Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Состояние изученности вопроса, цель и задачи исследований 9
1.1 Анализ научных исследований и опыта применения технологических схем транспортирования горной массы с глубоких горизонтов карьера 9
1.2 Анализ теории и практики использования карьерных транспортных коммуникаций для целей подземных рудников 34
1.3 Анализ теории и практики применения подземных выработок на карьерах 48
1.4 Выводы, цели и задачи исследований 55
ГЛАВА 2. Формирование технологических схем транспортирования горной массы при разработке месторождений открыто-подземным способом 57
2.1 Исследование факторов, влияющих на применение карьерных подъемников при разработке месторождений открыто-подземным способом 57
2.2 Систематизация технологических схем транспортирования горной массы с применением карьерных подъемников при разработке месторождений открыто-подземным способом 65
2.3 Изыскание способов повышения эффективности применения карьерных подъемников на различных этапах функционирования горнодобывающего предприятия 71
2.4 Выводы 77
ГЛАВА 3. Методические принципы выбора технологических схем транспортирования горной массы при разработке месторождений открыто-подземным способом 79
3.1 Методика выбора рациональной технологической схемы транспортирования горной массы 79
3.2 Разработка алгоритма выбора рациональной технологической схемы транспортирования горной массы при разработке месторождения открыто-подземным способом 97
3.3 Выводы 99
ГЛАВА 4. Экономическая оценка вариантов технологических схем транспортирования горной массы на примере разработки месторождения «малый куйбас» открыто- подземным способом 101
4.1 Анализ современного состояния горных работ на месторождении «Малый Куйбас» 101
4.2 Выбор технологической схемы транспортирования горной массы при доработке месторождения «Малый Куйбас» открытым способом 105
4.3 Технико-экономическая оценка рекомендаций по формированию схемы транспортирования руды при разработке законтурных запасов месторождения «Малый Куйбас» подземным способом 120
4.4 Выводы 127
Заключение 128
Библиографический список 131
- Анализ теории и практики использования карьерных транспортных коммуникаций для целей подземных рудников
- Систематизация технологических схем транспортирования горной массы с применением карьерных подъемников при разработке месторождений открыто-подземным способом
- Разработка алгоритма выбора рациональной технологической схемы транспортирования горной массы при разработке месторождения открыто-подземным способом
- Выбор технологической схемы транспортирования горной массы при доработке месторождения «Малый Куйбас» открытым способом
Анализ теории и практики использования карьерных транспортных коммуникаций для целей подземных рудников
Это приводит к снижению скорости движения автосамосвалов, весовой нормы поезда и влияет на производительность транспортных средств. С увеличением глубины горных работ уменьшается ширина рабочих площадок, что также вызывает снижение производительности оборудования. По данным исследований [2], выполненных для карьеров Кривбасса, градиент снижения производительности автосамосвалов и локомотивосоставов на каждые 100 м глубины в диапазоне глубин 50-259 м составит до 10-15% и в диапазоне глубин 250-400 м – до 20-25%. Усложнение транспортных операций с ростом глубины карьеров ведет к увеличению затрат на перевозку.
М.В. Васильев к основным путям уменьшения отрицательного воздействия глубины карьера на технико-экономические показатели транспорта относит его реконструкцию, применение рациональных схем вскрытия глубоких горизонтов, замена другим более эффективным видом транспорта, частичное или полное его перевооружение более современными и производительными транспортными средствами. Например, замена электровозов тяговыми агрегатами, автосамосвалов малой грузоподъемности автосамосвалами особо большой грузоподъемности, введение непрерывного транспорта вместо цикличного и т.д.
К резервам улучшения технико-экономических показателей транспорта он относит усовершенствование действующих видов транспорта, перестройку транспортных коммуникаций, увеличение скоростей движения и обмена транспортных средств в карьере, механизацию вспомогательных работ, организацию и управление транспортом и др. [2].
На современном этапе развития техники открытых горных работ при благоприятных горнотехнических условиях экономически и технически возможна разработка месторождений открытым способом до глубины 700-800 м и более. Увеличение глубины неизбежно сказывается на увеличении и других параметров карьеров. Глубина вызывает необходимость большого разноса бортов, что определяется не только углами откоса уступов, но и шириной рабочих площадок.
Необходимость дополнительного разноса бортов находится в зависимости от принятого вида транспорта. Различные допустимые уклоны для каждого из видов транспорта влияют на длину транспортных коммуникаций, определяя длину капитальных траншей.
Помимо уменьшения объемов горно-капитальных и вскрышных работ сокращение длины транспортных коммуникаций снижает расходы на транспортировку горной массы на поверхность. Величина этих расходов в глубоких карьерах, например, при железнодорожном транспорте достигает 50-60%, а при некоторых случаях даже 70% затрат на добычу 1 т горной массы.
Поэтому в целях снижения капитальных и эксплуатационных затрат на добычу полезных ископаемых в глубоких карьерах стремятся применять такие виды транспорта, которые позволяют сократить длину транспортных коммуникаций или использовать специальные средства, обеспечивающие подъем горной массы из карьера по наикратчайшему пути. В качестве таких средств для случаев, когда непосредственная транспортировка добытой горной массы из глубоких карьеров становится затруднительной и дорогостоящей, применяют наклонные или вертикальные подъемные установки [3].
Переход на более совершенные схемы транспорта в отечественной практике осуществлен на карьерах «Медвежий ручей», Гороблагодатский, Сибайский, Кургашинканский, а также на Соколовско-Сарбайском и Криворожском горнообогатительных комбинатах. Реконструкция транспортных схем была осуществлена на таких зарубежных карьерах, как «Чинно», «Пима», «Беркли», «Либерти», «Багдад», «Джеффри Майн», «Инспирэйшен», «Южный Эжнью», «Лавендер», «Спрус», «Хогарт», «Боракс» и многих др. Переход на более совершенные транспортные схемы предусмотрен во многих проектах глубоких карьеров.
Варианты вскрытия рудных месторождений пересмотрены на Коунрадском, Каджаранском, Сибайском, Кургашинканском, Учалинском, Алтын-Топканском, Никитовском карьерах, на карьере Центрального горно-обогатительного комбината и некоторых др. За рубежом переход на более совершенные схемы вскрытия осуществлен на карьерах «Бингэм», «Багдад», «Инспирэйшен», «Фруд-Стоби» и ряде др. Замена одного вида транспорта на другой, как правило, сопровождается изменением схемы вскрытия месторождения.
Перечисленные мероприятия, связанные с заменой горнотранспортного оборудования и переходом на более совершенные варианты вскрытия месторождений, представляют особый вид реконструкции рудных карьеров – техническое перевооружение и совершенствование технологических процессов. Это направление включает:
Систематизация технологических схем транспортирования горной массы с применением карьерных подъемников при разработке месторождений открыто-подземным способом
Вскрывающие подземные выработки используются для освоения запасов подземных горизонтов и вскрытия глубоких горизонтов карьера с целью повышения эффективности ведения горных работ [44].
Работы [45-48] посвящены качественной оценке технологической связи открытых и подземных работ; проблемам прогнозирования обрушения и сдвижения горных пород при совмещении открытых и подземных работ; выбору схем вскрытия и отработки карьерных полей с использованием подземных выработок.
Подземные выработки позволяют ввести на глубокие горизонты новый вид транспорта без остановки действующих коммуникаций. Большая перспективность использования подземных выработок при отработке глубоких горизонтов карьеров отмечена в работах [9, 49-54]. Использование подземных выработок на карьерах для транспортировки горной массы позволяет освободить борта карьеров от стационарных транспортных сооружений (станций и др.), сократить до минимума расстояние транспортирования горной массы от забоя до перегрузочного пункта, создать благоприятные условия для сборочного и магистрального транспорта. В случае использования капитальных рудоспусков совмещается процесс перемещения горной массы с ее резервированием. Подземные транспортные выработки на нижних горизонтах карьера возможно частично или полностью использовать для подземной доработки запасов месторождения. Недостатками использования подземных выработок являются значительные объемы работ и сроки их выполнения и большие капитальные затраты [21].
Погашающиеся рудоспуски выполняются как вертикальными, так и наклонными, а связь их с подъемным стволом осуществляется через грузовую наклонную подземную выработку. Свежий воздух для проветривания грузовых выработок подается по вентиляционному вертикальному стволу и горизонтальным подземным выработкам. Горная масса к скиповому подъемнику может транспортироваться либо автосамосвалами по штольням, либо автосамосвалами к рудоспускам, через которые горная масса поступает в штольню, оборудованную ленточными или колесно-ленточными конвейерами. При использовании колесно-ленточных конвейеров доставленная автосамосвалами горная масса без дополнительного дробления транспортируется к месту загрузки в скипы. При использовании ленточных конвейеров негабаритные куски горной массы (более 400 мм) предусматривается предварительно дробить в агрегате ДПА-2000/200, созданном на базе дробилки ККДВ-1200/200. Возможно применение также специальных бутобоев для разрушения негабаритных кусков непосредственно на грохоте.
Перегрузочные пункты устраивают через 60-90 м по глубине карьера. Практика работы глубоких карьеров показывает, что центр тяжести разработки находится примерно в середине рабочей зоны. Поэтому возможно выделить несколько групп уступов и сконцентрировать их по грузопотокам, что позволяет сократить расстояние транспортирования автосамосвалами до 0,5 км.
Так как производительность скиповых подъемников значительно уменьшается с увеличением высоты подъема, а объем выемки в нижней части рабочей зоны невелик, рекомендуется нижний перегрузочный узел устраивать выше дна карьера на 80-140 м. Вскрытие глубоких горизонтов осуществляется двумя стволами, один из которых – рабочий, другой – вспомогательный. Последний предназначен для проветривания. Рабочий ствол соединяется с выработанным пространством штольней, из которой проходятся рудоспуски.
С верхних горизонтов горная масса выдается на поверхность железнодорожным и автомобильно-железнодорожным транспортом. С целью снижения затрат на перегрузку горной массы из автосамосвалов в железнодорожные поезда рекомендуется применять стационарные и полустационарные бункеры вместимостью 800-1200 м3 (конструкции Южгипроруды и Днепропетровского горного института), оборудованные разгрузочными мостами и вибропитателями. Аналогичные разгрузочные мосты и вибропитатели могут быть применены и для выгрузки горной массы из приемных бункеров скиповых подъемников в локомотивосоставы. Разгрузочные устройства бункеров обычно представляют собой вибрационные, ленточные или пластинчатые питатели. Ширина ленты разгрузочных питателей изменяется в пределах 1200-1800 мм.
Рациональная область применения наклонных конвейерных и вертикальных скиповых подъемников зависит от их производительности, капитальных и эксплуатационных затрат. При этом учитывается, что с понижением горных работ производительность скиповых подъемников уменьшается. Это объясняется тем, что с увеличением глубины карьера возрастает продолжительность рабочего цикла, который не удается уменьшить даже увеличением скорости подъема. По данным Кривбасспроекта, при увеличении глубины подъема с 200 до 500 м снижение производительности скиповой установки может достигать 20%.
Расчет технико-экономических показателей вертикальных скиповых и ленточных подъемников в наклонных стволах показал, что при прочих равных условиях существенной разницы между ними не наблюдается. Однако удельные капитальные затраты для скиповых подъемников в 2-2,5 раза выше, чем для конвейерных.
Разработка алгоритма выбора рациональной технологической схемы транспортирования горной массы при разработке месторождения открыто-подземным способом
Допустимая скорость движения струи воздуха в наклонных съездах в соответствии с ЕПБ 8 м/с. Р в - затраты на ремонт и восстановление подземных выработок, руб. Для приближенных расчетов принимается 1,5% от стоимости проведения наклонного съезда, 1% от стоимости проведения восстающих [89]; SК - затраты на транспортирование руды по карьеру, руб. Если предусматривается оставление целиков в зоне работы подъемника, которые не подлежат дальнейшей разработке, необходимо при расчете затрат S2 учитывать потери данного объема полезного ископаемого. Процент повышения стоимостного показателя транспортирования руды 2 зависит от объема целика и рассчитывается в зависимости от конкретных условий месторождения.
Затраты на транспортирование руды по технологическим схемам будут зависеть от типа и расположения подъемника [93-95]. При этом в расчетах не учитываются затраты на амортизацию подъемников, поскольку капитальные вложения на их строительство окупаются в период открытых горных работ [36].
Сравнение условных эксплуатационных затрат на добычу руды при технологической схеме П.2 производится с вариантом углубки существующих шахтных стволов 5. Так как грузоподъемность скипов и диаметр сечения шахтного ствола рассчитаны на производственную мощность карьера по горной массе, необходимо рассчитать грузоподъемность скиповых сосудов исходя из производственной мощности шахты, а также диаметр ствола для углубления. Условные эксплуатационные затраты на добычу руды при транспортировании скиповым подъемником в вертикальном стволе рассчитывается по формуле 3.2 без учета амортизационных отчислений по зданиям и сооружениям поверхностного комплекса. Стоимость углубки вертикального ствола примерно в полтора раза дороже проходки ствола. Это связано с тем, что углубка производится в стесненных условиях с использованием подъемных сосудов и грейферных грузчиков меньшей вместимости, чем при проходке ствола [96]. Углубку можно вести в условиях эксплуатации подъема в стволе по выдаче горной массы с дорабатываемых горизонтов карьера.
Также рассматривался вариант транспортирования руды на поверхность карьерными самосвалами – технологическая схема 3. Перегрузочный пункт предусматривался вблизи портала наклонного съезда с экскаваторной перегрузкой.
По результатам исследований, полученных с помощью предложенной экономико-математической модели [97], построены зависимости условных эксплуатационных затрат на добычу 1 т руды от глубины шахты (рисунок 3.3, а) и протяженности штольни (рисунок 3.3, д). В случае расположения запасов ниже дна карьера на глубине до 750 м транспортирование руды целесообразно по подземному наклонному съезду, пройденному из карьерного пространства, и карьерному подъемнику при производственной мощности рудника до 3 млн т/год (рисунок 3.3, б). При снижении производственной мощности рудника (рисунок 3.3, в, г, ж, з) эффективность применения разработанных транспортных схем возрастает.
При расположении запасов выше уровня дна карьера на расстоянии до 3,5 км от поверхности откоса борта карьера и производственной мощности рудника до 3 млн т/год (рисунок 3.3, е) транспортирование руды целесообразно по карьерному подъемнику при вскрытии штольней с борта карьера.
Разработанные транспортные схемы позволяют снизить стоимостные показатели транспортирования удаленных от контуров карьера запасов до 20% по сравнению с применением скипового подъемника, расположенного в шахтном стволе, пройденном с поверхности
Ранее выполненными исследованиями [35] было установлено, что: 1) при глубине расположения запасов ниже дна карьера до 200 м более экономичным является их вскрытие из карьерного пространства с помощью штолен и наклонных съездов или стволов с транспортированием руды карьерными автосамосвалами, при большей глубине распространения запасов предпочтителен традиционный способ вскрытия посредством вертикальных стволов с поверхности; 2) в случае удаления запасов от поверхности откоса борта на расстоянии до 2 км целесообразно вскрытие штольнями из карьера, при большем удалении – вертикальными стволами с поверхности.
В таблице 3.2 приводятся область применения транспортных схем с использованием карьерных автосамосвалов в соответствии с существующими исследованиями и установленная область применения разработанных транспортных схем с использованием карьерных подъемников.
Выбор технологической схемы транспортирования горной массы при доработке месторождения «Малый Куйбас» открытым способом
1. Внедрение циклично-поточной технологии транспортирования горной массы при доработке карьера позволяет получить дополнительный эффект в размере 448,5 млн руб. при сроке окупаемости капитальных вложений 3 года.
2. Разработка законтурных запасов с транспортированием руды по карьерному подъемнику с применением мероприятий по снижению энергозатрат позволяет получить эффект в размере 2680,7 млн руб. при сроке окупаемости капитальных вложений 8 лет. Перенос перегрузочного пункта на дно карьера с удлинением конвейерного подъемника после завершения открытых горных работ позволит снизить затраты на подъем рудной массы и повысить эффективность разработки законтурных запасов.
В диссертации, являющейся законченной научно-квалификационной работой, представлено решение актуальной научно-практической задачи по повышению эффективности разработки месторождений открыто-подземным способом путем снижения стоимостных показателей транспортирования руды за счет использования разработанных технологических схем с применением карьерных подъемников.
Основные научные и практические результаты состоят в следующем:
1. Установлено, что карьерное пространство широко используется для выдачи руды законтурных запасов на поверхность, разрабатываемых подземным способом, так как это позволяет на 20-25% снизить затраты на вскрытие и сократить срок строительства подземного рудника на 50-60%. Однако затраты на выдачу руды автосамосвалами через карьер выше на 30-40% затрат на выдачу скиповым подъемником, расположенным в шахтном стволе, пройденном с поверхности. Поэтому в работе были исследованы технологические схемы транспортирования горной массы с применением карьерных подъемников при открыто-подземном способе разработки месторождения.
2. Установлено, что при открыто-подземном способе разработки месторождения наряду с основными горнотехническими, горно-геологическими и экономическими факторами, влияющими на применение подъемников, необходимо учитывать дополнительный ряд факторов, характерный для комбинированной разработки месторождения: соотношение производственных мощностей открытого и подземного рудников; расположение запасов относительно контуров карьера; возможность оставления целиков; схема размещения поверхностных сооружений открытого и подземного рудников; наличие горизонтальных площадок в карьере для создания рудного склада.
3. Разработана классификация технологических схем транспортирования горной массы, в которой в качестве основного классификационного признака принята схема вскрытия горизонтов карьера, в качестве дополнительного – тип подъемника, что позволяет при формировании технологических схем выбрать предпочтительный вариант для конкретных горнотехнических условий.
4. Установлено, что применение карьерного подъемника на этапе доработки карьера и в период подземной разработки законтурных запасов обусловлено высокими затратами на электроэнергию, так как технические характеристики подъемников соответствуют сравнительно большой производственной мощности карьера по горной массе. Повышение эффективности применения карьерных подъемников достигается за счет ресурсосберегающих мероприятий: 1) сокращение времени использования подъемников; 2) снижение скорости движения конвейерной ленты (скипов); 3) замена электродвигателей подъемников в соответствии с производственной мощностью предприятия.
5. Разработана методика выбора рациональной технологической схемы транспортирования горной массы при разработке месторождения открыто-подземным способом, заключающаяся в расчете затрат на вскрытие законтурных запасов и транспортирование руды подземного рудника с учетом типа карьерного подъемника и производственной мощности рудника при различной глубине расположения перегрузочного пункта в карьере.
6. Разработан алгоритм выбора рациональной технологической схемы транспортирования горной массы при разработке месторождения открыто-подземным способом, учитывающий схему вскрытия горизонтов карьера и способ повышения эффективности применения карьерного подъемника.
7. Расширена область применения технологических схем транспортирования руды через карьерное пространство удаленных от контуров карьера запасов: расположенных в борту карьера - с 2 до 3,5 км; расположенных ниже уровня дна карьера – с 600 до 750 м.
8. Внедрение циклично-поточной технологии транспортирования горной массы при доработке карьера месторождения «Малый Куйбас» позволяет получить дополнительный экономический эффект в размере 50 млн руб. в год при сроке окупаемости капитальных вложений 3 года.
9. Разработка законтурных запасов месторождения «Малый Куйбас» с транспортированием руды по карьерному конвейерному подъемнику с учетом мероприятий по снижению энергозатрат позволяет получить расчетный экономический эффект в размере 200 млн руб. в год при сроке окупаемости капитальных вложений 8 лет. Перенос перегрузочного пункта на дно карьера с удлинением конвейерного подъемника после завершения открытых горных работ позволит снизить затраты на подъем руды и повысить эффективность разработки законтурных запасов.
