Содержание к диссертации
Введение
1 Обзор техники и технологий освоения обводненных месторождений твердых полезных ископаемых 11
1.1 Технологии подготовки обводненных месторождений к разработке 11
1.2 Технологии разработки обводненных месторождений 16
1.2.1 Способы выемки горной массы на обводненных месторождениях 16
1.2.2 Способы транспортирования горной массы на обводненных месторождениях 20
1.3 Выемочно-погрузочное оборудование на понтоне 23
1.4 Влияние обводненных условий на физико-механические свойства горных пород 26
1.4.1 Влияние обводненных условий на устойчивость горных пород 30
1.5 Выводы 32
2 Исследование динамики водопритока на обводненных месторождениях твердых полезных ископаемых 34
2.1 Выявление закономерности динамики водопритока и ее анализ 34
2.2 Обоснование режима работы карьерного водоотлива 45
2.3 Выводы 48
3 Исследование технологических параметров разработки обводненных месторождений твердых полезных ископаемых с применением выемочно-погрузочного оборудования на понтоне 50
3.1 Методика расчета работы совершаемой механизмами подъема ковша при черпании из-под воды 50
3.2 Наполнение ковша экскаватора в подводном забое 59
3.2.1 Сброс воды из перфорированного ковша 62
3.2.2 Коэффициент перфорации ковша экскаватора 65
3.3 Методика определения производительности экскаватора на понтоне при
черпании из-под воды 73
3.4 Обоснование критериев выбора модели экскаватора 75
3.5 Выводы 81
4 Предлагаемые технологические схемы разработки обводненных месторождений твердых полезных ископаемых 84
4.1 Принципиальные технологические схемы выемки горной массы на обводненных месторождениях открытым способом 84
4.2 Технологическая схема отработки обводненных месторождений в два подуступа экскаватором на понтоне 86
4.3 Технологическая схема отработки обводненных месторождений с локальным регулированием уровня вод 98
4.4 Выводы 101
5 Технико-экономическая оценка предлагаемой технологии в условиях россыпи в долине реки мамон 103
5.1 Технологические параметры при черпании из-под воды 106
5.1.1 Горные работы при работе черпании из-под воды одним уступом 106
5.1.2 Вспомогательные работы при работе черпании из-под воды одним уступом 107
5.2 Расчет капитальных затрат на строительство предприятия 108
5.3 Организация труда 111
5.4 Расчет себестоимости добычи полезного ископаемого 115
5.4.1 Вспомогательные материалы 115
5.4.2 Расходы по эксплуатации и содержанию оборудования 116
5.4.3 Цеховые расходы 117
5.4.4 Калькуляция себестоимости 117
5.5 Эффективность инвестиционного проекта 118
5.5.1 Общие положения 118
5.5.2 Коммерческая эффективность инвестиционного проекта 121
5.5.3 Показатели эффективности инвестиционного проекта 124
5.6 Оценка качества проекта 126
5.7 Выводы 127
Заключение 128
Список литературы
- Способы выемки горной массы на обводненных месторождениях
- Обоснование режима работы карьерного водоотлива
- Коэффициент перфорации ковша экскаватора
- Технологическая схема отработки обводненных месторождений с локальным регулированием уровня вод
Способы выемки горной массы на обводненных месторождениях
Месторождения с притоком грунтовых имеют различный спектр гидрогеологических условий, таких как: Все эти условия необходимо учитывать при выборе и разработке технологии отработки обводненных месторождений полезных ископаемых. На рудных месторождениях и месторождениях минерального топлива разрабатывают и применяют различные мероприятия по препятствию притока грунтовых вод в карьер и все возможные способы по водоотливу на открытых горных работах, за исключением нерудных месторождений, на которых возможно применение земснарядов или драг, что позволят отрабатывать неглубокие месторождения без водоотлива и мероприятий, связанных с данным процессом.
Все способы водоотлива, а также мероприятия по препятствию притока грунтовых вод в карьер, всегда связанны с большими энергетическими и экономическими затратами. На Ковдорского месторождения расход электроэнергии на водоотлив и водопонижение составил около 300 млн. кВтч – более 50% от общего по карьеру [18]. Исключение процессов, связанных с осушением карьерного пространства, позволит существенно снизить себестоимость добываемого полезного ископаемого, а также позволит снизить общее энергопотребление горнодобывающего предприятия.
Способы разработки обводненных месторождений делятся на способы с водоотливом по сложившимся традициям, связанным с откачкой вод поступающих в карьер, и на сбособы без водоотлива, которые частично применяются при разработке нерудных месторождений с использованием земснарядов и драг. Способы разработки без водоотлива разделяются в зависимости от вида применяемого оборудования и его установки относительно забоя, а именно: надводная, на водная и подводная.
Надводный способ разработки обводненного месторождения без водоотлива заключается в применении обратных лопат и отработки забоя нижним черпанием с обратным ходом экскаватора. Данный способ применяется при условиях, когда глубина залегания полезного ископаемого и уровень грунтовых вод менее максимальной глубины черпания экскаватора в целях полной отработки всех залежей и безопасного ведения работ. Это позволит исключить необходимость производства водоотливных операций и связанных с ним процессов (строительство гидротехнических сооружений, аренда и нарушение земель под их размещение; обслуживание водоотливного оборудования) при отработке неглубоких обводненных месторождений [19-34].
На водный способ разработки возможен с применением гусеничных экскаваторов, установленных на понтоне, понтонных экскаваторов и земснарядов (драг).
На водный способ разработки гусеничными экскаваторами, установленными на понтоне, эффективен при внедрении данной технологии на обводненных месторождениях, ранее разрабатываемых гусеничными экскаваторами.
Разработка понтонными экскаваторами рациональна при применении цикличного транспорта, при применении гидротранспорта отработка обводненного месторождения без водоотлива целесообразна земснарядами и драгами [35].
Условия применения наводного способа разработки аналогичны условиям применения надводного способа разработки. Подводная разработка обводненных месторождений является одним из последних нововведений горнодобывающей промышленности. Оборудование для технологии разработала компания Nautilus minerals.
Применение данного оборудования возможного как на континентальных месторождения, так и на морских месторождениях, находящихся на глубине до 5000 метров [36]. Внедрение данной технологии позволит исключить водоотлив, строительство гидротехнических сооружений, аренду и нарушение земель под их размещение, обслуживание водоотливного оборудования, экологический вред при откачке загрязненных вод пылью и нефтяными продуктами (в случае применения оборудования, работающего на продуктах нефтяной переработки). В случаях отработки глубоких и сверхглубоких месторождений нет необходимости разработки мероприятий касаемых проветривания карьерного пространств, тем самым, исключая экологический вред воздушной среде за пределами карьерного поля. Основным преимуществом данной технологии является высокая безопасность для рабочего персонала, так как исключается присутствие людей в пределах карьера. Разработка, связанная с водоотливом подразделяется по форме задействования водоотливных установок: с постоянным водоотливом, с локальным понижением уровня воды и с периодическим осушением карьерного поля.
Обоснование режима работы карьерного водоотлива
Пример расчета для различных типов гидравлических экскаваторов фирмы Liebherr по вышеприведенной методике. Исходные данные для расчета: угол наклона откоса безопасности к уровню стоянки экскаватора 70 град; коэффициент влияния обводнённых условий для крупного песка 0,22; удельное сопротивление крупного песка копанию 70 кПа; коэффициент энергоемкости 0,85; ускорение свободного падения 9,81 м/с ; плотность крупного песка 1,4 т/м . Исходные данные по техническим параметрам экскаваторов приведены в таблице 3.2. рисунке 3.2, можно сделать вывод, что величина полной работы при подъеме ковша из-под воды в зависимости от коэффициента наполнения ковша снижается в 1,15-1,3 раза, тем самым снижая необходимый объем гидроцилиндров экскаватора.
Результат расчета изменений полной работы в зависимости от расстояния перемещения ковша под водой показаны на рисунке 3.3.
Как видно из рисунка, полная работа с увеличением расстояния перемещения ковша под водой снижается в зависимости от типа экскаватора. На примере Liebherr R 984 C: от 6122,9 кДж до 5756 кДж при Кн=0,85; от 6456 кДж до 6089,1 кДж при Кн=1; от 6371,3 кДж до 5947,3 кДж при Кн=1,2, - за счет увеличения продолжительности влияния Архимедовой силы на ковш экскаватора. 000
Согласно рисунку 3.4, с увеличением коэффициента наполнения ковша показанная разность между полной работой в сухих и обводненных условиях () становится больше при Кн=0,85 от 395,5 до 3839,2 кДж, при Кн=1 от 899,1 до 6632,41 кДж, при Кн=1,2 от 1021,96 до 6711,13 кДж в зависимости от вместимости ковша гидравлического экскаватора за счет уменьшения количества воды, которая остается в ковше.
С уменьшением величины полной работы уменьшается рабочий размер гидроцилиндров, а также снижается мощность двигателя насосной маслостанции. Расчет необходимой мощности двигателя насосной маслостанции произведён на основе методики указанной в книге В.Я. Крикуна [77]. Изменение требуемой мощности двигателя при работе экскаватора в сухих и обводненных условиях приведено на рисунке 3.5.
Изменение мощности двигателя насосной маслостанции при Кн=1 и работе экскаватора на максимальную глубину черпания
Из рисунка 3.5 видно, что требуемая мощность двигателя насосной станции снижается на 20 – 30 % и общее энергопотребление экскаватора на 7-10% при Кн=1 и работе экскаватора на максимальную глубину черпания. При снижении мощности двигателя снижается и общее потребление электроэнергии или дизельного топлива в зависимости от типа устанавливаемых двигателей [86].
В случае выемки горной массы из подводного забоя гидравлическими экскаваторами возникает проблема наличия воды в ковше при зачерпывании и подъеме ковша для разгрузки в транспортирующее оборудование, что приводит к увеличению энергозатрат экскаватора и повышенному износу его узлов.
Для снижения количества воды в ковше предлагается применить существующую конструкцию перфорированного ковша (рисунки 3.6-3.7) или применить в качестве перегружающего оборудования перфорированную наклонную поверхность (с бункером для погрузки в транспортирующее оборудование). В свою очередь перфорирование ковша экскаватора приводит к потере горной массы с водой из ковша в процессе черпания и погрузки, что оказывает влияние на коэффициент наполнения ковша. Для обоснования необходимых параметров перфорации в лабораторных условиях проведены исследования по изучению: времени сброса воды из ковша экскаватора в зависимости от живого сечения перфорации и гранулометрического состава горной массы в ковше; объема потерь в зависимости от живого сечения перфорации, диаметра перфорации, расстояния перемещения ковша экскаватора под водой и средневзвешенной крупности горной массы в ковше.
Перфорированный ковш Liebherr P 9350 [35] При проведении исследований был использован метод физического моделирования. Для проведения экспериментов был изготовлен ковш вместимостью 4,5 м3. Диаметр отверстий перфорированного ковша от 0,05 до 0,15 м и средневзвешенная крупность горной массы в ковше от 0,25 до 0,37 м. Объем воды в ковше принят 0,2 м3 при коэффициенте наполнения ковша 0,75. Глубина черпания до 26 м. Выше приведенные условия приняты с геометрическим масштабом 1:100.
Коэффициент перфорации ковша экскаватора
Обоснованы критерии выбора экскаваторов при работе с понтона или на гусеничном ходу. Согласно проведенному анализу рынка современных гидравлических экскаваторов с рабочим оборудованием «обратная лопата» такие как: Komatsu-PC750, Caterpillar-324D с удлинённым рабочим оборудованием, Hitachi-ZX500 с удлинённым рабочим оборудованием, Liebherr-R904, Volvo-ЕС290 с удлинённым рабочим оборудованием, - они имеют минимальную разницу между глубиной и высотой черпания экскаватора от 0,15 до 3,2 м, что позволит отрабатывать при необходимости уступ высотой от 7 до 14,7 м как верхним, так и нижним черпанием, увеличивая максимальную глубину отработки месторождения без водоотлива.
Установлено, что изменение коэффициентов влияния перфорации и наполнения ковша оказывает влияние на производительность экскаватора и его энергозатраты. При увеличении коэффициента влияния перфорации снижается производительность и энергопотребление экскаватора. В случае применения ковша без перфорации производительность экскаватора и его энергопотребление увеличиваются. Принципиальные технологические схемы выемки горной массы на обводненных месторождениях открытым способом
Для освоения обводненных месторождений с выемкой из-под воды были разработаны различные варианты технологических схем. В качестве выемочно-погрузочного оборудования предлагается технологических схем использовать: экскаватор на понтоне (гидравлический экскаватор, драглайн); понтонный экскаватор; земснаряд; драгу; гидравлический экскаватор на гусеничном ходу и драглайн (при установке экскаваторов на верхней площадке уступа). Все виды перечисленного оборудования предлагается сочетать с различными вариантами транспортирующего оборудования, которые были указаны в главе 1 и показаны на рисунке 1.3. Примеры вариантов технологических схем показаны на рисунке 4.1 [88].
Предполагается, что предложенный вариант технологической схемы отработки месторождения с локальным регулированием уровня воды позволит снизить данные затраты за счет уменьшения общего объема водоотливных работ. В качестве основного выемочно-погрузочного оборудования предлагаются гусеничный экскаватор, установленный на понтоне, понтонный экскаватор и земснаряд (драга). Сущность данного способа заключается в локализации рабочих зон при помощи шпунтов и понижением в них уровня воды, а в случаях работы высоким уступом и повышения уровня вод плавучими насосными установками (рисунок 4.1, а).
В случае отработки обводненного месторождения с применением автомобильного транспорта и при переходе на технологию отработки из-под б) Варианты технологических схем отработки месторождения: а) с локальным регулированием уровня воды и погрузкой в приёмный бункер и транспортирования по пульпопроводу; б) понтонным экскаватором (экскаватора на понтоне) с погрузкой в автотранспорт, находящемся на понтонном мосту; в) одним уступом с применением понтонного экскаватора (экскаватора на понтоне) и погрузкой в автотранспорт; г) драгой и перегрузкой через приёмный бункер на конвейерную линию; д) гидравлическим экскаваторов (драглайном) обратным ходом с погрузкой в железнодорожный транспорт; е) подуступами понтонным экскаватором (экскаватора на понтоне) с погрузкой на конвейерную линию через приёмный бункер воды понтонным экскаватором предлагается применение понтонного моста с поворотной платформой (рисунок 4.1, б).
При отработке неглубоких обводненных месторождений или при работе с сезонным водоотливом предлагается применение понтонного экскаватора (экскаватора на понтоне), гидравлического экскаватора на гусеничном ходу, драглайна (рисунок 4.1, в, д, е) с погрузкой в различные варианты транспортирующего оборудования.
При освоении обводненных месторождений драгами предлагается вариант поточной технологии при погрузке на конвейерную линию через приёмный бункер с возможностью выемки, как полезного ископаемого, так и вскрышных пород без простоев и снижения производительности (рисунок 4.1, г).
Технологическая схема отработки обводненных месторождений в два подуступа экскаватором на понтоне Для отработки затопленного карьерного поля предлагаются технологические схемы разработки одним уступом или двумя подуступами с применением экскаватора на понтоне [89] (рисунок 4.2).
Высота уступа при работе гидравлических экскаваторов определяется графическим методом с учетом траектории движения ковша [90]. Математически траектория движения ковша описывается двумя радиусами – R и r, определяемыми графически по кинематической схеме экскаватора, разрабатываемой его производителем. Высота уступа гидравлического экскаватора, установленного на понтоне, (понтонного экскаватора) должна быть меньше на величину колебания уровня воды в карьере.
Для определения оптимальной высоты уступа (верхнего подуступа) и шага передвижки экскаватора, при которых достигается минимальное количество передвижек и максимальный объем выемки горных пород с одного места стояния, была принята возможная зона выемки экскаваторов согласно техническому паспорту оборудования
Технологическая схема отработки обводненных месторождений с локальным регулированием уровня вод
Общую эффективность инвестиционного проекта характеризуют системой показателей, отражающих соотношение затрат и результатов деятельности.
Различают следующие показатели общей эффективности инвестиционного проекта: – показатели коммерческой (финансовой) эффективности, учитывающие финансовые последствия реализации проекта для его непосредственных участников; – показатели бюджетной эффективности, отражающие финансовые последствия осуществления проекта для федерального, регионального или местного бюджета; – показатели экономической эффективности, учитывающие затраты и результаты, связанные с реализацией проекта, выходящие за пределы прямых финансовых интересов участников инвестиционного проекта и допускающие стоимостное измерение.
Оценку предстоящих затрат и результатов при определении эффективности инвестиционного проекта осуществляют в пределах расчетного периода, продолжительность которого (горизонт расчета) принимают с учетом:
Шагом расчета при определении показателей эффективности в пределах расчетного периода могут быть: месяц, квартал или год.
Затраты, осуществляемые участниками, подразделяют на первоначальные (капиталообразующие инвестиции), текущие и ликвидационные, которые осуществляются соответственно на строительной, функционирования и ликвидационной стадиях.
При оценке эффективности инвестиционного проекта соизмерение разновременных показателей осуществляют путем приведения (дисконтирования) их к ценности в начальном периоде. Для приведения разновременных затрат, результатов и эффектов используют норму дисконта (Е), равную приемлемой для инвестора норме дохода на капитал. Дисконтирование показателя, относящегося к t-ому шагу, осуществляют путем умножения его текущего значения на величину at.
Результат сравнения двух проектов с различным распределением эффекта во времени может существенно зависеть от нормы дисконта. Поэтому объективный (или хотя бы удовлетворяющий всех участников) выбор ее величины достаточно важен.
В рыночной экономике норму дисконта определяют, исходя из депозитивного процента по вкладам или по ставке рефинансирования.
Технически приведение к базисному моменту времени затрат, результатов и эффектов, имеющих место на t -ом шаге расчета реализации проекта, производят путем умножения на коэффициент дисконтирования at определяемый для постоянной нормы дисконта Е:
Коммерческую эффективность (финансовое обоснование) проекта определяют соотношением финансовых затрат и результатов, обеспечивающих требуемую норму доходности.
Коммерческую эффективность рассчитывают как для проекта в целом, так и для отдельных участников с учетом их вкладов.
При этом в качестве эффекта на t-ом шаге (Эt) выступает поток реальных денег. При осуществлении проекта выделяют три вида деятельности: инвестиционная (1), операционная (2) и финансовая (3).
В рамках каждого вида деятельности происходит приток Пi (t) и отток Оi (t) денежных средств. Обозначают разность между ними через Фi (t):
Потоком реальных денег Ф(t) называют разность между притоком и оттоком денежных средств от инвестиционной и операционной деятельности в каждом периоде осуществления проекта (на каждом шаге расчета):
Текущее сальдо реальных денег b (t) называют разность между притоком и оттоком денежных средств от всех трех видов деятельности (также на каждом шаге расчета). Основные составляющие потока и сальдо реальных денег приведены в таблице 5.15. Особенностью этой таблицы является отсутствие ликвидации. Это вызвано полным начислением амортизации. Прирост оборотного капитала равен 10% от вложений в основной капитал. Под знаком “З” обозначены затраты на приобретение активов и увеличение оборотного капитала. Под знаком “П” – поступления, учитываемые со знаком “плюс”.
Поток реальных денег от операционной деятельности представлен в таблице 5.16. Цена 1 г золота по данным центрального банка России Ц=1397,28 руб. Таблица 5.16 – Поток реальных денег от операционной деятельности № п.п. Наименование показателя Значения показателя по годам, млн. руб
Кредиты берутся у местных банков, более охотно вкладывающих деньги в отечественную промышленность. На первом шаге дивиденды акционерам не выплачиваются.
Показатели эффективности инвестиционного проекта Чистый дисконтированный доход определен как сумма текущих эффектов за весь расчетный период, приведенную к начальному шагу, или как превышение интегральных результатов над интегральными затратами.
Индекс доходности представляет собой отношение суммы приведенных эффектов к величине приведенных капиталовложений.
Срок окупаемости – период, в настоящей работе измеряемый в годах, начиная с которых первоначальные вложения и другие затраты, связанные с инвестиционным проектом, покрываются суммарными результатами его осуществления.
