Введение к работе
Актуальность работы. В середине прошлого века производилось интенсивное освоение природных ресурсов Центральной части России и Урала. В эксплуатацию были введены крупные по запасам месторождения, отрабатываемые открытым способом. В процессе добычи и переработки полезных ископаемых были сформированы горнотехнические сооружения: карьеры, отвалы вскрышных пород и отходов перерабатывающих предприятий, размещаемые, в основном, на дневной поверхности.
Рост производства промышленности привел к накоплению на территории страны более 100 млрд т промышленных отходов и продолжается постоянный рост их количества. При этом используется и обезвреживается около 35% общего объема образующихся за год отходов. Необходимость рекультивации земель, нарушенных горными работами, и отсутствие территорий для сооружения полигонов для захоронения отходов приводит к использованию карьерных выработок для размещения в них отходов промышленных предприятий горнодобывающей отрасли. Размещение промышленных отходов различных отраслей промышленности в емкости карьера позволяет расширить область освоения недр Земли, а также получить дополнительную прибыль от реализации таких проектов.
Существующая научно-методическая база проектирования и формирования горнотехнических сооружений не учитывает целенаправленного использование выработанного пространства для размещения промышленных отходов, что сдерживает повышение эффективности комплексного освоения недр.
Обоснование параметров карьеров, формируемых для размещения промышленных отходов, обеспечит повышение эффективности освоения участка недр Земли и полноту отработки запасов за счет вовлечения в разработку новых месторождений со сложными горнотехническими условиями, освоения дополнительных запасов в приконтурной зоне.
Поэтому обоснование параметров карьеров при комплексном освоении природных и техногенных георесурсов на этапах проектирования и формирования горнотехнических сооружений является актуальной научно-практической задачей.
Цель работы. Разработка методики определения параметров карьеров при комплексном освоении природных и техногенных георесурсов, позволяющей обеспечить повышение полноты и эффективности освоения участка недр.
Идея работы. Повышение полноты и эффективности освоения участка недр обеспечивается обоснованием параметров карьеров на основе установленных зависимостей граничного коэффициента вскрыши от ценности природных и техногенных георесурсов, за счет увеличения полноты выемки запасов полезных ископаемых и повышения приемной емкости выработанных пространств.
Объект исследования: технология открытых работ, выработанное пространство карьеров.
Предмет исследования: методы определения параметров карьеров.
Задачи исследования:
анализ существующего опыта восстановления нарушенных территорий, использования выработанного пространства карьеров, направлений комплексного освоения участков недр и методов определения граничных контуров карьеров;
исследование факторов, влияющих на формирование пространства карьера в качестве техногенного георесурса при размещении в нем промышленных отходов;
разработка способов повышения приемной способности выработанного пространства карьеров;
классификация карьеров по способам размещения в них промышленных отходов различного класса опасности;
разработка методики определения параметров карьеров при комплексном освоении природных и техногенных георесурсов;
экономическое обоснование целесообразности изменения параметров карьеров Южного Урала при размещении в них промышленных отходов.
Методы исследований. Использован комплексный подход, включающий анализ и обобщение достижений науки, техники и практики размещения промышленных отходов в выработанном пространстве карьеров; экономико-математическое и компьютерное моделирование формирования выработанного пространства карьеров и карт при размещении в них промышленных отходов.
Научные положения, представленные к защите:
-
Определение параметров карьеров, используемых для размещения промышленных отходов, с учетом ценности их выработанного пространства, обеспечит повышение полноты отработки запасов, расширение области эффективного применения открытых горных работ. Наибольшую ценность карьера представляет его необводненная часть.
-
Дифференцирование карьерных выработок по глубине и гидрогеологическим условиям позволяет определять способ размещения в пространстве карьера промышленных отходов соответствующего класса опасности и конструкцию карт, что обеспечит соблюдение экологических требований при повышении полноты и эффективности освоения участка недр.
-
Увеличение полноты освоения запасов полезных ископаемых и приемной емкости в условиях ограниченной площади горизонтов достигается повышением коэффициента вместимости на этапах проектирования и функционирования карьеров, за счет изменения граничных параметров карьерных выработок, отдельных уступов и карт.
Научную новизну работы составляют:
-
Коэффициент вместимости выработанного пространства карьеров, характеризующий полноту использования приемной емкости при размещении промышленных отходов различного класса опасности с учетом типа залежи и гидрогеологических условий осваиваемого участка недр.
-
Классификация карьеров в зависимости от их линейных размеров и доли необводненной части, позволяющая определить способ размещения промышленных отходов различного класса с учетом экологических требований и экономической эффективности освоения участка недр.
-
Зависимость граничного коэффициента вскрыши от ценности карьера при размещении в нем промышленных отходов, установленная с учетом коэффициента вместимости выработанного пространства и позволяющая определить эффективные границы открытых горных работ при комплексном освоении природных и техногенных георесурсов.
-
Методика определения параметров карьеров при комплексном освоении природных и техногенных георесурсов, отличающаяся от существующих учетом ценности обводненной и необводненной части карьера при использовании его в качестве полигона для размещения промышленных отходов.
Достоверность положений, выводов и рекомендаций обеспечивается представительностью и надежностью исходных данных для анализа и моделирования; корректностью постановки задач исследований; сопоставимостью результатов, полученных различными методами исследований; положительными результатами использования рекомендаций в промышленных условиях.
Практическая значимость работы заключается в увеличении совокупного дохода от освоения месторождений полезных ископаемых за счет реализации не только полезных ископаемых, но и техногенного георесурса, формируемого в процессе ведения открытых горных работ; возможности принятия обоснованных решений по изменению параметров карьеров на стадии их проектирования и функционирования, обеспечивающих повышение полноты освоения запасов.
Реализация результатов работы. Результаты исследований, выводы и рекомендации были использованы при разработке проектов строительства и реконструкции карьеров Оренбургской области; при выполнении исследований в рамках реализации государственного задания за 2012 г. при финансовой поддержке Правительства Российской Федерации (регистрационный номер 5.4376.2011); при выполнении программы Стратегического развития МГТУ. Материалы работы внедрены в учебные курсы дисциплин «Проектирование карьеров», «Технология и комплексная механизация открытых горных работ».
Апробация работы Результаты, основные положения и рекомендации диссертации докладывались и обсуждались на V международной научно-технической конференции «Комбинированная геотехнология: Комплексное освоение и сохранение недр земли» (г. Екатеринбург, 2009); на IV всероссийской молодежной научно-практической конференции «Проблемы недропользования» (г. Екатеринбург, 2010, 2013); на 68 и 69 научно-технических конференциях Магнитогорского государственного технического университета (г. Магнитогорск, 2010, 2011); на XX Международном научном симпозиуме «Неделя горняка - 2012» (г. Москва).
Личный вклад автора состоит в разработке методики и проведении моделирования формирования выработанного пространства карьеров, используемого в качестве техногенного ресурса; обосновании аналитического способа определения вместимости выработанного пространства карьеров и параметров карт для размещаемых отходов; разработке классификации карьеров по способу размещения в них промышленных отходов.
Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 10 печатных работах. Из них 2 - в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, библиографического списка из 114 наименований и содержит 131 страницу машинописного текста, 38 рисунков, 16 таблиц.
Автор выражает благодарность сотрудникам кафедры ОРМПИ института горного дела и транспорта МГТУ им. Г.И. Носова за консультации, ценные замечания и рекомендации.
