Введение к работе
Актуальность работы.
Промышленность облицовочных материалов из природного камня является одной из самых стабильно развивающихся отраслей в мире. Ежегодный рост данной отрасли составляет 4-6% и обусловлен, прежде всего, увеличением спроса на изделия из природного камня.
По прогнозным оценкам четырехкратное увеличение объемов производства и промышленного использования природного камня в виде облицовочных материалов произойдет к 2025 году. Вместе с тем, Россия, располагая богатейшим сырьевым потенциалом природного камня, не является крупным производителем, и тем более экспортером изделий из него.
Обеспечение необходимого развития отрасли требует увеличения объемов добычи облицовочного камня и может быть достигнуто вовлечением в разработку новых месторождений, расположенных в суровых климатических условиях.
Эффективность отработки месторождений мрамора в подобных условиях зависит от принятого оборудования, параметров технологии и, главным образом, от способа разработки. В настоящее время в России широко применяют самое современное камнедобывающее и обрабатывающее оборудование, но разработку месторождений ведут, преимущественно, открытым способом. При этом, в мире на долю подземного и комбинированного способов разработки приходится более 30% от всего объема добычи блоков. Учитывая это, и в России реально можно резко увеличить объемы добычи высококачественных блоков ценных разностей мрамора, главным образом, за счет применения комбинированного способа разработки месторождений мрамора, располагаемых в суровых климатических условиях. Однако отсутствие подобного опыта работ и результатов научных исследований, позволяющих принимать решения при обосновании параметров такой технологии, сдерживает применение комбинированного способа разработки и, как следствие, снижает эффективность комбинированной разработки месторождений мрамора.
Цель работы – Повышение эффективности комбинированной разработки месторождений мрамора в суровых климатических условиях.
Идея работы состоит в том, что повысить эффективность комбинированной разработки месторождений мрамора в суровых климатических условиях можно за счет независимой работы подземным и открытым способами при штольневом вскрытии шахтного поля из бортов карьера и рациональном сезонном режиме его работы.
Для достижения поставленной цели потребовалось решить следующие задачи:
- разработать технологию штольневого вскрытия шахтных запасов из бортов карьеров, обеспечивающую независимость ведения горных работ открытым и подземным способами при комбинированной разработке месторождения мрамора и сезонной работе карьера;
- изучить временную и пространственную динамику температуры воздуха и температуры поверхности мрамора в камнедобывающих районах России и обосновать продолжительность сезона работы мраморного карьера в суровых климатических условиях;
- обосновать возможные объёмы добычи и рациональную концентрацию оборудования на открытых и подземных горных работах при применении комбинированного способа разработки с учётом сезонной работы карьера.
Защищаемые научные положения:
1. Для повышения эффективности инвестирования в разработку комбинированным способом месторождений мрамора в суровых климатических условиях вскрытие шахтного поля следует осуществлять штольнями из бортов карьера, обеспечивая независимость горных работ различными способами при сезонном их ведении в карьере.
2. Независимость рабочих зон открытых и подземных работ при комбинированной разработке мраморных месторождений в суровых климатических условиях можно осуществить за счет временной консервации запасов мрамора в борту карьера для сооружения возле устья вскрывающих штолен перегрузочных площадок, обеспечивающих грузотранспортную связь шахты с поверхностью.
3. Для увеличения выхода блоков и снижения энергоёмкости горных работ продолжительность сезона работы карьера при комбинированной разработке месторождения мрамора в суровых климатических условиях следует ограничить периодом времени, для которого температура в приповерхностном слое камня, в среднем, на 10-12 градусов выше среднегодовой температуры поверхности мрамора в шахте.
Научная новизна работы заключается в следующем:
- предложен принцип обеспечения независимости рабочих зон открытых и подземных горных работ при комбинированной разработке мраморного месторождения;
- установлена зависимость относительной величины коэффициента выхода блоков от времени года;
- выявлен характер влияния климатических условий на продолжительность сезона работы карьера при комбинированной разработке месторождений мрамора;
- получены аналитические зависимости для расчета производственной мощности предприятия при комбинированной разработке месторождения мрамора с учетом его прочностных свойств, концентрации оборудования и сезонности работы карьера.
Методы исследования включают: анализ и обобщение проектной документации, научно-технической литературы, данных производственной практики; аналитическое и горно-геометрическое моделирование с применением программного обеспечения на ЭВМ; натурные и лабораторные эксперименты.
Личный вклад автора заключается: в постановке задач исследования; разработке методики расчета объёмов добычи и количества комплексов оборудования на горных работах при комбинированном способе разработки с сезонной работой карьера; в обосновании технологии горных работ на руднике при штольневом вскрытии шахтного поля с применением перегрузочных площадок; проведении натурных и лабораторных экспериментов и обобщении их результатов.
Достоверность научных положений подтверждена применением современных методов и технических средств при проведении исследований, а также сопоставимостью результатов, полученных различными методами исследований, с данными практики и натурных экспериментов, применением графических редакторов и вычислительных программ на ЭВМ при моделировании в формате 2D и 3D измерениях.
Отличие от ранее выполненных работ заключается в том, что впервые выполнены исследования, результаты которых позволяют обосновать параметры комбинированной технологии месторождений мрамора в суровых климатических условиях с учетом сезонной работы карьера.
Практическая значимость работы заключается в следующем:
- разработана методика раскроя месторождения на зоны ведения открытых и подземных работ при комбинированной разработке месторождения и сезонной работе карьера;
- предложена технология и организация работ по вскрытию шахтного поля штольнями из бортов карьера, обеспечивающая независимое ведение горных работ открытым и подземным способами при комбинированной разработке месторождения;
- разработана методика для обоснования продолжительности сезона работы карьера, объёмов добычи и количества комплексов оборудования на горных работах при комбинированной разработке месторождения мрамора в суровых климатических условиях.
Реализация работы.
Результаты исследований использованы при разработке проекта рудника «Доверия» и участка “Отдельный” Кибик-Берёзовского месторождения мрамора. Экономический эффект от внедрения результатов работы составил 8,6 млн.руб./год.
Апробация работы. Основные положения работы докладывались и обсуждались на научных семинарах кафедры «Открытые горные работы» СФУ ИГДГиГ; на Международной научно-технической конференции «Теория и практика добычи, обработки и применения природного камня» (г. Магнитогорск 2005, 2006, 2007, 2008, 2009).
Публикации.
По результатам выполненных исследований опубликовано 8 печатных работ, в том числе 3 в изданиях, аннотированных ВАК.
Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения, изложена на 164 страницах машинописного текста, включает 29 таблиц, 74 рисунка, 1 приложение и список использованной литературы из 135 наименований.
Автор выражает глубокую признательность и благодарность за помощь и консультации при подготовке диссертации профессору А.И. Косолапову за постоянное внимание и идеи, оказываемая помощь которого способствовала успешному выполнению работы, а также к.т.н. Е.В. Черепанову и к.т.н. А.Ю. Невежину.
