2

1. Цели освоения дисциплины

Цель освоения дисциплины «Комплексное освоение угольных месторождений» –

познакомить студентов с современным состоянием теории и практики рационального

и комплексного использования геологических ресурсов недр при разработке угольных

месторождений в общей структуре комплексного освоения недр.

2. Место дисциплины в структуре ООП

Дисциплина «Комплексное освоение угольных месторождений» относится к дисциплинам по выбору профессионального цикла ООП подготовки специалиста.

Освоение дисциплины основано на знаниях, полученных при изучении дисциплин:

Природные ресурсы (4-ый семестр); Основы гидрогеологии (3-ий семестр); Общая геохимия (5-ый семестр); Правовые основы недропользования (8-ой семестр); Опробование твёрдых полезных ископаемых (8-ой семестр); Лабораторные методы изучения минерального сырья (7-ой семестр); Углепетрография (7-ой семестр); Промышленные типы месторождений полезных ископаемых (7-ой семестр). Наряду с вышеперечисленными дисциплинами при изучении курса имеется необходимость привлечения знаний из разделов параллельного курса „Основы разработки месторождений твёрдых полезных ископаемых“ в части традиционных и нетрадиционных технологий добычи комплекса геологических ресурсов угольного месторождения. Знания, полученные в процессе изучения дисциплины, необходимы для работы над дипломным проектом с учётом современных тенденций ресурсосбережения и рационального использования недр.

Дисциплина прорабатывается в 9 семестре 5 курса и завершается контролем в виде зачёта (9-ый семестр).

3 Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины «Комплексное освоение угольных месторождений»

Освоение дисциплины направлено на формирование:

Профессиональных компетенций:

ПК-5 – готовностью демонстрировать понимание значимости своей будущей специальности, стремление к ответственному отношению к своей трудовой деятельности ПК-6 – готовностью проводить самостоятельно или в составе группы научный поиск, реализуя специальные средства и методы получения нового знания ПК-10 – готовностью использовать теоретические знания при выполнении производственных, технологических и инженерных исследований в соответствии со специализацией;

ПК-23 – способностью планировать и выполнять аналитические, имитационные и экспериментальные исследования, критически оценивая результаты исследований, и делать выводы ПСК-1.5 – умением выбирать виды, способы опробования (рядового, геохимического, минералогического, технологического) и методы их анализа для изучения компонентов природной среды, включая горные породы и полезные ископаемые, при решении вопросов картирования, поисков, разведки, технологии разработки и переработки минерального сырья;

В результате изучения дисциплины студент должен:

ЗНАТЬ:

- структуру геологических ресурсов угольных месторождений, промышленную ценность главного и попутных компонентов сырьевого комплекса, требования промышленности, определяющие технологии добычи, обогащения, переработки и использования компонентов ресурсного комплекса угольных месторождений;

- организацию и практическое решение вопросов валовой и селективной разработки балансовых запасов, а также нетрадиционных технологий извлечения ресурсов забалансовых запасов и некондиционных (подземная газификация, сжигание, био- и физико-химические технологии извлечения компонентов);

- нормативную базу организации и проведения геологоразведочных работ в процессе разведки и комплексного освоения месторождения в рамках действующего законодательства;

УМЕТЬ:

- выбирать оптимальную технологию разведочных работ на стадиях разведки и эксплуатации, обеспечивающих необходимую информационную основу для организации комплексного освоения месторождения;

- разрабатывать рекомендации и технико-экономическое обоснование к выбору систем разработки, способов обогащения, возможного направления использования компонентов сырьевого комплекса;

ВЛАДЕТЬ:

- необходимыми знаниями и практическими навыками в организации и выполнении отдельных видов работ, исследований, наблюдений геологоразведочного процесса, обработки материалов, составления карт, разрезов и других видов графических приложений.

4. Структура и содержание дисциплины «Комплексное освоение угольных месторождений»

Общая трудоемкость дисциплины составляет 3 зачетные единицы 108 часов.

Одна зачетная единица составляет 36 часов.

4.1. Лекционные занятия Неделя Раздел дисциплины (модуля), Объём семестра темы лекций и их содержание в часах/ЗЕ Раздел 1 0 Лк № 1. Введение. Предмет изучения, задачи, связи с другими геологиче- 2 / 0, 1, скими дисциплинами ООП. Структура ресурсов угольных месторождений. Понятие о традиционных и нетрадиционных способах разработки угольных месторождений.

Принципы, задачи и содержание комплексного подхода к разведке угольных месторождений, обеспечивающего их комплексное освоение [1,2,5,8,11].

Лк № 2. Уголь как основной биоминеральный ресурс угольных месторож- 2 / 0, 3, дений. Основные направления использования углей в зависимости от показателей качества и марочного состава. Требования промышленности. Кондиции. Критерии разделения запасов углей на кондиционные и некондиционные, балансовые и забалансовые [1,6,15].

Раздел 2 0 5, 6, 7, 8 Лк № 3. Угольный метан. Природа, форма вхождения. Дегазация, как ос- 4 / 0, нова освоения ресурсов угольного метана и средство, обеспечивающее эффективную и безопасную отработку запасов угля. Оценка ресурсов метана угольных месторождений и факторы, определяющие потенциальную газоотдачу угольных пластов.

Добыча метана путём заблаговременной дегазации месторождений или их отдельных участков через скважины, пробуренные с поверхности.

Способы и средства инженерного воздействия, обеспечивающие извлечение метана из неразгруженных угольных пластов. Структура и изменение характеристик угольного пласта в результате заблаговременной дегазации. Выбор способа и обоснование параметров интенсификации газовыделения в процессе освоения скважины.

Добыча метана при ведении горных работ. Способы дегазации. Эффективность способов дегазации в зависимости от горно-геологических условий и темпов ведения горных работ. Дегазация, как источник промышленной добычи метана. Мероприятия, обеспечивающие кондиционные параметры извлечения метано-воздушной смеси, выбор способа её использования.

Способы и средства использования угольного метана (выработка тепла и электроэнергии, био- и химико-технологическое направление утилизации, получение сжиженного топлива и др.) [3,12].

Лк № 4. Отработка некондиционных, забалансовых и списанных запасов нетрадиционными методами освоения угольных месторождений (получение тепловой и электрической энергии путём газификации и подземного сжигания углей, биотехнологической добычи полезных компонентов, химико-технологического направления извлечения ценных компонентов) [2,4,5,8,10].

Лк № 5. Благородные, редкие и редкоземельные элементы в составе углей 13, Понятие «Металлоугольные руды». Геохимические особенности распределения элементов в органических и минеральных составляющих углей, геохимические связи, корреляционные зависимости с содержанием базовых компонентов. Концентрация элементов в углях и золошлаковых массах [10].

Технологии опробования, анализирования состава углей и озолённых масс, объёмного картирования частей угольных пластов, являющихся (по бортовому содержанию) металлоугольными рудами, подсчёта запасов отдельных металлов руд на стадиях детальной и эксплуатационной Экономическое обоснование технологии селективной разработки металлоугольных частей пластов, исходя из мировых цен на благородные, редкие и редкоземельные металлы и мировых цен товарных углей при подземном и открытом способах добычи. Организация раздельного складирования металлоугольных руд и рядовых углей [10].

Прогнозные оценки (на основе геохимического распределения) концентрирования отдельных элементов в углях, отходах обогащения, золошлаковых отходах энергетических установок, в продуктах коксохимии и золо-газового уноса в дымовые трубы энергетических и коксохимических предприятий.

Способы извлечения благородных, редких и редкоземельных элементов из участков с отработанными балансовыми запасами угля в процессе последующей подземной газификации и сжигания забалансовых запасов углей из состава возгонов, а также после подземного сжигания методами био-технологического извлечения и физико-химического выщелачивания растворами реагентов с последующим откачиванием продуктивного раствора и извлечения из него ценных и токсичных элементов или их соединений [2,4,5,8,10].

Лк № 6. Попутно добываемые вмещающие горные породы угленосных толщ. Состав, физико-механические характеристики, использование в шахтах, строительстве и производстве.

Шахтные и карьерные воды, воды отработанных продуктивных растворов подземного выщелачивания, физико-химические показатели вод на выходе из устройств водоосушения, очистка и использование Лк № 6. Основные показатели, характеризующие уровень полноты и ком- 1 / 0, 15, плексности использования недр. Решение экологических проблем путём внедрения безотходных и малоотходных технологий комплексного освоения угольных месторождений.

Технико экологические проблемы комплексного освоения угольных месторождений (энерго- и ресурсосбережение, разработка и внедрение новых технических средств и приёмов) [1,2,5,9].

4.3. Лабораторные занятия (Учебным планом не предусмотрены) 4.4. Практические (семинарские) занятия Неделя 1. Оценка рационального направления использования угля на основании данных стандартных испытаний [6,15].

2. Выбор оптимальной технологии добычи метана из скважин до начала разработок. Вводные данные домашнего задания [3,12].

Контрольный опрос по материалам лекций 1, 2.

2. Выбор оптимальной технологии добычи метана из скважин до начала разработок (продолжение). Мониторинг в процессе добычи из скважин. Защита 4 / 0, 3. Оценка целесообразности разработки угольного пласта (рудоносной пачки в составе пласта) как руды благородных, редких и редкоземельных металлов.

Выдача задания. Комментарии [1,10,11].

3.1. Анализ результатов опробования пересечений пласта в озолённых пробах по списку распространённых в Кузнецких углях благородных, редких и редкоземельных металлов (Au, Nb, Ta, Ge, Ga, Se, Y, La, Ce, Sm, Eu, Tb, Yb, Lu) [10].

Контрольный опрос по материалам лекций 3, 4.

3.2. Выявление и графическое построение контуров тел рудоносных пачек по критерию бортового содержания (Y,La+TR) [10].

3.3. Оценка запасов благородных, редких и редкоземельных металлов в выделенных рудоносных контурах, расчёт стоимостных показателей (по мировым ценам на период выполнения практической работы) [10].

3.4. Расчёт целесообразности селективной разработки рядового и рудоносного углей. Рекомендации по выбору технологии селективной разработки с раздельным складированием добытой массы [10].

Контрольный опрос по материалам лекции 5.

Выдача задания на составление реферата «Нетрадиционные способы подземной разработки забалансовых запасов углей. Состояние и практика применения био-технологического извлечения и химического выщелачивания ценных и токсичных элементов после подземной газификации и выжигания Коллоквиум по разделам темы 3 практических занятий [1,2,5,7,10].

4. Оценка качественных показателей откачиваемых шахтных (карьерных) вод (на момент наблюдений) относительно допустимых нормативных показателей). Выбор способов и устройств для очистки вод, мониторинг качества Контрольный опрос по материалам лекций 7,8.

Дискуссия-коллоквиум по материалам реферата.

Дискуссия-коллоквиум «Оптимальные направления комплексного освоения угольных месторождения» [3,4,9,11,14] 4.5. Содержание самостоятельной работы студентов Раздел Номер Составление отчёта по Пз «Рациональное использование разработок, системный мониторинг» (конспект) [3,12].

Проработка литературных данных о благородных, редких и редкоземельных металлах в составе углей (конспект) [10].

Расчёты средних содержаний установленных в контуре рудоносной пачки благородных, редких и редкоземельных металлов (рабочая тетрадь).

металлов в рудоносном контуре (конспект) [Интернет, статистические справочники].

Расчёт прогнозных ресурсов металлов в рудоносном контуре (по рекомендованному списку) и их стоимостных показателей Проработка вопросов технологии селективной разработки и в исследованной части пласта, целесообразность селективной Работа над рефератом «Нетрадиционные способы подземной разработки забалансовых запасов углей. Состояние и практика применения биотехнологического извлечения и химического Подготовка к Пз «Состав, очистка, использование шахтных и Работа над рефератом. Раздел реферата «Нетрадиционные Работа над рефератом. Раздел реферата «Биотехнологии Работа над рефератом. Раздел реферата «Технологии химического выщелачивания ценных и токсичных элементов»

Оформление реферата, презентации, подготовка к защите Подготовка к дискуссии-коллоквиуму «Оптимальные направления комплексного освоения угольных месторождений» Подготовка к сдаче зачёта по дисциплине «Комплексное 5. Образовательные технологии В соответствии с требованиями ФГОС ВПО по достижению главной цели ООП о готовности выпускника к области и объектам профессиональной деятельности и овладению отмеченными в разделе 3 компетенциями при изучении дисциплины «Комплексное освоение угольных месторождений» предполагается проведение не менее 30 % аудиторных занятий в следующих активных и интерактивных формах:

1. Письменный опрос по Все указанные в содержании дисци- Практические заня- материалу.

2. Проработка ситуацион- 4 темы практических занятий:

ных конкурирующих зада- - уголь, рациональное использование;

ний по темам практических - добыча метана;

вами с последующим выбо- коземельных металлов;

ром оптимального решения - оценка, очистка и использование на основе дискуссии. шахтных (карьерных вод) 3. Дискуссия-коллоквиум по Реферат «Нетрадиционные техноло- Практическое заняматериалам реферата. гии разработок» тие (17 нед.) 6. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины и учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов Оценочными средствами для текущего контроля являются: темы рефератов, контрольные вопросы по темам лекций и практических занятий.

Тема реферата: Нетрадиционные способы подземной разработки забалансовых запасов углей. Состояние и практика применения биотехнологического извлечения и химического выщелачивания ценных и токсичных элементов в массивах, подвергнутых подземной газификации и выжиганию углей.

Вопросы к практическим занятиям содержатся в методических указаниях к конкретному виду занятий.

Вопросы по темам лекций 1. Раздел: Общие понятия. Структура георесурсов угольного месторождения.

Уголь как главный компонент георесурсов (лекции 1 и 2):

1. Причины, вынуждающие промышленность переходить к комплексному освоению угольных месторождений?

2. Структура и краткая характеристика основных видов ресурсов угольного месторождения?

3. По каким критериям выявленные запасы угля относят к категориям балансовые и забалансовые запасы?

4. Что понимают под традиционными способами подземной разработки угольных месторождений?

5. Что понимают под нетрадиционными способами разработки месторождений угля и в каких случаях их применяют?

6. Показатели испытаний углей, используемые для установления марки, группы и подгруппы угля?

7. Рациональные направления использования угля в зависимости от марки и показателей качества?

8. Кондиционные требования промышленности, принимаемые во внимание при подсчете балансовых и забалансовых запасов углей месторождения?

2 Раздел: Добыча угольного метана (лекция 3) 1. Угольный метан. Природа, формы вхождения метана в состав угольных пластов и вмещающих пород?

2. Как оценивают ресурсы метана угольного месторождения?

3. Что понимают под геолого-технологическим подходом к оценке метана угольных пластов как полезного ископаемого?

4. Геолого-технологические критерии перспективности метано-угольных месторождений для промысловой добычи метана из угольных пластов?

5. Способы и средства инженерного воздействия, обеспечивающие извлечение метана из неразгруженных угольных пластов через скважины, пробуренные с поверхности?

6. Структура и изменение характеристик угольного пласта в результате заблаговременной дегазации?

7. Эффективность способов дегазации при ведении горных работ в зависимости от горно-геологических условий и темпов ведения горных работ?

8. Дегазация как источник промышленной добычи газа?

9. Какими мероприятиями обеспечиваются кондиционные параметры извлекаемой метано-воздушной смеси, как используют метано-воздушную смесь?

10. Способы и средства использования угольного метана?

3. Раздел: Отработка некондиционных и забалансовых запасов угля, а также других видов ресурсов угольного месторождения нетрадиционными методами (лекция 4) 1. Сущность методов подземной газификации и сжигания некондиционных и забалансовых запасов угля?

2. Преимущества и недостатки технологий подземной газификации и сжигания угля?

3. Какие биотехнологии и с какой целью используются при добыче угля?

4. Биотехнологические схемы извлечения ценных и токсичных элементов при разработке и после подземной газификации и выжигания углей?

5. Физико-химические технологии добычи полезных ископаемых?

6. Физико-химические технологии добычи ценных и токсичных элементов в процессе и после подземной газификации и выжигания углей?

4. Раздел: добыча благородных, редких и редкоземельных металлов при комплексном освоении месторождений угля (лекция 5) 1. Геохимические особенности распределения благородных, редких и редкоземельных металлов в составе органогенной и минеральной частей углей?

2. Концентрация благородных, редких и редкоземельных металлов в техногенных продуктах обогащения, коксования и сжигания углей?

3. Особенности технологии опробования и лабораторного исследования углей, ЗШМ и других продуктов переработки углей на содержание благородных, редких и редкоземельных металлов?

4. Выявление рудоносных частей угольных пластов, изображение их морфологии на разрезах и планах?

5. Чем необходимо руководствоваться при решении вопроса о целесообразности селективной разработки рудоносных частей угольных пластов?

6. Имеются ли технологические возможности добычи, благородных, редких и редкоземельных металлов из нетронутых толщ с некондиционными запасами или участков месторождений с отработанными балансовыми запасами углей?

7. Какие элементы из списков благородных, редких и редкоземельных металлов наиболее часто обнаруживаются в составе Кузнецких углей?

8. Какие особенности концентрирования благородных, редких и редкоземельных металлов имеет место в продуктах переработки и отходах сжигания углей?

5. Раздел: Попутная добыча вмещающих горных пород, очистка и использование шахтных и карьерных вод (лекция 6) 1. Петрографический состав вмещающих угли горных пород, их физикомеханические свойства, направления использования попутно добытых породных 2. Вскрышные породы открытых разработок как потенциальное минеральное сырье?

3. Способы выражения химического состава шахтных и карьерных вод, содержания и состава газов, токсичных элементов и других характеристик, определяющих возможность использования откачиваемых вод?

4. Методы очистки шахтных и карьерных вод до показателей, допускающих сброс в поверхностные водоемы?

5. Использование очищенных шахтных и карьерных вод в технологических процессах?

6. Очистка отработанных продуктивных растворов при подземном выщелачивании ценных и токсичных элементов?

6. Раздел: Решение задач рационального использования ресурсов и охраны природы при комплексном освоении угольных месторождений (лекция 7) 1. Показатели, характеризующие уровень полноты и комплексности использования ресурсов недр?

2. Внедрение безотходных и малоотходных технологий комплексного освоения месторождений как оптимальный путь решения геоэкологических проблем?

3. Технико-экономические проблемы комплексного освоения угольных месторождений?

Оценочными средствами промежуточной аттестации являются зачётные вопросы, которые формируются из вопросов по темам лекций и практических занятий.

7. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины «Комплексное освоение угольных месторождений»

7.1. Основная литература 1. Авдохин, В. М. Основы обогащения полезных ископаемых: Учебник для вузов. – 2-е изд., стер.: В 2 т. – М.: МГГУ, «Горная книга», 2008. - т.1. Обогатительные процессы.

– 417 с. http://biblioclub.ru/index.php?page=book&id= 2. Исмаилов, Т. Т. Специальные способы разработки месторождений полезных ископаемых [Электронный ресурс] : учебник для студентов, магистров и аспирантов вузов, обучающихся по горн.-геолог. специальностям по направлению подготовки "Технологии геолог. разведки" / Т.Т. Исмаилов, В. И. Голик, Е. Б. Дольников. - Москва :

МГГУ, 2008. - 334 с http://www.biblioclub.ru/book/79131/ 7.2 Дополнительная литература 3. Пучков, Л. А. Извлечение метана из угольных пластов / Л. А. Пучков, http://biblioclub.ru/index.php?page=book&id= 4. Васюков, Ю. Ф. Биотехнология горных работ: Учебник для студентов вузов. – Москва: Горная книга, 2011. – 351 с.

5. Голик, В. И. Специальные способы разработки месторождений: Учебное пособие / – Москва: НИЦ Инфра-М, 2014. – 132 с.

6. Еремин, И. В. Марочный состав углей и их рациональное использование:

Справочник / И. В. Еремин, Т. М. Броневец. – Москва: Недра, 1994. – 254 с.

7. Кичигин, Н. В. Правовое регулирование в области обращения с отходами производства и потребления: научно-практическое пособие / Н. В. Кичигин, http://www.iqlib.ru/book/preview.visp?

8. Клишин, В. И. Проблемы безопасности и новые технологии подземной разработки угольных месторождений / В. И. Клишин, Л. В. Зворыгин [и др.]. – Новосибирск: Изд. Дом. «Новосибирский писатель», 2011. – 524 с.

9. Коваленко, В. С. Практикум по дисциплине «Рациональное использование и охрана природных ресурсов»: учеб. пособие / В. К. Коваленко, В. М. Щадов, В. В. Таланов; – 2-е изд., стер. – Москва: МГГУ, 2009. – 105 с.

10. Нифантов, Б. Ф. Угли Кузбасса: Химические элементы-примеси и технологии их извлечения при комплексном освоении месторождений / Б. Ф. Нифантов, В. П. Потапов, Б. А. Анферов, Л. В. Кузнецова. – Кемерово: ИУ СО РАН, 2011. – 310 с.

11. Пучков, Л. А. Комплексное использование буроугольных месторождений: учеб.

пособие / Л. А. Пучков, Н. М. Качурин [и др.]. – Москва: Горная книга, 2007. – 277 с.

http://biblioclub.ru/index.php?page=book&id= 12. Ремезов, А. В. Дегазация метаноносных угольных пластов и вмещающих пород на шахтах Кузбасса /А. В. Ремезов, В. Г. Харитонов, А. И. Жаров, Д. И. Жмуровкий. – Кемерово: КузГТУ, 2012. – 848 с.

13. Справочник гидрогеолога: В 2-х ч. Ч.1 и 2 / В. М. Максимов, В. А. Кирюхин, Б. В. Боревский. – Москва: Изд-во «Горное дело» ООО «Киммерийский центр», 2013. – 472 с. и 384 с. (Библиотека горного инженера. Т.1 «Геология». Кн. 3) 14. Борисова, Е. А. Способы и устройства очистки шахтных и карьерных вод:

(аналитический обзор) / Е. А. Борисова, М. Н. Щербакова; под ред. С. М. Простова. – Кемерово: КузГТУ, 2007. – 138 с.

7.3. Методическая литература 7.4 Нормативная литература 15. Угли бурые, каменные и антрациты. Классификация по генетическим и технологическим параметрам. ГОСТ 25543-88. – Москва: Издательство стандартов, 1988. – 52 с.

8. Материально-техническое обеспечение дисциплины «Комплексное освоение угольных месторождений»

Учебные аудитории кафедры геологии:1205, 1206, 1115.

9. Методические указания для студентов.

Основной учебной работой студента является самостоятельная работа в течение всего срока изучения дисциплины. При изучении теоретической части курса необходимо использовать законспектированные разделы лекций с привлечением рекомендованных литературных источников, прорабатывать теоретическую основу практических занятий, внимательно анализировать содержание ситуационных заданий, рассматривать варианты конкурирующих решений их выполнения.

При составлении реферата желательно подготовить презентационные материалы в связи с дискуссионным коллективным обсуждением и выбором оптимального решения.

Необходимо обратить внимание на то, что курс разбит на четыре этапа (с контрольным опросом в письменной форме) в часы практических занятий на неделе, предшествующей контрольной неделе рейтинговой оценки работы студента. Вопросы контрольного опроса помещены в рабочей программе.

Все неясные вопросы студент может разрешить на консультациях, проводимых по расписанию.

10. Аннотация рабочей программы 1. Предмет изучения, задачи, связи с другими геологическими дисциплинами ООП.

Структура ресурсов угольных месторождений. Понятие о традиционных и нетрадиционных способах разработки угольных месторождений. Принципы, задачи и содержание комплексного подхода к разведке угольных месторождений, обеспечивающего их комплексное освоение Уголь как основной биоминеральный ресурс угольных месторождений. Основные направления использования углей в зависимости от показателей качества и марочного состава.

2.Угольный метан. Природа, форма вхождения. Дегазация, как основа освоения ресурсов угольного метана и средство, обеспечивающее эффективную и безопасную отработку запасов угля. Добыча метана путём заблаговременной дегазации месторождений или их отдельных участков через скважины, пробуренные с поверхности.

Добыча метана при ведении горных работ.

3. Отработка некондиционных, забалансовых и списанных запасов нетрадиционными методами освоения угольных месторождений.

4.Благородные, редкие и редкоземельные элементы в составе углей и вмещающих пород.

5.Попутно добываемые вмещающие горные породы угленосных толщ. Шахтные и карьерные воды, воды отработанных продуктивных растворов подземного выщелачивания.

6.Основные показатели, характеризующие уровень полноты и комплексности использования недр.