q. Hu, W. Ding, S. Yang, Z. Yan // Int. J. Miner. Metall. Mater. – 2024. – Vol. 31. – № 5. – P. 929–942. DOI: https://doi.org/10.1007/s12613-024-2833-8
11. Mining technology evaluation for steep coal seams based on a GA-BP neural network / X. Li, C. Wang, C. Li, C. Yong, Y. Luo, S. Jiang // ACS Omega. – 2024. – Vol. 9. – № 23. – P. 25309–25321. DOI: https://doi.org/10.1 021/acsomega.4c03167
12. Research and application of ’three zones’ range within overlying strata in goaf of steep coal seam / S. Yang, N. Xu, H. Liu, X. Zhang, S. Mei // Front. Energy Res. – 2024. – Vol. 12. DOI: https://doi.org/10.3389/fenrg.2024.1333016
13. Research progress on the safe and efficient mining technology of steeply dipping seam / Y. Wu, K. Liu, D. Yun, P. Xie, H. Wang // J. China Coal Soc. – 2014. – Vol. 39. – P. 359–364.
14. Deng Y., Wang S. Feasibility analysis of gob-side entry retaining on a working face in a steep coal seam // Int. J. Min. Sci. Technol. – 2014. – Vol. 24. – P. 499–503.
15. Wang J., Wei W., Zhang J. Theoretical description of drawing body shape in an inclined seam with longwall top coal caving mining // Int. J. Coal Sci. Technol. – 2019. – Vol. 7. – 82–195.
16. Stability of roof structure and its control in steeply inclined coal seams / L. Xiaomeng, W. Zhaohui, Z. Jinwang // Int. J. Min. Sci. Technol. – 2017. – № 27. – Р. 359–364.
17. Analysis of geomechanical changes in hanging wall caused by longwall multi top caving in coal mining / J. Likar, M. Medved, M. Lenart, J. Mayer, V. Malenkovi ́c, G. Jeromel, E. Dervariˇc // J. Min. Sci. – 2012. – Vol. 48. – P. 135–145.
18. Application of outburst risk indices in the underground coalmines by sublevel caving / J. Toraño, S. Torno, E. Alvarez, P. Riesgo // Int. J. Rock Mech. Min. Sci. – 2012. – Vol. 50. – P. 94–101.
19. Zbigniev Rak et al. Technical aspects of mining rate improvement in steeply inclined coal seams: a case study // Resources. – 2020. – Vol. 9 (12). – P. 138–149. DOI: 10.3390/resources9120138
20. Rak Z. Mechanised sublevel caving systems for winning thick and steep hard coal beds // In International Mining Forum 2010: Mine Safety and Efficient Exploitation Facing Challenges of the 21 Century. –Boca Raton, FL, US: CRC Press, 2010. – P. 361–370.
21. A fully mechanized coal mining method with continuous filling in steeply inclined coal seams: patent no. 102493838, China, 2014.
22. Pressure relief method for fully mechanized caving mining bottom coal of steeply inclined coal seam: patent no. 110067557, China, 2020.
23. Опыт отработки крутых угольных пластов / В.В. Мельник, В.И. Ефимов, Т.В. Корчагина, А.И. Попов, Г.Г. Музафаров // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2018. – № 11. – С. 18–38.
24. Питаленко Е.И. Геомеханическое обоснование кинематических параметров механизированных крепей для крутых и крутонаклонных пластов Донбасса: дис. ... канд. техн. наук. – Л., 1983. – 255 с.
25. Добриян А.А. Совершенствование технологии выемки крутых пластов с применением щитовых крепей с раздельной передвижкой перекрытий и оснований: автореф. дис. ... канд. техн. наук. – Новосибирск, 1999. – 19 с.
26. Анферов Б.А., Кузнецова Л.В. Разработка трудноизвлекаемых запасов угля крутых и крутонаклонных пластов // Вестник Кузбасского государственного технического университета. – 2021. – № 5 (147). – С. 91–101. DOI: 10.26730/1999-4125-2021-5-91-101
27. Анферов Б.А., Кузнецова Л.В. Геотехнологическое обоснование эффективной комплексно-механизированной разработки крутонаклонных угольных пластов // Вестник Кузбасского государственного технического университета. – 2008. – № 1 (65). – С. 15–19.
28. Никитенко М.С., Малахов Ю.В., Никитенко С.М. Роботизированный комплекс по отработке мощных крутонаклонных пластов угля и рудных месторождений // Наукоемкие технологии разработки и использования минеральных ресурсов. – 2017. – № 3. – С. 248–251.
29. Вопросы моделирования финансовой устойчивости угледобывающих компаний в условиях неопределённости внешней среды / И.В. Филимонова, С.М. Никитенко, А.А. Рожков, И.В. Проворная, Е.В. Гоосен, Д.С. Вострова // Уголь. – 2022. – № 5 (1154). – С. 18–25.
30. Evolution of VAC in the context of coal industry advance in the conditions of digitization in Russia / E.V. Goosen, E.S. Kagan, S.M. Nikitenko, E.O. Pakhomova // Eurasian Mining. – 2019. – № 2. – P. 36–40.
31. Исследование взаимодействия многофункциональной шагающей крепи с массивом горных пород при проведении подземных выработок / В.И. Клишин, В.Н. Фрянов, Л.Д. Павлова, С.М. Никитенко, Ю.В. Малахов // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. – 2021. – № 3. – С. 3–12.
32. Опыт отработки крутых угольных пластов / В.В. Мельник, В.И. Ефимов, Т.В. Корчагина, А.И. Попов, Г.Г. Музафаров // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2018. – № 11. – С. 18–38. DOI: 10.25018/0236-1493-2018-11-0-18-38
33. Способ открыто-подземной разработки мощного крутонаклонного угольного пласта: пат. № 2490454, Российская Федерация, С2; заявл. 11.03.2012; опубл. 20.08.2013, Бюл. № 23.
34. Способ открыто-подземной разработки мощного одиночного крутонаклонного угольного пласта: пат. № 2555997, Российская Федерация, С2; заявл. 24.06.2014; опубл. 10.07.2015, Бюл. № 19.
35. Способ открыто-подземной разработки свиты крутонаклонных угольных пластов: пат. № 2563895, Российская Федерация, С1; заявл. 06.10.2014; опубл. 27.09.2015, Бюл. № 27.
36. Механизированная шагающая крепь как платформа для создания высокоэффективных проходческих и очистных комплексов / В.И. Клишин, Ю.В. Малахов, С.М. Никитенко, А.Н. Стародубов, М.С. Никитенко // Развитие производительных сил Кузбасса: история, современный опыт, стратегия будущего. международная научно-практическая конференция: в 4 т. – М., 2024. – С. 192–210.
37. Филатов А.П., Клишин В.И. Обоснование технологических схем и средств механизации подземной отработки погребённых алмазосодержащих россыпей // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2007. – № S16. – С. 295–306.
38. Голынская Ф.А. Угол падения угольного пласта как фактор самовозгорания углей // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2014. – № 10. – С. 5–10.
39. Голынская Ф.А., Смирнова О.С. Строение угольного пласта как фактор самовозгорания углей // Маркшейдерия и недропользование. – 2020. – № 2 (106). – С. 32–34.
40. Банк патентов РФ на изобретения и промышленные образцы ФИПС: официальный сайт. URL: https://patentdb.ru/author/1513723?ysclid=mi2n38rwtt55489484 (дата обращения 14.03.2025).
41. Исполнительный орган бурошнековой установки: пат. № 229828, Российская Федерация, U1; заявл. 15.07.2024; опубл. 30.10.2024, Бюл. № 31.
42. Рабочий орган бурошнековой машины: пат. № 231904, Российская Федерация, U1; заявл. 25.10.2024; опубл. 17.02.2025, Бюл. № 5.
