Содержание к диссертации
Введение
1. Современные подходы к выбору параметров комбинированной геотехнологии. Цель, задачи и методы исследований 9
1.1 Анализ проектных технологических решений на этапах освоения рудных месторождений комбинированным способом 9
1.2 Обобщение факторов, определяющих параметры и показатели эффективности комбинированной геотехнологии 21
1.3 Обзор методик обоснования параметров комбинированной разработки рудных месторождений 32
1.4 Оценки границ эффективного применения комбинированных технологий 42
1.5 Цель, задачи и методы исследований 50
Выводы
2 Разработка методики определения параметров комплексного освоения рудных месторождений комбинированным способом 56
2.1 Обобщение технологических схем комбинированного способа освоения месторождения 56
2.2 Определение уравнений связи исследовательской имитационной геотехнологической модели 65
2.3 Обоснование предельной по устойчивости высоты открыто-подземного яруса 74
2.4 Разработка алгоритма определения рациональных параметров перехода от открытых горных работ к подземным при освоении рудных месторождений 84
2.5 Обоснование критерия эффективности функционирования горнотехнической системы при комбинированной разработке мощного крутопадающего месторождения 88
Выводы 97
3 Исследование факторов определяющих параметры стратегии освоения рудных месторождений 96
3.1 Определение закономерностей влияния горно-геологических, горнотехнических, экологических факторов на глубину перехода на открыто-подземную разработку 96
3.2 Анализ влияния изменения качества полезного ископаемого на параметры перехода от открытых горных работ к подземных .. 102
3.3 Изучение влияния последовательности (порядка) освоения месторождения комбинированным способом на эффективность функционирования горнотехнической системы 124
3.4 Разработка методики принятия решений по определению рациональных параметров перехода от открытых горных работ к подземным работам 142
Выводы 146
4 Разработка технологических рекомендаций по выбору рациональной стратегии освоения месторождений комбинированным способом (на примере месторождений «Юбилейное» (Хайбуллинская горнорудная компания)) 148
4.1 Определение рациональных параметров комбинированной разработки месторождений «Юбилейное» 148
4.2 Разработка технологических рекомендаций по освоению месторождений «Юбилейное» 165
4.3 Оценка экономической эффективности технологических рекомендаций 171
Выводы 174
Заключение 175
Литература 178
- Обобщение факторов, определяющих параметры и показатели эффективности комбинированной геотехнологии
- Определение уравнений связи исследовательской имитационной геотехнологической модели
- Анализ влияния изменения качества полезного ископаемого на параметры перехода от открытых горных работ к подземных
- Разработка технологических рекомендаций по освоению месторождений «Юбилейное»
Введение к работе
Актуальность работы.
В настоящее время большинство (более 90 %) мощных рудных месторождений отрабатываются комбинированным способом, однако освоение запасов открытыми и подземными горными работами производится по раздельным независимым схемам. В результате отсутствия заблаговременных решений по своевременному переходу от открытых к подземным горным работам, предприятия либо терпят разрывы в добыче руды, либо безвозвратно теряют в недрах часть фактически уже вскрытых и подготовленных запасов. Комплексное освоение месторождений возможно за счет установления рациональной стратегии и'параметров комбинированной разработки рудных месторождений, основанных на выборе варианта горнотехнической системы, обеспечивающего эффективное взаимодействие технологических элементов открытых, открыто-подземных и подземных работ.
Ограниченный опыт разработки месторождений в условиях совмещения открытых и подземных работ в едином технологическом пространстве, сложность решения геомеханических проблем при отработке законтурных запасов карьеров, поставленных в предельное положение, необходимость поддержания выбывающих мощностей с учетом изменения качества добываемого сырья обуславливают применение математических моделей с целью проведения численных экспериментов, адекватно отражающих состояние горнотехнической системы комбинированной разработки рудных месторождений.
Существующие методики моделирования и определения параметров комбинированной разработки не позволяют реализовать всех преимуществ комбинированной геотехнологии, заключающихся в рациональном сочетании увязанных в единый комплекс технологических элементов открытых и подземных работ, что затрудняет внедрение на практике взаимоувязанных решений по выемке запасов карьерных, шахтных полей, переходной зоны с формированием единых технологических решений по
вскрытию и подготовке запасов полезного ископаемого на весь период освоения месторождения.
Повысить показатели эффективности функционирования
горнотехнической системы, установить рациональное распределение объемов, структуру и порядок разработки запасов на различных этапах освоения недр, обеспечить своевременный переход на альтернативные способы добычи возможно за счет единого методологического подхода к выбору технологии комбинированной разработки рудных месторождений на весь срок эксплуатации. Поэтому разработка методики математического моделирования технологических схем перехода от открытых к подземным горным работам представляет весьма актуальную задачу.
Целью работы является разработка математической модели, позволяющей с учетом влияния наиболее значимых горно-геологических, горнотехнических и эколого-экономических факторов установить рациональные параметры технологических схем перехода от открытых к подземным горным работам, обеспечивающих эффективное применение комбинированной геотехнологии при освоении рудных месторождений.
Идея работы заключается в обосновании рациональных параметров технологических схем перехода от открытых к подземным работам на основе закономерностей изменения во времени и пространстве количественных и качественных показателей их функционирования в единой горнотехнической системе.
Задачи исследований:
1. Исследовать и установить закономерности влияния на различных этапах
освоения месторождений значимых горно-геологических характеристик,
горнотехнических и эколого-экономических условий разработки на
качественные и количественные параметры комбинированной
геотехнологии.
2. Установить закономерности изменения эксплуатационных затрат
добычи и переработки руды от изменяющихся в значительных пределах
горно-геологических и горнотехнических факторов.
3. Разработать исследовательскую математическую модель комбинированной разработки рудных месторождений
4. Обосновать критерий оценки эффективности технологической схемы
перехода к комбинированной геотехнологии при освоении рудных
месторождений.
5. Разработать методику выбора предпочтительного варианта
технологических схем перехода к комбинированной геотехнологии на основе
математического моделирования.
В качестве объекта исследования рассматривались технологические схемы перехода к комбинированной геотехнологии как совокупность конструктивных элементов и процессов открытых, открыто-подземных и подземных технологий при их различных сочетаниях во времени и пространстве (карьер, переходная зона, подземный рудник) применительно к освоению мощных рудных месторождений.
Работа выполнена в рамках тематического плана ОНЗ РАН по направлению 6.16 «Крупные и суперкрупные месторождения стратегических видов минерального сырья: фундаментальные проблемы комплексного освоения и глубокой переработки», а также при поддержке гранта РФФИ №03-005-64644 «Закономерности формирования и развития горнотехнических систем при комплексном освоении комбинированным способом месторождений твердых полезных ископаемых» (руководитель член-корр. РАН Д.Р. Каплунов).
Методы исследования включают анализ и обобщение отечественного
опыта проектирования разработки рудных месторождений
комбинированным способом, экономико-математическое имитационное геотехнологическое исследовательское моделирование, системный анализ, статистическую обработку данных на ЭВМ.
Положения, представляемые к защите:
1. Обобщающие экспоненциальные зависимости эксплуатационных затрат на открытые, открыто-подземные и подземные горные работы от горно-геологических условий разработки, способов отвалообразования и
состояния технологического пространства, позволяющие при математическом моделировании определить область эффективного применения комбинированных технологий.
Рациональное соотношение запасов по способам разработки рудных месторождений в большей мере определяется качеством полезного ископаемого, способом отвалообразования и горно-геометрическими параметрами рудного тела.
При ценности добываемого полезного ископаемого близкой к себестоимости его добычи и переработки рациональная глубина перехода на открыто-подземную разработку при освоении малых по запасам месторождений составляет 0,3 от глубины залегания рудного тела, для средних и крупных - соответственно 0,4 и 0,5. При превышении ценности руды себестоимости ее добычи и переработки в 2,5 и 5 раз рациональная глубина перехода на открыто-подземную разработку составляет соответственно на малых по запасам месторождениях 0,53 и 0,85; на средних - 0,45 и 0,55 и крупных - 0,53 и 0,59 глубины залегания рудного тела.
Научная новизна:
1.Разработан алгоритм математического моделирования освоения месторождений комбинированным способом, включающий параметры устойчивости системы «карьер - открыто-подземный ярус - подземный рудник» и зависимости эксплуатационных затрат на открытых, открыто-подземных и подземных горных работах от глубины разработки, высоты открыто-подземного яруса и интенсивности геотехнологии на различных этапах к реализации комбинированного способа.
2.Установлены зависимости влияния горно-геологических условий разработки, горнотехнических параметров и эколого-экономических факторов на рациональную глубину перехода от открытых к подземным горных работам, отличающиеся от ранее установленных учетом распределения качества полезного ископаемого в рудном массиве месторождения.
3.Разработана методика выбора предпочтительной технологической схемы перехода к комбинированной геотехнологии на основе дифференцированного подхода к оценке эффективности функционирования горнотехнической системы в зависимости от интересов инвестора.
Достоверность научных положений, выводов и результатов обеспечивается надежностью и представительностью исходных данных, статистической оценкой и достоверной сходимостью результатов, полученных различными методами.
Практическая значимость работы состоит в разработке методики определения рациональных параметров технологических схем перехода к комбинированной геотехнологии при освоении рудных месторождений комбинированным способом, обеспечивающих устойчивое и эффективное функционирование горнотехнических систем на всех этапах разработки месторождения.
Реализация рекомендаций. Основные положения диссертации были приняты к использованию при проектировании разработки медно-колчеданных месторождений Подольской группы Республики Башкортостан.
Публикации. Материалы диссертации опубликованы в 9 работах.
Апробация диссертации: Результаты работы докладывались на международных научно-технических конференциях: «Моделирование стратегии и процессов освоения георесурсов», Волгоград-Пермь, 2003г.; «Комбинированная геотехнология: развитие способов добычи и безопасность горных работ» Магнитогорск - Сибай, 2003г.; «Комбинированная геотехнология: масштабы и перспективы применения» Учалы, 2005г; «Неделя горняка», Москва 2003, 2004, 2005 гг.; на технических советах Учалинского и Бурибаевского ГОКов; на ежегодных научно-технических конференциях МГТУ.
Объем и структура работы: Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, библиографического списка из 70 наименований и содержит 170с. машинописного текста,54 рисунка, 19 таблиц.
Обобщение факторов, определяющих параметры и показатели эффективности комбинированной геотехнологии
Как показал анализ опыта разработки рудных месторождений комбинированным способом, для реализации идеи комбинированной геотехнологии, заключающейся в рациональном сочетании увязанных в единый комплекс технологических элементов открытых и подземных работ [2], необходимо заблаговременно устанавливать рациональные параметры комбинированной разработки, что обеспечивает в различных горногеологических и горнотехнических условиях крупномасштабную экономически безопасную добычу полезного ископаемого с высокими технико-экономическими показателями, как при отработке переходной зоны, так и при совместной добыче открытым и подземным способами [1].
Обоснование параметров горнотехнических систем при проектировании комбинированных геотехнологий имеет особое значение в связи с необходимостью совершенствования схем взаимодействия открытых, открыто-подземных и подземных горных работ в существенно изменяющихся горно-геологических, горнотехнических, социально-экономических и экологических условиях. Поэтому, при определении стратегии освоения рудных месторождений комбинированной геотехнологией и ее основных параметров необходимо учитывать горногеологические, горнотехнические и горно-технологические факторы [3].
Горно-геологическая характеристика минерально-сырьевой базы горнодобывающих предприятий, разрабатывающих рудные месторождения, и обеспеченность их запасами, предопределяет требования рационального и комплексного их использования [10]. Поэтому при проектировании освоения месторождения комбинированными геотехнологиями, необходимо учитывать влияние на выбор параметров горнотехнических систем таких горногеологических характеристик месторождения, как мощность, длина по простиранию, длина по падению рудной залежи, высота слоя налегающих пород, угол падения залежи, содержание полезных компонентов в руде и физико-механические характеристики массива.
Мощность залежи является одним из основных факторов, определяющих ширину фронта горных работ и площадь сечения выработанного пространства. На открытых горных работах мощность рудного тела определяет направление развития горных работ, а на подземных работах -является одним из основных факторов, определяющих выбор системы разработки [4]. В.Р. Именитов в качестве постоянных факторов, влияющих на выбор системы подземной разработки выделяет следующие горногеологические факторы: устойчивость руды и вмещающих пород, мощность и угол падения рудного тела, морфология, а в качестве переменных -склонность руд к слёживанию, самовозгоранию, включения пустых пород, ценность руды, наличие или отсутствие налегающих пород над отрабатываемым подземным способом участком, необходимость сохранения поверхности и другие [42].
В переходной зоне мощность рудной залежи определяет горизонтальную площадь открыто-подземного яруса и, тем самым, его высоту (рис. 1.10). Величина мощности железорудной залежи не более 250-300 м, в большей мере, определяет высоту открыто-подземного яруса, при большей мощности залежи высота яруса определяется технологическими факторами, главным из которых является наибольшая глубина скважин, обеспечиваемая применяемой буровой техникой [42] (рис. 1.11). Зависимость оптимальной высоты открыто-подземного яруса от мощности рудного тела при различных значениях коэффициента устойчивости борта яруса Длина рудного тела по падению и высота слоя налегающих пород на открытых горных работах несомненно влияют на выбор эффективной глубины карьера. По данным проф. А.И. Арсентьева, с увеличением мощности налегающих пород, эксплуатационный коэффициент вскрыши уменьшается при всех возможных вариантах вскрытия карьерного поля, так как при этом резко увеличивается объем горнокапитальных работ и большая часть пород вынимается в период строительства карьера. Неравномерность вскрышных работ растет с увеличением мощности налегающих пород при любых вариантах вскрытия [57].
В переходной зоне и на подземных работах длина рудного тела по падению определяет предельную глубину горных работ. Отсутствие необходимости в сохранении земной поверхности позволяет вести подземную разработку любой приемлемой по постоянным факторам системой, а при ее необходимости- системы с закладкой выработанного пространства. Горнотехнические и горно-геологические условия разработки при совмещении открытых и подземных работ во времени и пространстве являются основными факторами, ограничивающими выбор системы подземной разработки [42].
Длина по простиранию рудного тела влияет, главным образом, на выбор способа отвалообразования на открытых горных работах. Так, на месторождениях с длиной рудного тела по простиранию более 1000 м возможно формирование в выработанном карьерном пространстве внутреннего отвала, путем размещения вскрышных пород, отходов горного производства и обогащения [10].
Угол падения залежи оказывает существенное влияние на выбор варианта комплексного открыто-подземного способа разработки. При крутых углах падения рудных тел, не превышающих углов обрушения, могут быть применены варианты, предусматривающие свободный выпуск руды и придание бортам выработанного пространства безопасных углов откоса. При углах падения порядка 79 и мощности залежи менее 100 м наиболее целесообразен вариант, предусматривающий полное заполнение выработанного пространства породами вскрыши [8].
Одним из главных факторов, определяющих целесообразность вовлечения месторождения в эксплуатацию, является содержание полезного ископаемого, которое оказывает существенное влияние на выбор технологии добычи руды (способ вскрытия и подготовки запасов, выбор сочетаний системы разработки), а также технологии переработки руд. При низком содержании и ценности полезного компонента целесообразно применение систем разработок с естественным поддержанием очистного пространства и обрушением руды и вмещающих пород, в виду их экономичности по затратам; при высокой ценности руды предъявляются особые требования к способу разработки ввиду показателей потерь и разубоживания, способа выемки руды. Необходимо отметить, что изменение содержания полезных компонентов по глубине рудной залежи оказывает существенное влияние на распределение запасов по способам разработки.
Физико-механические характеристики массива определяют, главным образом, безопасные углы откоса бортов карьера и открыто-подземного яруса, устойчивые параметры подземных выработок и предельные пролеты обрушения в системе "карьер, переходная зона и подземный рудник", обуславливая тем самым площадь сечения выработанного пространства, ширину и скорость подвигания фронта работ. Кроме того, физико-механические характеристики оказывают влияние на сменную производительность бурового и погрузочного оборудования через механическую скорость бурения и процент выхода негабарита, что определяет производительность и экономические показатели выемки [8]. При оценке влияния физико-механических свойств на параметры комбинированной разработки необходимо учитывать взаимное влияние взрывных работ на открытые и подземные горные работы. Неучет данного фактора может привести к ослаблению опорных и барьерных целиков, снизить устойчивость бортов карьера, очистных выработок подземного рудника, потолочин, нарушить целостность массива и условия безопасности работ [11].
Большинству рудных месторождений свойственна изменчивость горногеологических условий разработки отдельных участков: параметров элементов залегания, морфологии, физико-механических свойств, вещественного состава и ценности полезного ископаемого, а также характеристик вмещающих пород.. Эта изменчивость обуславливает соответственно и дифференцированный подход к выбору способа и технологии выемки руды, и разницу в технико-экономических показателях добычи на отдельных участках, и в целом по всему месторождению, особенно в части затрат на добычу полезного ископаемого и варьировании извлекаемой ценности руды, что приводит к необходимости корректировки параметров комбинированной разработки [7].
Определение уравнений связи исследовательской имитационной геотехнологической модели
Моделирование горнотехнической системы при комбинированной разработке рудных месторождений предусматривает множество вариантов технологических решений, характеризующихся различным сочетанием способов ведения горных работ с определенными технико-экономическими показателями. Для определения стратегии комбинированной разработки месторождений рассматривались технико-экономические показатели каждого способа ведения горных работ в рамках единой горнотехнической системы, обеспечивающих эффективное и комплексное освоение месторождения. Определение параметров горнотехнической системы производилось путем сравнения стоимостных показателей открытого, открыто-подземного и . подземного способов в рамках единой горнотехнической системы, разрабатывающей месторождение комбинированным способом.
Теоретические основы методики формирования стратегии комплексного освоения рудных месторождений должны базироваться на установлении закономерностей изменения экономических показателей карьера, подземного рудника и переходной зоны в едином технологическом пространстве и взаимодействия природных и техногенных факторов при распределении запасов месторождения между открытым, открыто-подземным и подземным способами, а также процессов образования и использования выработанных пространств в их временной и пространственной взаимосвязи в соответствии с требованиями рационального освоения георесурсов.
Согласно современным подходам к обоснованию параметров освоения рудных месторождений новые отличительные черты приобретает и моделирование, имитирующее состояние подобных сложных горнотехнических систем [13]. В процессе моделирования комплексного освоения взаимосвязанных геосистем сформированы варианты перспективного развития горных объектов в единой схеме комбинирования открытых, открыто-подземных и подземных геотехнологий. Факторы, влияющие на определение параметров открыто-подземных геотехнологий, можно разделить на условно-постоянные - геологическое строение и морфология месторождения, содержание полезных компонентов и их пространственное расположение в массиве; и переменные - конъюнктура рынка минерального сырья, технологические показатели, нормы экологических платежей, показатели извлечения из недр и затраты на добычу по способам разработки.
Моделирование параметров горнотехнической системы целесообразно осуществлять с учетом влияния горно-геологических, горнотехнических и экологических факторов, при этом наибольшую сложность представляет учет взаимовлияния этих факторов (см. п. 1.2). Наиболее важными факторами, оказывающими существенное влияние на выбор параметров горнотехнической системы, являются глубина разработки, во многом определяющая пространственный горно-геологический фактор (мощность, длина по падению, по простиранию рудного тела), производительность на различных этапах ведения горных работ, как обобщающий горнотехнический фактор, и крепость руды и пород, как комплексный показатель физико-механических свойств массива горных пород. Поэтому, при моделировании горнотехнической системы стоимостные показатели-открытых горных работ рассматривались в зависимости от глубины карьера (Нк), производительности карьера (Ак) и крепости руды и вмещающих пород (f), на открыто-подземных работах - высоты открыто-подземного яруса (Нопя), производительности рудника в переходной зоне (Аомя) и крепости руды и пород (f), и на подземных работах в зависимости от производительности рудника(А„), глубины ведения подземных работ (Н„) и крепости руды и пород (О Проведенный анализ технико-экономических показателей разработки более 100 месторождений черных и цветных металлов комбинированным способом с приведением затрат путем индексации к состоянию цен на 01.01.2002 [], позволил установить обобщающие зависимости формирования затрат на освоение запасов различными геотехнологиями от горногеологических условий залегания рудных тел различного морфологического типа, распределения содержания полезных компонентов в массиве, последовательности и интенсивности извлечения горной массы.. Технико-экономические показатели работы горнодобывающих предприятий рассматривались для различных способов ведения горных работ (открытых, открыто-подземных и подземных) при вариации производственной мощности на этапах горных работ, глубины разработки и крепости руды и пород.
В результате на основе аппроксимации технико-экономических показателей получены зависимости себестоимости добычи руды различных способов ведения горных работ от основных, оказывающих наибольшее влияние факторов: горно-геологические условия - глубина разработки запасов; горнотехнические - производственная мощность на этапах освоения и применяемая система разработки или способ отвалообразования; физико-механические свойства массива- крепость руды и пород.
Анализ установленных зависимостей затрат на добычу руды открытым способом показал, что при комбинированной разработке рудных месторождений формирование внутреннего отвала позволяет значительно снизить затраты на добычу руды за счет уменьшения эксплуатационные затрат на транспортирование вскрышных пород и экологических платежей за размещение внешних отвалов. Так, при глубине карьера 250 м и производительности 1млн. т, формирование внутреннего отвала позволит сократить себестоимость добычи 1 т руды в два раза. Увеличение глубины открытой разработки приводит к необходимости применения более производительной карьерной техники, росту коэффициента вскрыши и вызывает удорожание себестоимости добытой руды.
Анализ влияния изменения качества полезного ископаемого на параметры перехода от открытых горных работ к подземных
Результаты геотехнологического моделирования комбинированной разработки малых месторождений бедных руд (сси=0,8%) показали (рис.3.7), что максимальный эффект от освоения запасов (Дсов - 0,25 млрд. р.) достигается при отработке месторождения открытым способом системами разработки с внешним отвалообразованием при конечной глубине карьера 120 м. Открыто-подземный ярус, высота которого в этом случае составляет 110 м, целесообразно разрабатывать технологиями с открытым в карьер очистным пространством. Отработка запасов подземного рудника предпочтительна либо системами разработки с естественным поддержанием очистного пространства, либо системами разработки с закладкой выработанного пространства.
При среднем содержании меди в руде (сСи = 2,5 %) комбинированная разработка малых месторождений эффективна при разработке запасов карьером глубиной 170 м системами разработки с внешним отвалообразованием на этапе открытых горных работах и закладкой выработанного пространства на подземном руднике. Высота открыто-подземного яруса в этом случае составляет 95 м и отработку его запасов следует осуществлять либо системами разработки с открытым очистным пространством и тросовым креплением откосов уступов карьера (Дсов = 11,1 млрд. р.) или закладкой выработанного пространства открыто-подземного яруса (ДсоВ= 10,9 млрд. р.).
Малые месторождения, представленные богатыми рудами (сси = 6 %) наиболее целесообразно разрабатывать (Дсов = 33,5 млрд. р.) открытым способом системами разработки с внешним отвалообразованием до глубины карьера 270 м, с последующей разработкой открыто-подземного яруса высотой 50 м технологиями, либо с хросовым креплением массива, либо с закладкой выработанного пространства.
Анализ зависимостей, представленных на рис.3.7., показал, что при невыдержанном содержании меди в рудной залежи, как при его увеличении от 0,8 до 6 %, так и уменьшении от 6 до 0,8 % с глубиной разработки, предпочтителен технологический вариант горнотехнической системы с использованием внешнего способа отвалообразования на этапе открытых горных работ и отработкой запасов системами разработки с закладкой выработанного пространства на подземных работах. Альтернативные варианты отличаются технологиями отработки запасов переходной зоны (либо с естественным поддержанием очистного пространства, либо с закладкой выработанного пространства) и глубиной перехода на открыто-подземные технологии.
Так, при невыдержанном характере распределении содержания меди (CQJ ) в массиве месторождения от 0,8 до 6 % с увеличением глубины разработки максимальный совокупный доход (ДС0, = 14,9 млрд. р.) достигается при переходе от открытых горных работ на открыто-подземные технологии на отметке 120 м и высоте переходной зоны ПО м, отработка которой осуществляется системами разработки с естественным поддержанием очистного пространства и тросовым креплением откосов бортов карьера. Близким по эффективности вариантом разработки запасов открыто-подземного яруса является вариант его отработки системами разработки с закладкой выработанного пространства при эффективном переходе на комбинированные технологии на отметке 170 м при высоте переходной зоны 95 м, что обеспечит совокупный доход от освоения месторождения в размере 14,7 млрд. р.
При снижении содержания меди (сСи) с 6 до 0,8 % с глубиной разработки медно-колчеданных руд рациональная глубина перехода на открыто-подземные технологии составляет 170 м при разработке запасов переходной зоны высотой 95 м системами разработки с естественным поддержанием очистного пространства и тросовым креплением уступов бортов карьера, что обеспечивает совокупный доход комбинированной геотехнологии 15 млрд. р. При отработке запасов открыто-подземного яруса технологиями с закладкой выработанного пространства совокупный доход снижается до 14,8 млрд. р. г
Результаты исследовательского геотехнологического моделирования показали, что при комбинированной разработке среднего по запасам медно-колчеданного месторождения с низким содержанием меди в руде (сСи = 0,8 %) наибольший эффект (Дсов = 2,6 млрд. р.) достигается при отработке запасов открытым способом с формированием внутреннего отвала и последующим переходом на открыто-подземные технологии с естественным поддержанием очистного пространства на глубине 200 м, при этом устойчивая высота открыто-подземного яруса составляет 95 м. При отсутствии возможности формирования внутреннего отвала при открытой разработке месторождения целесообразен вариант горнотехнической системы с внешним отвалообразованием на открытых горных работах с рациональной глубиной перехода на открыто-подземный ярус 150 м при высоте переходной зоны 105 м. Экономический эффекте в этом случае составит 1 млрд. р.
При среднем содержании меди в руде сси = 2,5 % переход на комбинированную разработку месторождения при использовании внутреннего способа отвалообразоваиия на открытых горных работ предпочтительно осуществлять на глубине 250 м. Данной глубине карьера будет соответствовать высота открыто-подземного яруса 85 м и максимальный совокупный доход от освоения запасов 71 млрд. р. При использовании внешнего способа отвалообразоваиия параметры перехода от открытых горных работ к подземным работам будут следующими: глубина перехода на открыто-подземный ярус 170 м, высота переходной зоны 100 м. При этом обеспечивается совокупный доход 68 млрд. р. Отработка запасов подземного рудника эффективна системами разработки с закладкой выработанного пространства. Конкурирующие варианты горнотехнической системы освоения среднего по запасам руды месторождения отличаются технологиями выемки запасов открыто-подземного яруса - с естественным поддержанием очистного пространства, либо с закладкой выработанного пространства.
При комбинированной разработке средних месторождений с высоким содержанием полезного компонента в руде Сси = 6 %, целесообразен внутренний способ отвалообразования, при этом рациональная глубина перехода на открыто-подземный способ освоения составляет 270 м, а высота открыто-подземного яруса 80 м. При формировании внешнего отвала переход на открыто-подземный ярус высотой 90 м целесообразно осуществлять на глубине 220 м. Экономический эффект от комбинированной разработки месторождения составит 211 и 208 млрд. р. соответственно. Технологические варианты горнотехнической системы являются такими же, что и при отработке месторождения с содержанием меди 2,5%.
При невыдержанном распределении содержания меди в рудной залежи и изменении его с глубиной месторождения от 0,8 до 6 % рациональная глубина перехода равна 250 м при возможности формирования внутреннего отвала на этапе открытых горных работ. Отработка переходной зоны высотой 80 м возможна как системами разработки с естественным поддержанием очистного пространства, закладкой выработанного пространства, так и в случае соблюдения всех необходимых требований безопасности с обрушением руды и вмещающих пород. Отработка запасов богатых руд подземным способом эффективна системами разработки с закладкой выработанного пространства. Совокупный доход в этом случае составляет 107 млрд. р. При формировании внешнего отвала вскрышных пород на открытых горных работах глубина перехода на открыто-подземные технологии составляет 150 м при высоте переходной зоны 105 м и совокупном доходе от освоения месторождения 105 млрд. р.
Разработка технологических рекомендаций по освоению месторождений «Юбилейное»
По результатам геотехнологического моделирования комбинированной разработки месторождения «Юбилейное» в зависимости от интересов инвестора установлены предпочтительны варианты отработки месторождения и определены рациональные параметры перехода от открытых к подземным горных работам (п. 4.1). Для установленных вариантов технологических схем разработаны технологические рекомендации по комбинированной разработке месторождения «Юбилейное».
Отработка запасов первой, второй и третьей рудных залежей в предлагаемых технологических рекомендациях предусматривает использование комбинированных геотехнологий. Запасы четвертой, пятой и шестой рудных залежей в виду большой глубины залегания (от 500-1200м) отрабатываются в последующем подземным способом при единой схеме вскрытия и подготовки всего месторождения «Юбилейное».
В соответствии с установленными параметрами технологических схем перехода к комбинированной геотехнологии отработка месторождения предполагает единую схему вскрытия и подготовки запасов при комбинированной разработке месторождения «Юбилейное». Схема вскрытия месторождения «Юбилейное» предусматривает проходку двух наклонных съездов и трех вертикальных стволов (рис 4.9).
Вскрытие запасов цервой, второй и третьей рудных залежей, отрабатываемых открытым, открыто-подземным и подземным способом, осуществляется с помощью наклонных съездов. Наклонный съезд №3 проходится с земной поверхности до отметки 365 м, а наклонный съезд №4 -с борта карьера (отметка 155 м) до отметки 365 м. С помощью данных наклонных съездов осуществляется вскрытие запасов второй и третьей рудной залежи. Наклонный съезд №4 также необходим для отработки запасов открыто-подземного и подземного ярусов, выдачи полезного ископаемого, подъема и спуска людей, материалов и оборудования. Во время разработки запасов третьего рудного тела подземным способом, с помощью наклонного съезда №4, главного ствола №1, и вентиляционного ствола №3 осуществляется вскрытие запасов четвертого рудного тела. Вскрытие запасов шестого рудного тела производится с помощью вертикальных стволов №1, 2 и 3, пройденных по флангам шестого рудного тела на глубину 1270 м. Главный ствол №1 служит для выдачи полезного ископаемого, подъема и спуска людей; вспомогательные стволы №2 и 3 - для вентиляции, подъема и спуска оборудования.
Схема вскрытия Месторождения «Юбилейное». 1 - главный ствол, 2 -вентиляционный ствол, 3,4- наклонные съезды,5 - контур карьера,6 вскрывающие выработки 4, 5 и 6 рудных тел. Проходку наклонных съездов и горизонтальных горных выработок необходимо осуществлять самоходным дизельным оборудованием с использованием буровых кареток для бурения шпуров «Минибур», «Миниматик», «Параматик», ковшевых погрузочных машин среднего класса типа Торо-400, Кавасаки KSS-M9, автосамосвалов МоАЗ, Торо-35 (40). При проходке наклонных съездов применяется патронируемые взрывчатые вещества Аммонит 6 ЖВ заряжаемый. Сечение наклонных съездов, с учетом габарита для прохода людей, составляет 16,5-17 м , уклон при строительстве наклонного съезда №3 составляет 8, а съезд №4 - 6-7 в связи с транспортированием по нему руды, добытой на подземном и открыто подземном ярусах.
При очистной выемке рекомендуется использование взрывчатых веществ зерногранулит 74/21, буровых станков на открытых горных работах СБШ - 250, на подземных и открыто-подземных работах - Соло- 1008, при проходке восстающих выработок отрезным способом - НКР-ЮОм.
Проветривание осуществляется по нагнетательной схеме. При отработке запасов 1-3 рудных залежей свежий воздух поступает по наклонному съезду №3, далее проветрив буровые и погрузочно-доставочные выработки, выбрасывается в карьер по наклонному съезду №4. При разработке запасов четвертой и пятой рудной залежи вентиляция осуществляется по следующей схеме: чистый воздух доставляется на горизонты по вентиляционному стволу №3 и, осуществив их вентиляцию, всасывающим вентилятором выбрасывается в атмосферу по наклонному съезду №4.
Вариант комбинированной разработки запасов месторождения «Юбилейное», обеспечивающий долгосрочное функционирование горнотехнической системы, предполагает отработку запасов первой, второй и третьей рудной залежи месторождения карьером до глубины 207 м (рис.4.10). Для подготовки запасов подземного рудника и открыто-подземного яруса осуществляется строительство трех горизонтов на отметках 280, 325 и 365 м и сбойкой их с наклонными съездами 3 и 4.
После достижения карьером проектного контура и подготовки низлежащих запасов третьей рудной залежи отрабатываются запасы открыто-подземным ярусом высотой 76 м системами разработки с открытыми в карьер камерами и последующей их закладкой твердеющими смесями. При мощности рудной залежи 80 м камеры располагаются вкрест простирания рудного тела. Длина камеры составляет 40 м, высота 76 м, ширина 20 м (максимальный по условию устойчивости рудных целиков сжимающим напряжением пролет камеры 26,4 м). Обуриванние камер осуществляется со дна карьера на глубину 40 м и из подземных подэтажных буровых выработок на отметке 250 м. Отработка запасов подземного яруса предусматривает деление шахтного поля на два этажа высотой 40 м и отработку запасов камерными системами разработки с закладкой выработанного пространства твердеющими смесями. Размеры камеры составляют: длина 40 м, высота 40 м, ширина 20 м. с 4.10 Вариант технологической схемы комбинированной геотехнологии освоения месторождения «Юбилейное» предусматривающий долгосрочное и устойчивое функционирование горнотехнической системы.
Вариант технологической схемы перехода к комбинированной разработке месторождения «Юбилейное», обеспечивающий наиболее интенсивное и эффективное освоение месторождения, осуществляется с отработкой запасов открытым способом с внешним способом формирования отвала вскрышных пород, и параллельной отработкой запасов открыто-подземного яруса и подземного рудника системами разработки с закладкой выработанного пространства .
Управление состоянием массива производится за счет собственной устойчивости горного массива и крепления высоких откосов тросовыми анкерами, осуществляемого из подземных выработок в прибортовом массиве. Высота этажа открыто-подземного яруса - 84 м, ширина камер 20 м, длина камеры равна 20 м. Обуриванние камер осуществляется со дна карьера и подземных буровых выработок на горизонте 195 м. При подземной разработке запасов месторождения системами разработки с закладкой выработанного пространства исходя из максимально возможного по условию устойчивости пролета обнажения, принимается ширина камеры, а соответственно и ширина целика 20 м, высота камеры равна высоте этажа и равна 40 м. Камеры располагаются вкрест простирания рудного тела, поэтому длина камеры принимается половине мощности рудного тела и составляет 40 м.
На основе результатов математического моделирования технологических схем перехода к комбинированной геотехнологии разработаны технологические рекомендации по комбинированной разработке месторождения «Юбилейное», обеспечивающие единую схему вскрытия и подготовки запасов месторождения. Предложенные технологические схемы комбинированной геотехнологии предполагают эффективную отработку запасов первой, второй и третьей рудных залежей трехъярусной открыто-подземной схемой разработки с установлением рациональных параметров перехода от открытых к подземным горным работам и своевременный переход к отработки запасов четвертой, пятой и шестой рудных залежей подземным способом.
