Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Состояние проблемы на зарубежных и отечественных горных предприятиях. постановка задач исследований 12
1.1.Актуальность проблемы формирования крутых бортов на конечных контурах
рудных карьеров и развития методов и способов защиты оборудования и персонала 1
от падающих кусков породы из откосов уступов 12
1.2. Анализ основных параметров и конструкции борта карьера, влияющих на условия безопасности ведения горных работ при локальных обрушениях и осыпаниях его уступов 19
1.3.Обзор существующих способов защиты оборудования и персонала в зоне падения кусков породы из откосов уступов в условиях крутых бортов карьера 25
1.4.Постановка задач исследований 32
ГЛАВА 2. Изучение условий формирования опасной зоны на уступе крутого борта карьера, склонном к локальным обрушениям и осыпаниям 34
2.1.Условия формирования опасной зоны на уступе крутого борта карьера с учетом степени угрозы нанесения ущерба оборудованию и персоналу падающим куском породы 34
2.2. Анализ основных факторов, влияющих на условия безопасности ведения горных работ на участке потенциального падения куска породы 36
2.3.Выявление в условиях крутого борта карьера опасной зоны на уступе в зависимости от условий безопасности ведения открытых горных работ 40
2.3.1. Определение границы зоны падения КП на основе расчета дальности его падения относительно нижней бровки уступа 41
2.3.2. Определение степени защищенности оборудования и персонала от падающих КП на основе индекса поглощения энергии используемой защиты 44
2.3.3.Оценка условий безопасности ведения горных работ на участке потенциального падения куска породы 48
Выводы по главе 2 50
ГЛАВА 3. Совершенствование способа стабилизации откосов уступов и обоснование надежности его использования при формировании бортов рудных карьеров 52
3.1.Анализ задач, которые позволяет решить использование средств стабилизации откосов уступов на открытых горных работах 52
3.2. Совершенствование способа стабилизации откосов уступов с использованием защитных систем на основе анкерно-тросово-сетчатой завесы и обоснование его надежности 53
3.2.1.Изучение принципа, позволяющего выбрать способ приведения опасной зоны на уступе карьера в безопасное состояние 53
3.2.2. Способ стабилизации откосов уступов с использованием защитных систем на основе анкерно-тросово-сетчатой завесы 55
3.2.3.Обоснование надежности использования защитных систем на основе анкерно-тросово-сетчатой завесы при формировании высоких уступов 63
3.3.Обоснование целесообразности использования защитных систем на основе анкерно-тросово-сетчатой завесы при формировании участка крутого борта без предохранительных берм 65
Выводы по главе 3 71
ГЛАВА 4. Совершенствование технологии формирования борта с спользованием анкерно-тросово-сетчатой завесы на примере рудного карьера «ковдорского гока» 73
4.1.Современные инженерно-геологические, геомеханические и горно-технические условия отработки Ковдорского месторождения комплексных железных, апатитовых и циркониевых руд 73
4.2. Обоснование на примере проекта карьера «Ковдорского ГОКа» опасных зон на его уступах в зависимости от условий безопасности ведения открытых горных работ 87
4.3.Обоснование принятия решений по использованию защитных систем на основе анкерно-тросово-сетчатой завесы на примере рудного карьера «Железный» ОАО «Ковдорский ГОК» 96
4.4.Технико-экономические показатели технологии формирования участков бортов без предохранительных берм с использованием анкерно-тросово-сетчатой завесы на примере рудного карьера «Железный» ОАО «Ковдорский ГОК» 99
Выводы по главе 4 104
Заключение 106
Список сокращений и условных обозначений 108
Список использованной литературы
- Анализ основных параметров и конструкции борта карьера, влияющих на условия безопасности ведения горных работ при локальных обрушениях и осыпаниях его уступов
- Анализ основных факторов, влияющих на условия безопасности ведения горных работ на участке потенциального падения куска породы
- Совершенствование способа стабилизации откосов уступов с использованием защитных систем на основе анкерно-тросово-сетчатой завесы и обоснование его надежности
- Обоснование на примере проекта карьера «Ковдорского ГОКа» опасных зон на его уступах в зависимости от условий безопасности ведения открытых горных работ
Анализ основных параметров и конструкции борта карьера, влияющих на условия безопасности ведения горных работ при локальных обрушениях и осыпаниях его уступов
По данным Ростехнадзора аварии, связанные с локальными обрушениями и осыпаниями КП из откосов уступов, составляют около 5,4 % от общего числа аварий, происходящих в карьерах. При этом доля несчастных случаев со смертельным исходом достигает приблизительно 19 % от числа обрушений и осыпаний [29]. Данная статистика свидетельствует о наличии ряда не решенных проблем на открытых горных работах в области обеспечения безопасности оборудования и персонала. Кроме того, по наблюдениям ряда специалистов, происходящие на карьерах локальные обрушения и осыпания уступов осложняют нормальную ритмичную работу технологических звеньев производства и в конечном итоге снижают технико-экономические показатели открытой разработки [26].
Известно, что в настоящее время на открытых горных работах имеет место тенденция увеличения средней грузоподъемности самосвалов [39], а также более производительных экскаваторов. Поскольку стоимость первых достигает порядка 60-75 миллионов рублей, а вторых и вовсе доходит до 150 миллионов рублей, то убытки горнодобывающего предприятия только в единичном случае падения КП и только в результате потери одной единицы горного оборудования могут составить от нескольких миллионов до нескольких десятков миллионов рублей. Мелкий ремонт оборудования с учетом стоимости запчастей обойдется примерно до 1-2 миллиона рублей в зависимости от полученных повреждений. В случае массовых обрушений и осыпаний уступов эти убытки могут вырасти в разы в зависимости от масштаба аварии. Если к этим затратам прибавить затраты на уборку обрушавшейся и осыпавшейся породной массы, а также на восстановление режима работы горнодобывающего предприятия в целом с соответствующими расходами на проектную документацию, то общие убытки вырастут в разы.
Следовательно, степень угрозы нанесения ущерба оборудованию и здоровью персонала падающим КП необходимо минимизировать с целью создания как более безопасных условий ведения горных работ, так и возможности горнодобывающему предприятию избежать значительных экономических издержек, связанных с ликвидацией последствий аварии. Решение этой проблемы требует внедрения комплекса инженерно-технических мероприятий, направленных на создание безопасных условий работ в карьере. При этом ее успешное решение зависит от объективной оценки условий безопасности работы горного оборудования и персонала, а также эффективности инженерно-технических мероприятий. Кроме того, изучение степени угрозы нанесения ущерба горному оборудованию и здоровью персонала падающим КП на безопасность ведения горных работ с учетом энергии поглощения используемых устройств и средств их защиты позволит при проектировании карьеров решить задачи, связанные с рациональным выбором способа защиты оборудования и персонала от уничтожающего действия падающего КП и совершенствованием конструкции бортов с учетом применяемой защиты.
Значительный вклад в изучение процессов локальных обрушений и осыпаний горных пород внесли следующие ученые и специалисты: Р.П. Борисов, В.Г. Зотеев, Р.М. Исхаков, В.И. Малютин, А.В. Мозжухин, Р.М. Ройнишвили, Г.Г. Саканцев, В.А. Фокин, А.В. Чебаков и др. Вопросы обеспечения безопасности ведения открытых горных работ на карьерах, в том числе проблема защиты оборудования и персонала от падающих КП отмечены в работах А.Д. Андросова, М.В. Васильева, Э.Л. Галустьяна, А.Н. Каюмовой, В.И. Малютина, Н.В. Мельникова, В.Н. Попова, С.И. Попова, В.В. Ржевского, Г.Л. Фисенко, В.Л. Яковлева и др.
Применительно к практике ведения открытых горных работ накоплен определенный опыт, связанный с защитой горного оборудования и персонала от падающих КП из откосов уступов, однако, задачи технологии формирования крутых бортов с обеспечением их требуемой защиты решены не полностью. При этом указанные методы имеют ряд недостатков. К основным из них относится то, что при обосновании условий безопасности ведения открытых горных работ они не учитывают количественную информацию о защищенности рабочих мест в эксплуатируемом карьере от падающих КП. Это, как следствие, приводит к недостаточно обоснованным техническим решениям и оказывает влияние на корректность при выборе того или иного способа их защиты.
В современном представлении о путях решения данной проблемы широко применим подход, когда неизбежный в горном деле риск, связанный с локальными обрушениями и осыпаниями уступов карьеров, стремятся снизить к минимуму исключительно за счет увеличения ширины берм и рабочих площадок и, следовательно, введения в расчеты больших и зачастую малообоснованных коэффициентов запаса устойчивости. В результате, отдельные участки бортов проектируются на конечных контурах карьеров намного положе, чем в аналогичных условиях за рубежом, где предпочитают укреплять борта вместо их заведомого выполаживания для сведения к минимуму риска локальных обрушений и осыпаний уступов.
Известно, что падающие КП могут откатываться на большое расстояние относительно откоса уступа, что не позволяет их гарантированно остановить предохранительными бермами традиционно принятой ширины (10-15 м) [88]. Это ориентирует проектировщиков на увеличение ширины таких берм, а также расстояния от нижней бровки уступа до обочины — на транспортных бермах и рабочих площадках.
Однако, в настоящее время известны технические решения (например, покрытие бермы слоем щебня или растительным покровом, формирование берм с углом наклона в сторону откоса и т. д.), гасящие скорость падающих КП и, тем самым, ограничивающие их перемещение, что позволяет уменьшить ширину предохранительных берм в 1,5-2 раза [76].
В свою очередь, принятие этих решений не гарантируют локализации КП в пределах одного уступа в результате его удара о другой КП, находящейся на берме, или в случае заполнения берм, в результате чего КП имеют возможность «перекатываться» за защитное сооружение. В этом случае требуется проведение мероприятий по очистке бермы, которые, связаны с дополнительными затратами. При этом высокой опасности может подвергаться горное уборочное оборудование и его персонал, задействованные для этих целей, т. к. при выполнении данных работ они могут находиться в зоне падения КП.
Специалистами (и на основе визуальных наблюдений) также отмечается неравномерность сработки берм вследствие локальных обрушений и осыпаний уступов [11], что затрудняет или вообще делает невозможным их обслуживание. При этом значения параметров ширины сработки верхней бровки уступа можно определить только по результатам специальных горно-геологических и геомеханических исследований для конкретных условий с учетом основных влияющих факторов. На практике значения ширины сработки верхней бровки уступа могут изменяться от сравнительно небольших значений, составляющих порядка 0,5-1,0 м [36], вплоть до значения ширины бермы при е полной сработке.
Следовательно, выполаживание уступов в результате локальных обрушений и осыпаний уступов приводит к усложнению горно-технических условий в связи со снижением ширины предохранительных берм, и, как следствие, их улавливающей способности и прекращению выполнения ими своей основной функции (локализации падающих КП в пределах одного горизонта).
В настоящее время назрела необходимость создания новых технических решений для безопасной эксплуатации участков бортов карьеров с повышенными углами наклона, позволяющих обеспечить требуемый уровень защиты горного оборудования и персонала на уступах, склонных к локальным обрушениям и осыпаниям.
Анализ основных факторов, влияющих на условия безопасности ведения горных работ на участке потенциального падения куска породы
При ведении горных работ существует вероятность возникновения аварии в результате удара падающего КП по кабине оператора карьерного оборудования или каске персонала, ведущих горные работы непосредственно в зоне его падения. Тем не менее, руководитель предприятия обязан обеспечить безопасные условия труда на каждом рабочем месте.
Удар представляет собой совокупность явлений, возникающих при кратковременном приложении к телу внешних сил, связанных со значительным изменении его скорости за очень краткий промежуток времени. Удар обычно протекает в течение тысячных или даже миллионных долей секунды.
Удар называется центральным и прямым, если при ударе центры тяжести тел лежат на линии удара, а их относительная скорость параллельна линии удара. В зависимости от упругих свойств тел, характер удара может изменяться от абсолютно упругого до абсолютно неупругого. Рассеивание энергии при ударе, т. е. переход механической энергии в другие виды, характеризуется коэффициентом восстановления скорости кск или коэффициентом восстановления энергии кэ.
Очевидно, что для абсолютно упругого удара кэ = 1 и кСК = 7, а для абсолютно неупругого удара кск = 0. В реальных ситуациях 0 кэ 1 и 0 кСК 1. Величина коэффициентов восстановления зависит от физических свойств материалов соударяющихся тел, от их формы, а для неупругого удара также в сильной степени зависит от масс соударяющихся тел. В данной работе при движении КП в режиме свободного падения (что является характерным для условий крутых бортов карьера), при котором он обладает максимальной энергией удара (при ударах об откос падающий КП теряет часть механической энергии), рассматривался абсолютно неупругий (отсутствие отскока) прямой удар КП об устройства и средство защиты оборудования и персонала. Это связано с тем, что в этом случае коэффициент восстановления энергии после удара равен нулю (kск = 0), поэтому падающий КП деформируется и вся его механическая энергия переходит в энергию деформации устройства и средства защиты оборудования и персонала. При этом необходимо отметить, что в данной работе не ставилась задача изучения степени их деформируемости под действием внешней нагрузки, а учитывается только энергия поглощения устройств и средств индивидуальной защиты, значения которой взяты из действующих нормативных документов и применимы для предметов различной формы.
Энергия падающего КП в режиме свободного падения зависит от его массы и высоты падения следующим образом [89]: Екп=тхёхкп,кДж, (2.10) где m - масса потенциально падающего КП, т; h - высота падения КП, м.
Очевидно, что в этом случае обеспечение безопасности оборудования и персонала, ведущих горные работы в зоне падения КП, выполняется в том случае, если энергия поглощения используемого устройства и средства их защиты больше или равна механической энергии, которой обладает падающий КП: Е3 Ет,кДж, (2.11) где Ез - энергия поглощения используемой защиты, кДж; Екп - энергия потенциально падающего КП, кДж.
Примечательно, что энергия поглощения используемых устройств и средства защиты оборудования и персонала от падающих предметов различной формы, установленная заводами-производителями, указывается в действующих ГОСТах. Поэтому их способность поглощать механическую энергию при прямом ударе, возникающую при движении КП определнной массы (или это могут быть одновременно несколько КП, но с тем же общим весом) в режиме свободного падения, предлагается определять по следующему критерию, названному индексом поглощения энергии [72] (табл. 2.2) из следующего выражения:
Значение ИПЭ указывает на способность используемой защиты поглощать механическую энергию, возникающую при падении на нее предметов определнной массы. Например, ИПЭ устройства FOPS Уровень II больше в 8,5 раза, чем ИПЭ устройства FOPS Уровень I, что говорит о более высокой степени защиты первого. Таблица 2.2
Классификация ИПЭ по типу используемых устройств и средств защиты оборудования и персонала от падающих предметов
Это значит, используемые устройства и средства защиты оборудования и персонала должны иметь такое значение ИПЭ, при котором они будут обеспечивать поглощение механической энергии падающего КП при прямом ударе (рис.2.7.). Рисунок 2.7. — Определение степени угрозы нанесения ущерба оборудованию и персоналу падающим куском породы по индексу поглощения энергии (ИПЭ)
используемых устройств и средств их защиты (Примечание: выбранный диапазон обусловлен тем, что в настоящее время энергия поглощения известных устройств защиты от падающих предметов достигает 8000 кДж, чему
Т. е. если ИПЭ используемого устройства или средства защиты оборудования или персонала больше требуемого значения ИПЭ, то падающий КП не представляет угрозы нанесения им ущерба (степень угрозы безопасна). И, наоборот, если ИПЭ используемого устройства или средства защиты оборудования или персонала меньше требуемого значения ИПЭ, то падающий КП представляет угрозу нанесения им ущерба (степень угрозы опасна). И, наконец, если ИПЭ используемого устройства или средства защиты оборудования или персонала равны требуемым значениям ИПЭ, то падающий КП представляет потенциальную угрозу нанесения им ущерба (степень угрозы потенциально опасна), т. к. они полностью выходят из строя и теряют свои функции.
По результатам определения границ опасной зоны и ИПЭ используемых устройств и средств защиты оборудования и персонала от падающих предметов определяются условия безопасности ведения открытых горных работ, в соответствии с которыми устанавливаются опасная, потенциально опасная и безопасная зоны на уступе, склонном к локальным обрушениям и осыпаниям.
Каждому из условий безопасности соответствует свой уровень (0-III) по шкале опасности в порядке возрастания степени угрозы нанесения ущерба оборудованию и персоналу падающим КП (табл. 2.3):
Дифференциация степени защищенности рабочих мест на уступах, склонных к локальным обрушениям или осыпаниям, для условий крутого борта карьера
Ситуации ведениягорных работотносительно местападения кускапороды (КП) Расчетнаяформула дляопределениястепени угрозынанесения ущерба Степеньугрозынанесенияущерба Шкала опасности Условия безопасностиведения горных работ
Для того, чтобы установить условия безопасности работы оборудования и персонала и в соответствии с ними выявить опасную зону на уступе, склонном к локальным обрушениям и осыпаниям, где падение КП представляет для них угрозу нанесения ущерба, рассмотрим следующие ситуации их расположения относительно места падения КП.
Ситуация № 1. Если оборудование или персонал имеют устройства и средства защиты и находятся вне зоны падения КП, чему соответствуют безопасные условия ведения открытых горных работ (уровень 0), которые устанавливаются только с учетом свойств пород вмещающего массива путем определения дальности падения КП относительно откоса уступа карьера. При этом должно соблюдаться условие, что падающий КП гарантированно локализуется в пределах предназначенного (по проекту) для этого участка транспортной или предохранительной бермы. Ситуация № 2. Если оборудование или персонал имеют устройства и средства защиты и находятся в зоне падения КП, а также:
1) степень угрозы нанесения ущерба оборудованию и персоналу падающим КП безопасна, то условия их работы безопасные (уровень I), т. к. используемое устройство или средство защиты обладает достаточной способностью поглощать механическую энергию удара падающего КП;
2) степень угрозы нанесения ущерба оборудованию и персоналу падающим КП потенциально опасна, то условия их работы потенциально опасные (уровень II), т. к. используемое устройство или средство защиты обладает достаточной способностью поглощать механическую энергию удара падающего КП. Однако, после падения на них КП они полностью утратят свою функциональную способность, что приведт к необходимости их немедленной замены. Также, в силу человеческого фактора это может привести к аварии вследствие потери контроля оператором над оборудованием;
3) степень угрозы нанесения ущерба оборудованию и персоналу падающим КП опасна, то условия их работы опасные (уровень III), т. к. используемое устройство или средство защиты не обладает достаточной способностью поглощать механическую энергию удара падающего КП.
В этой ситуации условия безопасности ведения горных работ определяются с учетом свойств пород вмещающего массива и используемой защитной конструкции.
Таким образом, в условиях крутого борта карьера предлагаемый подход позволяет количественно оценить защищенность рабочих мест в карьерах с учетом размещения на уступах горного оборудования и персонала относительно места падения КП из их откосов. Кроме того, он может быть применен на различных горнодобывающих предприятиях, ведущих горные работы открытым способом при падении КП из откосов уступов в режиме свободного падения.
Совершенствование способа стабилизации откосов уступов с использованием защитных систем на основе анкерно-тросово-сетчатой завесы и обоснование его надежности
Вопросы влияния локальных обрушений и осыпаний уступов на безопасность ведения открытых горных работ в условиях рассматриваемого карьера являются мало изученными, особенно с точки зрения количественной информации. Пока можно лишь говорить о традиционных подходах к определению конструктивных параметров бортов путем создания предохранительных берм такой ширины, которая бы обеспечивала локализация падающих кусков породы (КП) из откосов их уступов, с учетом методов водоотведения, осушения, снегозадержания и т. п. В отдельных случаях при выявлении уступов, склонных к локальным обрушениям и осыпаниям, целесообразно будет рассмотреть возможность применения специальных методов стабилизации откосов уступов с учетом опыта строительства автомобильных и железнодорожных дорог, а также гидротехнического строительства в условиях гористой местности.
Инженерно-геологическая характеристика Ковдорского месторождения.
Уточннная геолого-структурная карта Ковдорского месторождения магнетитовых и апатитовых руд [45] составлена по результатам обобщения, анализа и интерпретации (переинтерпретации) данных и результатов предшествующих и текущих работ (ВИМС, СЗГТУ, ОАО «МГРЭ», ФГУП «ВИОГЕМ, Геологический институт КНЦ РАН, Горный институт КНЦ РАН, ФГУП «ВНИИКАМ» и др.
Анализ материалов предшествующих работ (Эпштейн Е.М., 1970; Соколова В.Б., СЗГТУ, 1972; Дунаев В.А. и Серый С.С., ФГУП «ВИОГЕМ», 1991, 2004, 2006, 2007, 2008 гг. и др.) показывают, что формирование и развитие трещиноватости (хрупких "деформаций" или катакластических разрушений) и структурных неоднородностей разнообразно по генезису, многостадийно и характеризуется различными факторами контроля. Следствием этого является преимущественно комбинаторно-наложенный мотив проявления трещиноватости и других структурных неоднородностей.
Современная структура трещиноватости/разломов района Ковдорского массива весьма сложна, что подтверждается, как документацией уступов и керна скважин, так и по дешифрированию аэрокосмоснимков. Анализ аэрокосмоснимков показывает наличие нескольких иерархически-организованных структурных мотивов: субкольцевые — концентрические, прямолинейные СЗ и СВ простирания (реже субширотного и субмеридионального) и комплекс сложной ветвящейся морфологии, типа "конский хвост". Ряд исследователей (Соколова, Баржицкий, Серый и др.) при дешифрировании также акцентируют внимание на дифференцированных вертикальных движениях блоков разнообразной формы, однако кинематика этих смещений, если таковые и были, заметно не осложнила геологическое строение, наблюдаемое в современном эрозионном срезе. Другие исследователи отмечают спиралевидный в плане характер карбонатитовой зоны месторождения и е центростремительную зональность, обусловленные объединением и сочетанием бифокальных конических разломов, маркирующих центры тектонического развития — две субкамеры карбонатитного расплава, а также и подчркивают роль центриклинальных конических и концентрических (субцилиндрических) разломов в формировании и тектонической эволюции месторождения (Дунаев, 1992, 1997 гг., Серый и Дунаев, 2008 г.).
Поскольку весовой вклад в трещинную тектонику протоктектонических элементов оценивается не менее 85 %, то эти закономерности предопределила основной принцип структурно-тектонического и инженерно-геологического районирования — по секторам.
Исходя из критерия однородности основных показателей структуры массива пород, было выделено 8 (восемь) инженерно-структурных секторов №№ Sector I – Sector VIII (рис. 4.2). Рисунок 4.2. — Уточненная инженерно-геологическая карта Ковдорского месторождения комплексных железных, апатитовых и циркониевых руд (ОАО «МГРЭ», 2009 г.) [45] Основными критериями выделения секторов служили проявления и сочетания следующих факторов: ? общность - относительная однородность (в пределах ± 15) азимутальных характеристик трещинной тектоники; ? резкое изменение характера трещинной тектоники (принципиальное изменение наиболее весомых полюсов трещиноватости и их количества); ? площадь преимущественного распространения выделенных инженерно-геологических литотипов; ? появление/исчезновение структурных неоднородностей, таких как: субпараллельных или разнородноориентированных даек, жил, зон трещиноватости и других плоскостных форм; ? проявление и площади распространения трансформационных элементов крупного ранга. Карта и опорные разрезы составлены на геологической основе ОАО «МГРЭ» с нанесением сетки разрывных нарушений и деформаций (нарушений проектной формы) уступов согласно карте, переданной ФГУП «ВИОГЕМ» в июле 2009 г., заверены и дополнены результатами бурения с отбором ориентированного (инженерно-геологические скважины) и неориентированного (разведочные скважины текущего и предшествующих проектов) керна, а также поверхностного обследования и документации трещиноватости и структурных неоднородностей периода 2008-2009 гг.
Таким образом, уточненная инженерно-геологическая карта отражает современное состояние изученности геологического строения, разрывной тектоники и структурных неоднородностей массива пород в рамках геомеханического пространства месторождения.
Физико-механические свойства горных пород Ковдорского массива.
Отбор проб и определение физико-механические свойства горных пород проводился сотрудниками Горного института КНЦ РАН совместно с геологами ОАО «МГРЭ» по 10 инженерно-геологическим скважинам. Пробы представляли собой керн алмазного бурения длиной 150-1500 мм. В общей сложности отобрана 61 проба. Все испытания проводились по апробированным методикам, с учтом последних ГОСТов и методических рекомендаций.
Анализ данных табл. 4.2 показывает, что согласно классификации скальных грунтов по ГОСТ 25100-95, все литотипы относятся к очень прочным (сж 120 МПа) или прочным (сж 50-120 МПа). Только в зоне интенсивной дезинтеграции преобладают скальные грунты средней прочности (сж = 15-50 МПа), малопрочные (сж = 5,0-15 МПа) и полускальные (сж 5,0 МПа), а также рыхлые грунты. Наиболее прочными породами являются ийолит и фенит (асж 133 145 МПа;/ = 14 17), они относятся к категории крепких и очень крепких пород. Наименее прочным, по сравнению с другими петрографическими разностями, является карбонатит (асж 63 МПа; / = 6), он принадлежит к категории довольно крепких пород. Исследуемые породы являются достаточно плотными и упругими. Их среднеарифметические значения плотности составляют 2,83-3,19 т/м3, скорости прохождения продольных волн в образцах — Vp = 4,84-6,13 км/с, коэффициент Пуассона — v = 0,20-0,26 и модуля упругости — Е = (5,81 10,62) х Ю4 МПа. Максимальные значения показателей упругости свойственны оливинитам. Карбонатиты в данном комплексе пород являются наименее плотными и упругими (р = 2,83 т/м3; Е = 5,81 х 104 МПа).
Существующие мероприятия по обеспечения безопасности карьерного оборудования и персонала, ведущих горные работы в условиях крутых бортов, в том числе от падения КП в рабочее пространство карьера в процессе его эксплуатации должны соответствовать следующим принципам [83]: Применение специальной методики ведения буровзрывных работ (БВР) на конечном контуре и в приконтурной зоне.
Формирование уступов с вертикальными откосами повышает вероятность развития локальных нарушений в виде их обрушений и осыпаний. Правильно выбранные комплекс работ и методика их выполнения, своевременное производство этих работ направлено на исключение возможности локальных деформаций уступов и обеспечение безопасных условий ведения открытых горных работ. Основным требованием, предъявляемым к технологии отбойки горных пород на конечном контуре карьера, является обеспечение максимальной степени сохранности формируемых уступов — как откоса, так и бермы. Это обусловлено необходимостью поддержания их безопасного состояния на протяжении достаточно длительного времени существования карьера (весь период отработки карьера).
Наиболее эффективными методами снижения интенсивности техногенного воздействия являются следующие: применение контурного взрывания; применение буферного взрывания; ограничение объма блоков, взрываемых за один прим; изменение направления развития взрыва; использование комбинированных зарядов.
Сохранение целостности поверхности бермы будет достигаться за счт уменьшения перебуров скважин надбермового горизонта с 2,0 до 0,5 м.
Наиболее важным элементом проектирования технологических взрывов на предельном контуре является учт фактического состояния и структурных особенностей породного массива непосредственно в зоне производства взрыва и в прилегающей к взрываемому участку территории. Должно быть дано детальное инженерно-геологическое описание. Затем составляется и утверждается рабочий проект массового взрыва для каждого взрывного блока. Применение специальной техники и технологии постановки вертикальных уступов на предельный контур и обеспечению контроля и наблюдения при их производстве.
При постановке нижележащего уступа необходимо проводить геолого-маркшейдерскую съмку верхних уступов, для последующего прогноза возможных деформаций их откосов и осуществлять соответствующие против деформационные мероприятия.
Для каждого геолого-структурного типа пород, слагающих участок, должен составляться рабочий проект проведения работ по заоткоске, в котором определяются условия проведения работ, технология и применяемое оборудование.
В основу конструкции борта карьера с предохранительными бермами заложена идея безопасной локализации падающего КП из откоса уступа в пределах одного горизонта. При отработке карьера должны строго соблюдаться меры безопасности при ведении работ в приконтурных зонах карьера.
Обоснование на примере проекта карьера «Ковдорского ГОКа» опасных зон на его уступах в зависимости от условий безопасности ведения открытых горных работ
При повреждении горного оборудования КП, падающими из откосов уступов, затраты на его ремонт могут составить от несколько десятков тысяч рублей до нескольких миллионов рублей. В то же время затраты могут быть сопоставимы со стоимостью оборудования — при полном выходе его из строя. Также в настоящее время в отечественной горной промышленности страховые выплаты за нанесенный ущерб персоналу могут составить до 2 миллионов рублей. В единичном же случае падения КП на бермы затраты на его уборку не привлекают особого внимания в связи с небольшим объемом горных работ и временем простоя участка.
Предотвращенный ущерб предприятию при работе бульдозера ДЭТ-250 или ДЭТ-320 в опасной зоне в случае единичного падения КП составит примерно до 10,6 миллионов рублей (рис.4.12). При повреждениях падающим КП частей их конструкции, не препятствующих их дальнейшей работе, ущерб составит в разы ниже. Например, цена с НДС [65] приобретения основных запчастей на бульдозер ДЭТ-250, повреждение которых падающим КП наиболее вероятно, без учета ремонтных работ составит следующее: своевременной уборке КП на предохранительных бермах образуется скос из КП в сторону рабочего пространства. Кроме того, преимущественно в верхней части карьера эти бермы могут выветриваться настолько, что доступ горного оборудования, используемого для их очистки, становится не возможным. Следовательно, последующие КП, падающие из откосов вышележащих уступов, могут беспрепятственно пролетать такие бермы и падать на другое горное оборудования (автосамосвалы, экскаваторы, буровые станки и т. д.), расположенное на нижележащих горизонтах карьера. При этом ущерб предприятию в единичном случае падения КП на одном из участков карьера может составить до 148,6 миллионов рублей.
На конец отработки карьера ориентировочная общая площадь его бортов составит около 6,6 млн. м. На основе текущей инженерно-геологической информации по имеющимся профилям и планам можно предположить, что ориентировочная общая площадь участков развития клиновидных деформаций, на которых борт предполагается формировать без предохранительных берм с использованием ЗС на основе АТС-завесы, составит около 0,37 млн. м, что соответствует 5,6 % от общей площади бортов на конечном контуре карьера (при рассмотрении в данном конкретном случае это 100% площади откосов с клиновидными видами деформации уступов).
Ориентировочная доля площади участков развития клиновидных деформаций (участки № 1-5) от общей площади участков, на которых борт предполагается формировать без предохранительных берм с использованием ЗС на основе АТС-завесы следующая: участок 1 — 8,7; участок 2 — 9,0; участок 3 — 29,0; участок 4 — 38,8 и участок 5 — 14,5 %.
Следовательно, внедрение предлагаемой технологии на рассматриваемом предприятии при защите 5,6 % карьерной площади с учетом данных ОАО «Гипроруды» о балансовых запасах руды в контуре карьера [83] и данных ООО НПК «ГеоПолимер» о стоимости работ по стабилизации откосов ЗС на основе АТС-завесы приведет к удорожанию себестоимости добычи 1 т руды всего лишь на 1,3 % (табл. 4.9) без учета дисконтированных затрат. При этом удельная себестоимость добычи 1 тонны руды (рис 4.13) с учетом работ по стабилизации откосов при крепости пород f = 6-17 составит 117,7 руб./т (удельная себестоимость работ по стабилизации 1 тонны руды составит 1,5 руб./т).
Опираясь на опыт японской фирмы, уже апробирующей в данных условиях завесу своего производства, время на монтаж 1 м бригадой из 6 человек составит около 38 м/сутки. Т. е. время, которое потребуется на покрытие 5,6 % карьерной площади, при данной производительности и параллельной работе на всех участках составит около 5,5 лет. При необходимости она может быть увеличена путем повышения технологической дисциплины при организации работ, а также применения более производительного оборудования или повышения численности персонала для выполнения работ.
Технико-экономические показатели по рудному карьеру «Железный» ОАО «Ковдорский ГОК» при применении технологии формирования бортов без предохранительных берм с учетом затрат на стабилизацию откосов уступов Наименование Ед. изм. Значение Размеры карьера по данным ОАО «Гипроруда» [83] Длина:- по поверхности;- по дну.Ширина:- по поверхности;- по дну.Глубина карьера:- с учетом нагорной части;- по дну. м мм мм м 2 550 6802 0402501 030 874 Балансовые запасы руды в контуре карьера (по бортовому содержанию 20 %) по данным ОАО «Гипроруда» [83] млн. т. 668,7
Себестоимость добычи 1 т руды в ценах 2011 г. по данным ОАО «Гипроруда» [83] руб. 116,2 Стоимость работ по стабилизации 1 м поверхности откоса уступа по данным ООО НПК «ГеоПолимер» в ценах 2011 г. руб. 2 750 Ориентировочная общая площадь бортов карьера на конец отработки млн. м 6,6 Ориентировочная общая площадь участков развития клиновидных деформаций млн. м 0,37 Ориентировочная доля площади участков развития клиновидных деформаций от их общей площади: - участок 1;- участок 2;- участок 3;- участок 4;- участок 5 % 8,7 9,0 29,0 38,8 14,5 Доля общей площади карьерных участков, на которых борта предполагается формировать по предложенной технологии, к общей площади бортов на конец отработки карьера % 5,6
Удельная себестоимость работ по стабилизации 1 тонны руды при использовании ЗС производства ООО НПК «ГеоПолимер» руб./т 1,5 Себестоимость добычи 1 т руды с учетом затрат на формирование участков бортов по предложенной технологии руб. 117,7 Повышение себестоимости добычи 1 т руды с учетом затрат на формирование участков бортов по предложенной технологии % 1,3 Ориентировочная производительность монтажа 1 м поверхности откоса ЗС м/сутки 38 Ориентировочное время на покрытие 5,6 % карьерной площади ЗС лет 5,5
Таким образом, показано, что формирование крутых бортов без предохранительных берм с использованием защитных систем на основе анкерно-тросово-сетчатой завесы на участках развития клиновидных деформаций уступов позволит повысить условия безопасности в рудном карьере «Железный» ОАО «Ковдорский ГОК» до требуемого уровня и исключить ущерб до 148,6 миллионов рублей в единичном случае падения куска породы на оборудование.
При определении границ опасной зоны на уступе было подтверждено, что наиболее влияющим фактором на дальность падения куска породы относительно его нижней бровки оказывают параметры сработки его верхней бровки, значения которых рекомендуется уточнять Установлено, что при ведении горных работ на низких уступах карьера (до 15 м) основными влияющими факторами, оказывающие существенное влияние на условия безопасности ведения горных работ непосредственно в зоне падения куска породы, являются его масса и высота падения, а также высота оборудования по кабине. Однако, при ведении горных работ на высоких уступах карьера (более 15 м), только значения массы куска породы оказывают существенное влияние, т. к. устройство защиты оборудования не обладает достаточной способностью поглощать его механическую энергию при ударе.
На основе изучения взаимосвязи массы кусков породы и высоты их падения выделены зоны опасной и безопасной работы персонала и основных видов оборудования (буровые станки, экскаваторы, автосамосвалы, бульдозеры) в прибортовых зонах карьеров. Установлено, что в условиях крутых бортов карьеров работа технологического оборудования в зоне падения кусков породы с откоса уступа, склонного к локальным обрушениям и осыпаниям, производится в опасных условиях, т. к. устройство FOPS для защиты его кабины не обладает требуемым значением индекса поглощения энергии.
Применение защитных систем на основе анкерно-тросово-сетчатой завесы при формировании крутого борта рудного карьера, на котором уступы имеют склонность к локальным обрушениям и осыпаниям, позволит горнодобывающему предприятию повысить безопасность работы оборудования и персонала и предотвратить возможный экономический ущерб, связанный с падением кусков породы в рабочее пространство карьера.
Обоснована конструкция и технология формирования крутых бортов на конечных контурах рудных карьеров без предохранительных берм за счет использования предложенных защитных систем на основе анкерно-тросово-сетчатой завесы. Целесообразность данного технического решения подтверждается возможностью обеспечения безопасной работы в прибортовых зонах рудного карьера «Железный» ОАО «Ковдорский ГОК» за счт исключения ущерба персоналу и горному оборудованию, который может быть нанесен падающими с откосов уступов кусками породы.
