Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние изученности вопроса, цель и задачи исследований 9
1.1 Анализ показателей работы карьеров, динамики объемов отходов горного производства и их воздействие на окружающую среду 9
1.2 Анализ существующих способов складирования и направлений ис пользования отходов, получаемых при открытой геотехнологии 19
1.3 Существующие направления использования выработанного карьер ного пространства 27
1.4 Способы внутреннего отвалообразования 30
1.5 Цель, задачи и методы исследований 42
2 Исследование области применения потенциальных георесурсов открытой разработки месторождений полезных ископаемых 47
2.1 Имеющиеся и возможные виды продукции горного производства 47
2.2 Систематизация направлений использования отвалов и выработан ного пространства карьеров в виде новых гёоресурсов 55
2.3 Анализ ценности формируемых техногенных георесурсов 62
3 Обоснование способов формирования техногенных георесурсов 77
3.1 Способы формирования и повышения ценности техногенных георесурсов. 77
3.2 Способ совместного формирования карьерного пространства и отва лов как техногенных георесурсов 87
4. Технико-экрономическая оценка и реализация работы 97
4.1. Рекомендации по формированию техногенных георесурсов и снижение ресурсоемкости на карьере «Малый Куйбас» 97
4.2. Расчет экономического эффекта внедрения рекомендаций на карьере «Малый Куйбас» 102
4:3. Определение целесообразности использования ряда карьеров для складирования мартеновских и доменных шлаков 107
Заключение 118
- Анализ существующих способов складирования и направлений ис пользования отходов, получаемых при открытой геотехнологии
- Систематизация направлений использования отвалов и выработан ного пространства карьеров в виде новых гёоресурсов
- Способ совместного формирования карьерного пространства и отва лов как техногенных георесурсов
- Расчет экономического эффекта внедрения рекомендаций на карьере «Малый Куйбас»
Введение к работе
Актуальность работы. В результате интенсивного развития горнодобывающей промышленности в ряде регионов России сформировано значительное количество техногенных образований в виде отработанньїх карьеров, складов некондиционных руд, отвалов минерализованных пород, которые являются причиной загрязнения почв и вод тяжелыми металлами, запыления поверхности земли и изъятия дорогостоящих земель из сельскохозяйственного оборота.
В настоящее время в России накоплено около 100 млрд. т отходов горнодобывающей отрасли. Значительную часть из них составляют породные отвалы. Породы отвалов могут иметь широкое применение в качестве сырья для различных отраслей промышленности. Однако масштаб использования этих пород в целом незначителен и находится в пределах 3-10 %. Это является следствием того, что формирование отвалов зачастую осуществляется без учета возможности их дальнейшей переработки. Бессистемное складирование с перемешиванием горных пород различных типов впоследствии приводит к значительному росту издержек на их переработку.
Размещение вскрышных пород, использование которых в настоящее время нецелесообразно, в выработанном пространстве карьеров наиболее перспективно с точки зрения сохранности сельскохозяйственных земель и обеспечения высоких технико-экономических показателей открытых горных работ. Однако имеющегося практического опыта и научно-методической базы недостаточно для разработки эффективных способов внутреннего отвалообразования в действующих глубоких карьерах. В проектах практически не предусматривается использование выработанного пространства карьеров в качестве инженерных сооружений и различных емкостей.
Изменение подхода к проектированию и эксплуатации карьеров позволит формировать техногенные георесурсы в процессе отработки месторождений. Возможными направлениями освоения данных видов георесурсов являются: использование карьеров и отвалов в качестве элементов инженерных сооруже-
ний, переработка заскладированных руд, рекультивация отвалов .и выработанного пространства карьеров.
Однако слабая изученность закономерностей изменения ценности техногенных георесурсов от условий и способов их формирования, отсутствие систематизации самих способов не позволяют в полной мере использовать ресурсный потенциал отвалов и выработанного пространства карьеров.
Выбор и реализация способов формирования техногенных георесурсов позволит снизить ресурсоемкость открытого способа разработки, расширить область его эффективного применения, а также уменьшить вредное воздействие карьеров и отвалов на окружающую среду.
. Поэтому обоснование способов формирования техногенных георесурсов при открытой разработке месторождений полезных ископаемых является актуальной научно-практической задачей.
Цель работы: обоснование способов формирования техногенных георесурсов для снижения ресурсоемкости освоения железорудных месторождений открытым способом.
Идея работы заключается в том, что обоснование параметров карьеров и отвалов, выбор технологии разработки и складирования горных пород осуществляется на основе установленных зависимостей ценности техногенных георесурсов от условий и способа их формирования.
Объект исследования: техногенные образования, такие как отвалы горных пород и выработанное пространство карьеров.
Задачи исследования:
Анализ техногенных образований формируемых при работе карьеров, динамики объемов отходов горного производства и воздействия отвалов и карьеров на окружающую среду; анализ состояния методической базы формирования отвалов и выработанного пространства карьеров.
Обоснование перспективного использования техногенных образований горных предприятий; систематизация направлений использования отвалов и ' выработанного пространства карьеров в виде новых георесурсов.
Обоснование подхода к снижению ресурсоемкости открытой разработки месторождений, основанного на формировании и использовании новых техногенных георесурсов.
Разработка математической модели расчета ценности формируемых георесурсов; установление зависимостей ценности техногенных георесурсов от различных условий и способов их формирования.
Обоснование способов и разработка алгоритма формирования и повы- ' шения ценности техногенных георесурсов.
Оценка экономической эффективности формирования техногенных георесурсов при открытой разработке месторождений.
Научные положения, представленные к защите:
Отвалы вскрышных пород, склады некондиционных руд, выработанное пространство карьеров являются потенциальными техногенными георесурсами, ценность которых определяется способом и технологией их формирования. Критерием ценности является максимум прибыли, получаемой в результате формирования и использования данных георесурсов.
Ценность выработанного пространства карьера при использовании его в качестве емкости для складирования отходов определяется расстоянием транспортирования, классом опасности отходов, объемом и способом формирования карьерного пространства.
Повышение ценности формируемого карьерного пространства достигается изменением конструкции и специальной подготовкой участков борта, поставленных в предельное положение, для обеспечения безопасности и рационального складирования вскрышных пород.
Научную новизну работы составляют:
Подход к формированию новых видов техногенных георесурсов с учетом их ценности, обеспечивающий снижение ресурсоемкости открытой геотехнологии.
Математическая модель расчета ценности создаваемых при ведении открытых горных работ техногенных георесурсов, основанная на учете затрат на
формирование георесурсов и возможных доходов от их дальнейшего освоения или реализации.
Зависимости ценности выработанного пространства карьера от расстояния транспортирования, объема и класса опасности складируемых отходов, позволяющие выбирать эффективные способы формирования техногенных георесурсов.
Способ формирования отвалов на верхних горизонтах карьера, обеспечивающий безопасность ведения горных работ на нижележащих горизонтах, сокращение расстояния транспортирования пород в отвал, уменьшение экологических платежей, предотвращение оползневых явлений.
Практическая значимость работы:
Разработан алгоритм выбора ресурсосберегающего способа складирования пород отвалов в зависимости от категорий вскрышных пород, классифицированных по технологии и экономической целесообразности их переработки.
Построены графики изменения приращения объема и высоты отвала складируемых пород от ширины вынимаемого слоя мягких пород верхних горизонтов карьера, позволяющие обосновать параметры формируемых отвалов.
Построена номограмма для определения экономической целесообразности использования карьерного пространства в качестве емкости для складирования промышленных отходов 4-го класса опасности.
Достоверность положений, выводов и рекомендаций подтверждается представительностью и надежностью исходных данных; сопоставимостью результатов, полученных различными методами исследований; положительными результатами применения методических положений диссертации на карьере «Малый Куйбас» ГОП ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат».
Методы исследований: методы обработки результатов исследований с использованием элементов математической статистики, экономико-математическое моделирование, методы системного, структурно-функционального и технико-экономического анализа.
Реализация работы. Результаты исследований использованы при разработке рекомендаций по обеспечению необходимой производительности по руде на карьере «Малый Куйбас» ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат».
Апробация диссертации. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на заседаниях кафедры открытой разработки месторождений полезных ископаемых Магнитогорского государственного технического университета, на научно-технических семинарах факультета горных технологий и транспорта Магнитогорского государственного технического университета, на научных семинарах НТЦ-НИИОГР (г. Челябинск), на международных симпозиумах: «Неделя горняка» (Москва, 2003, 2004 гг.), на Всероссийской конференции «Проблемы повышения экологической и промышленной безопасности производственно-технических комплексов промышленных регионов» (г. Магнитогорск).
Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства образования и науки РФ и Правительства Челябинской области (ГРНТИ № ГБ 3-05 ВНП).
Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в" 6 печатных работах.
Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, 4 глав и заключения, изложенных на 130 страницах машинописного текста, содержит 48 рисунков, 31 таблицу, список литературы из 102 наименований и 2 приложения.
Анализ существующих способов складирования и направлений ис пользования отходов, получаемых при открытой геотехнологии
Вопросам комплексного освоения недр и рационального использования ресурсов посвящены исследования ведущих ученых: М.И. Агошкова, А.И. Арсентьева, В.А. Галкина, С.А. Голяка, A.M. Демина, С.А. Ильина, В.В. Истоми- . на, B.C. Коваленко, A.M. Михайлова, Н.В. Мельникова, Б.М. Никитина, В.И. Паничева, Е.И. Панфилова, А.А. Пешкова, В.В. Ржевского, И.И. Русского, М.В. Рыльниковой, Г.В. Секисова, П.И. Томакова, К.Н. Трубецкого, В.Н. Уманца, Г.А. Холоднякова, B.C. Хохрякова и др. Введенное в 60-е годы М.И. Агошковым и Н.В. Мельниковым направление, связанное с использованием техногенных минеральных ресурсов, получило широкое распространение в научно-технических программах страны, и было уточнено в работах Г.В. Секисова, А.А. Талаева и других в 1987-1988 гг. Наиболее обобщенное научное определение и классификация впервые бы-. ли приведены в работах К.Н. Трубецкого и В. Н. Уманца, получив дальнейшее развитие в их работах в 1989-1999 гг. [11]. В результате системного подхода к вопросам комплексного освоения техногенных месторождений: - обобщен метод разведки техногенных месторождений предприятий цветной и черной металлургии страны; - выявлены особенности внутреннего строения и пространственной изменчивости содержания полезных компонентов, разработаны методические рекомендации по разведке и оценке техногенных месторождений, включающие оригинальную методику прогнозирования пространственной изменчивости содержания полезных компонентов в хвостохранилище по данным апробирования во времени хвостов на выходе обогатительной фабрики, а также группировку техногенных месторождений для целей их разведки; - обоснована экономическая целесообразность использования перспективных рудных и всех нерудных запасов в качестве строительного материала; - создана экономико-математическая модель и программное обеспечение, позволяющее оптимизировать объемы использования разнокачественного рудного и нерудного техногенного сырья и определять минимально-промышленное содержание полезных компонентов в балансовых запасах, а также производить выбор наиболее эффективных направлений использования техногенного сырья и технологических схем разработки.
Сложную агрегатную схему комплексного освоения техногенных минеральных ресурсов, охватывающую все стадии работ от разведки до получения готовых продуктов, К.Н. Трубецкой разделяет на следующие взаимосвязанные подсистемы [11]:- геолого-технологическое изучение техногенных минеральных объектов; - технико-экономическая оценка техногенных минеральных ресурсов и обоснование кондиции; - разработка техногенных месторождений; - - разработка металлосодержащего сырья, использование или переработка нерудного техногенного сырья; - целенаправленное формирование техногенного месторождения с заданными параметрами и характеристиками; - рекультивация техногенных объектов, не входящих в категорию техногенных месторождений. На основании анализа этих подсистем разработана концепция решения проблем комплексного освоения техногенных месторождений в двух довольно самостоятельных аспектах [11]: 1) целенаправленное создание новых техногенных месторождений с заданными параметрами с учетом последующего освоения; 2) комплексное освоение уже сформированных (старых) техногенных месторождений. Селективное складирование пород в отвалы является одним из способов создания новых техногенных месторождений. Раздельное складирование пород в отвал рассмотрено в работах [12,62,72,74, 91,96]. Раздельная отсыпка отличается от беспорядочной своей функциональной направленностью (повышением устойчивости, созданием благоприятных условий для последующей выемки отдельных блоков пород и т.д.), большими размерами, выдержанностью параметров отдельных слоев или блоков, их планомерным размещением в массиве отвала или в приоткосной его части.
Примером раздельного складирования вскрышных пород служит карьер «Малый Куйбас». Рыхлая вскрыша размещается на Восточном отвале. Скальная порода, являющаяся сырьем для производства строительного камня и щебня, размещается в специальном отвале «Строительного камня». Остальная вскрыша и часть рыхлой транспортируется в другие отвалы. Перспектива применения вскрышных пород и отходов обогащения касается только пород текущего выхода. Породы же, находящиеся в отвалах и хво-стохранилищах, подлежат специальному изучению. Попадая в отвалы, они постепенно меняют свои свойства: теряют одни и приобретают другие. Например, достаточно прочные известняки и доломиты, отвечающие требованиям, предъявляемым к строительному камню, находясь в отвале, разрушаются и могут быть непригодными для получения щебня. Напротив, некоторые глины, подвергаясь в отвалах выветриванию, улучшают свое качество. При решении вопросов об утилизации всех видов .горнопромышленных отходов на первый план выступает их качество, к которому промышленность строительных материалов предъявляет очень жесткие требования, распространяющиеся как на природное, так и на техногенное сырье. Тем не менее, на практике во многих случаях вскрышные, вмещающие породы и отходы обогащения утилизируются без детальной разведки их запасов и качества. Нарушение требований к изученности вещественного состава и свойств сырья для производства строительных материалов приводит иногда к большому материальному ущербу. За очень редким исключением, отходы могут применяться в производстве строительных материалов только после соответствующей переработки (дробления, сушки, фракционирования и пр.). Утилизация горнопромышленных отходов влечет за собой необходимость дополнительных материальных затрат, и иногда довольно значимых, связанных с реорганизацией основного производства [82]. К числу главных препятствий использования минерального сырья, относят следующие: 1) недостаточную изученность вещественного состава и технологических свойств руд, вскрышных и вмещающих пород в коренном залегании и отвалах, а также отходов обогащения для использования в качестве минерального сырья, балластного, закладочного материала и для других хозяйственных нужд; 2) отсутствие достаточно эффективных экономических стимулов ком плексного освоения месторождений и увеличения степени извлечения из добы того сырья ценных компонентов; 3) трудности финансирования дополнительного капитального строительства и реконструкций предприятий по выпуску попутной минеральной продукции; 4) отсутствие должного учета и контроля образования отвалов и хвосто-хранилищ, использования находящихся в них продуктов. Интенсивное развитие в нашей стране горнодобывающей и металлургической отраслей промышленности сопровождалось вовлечением в переработку относительно бедных руд и резким ростом количества отходов горного производства, размещаемых на земной поверхности. Под воздействием атмосферных осадков металлосодержащие, прежде всего сульфидные, минералы подвергаются интенсивному окислению и выщелачиванию с последующей миграцией растворимых солей тяжелых металлов в подземные и поверхностные воды. Интенсивность выщелачивания металлов повышается с уменьшением крупности зерен, входящих в состав отходов. Скорость перехода сульфидных минералов в растворимые сульфаты возрастает по мере снижения рН среды (при рН 5 интенсифицируется вынос Zn, Cd, и ТІ, при рН 3 - Си, Ni, As). Скорость закис- . ления водной среды тем выше, чем больше в твердой фазе содержание пирита и халькопирита, хотя наиболее интенсивно окисляются пирротин и сфалерит. По мере перехода сульфидов в сульфаты, карбонаты и оксиды эффективность переработки отходов флотацией снижается. В большинстве регионов России извлечение цветных металлов из техногенных отходов выщелачиванием является бесперспективной технологией.
Систематизация направлений использования отвалов и выработан ного пространства карьеров в виде новых гёоресурсов
Первая группа ресурсов, выделенная проф. В.В. Истоминым, в работе рассмотрена как возможное направление использования отвальных пород. Был проведен анализ по вопросу использования твердых отходов горных предприятий, который показал, что породы отвалов имеют широкое применение в качестве сырья для получения различных продуктов [44,81,85, 87]. В табл.2.5 приведены известные направления использования пород отвалов в качестве сырья для получения различных продуктов. Выделены три категории пород отвалов в зависимости от экономической целесообразности их переработки и возможных направлений дальнейшего их использования [29]: 1. Породы, технология переработки которых известна и в настоящее время экономически целесообразна. 2. Породы, переработка которых с использованием известных технологий в настоящее время экономически нецелесообразна. К этим породам относятся некондиционные руды или металлсодержащие минералы.
Породы, технология переработки которых отсутствует и неизвестна возможная сфера их применения. Вторая группа ресурсов, выделенная проф. В.В. Истоминым, («неизвле-каемые» — остающиеся на месте, массивы горных пород), в работе разделена по использованию в качестве емкости и в качестве строительного полигона (см. рис. 2.1). Более детально в работе рассмотрено использование карьерного пространства в качестве емкости для складирования различных отходов. Использование выработанного пространства действующего карьера с углубочной системой разработки в качестве емкости для складирования отходов возможно: 1) при отработке наклонных (угол падения 8-30) или пологих (угол падения 0-10) залежей (рис.2.2); 2) при наличии на нерабочих бортах карьера широких площадок, которые образуются после отработки рудных залежей, разбитых на отдельные клиновидные блоки, объем и количество которых соответствуют параметрам кондиции для подсчета запасов (рис.2.3); 3) при различной интенсивности отработки участков карьера с засыпкой отработанного участка вскрышей разрабатываемого участка карьера (рис.2.4);4) при укреплении скальной вскрышей верхних горизонтов карьера, сложенных мягкими породами, с целью предотвращения оползней (рис.2.5). Доказано использование отработанного карьерного пространства как георесурса для размещения отвалов вскрышных пород рядом расположенного действующего карьера (рис.2.6). Карьерное пространство засыпается как собственными пустыми породами, так и несобственными. Для промышленных городов большое значение имеет наличие емкости для размещения промышленных и бытовых отходов, так как их размещение на земной поверхности сопровождается значительными выплатами (рис.2.7).
Также карьерное пространство используется: для аккумуляции энергии, как водоемы, как научно-исследовательские лаборатории и экспериментальные установки, как объекты социально-бытового назначения (офисы, товарные базы, производственные помещения, клиники), как подземные гаражи, концертные залы, стадионы зоны отдыха. Анализ отвалов горных пород Челябинской области, а также отработанных контуров некоторых карьеров показывает, что в настоящее время в недостаточной степени используется их ресурсный потенциал. Твердые отходы горных предприятий являются ценным ресурсом, но, несмотря на широкое применение, их использование на практике очень низкое. В качестве примера рассмотрены отвалы карьера «Малый Куйбас». В настоящее время на карьере имеется пять отвалов: Западный отвал, Восточный отвал, отвал строительного камня, отвал № 3, Северный отвал. Площади под отвалами пустых пород и прилегающие к ним земли представлены малопродуктивными пастбищными угодьями с отдельными выходами на поверхность коренных скальных пород. Все отвалы Магнитогорского железного рудника представлены механической смесью скальных, полускальных и гли- нистых пород (роговики, мраморизованные известняки, граниты, диориты, порфириты, делювиальные красные глины, суглинки, песчаные глины).
Карьер «Малый Куйбас» служит примером раздельного складирования вскрышных пород. Рыхлая вскрыша размещается на Восточном отвале. Скальная порода, являющаяся сырьем для производства строительного камня и щебня, размещается в специальном отвале строительного камня. Остальная вскрыша и часть рыхлой - транспортируется в другие отвалы. Из попутно добываемого с полезным ископаемым строительного камня изготовляется кубовидный щебень, который успешно реализуется в различные области России. Но объемы его реализации очень низки. Так, ежегодно потребителям отгружается около 1 млн. м3 строительного камня при условии, что в контурах карьера содержится 43,3 млн. м3 на предполагаемый срок отработки 15 лет [14]. Добытый и не реализованный строительный камень транспортируется в специальный отвал, где подвергается выветриванию и слеживанию, из-за чего теряет свои положительные качества. Исследования показали, что главной причиной низкого объема реализации строительного камня является отсутствие возможности его транспортирования в другие регионы страны. Свободные площади внутри отработанных контуров карьеров также являются ценным ресурсом, который следует использовать для складирования вскрышных пород. На рис.2.8-2.12 штриховкой показаны площади, которые должны быть заняты внутренними отвалами. На стадии проектирования карьеров целесообразно предусматривать возможные варианты внутренних отвалов, так как во время отработки карьера на его бортах остаются площадки, на которых следует размещать вскрышные породы.
Способ совместного формирования карьерного пространства и отва лов как техногенных георесурсов
Выработанное карьерное пространство, отвалы горных пород, занимаемая карьером и отвалом площадь являются потенциальным ресурсом. Соответствующее их формирование позволяет перевести эти ресурсы в разряд новых техногенных георесурсов. С целью максимального использования карьерного пространства в качестве емкости для складирования вскрышных пород предложен способ формирования отвалов на верхних горизонтах, достигших предельного положения в действующем карьере. Исследования ряда карьеров Челябинской области показали, что внешние отвалы располагаются от контуров карьера на расстоянии L от 20-50 м до нескольких сотен метров. Это расстояние зависит от мощности и физико-механических свойств пород основания отвала, рельефа поверхности, на которой формируется внешний отвал (рис.3.8). Расстояние L должно обеспечивать устойчивость борта карьера, сложенного мягкими породами, а также устойчивость борта в целом, коэффициент запаса устойчивости при этом должен быть не менее 1,3-1,5.
Предлагаемый способ формирования отвала предусматривает дополнительную выемку части слоя мягких пород, слагающих верхние горизонты карьера, и складирование на освобождаемое место скальной вскрыши. Это позволяет организовать внутренние отвалы в действующем карьере с плавным переходом во внешние отвалы (рис.3.9). При формировании карьерного пространства и отвала предлагаемым способом слой вынимаемых мягких пород вывозится на расстояние Li (рис. 3.10), которое обеспечивает эффективность данного подхода, т.е. суммарные затраты на выемку слоя мягких пород и перевозку их на расстояние Li должны быть меньше затрат на формирование отвала при стандартном подходе. Возможность дополнительной выемки мягких пород и отсыпки отвала предлагаемым способом должна рассматриваться на стадии проектирования карьера. Формирование отвала данным способом осуществляется на борту карьера, имеющем достаточную устойчивость [16,25,43,47,65]. Высота отвального яруса Н будет зависеть от физико-механических свойств отсыпаемых в отвал и слагающих верхние горизонты карьера пород, а также от ширины вынимаемого слоя мягких пород Ш и от их мощности т. Для обоснования целесообразности использования предлагаемого способа формирования отвала была принята модель участка борта карьера длиной 100 м с параметрами: мощность наносов m = 10-20 м; ширина вынимаемого слоя Ш = 25-40 м; физико-механические свойства наносов фі = 10, С, = 0,013 МПа, YI = 1,73 т/м3; ф2 = 15, С2= 0,016 МПа, у2= 1,9 т/м3; ср3 = 20, Сз = 0,03 МПа, уз = 1,9 т/м3; физико-механические свойства отвальных пород ф = 30, С = 0,03 МПа, у = 2,7 т/м3. Для принятых параметров модели участка борта карьера и организуемого на нем отвала найдены зависимости приращения объема отвала от ширины вынимаемого слоя мягких пород (рис.3.11-3.12).
За величину приращения объема отвала была принята разность между объ- емом отвала, отсыпаемого на месте вынимаемого слоя, и объемом вынимаемых мягких пород верхних горизонтов карьера. Положительное значение величины приращения доказывает целесообразность применения предлагаемого способа. Подбор высоты формируемого отвала на борту карьера основан на оценке устойчивости откоса по круглоцилиндрической наиболее вероятной линии скольжения (прил. Б) [10,24,32,53], при этом коэффициент запаса устойчивости равен 1,3. Необходимая ширина вынимаемого слоя определяется максимальной высотой проектируемого отвала. В работе получены зависимости, позволяющие определять ширину вынимаемого слоя мягких пород с разными значениями угла внутреннего трения при изменении высоты отвала (рис.3.13). Складирование вынимаемого слоя наносов в отвал должно обеспечивать необходимую устойчивость отвальных откосов. Поэтому предлагается совместное складирование различных типов пород, которое при определенных условиях позволяет получить высоту отвала, равную высоте отвала прочных скальных пород (рис.3.14, 3.15). Тогда необходимая площадь одного общего отвала будет равна отношению объема всех пород к высоте отвала скальных пород. Таким образом, раздельное складирование пород с различными физико-техническими свойствами в один отвал потребует значительно меньших площадей, чем при размещении этих пород в отдельные отвалы [12]. Экономический эффект, получаемый при приближении внешних отвалов к контуру карьера, от снижения расстояния транспортирования вскрышных пород будет определяться: Э = Ь Сткм У-Зф.б., (3.3) где L - расстояние, на которое сокращается транспортирование пород в отвал, км Сткм - стоимость тонно-километра, р.; V - объем отвала, т; Зф.б. - затраты на формирование борта карьера, сложенного мягкими породами для размещения отвала, р.; 3Ф.б. = CB VBn. + , CTKM VB.n. p (3.4) где Св - стоимость выемки мягких пород (без буровзрывных), р.; VB.n - объем вынимаемых мягких пород при формировании борта карьера под отвал, м3; Li - расстояние, на которое вывозится слой мягких пород, км; р - плотность вынимаемых пород т/м ; Определение максимального расстояния, на которое вывозится слой мягких пород: L C V-C V L.= 8— 5. (35) 1 С V o тем вп H Предлагаемый способ формирования карьерного пространства следует рассматривать как способ формирования нового вида георесурса используемого для складирования пород отвалов. Преимуществами такого способа являются: 1) уменьшение среднего расстояния транспортирования до отвала; 2) часть отвальных пород складируется внутри карьера, что снижает экологические платежи и сокращает занимаемые отвалами площади; 3) скальные породы, складируемые на верхних горизонтах карьера, предотвращают возможные оползневые явления мягких пород. Правильно выбранный способ формирования отвалов и карьерного пространства позволит использовать их в дальнейшем с целью снижения ресурсоемкое освоения месторождения. Поставленную задачу нами предлагается решать в следующем порядке: 1) разделение всех вынимаемых с полезным ископаемым горных пород по . выделенным категориям; 2) определение направлений использования по каждой категории пород; 3) расчет ценности отвалов, формируемых с учетом выбранных направлений и условий их использования; 4) проведение анализа повышения ценности формируемого карьерного пространства, используемого для складирования вскрышных пород. Проведе ние анализа включает: - исследование возможности интенсивной отработки части карьерного поля; - исследование возможности изменения схем вскрытия месторождения; - исследование возможности изменения конструкции нерабочих бортов карьера: а) дополнительная выемка части слоя мягких пород, слагающих верх ние горизонты карьера; б) придание дну карьера выпукло-вогнутого профиля; в) формирование заездов и предохранительных валов на широких площадках бортов карьера.
Определение направления использования отработанного карьерного пространства. Расчет ценности карьерного пространства. С учетом этого корректировка плана горных работ. Критерием выбора способов формирования техногенных георесурсов является максимальное значение ценности получаемых георесурсов. Таким образом, эффективность деятельности горного предприятия следует оценивать не только опираясь на внутрипроизводственные показатели, но и на то, что предприятие работает в некотором окружении (внешней среде). Общество, рынок определяют потребности в выпускаемой им продукции, ее цену, допустимые уровни воздействия на природную окружающую среду, условия найма рабочей силы, социальные гарантии и оценивают, насколько нужна и эффективна работа предприятия. Оценивать эффективность горного предприятия следует, только обратившись к характеристикам его взаимодействия с окружающей внешней средой, включая в это понятие рыночные отношения. Из этого следует, что правильно измерить эффективность работы карьера можно, лишь правильно оценив ресурсы, которые потребляет предприятие, изымая их с этой целью у общества, и вновь создает, поставляя их взамен используемых. Оценки любого эффекта всегда должны базироваться на совместном учете ресурсов, потребляемых на входе рассматриваемого процесса и по- . лучаемых на его выходе [68, с. 13 5].
Расчет экономического эффекта внедрения рекомендаций на карьере «Малый Куйбас»
Произведен расчет ценности выработанного пространства карьеров при использовании их в качестве емкости для складирования отходов 4-го класса опасности (мартеновские и доменные шлаки). В настоящее время в контурах карьера осталось запасов руды 38 млн. т. Учитывая стоимость руды, которая составляет 400 р./т, стоимость запасов в контурах карьера составит 15200 млн. р. Можно сделать вывод о том, что стоимость выработанного пространства карьера, в настоящее время, при использовании его в качестве емкости для складирования промышленных отходов в два раза меньше стоимости запасов руды, оставшихся в контурах проектируемого карьера. Проектом рекультивации центрального известнякового карьера предусмотрено: 1) выполаживание откосов бортов карьера (до 18) путем отсыпки и планировки скальной вскрыши, необходимый для этого объем вскрыши составляет 3,24 млн. м3; 2) отсыпку и укатывание слоя глинистого грунта по всей площади карьера, необходимый для этого объем составляет 1,62 млн. м3. Таким образом, объем металлургических шлаков, необходимый для засыпки карьера, составит 62 млн. м3. В настоящее время производительность карьера «Гранитный» достигает 200 тыс. м3/год. С учетом имеющейся производительности период доработки карьера составит 5 лет. В табл.4.12 приведены стоимостные величины статей затрат и ресурсов предприятия за весь период доработки карьера. Достижение необходимой интенсивности работ в Южной части карьера «Малый Куйбас» ограничивается недостатком количества горнотранспортного оборудования. Сокращение количества автомобилей, задействованных на вывозе горной массы из карьера, возможно за счет транспортирования вскрышных пород во внутренний отвал.
Проведен анализ отработанного пространства карьера. Выявлено, что на восточном борту Южной части карьера имеется участок с широкими площадками до 40-60 м, на котором не ведутся работы. Исследования устойчивости показали, что на борту возможно размещение внутреннего отвала, емкость которого составит 132 тыс. м . Экономический эффект, получаемый за счет снижения затрат на транспортирование, за занимаемые внешними отвалами площади, на экологические выплаты, составит 1,699 млн. р. 2. Анализ плана горных работ показал что, по мере постановки рабочих горизонтов 400 м, 370 м, 340 м в предельное положение, возможно увеличение внутреннего отвала до 2476 тыс. м . Экономический эффект при этом составит 24,63 млн. р. 3. В настоящее время въезд в Южную часть карьера осуществляется по внутренней траншее, что снижает свободную площадь на горизонте 430 м, которую можно использовать для формирования внутреннего отвала. Нами рассмотрена возможность увеличения емкости отвала за счет переноса трассы, объем внутреннего отвала на восточном борту Южной части карьера при этом составит 3246,8 тыс. м , а экономический эффект - 28,05 млн. р. 4. В работе обоснована целесообразность использования выработанного пространства карьера «Малый Куйбас» в качестве емкости для складирования мартеновских и доменных шлаков металлургического комбината.
В настоящее время ценность карьерного пространства составляет 7,47 млрд. р., к концу раз работки месторождения (2018 г.) она достигнет 26,79 млрд. р. В работе также обосновано использование карьера «Гранитный» и карьера Аккермановского рудника для складирования металлургических шлаков. Ценность карьеров со ответственно составляет 2,1 млрд. р. и 15 млрд. р. В диссертации дано новое решение актуальной научно-практической задачи снижения ресурсоемкости открытой геотехнологии путем обоснования и выбора способов повышения ценности формируемых техногенных георесурсов. Результаты выполненных исследований позволяют сделать следующие научные и практические выводы: 1. Установлено, что использование потенциала горных пород, заскладиро-ванных в отвалы, поверхностей отвалов, выработанного пространства карьеров в настоящее время не превышает 3-10 %. Низкое использование потенциала данных техногенных образований связано со слабой изученностью закономерностей изменения ценности техногенных георесурсов от условий и способов их формирования. 2. Обосновано разделение горных пород, складируемых в настоящее время в отвалах, на три категории в зависимости от технологии и экономической эффективности их возможного использования. Отвалы из пород каждой категории являются различными видами техногенных георесурсов и предусматривают соответствующую технологию и параметры их формирования.
Обосновано понятие ценности техногенного георесурса, под которым понимается денежное выражение стоимости всех полезных свойств, качеств или полезных компонентов, содержащихся в техногенных объектах, сформированных в результате горных работ, с учетом затрат на использование георесурсов или извлечение из георесурсов полезных компонентов. Доказано, что горные породы, заскладированные в отвалы, поверхности отвалов, выработанное пространство карьеров, имеют определенную ценность, величина которой зависит от условий и способов формирования техногенных георесурсов. 4. Разработана математическая модель определения ценности формируемых техногенных георесурсов. Она включает в себя: расчет ценности отвалов, формируемых с целью извлечения полезных компонентов; расчет ценности отвалов, формируемых в виде земляных сооружений, и расчет ценности карьерного пространства, используемого для складирования отходов. По критерию . максимальной ценности производится выбор оптимального способа формирования техногенных георесурсов. Разработан алгоритм выбора рационального, ресурсосберегающего способа складирования пород отвалов. 5. Установлено, что при использовании карьера в качестве емкости для складирования отходов промышленных предприятий ценность данного техногенного георесурса зависит от класса опасности складируемых отходов, расстояния транспортирования и от способов формирования карьера.
Предложена номограмма для определения экономической целесообраз- ности использования выработанного пространства карьера в качестве емкости для складирования отходов 4-го класса опасности. Определение ценности выработанного карьера позволит на стадии проектирования или доработки выбрать направление дальнейшего использования карьерного пространства и способ его формирования. В случае положительного значения показателя ценности в расчет затрат и общей эффективности разработки месторождений открытым способом вносятся изменения с учетом использования нового вида георесурса. 7. Предложен способ формирования карьерного пространства, повышающий его ценность, который заключается в дополнительной выемке части слоя мягких пород, слагающих верхние горизонты карьера, и отсыпки на место вынимаемого слоя отвала из скальной вскрыши. Данный способ позволяет организовать отвал непосредственно на борту карьера при ведении горных работ на нижележащих горизонтах. Определены параметры отвала, которые зависят от0 ширины вынимаемого слоя мягких пород, их мощности и физико-механических свойств. Преимуществами предлагаемого способа являются: - уменьшение среднего расстояния транспортирования до отвала; - снижение экологических платежей и сокращение занимаемых отвалами площадей, так как часть отвальных пород складируется внутри карьера; - предотвращение возможных оползневых явлений мягких пород, слагающих верхние горизонты карьера, вследствие пригрузки скальными породами.
