Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ теории и современных тенденций комбинированной разработки рудных месторождений 11
1.1. Основные положения, актуальность проблемы 11
1.2. Обзор практики открыто-подземной разработки месторождений твёрдых полезных ископаемых 16
1.3. Анализ научных работ по тематике комбинированной геотехнологии 66
1.4. Современные аспекты комбинированной геотехнологии 69
1.5. Цель, задачи и методы исследования 72
2. Проблема обеспечения качества продукции современных горнорудных предприятий 77
2.1. Сущность проблемы качества рудного сырья 77
2.2. Зависимость эффективности перерабатывающих производств от вещественного состава руд 79
2.3. Значение стабильности качества продукции горнодобывающего предприятия 81
2.4. Принципы управления качеством рудной массы при добыче открытым и подземным способами 86
2.5. Технологии добычи с предконцентрацией и рудосортировкой рудной массы 94
2.6 Стабилизация качества руд в карьере и подземном руднике... 104
2.7. Технологическая эффективность процессов управления качеством руд при их добыче 127
3. Экологический аспект проблемы комбинированной разработки рудных месторождений 136
3.1 Основные положения воздействия горного производства на окружающую среду 136
3.2. Пути снижения экологической нагрузки при комбинированной разработке рудных месторождений 143
3.3. Обоснование критерия экологичности горного производства... 148
4. Научно-технический анализ и совершенствование методологии установления границ между открытыми и подземными горными работами при комбинированной разработке залежей 151
4.1 Принципы обоснования границ между открытыми и подземными горными работами 151
4.2. Анализ современных методологий разграничения рабочих зон карьера и подземного рудника 158
4.3. Исследования и совершенствование методологии обоснования границ между открытыми и подземными горными работами. 162
4.3.1. Анализ влияния некоторых природных, технологических и экологических факторов на границу между способами добычи руды при
использовании принципа равенства текущих затрат или текущей прибыли 163
4.3.2. Исследование зависимости границы между открытыми и подземными способами добычи руды по критериям "суммарные затраты" и "суммарная валовая прибыль" 176
4.4. Методика оптимизации границ открытых и подземных горных работ, а также зоны совместной открыто-подземной разработки 183
5. Исследование и обоснование технологических схем комбинированной разработки рудных месторождений с учетом качества добычи и экологических последствий 191
5.1. О сущности и классификации способов, систем и технологических схем комбинированной разработки месторождений 191
5.2. Систематизация комбинаций технологических схем совместной открыто-подземной добычи руд 213
5.3. Количественно-качественная характеристика технологических схем комбинированной разработки рудных месторождений 225
6. Основные золоторудные месторождения Эфиопии и особенности условий их освоения 236
6.1 Общие сведения о потенциале горнорудного производства Эфиопии 236
6.2. Геологические и горно-технические условия золоторудного месторождения Лега- Демби 241
6.3. Предлагаемые технологические решения 246
6.4. Общая концепция разработки коренных золоторудных месторождений Эфиопии 256
6.5. Эффективность технологических решений 261
Заключение 264
Список использованной литературы 267
- Обзор практики открыто-подземной разработки месторождений твёрдых полезных ископаемых
- Зависимость эффективности перерабатывающих производств от вещественного состава руд
- Пути снижения экологической нагрузки при комбинированной разработке рудных месторождений
- Анализ современных методологий разграничения рабочих зон карьера и подземного рудника
Введение к работе
Актуальность проблемы. Дальнейшее развитие теории и технологии комбинированной (открыто-подземной) разработки рудных месторождений является важнейшим условием повышения эффективности горного производства. Эта проблема имеет множество аспектов, из которых в наибольшей мере изучались вопросы установления границ между открытыми и подземными горными работами; геомеханики массивов горных пород в связи с взаимовлиянием горных работ в карьере и подземном руднике; общие методологические вопросы, в частности, классификации основных технологических решений; переоценки запасов и др. В меньшей степени изучены такие стороны проблемы, как использование особенностей комбинированной разработки для более эффективного управления качеством продукции горного производства, а также для снижения интенсивности воздействия горных работ на окружающую природную среду и повышения использования ресурсов земных недр.
Диссертация посвящена решению этих аспектов весьма широкой проблемы совершенствования комбинированной (открыто-подземной) разработки на примере золоторудных месторождений Эфиопии.
Работа выполнялась в Московском государственном горном университете в соответствии с программами НИР по темам: "Развитие теории и создание малоотходных ресурсосберегающих технологий открытой и подземной добычи твёрдых полезных ископаемых" (госбюджетная НИР №ТО - 332 ДС); "Развитие теории и методологии квалиметрии в геотехнологии" (раздел в госбюджетной НИР МДГ - 459 ДС).
Цель работы: дальнейшее развитие теории и технологии комбинированной (открыто-подземной) разработки коренных золоторудных месторождений и создание на этой основе условий для существенного улучшения технолого-экономических показателей производства.
Идея работы заключается в том, что при принятии основных технологических решений предлагается использовать то обстоятельство, что при комбинированной (открыто-подземной) разработке месторождений могут быть созданы относительно более благоприятные условия для существенного улучшения качества добытой руды и уменьшения общих экологических последствий горного производства.
Методы исследования:
анализ и обобщения в области теории и мировой практики комбинированной разработки рудных месторождений;
- теория вероятностей и математическая статистика;
экономико-математическое моделирование;
аналитические и графо-аналитические исследования.
Основные положения^ защищаемые в диссертации:
Комбинированная (открыто-подземная) разработка рудных месторождений способна существенно увеличить потенциал горного производства в области повышения качества руды. Дополнительные возможности повышения качества руды при её добыче возникают за счёт рационального сочетания элементов технологических схем открытых и подземных горных работ с созданием условий для более полного использования достоинств каждого из способов разработки.
При современном горнодобывающем производстве с его мощным и дорогостоящим оборудованием традиционные способы повышения качества руды, основанные на применении селективных технологий отбойки и выемки, как правило, неэффективны из-за значительного недоиспользования производственного потенциала горных и транспортных машин. Более перспективными способами управления качеством руды являются технологии добычи с крупно- и мелкопорционной пред концентрацией, сортировкой, а также с усреднением рудной массы, основанные на использовании рентгенорадиометрических средств сепарации и оперативного контроля качеством. Технологии добычи с внутрирудничной предконцентрацией при сохранении высокой производительности горного и транспортного оборудования по объёму добытой рудной массы могут на 40...60% снизить количество пустой породы в добытой руде, вдвое увеличив в ней содержание и общее количество металла, создавая более благоприятные условия для общего повышения эффективности горнометаллургического производства. Перепуск рудной массы, добытой в карьере, через подземный технологический комплекс рудника позволяет повысить стабильность качества руды в 2...3 раза. При использовании же для этих целей специальных подземных усреднительных систем, реально повышение коэффициента усреднения карьерной рудной массы в 5...8 раз.
3. Существующие методы обоснования границ между карьером и: подземным рудником, базирующиеся на сравнении граничного и контурного коэффициентов вскрыши, в современных условиях комбинированной (открыто-подземной) разработки становятся недействительными, так как в них недостаточно отражены интересы подземного рудника и эффективность разработки месторождения в целом. На первой стадии выполнения комплексного проекта следует устанавливать не конечную глубину карьера, а - некую пространственную граничную зону, в пределах которой должна быть одинаково выгодна разработка запасов руды открытым, подземным или совместным открыто-подземным способами. Окончательное решение о границах между карьерным и рудничным полями должно приниматься как можно ближе ко времени подхода горных работ к этой зоне.
4. При проектировании положения граничной зоны между открытыми и подземными горными работами необходимо соблюдение
важнейшего условия — сохранение для подземных, горных работ такого количества и суммарной ценности балансовых запасов руды, которые бы обеспечивали экономическую целесообразность строительства подземного рудника при наиболее полном использовании ресурсов месторождения в целом. В качестве критерия оптимальности положения граничной зоны между карьерным и рудничным полями следует использовать показатель общей прибыли от комбинированной разработки месторождения. На первых стадиях комплексного проектирования ввиду относительно малой достоверности прогноза коэффициента дисконтирования нецелесообразно учитывать факторы времени вложения капитала и рисков, если сроки подхода горных работ к граничной зоне превышают 6 лет после выполнения проекта
Комбинированная (открыто-подземная) разработка твёрдых полезных ископаемых при рациональном сочетании и определённых технологических решениях по открытым и подземным горным работам может обеспечить заметное смягчение общих негативных последствий горного производства на окружающую природную среду. Одно из условий этого -максимально возможное совмещение производственных объектов карьера, рудника и смежных производств. Проектирование общего производственного комплекса карьера и подземного рудника должно осуществляться на интегральной основе, а не в интересах каждого из производств в отдельности. В качестве критерия комплексной оценки воздействия горных технологий на окружающую среду рекомендуется использозать предложенный в диссертации комплексный показатель Д, учитывающий площадь земель, нарушаемых горным и перерабатывающим производствами, масштабы добычи и качество добытой руды.
Разработанная в диссертации оригинальная систематизация технологических схем комбинированной (открыто-подземной) разработки рудных месторождений, базирующаяся на использовании важной функциональной характеристики горного производства - рудопотока, наиболее полно (количественно и качественно) отражает содержание горнотехнологических схем. Предложенная структура систематизации представляет собой динамичную систему множества векторов, в рамках которой можно более объективно оптимизировать комбинации открыто-подземных технологических схем и управлять ими в процессе их функционирования..
В диссертации предложена концепция рационального освоения золоторудных месторождений Эфиопии, основанная на разработанных в диссертации принципах рационального сочетания способов добычи с учётом современных достижений горной науки и технологий, в которой учитываются особенности природных и социальных условий, а также перспективы развития экономики государства.
Научная новизна работы заключается в следующем:
выполнен научно-технический анализ состояния способов комбинированной (открыто-подземной) разработки рудных месторождений, в результате которого установлены актуальные направления их развития с учётом качества добытых руд и экологических последствий от горного и перерабатывающих производств;
на основе изучения проблемы качества рудо-минерального сырья, сформулированы принципиальные условия и пути совершенствования комбинированной разработки рудных месторождений. Доказано, что комбинированная (открыто-подземная) технология добычи создаёт дополнительные возможности для более эффективного управления качеством руд и снижением воздействия на окружающую среду, чем в отдельности открытый и подземный способы;
выявлены основные факторы воздействия комбинированных (открыто-подземных) технологий разработки на окружающую среду и предложен новый критерий относительной экологической опасности горного производства, основанный на совместном учёте факторов: площадь земель, нарушенных горными и перерабатывающими предприятиями; объём добычи и качество добытой руды;
разработаны научные принципы методологии разграничения карьерного и рудничного полей, обеспечивающей наилучшее использование запасов и наиболее эффективную эксплуатацию месторождения в целом;
предложена систематизация комбинированных технологических схем, основанная на количественно-качественной оценке системы рудопотоков, отображаемых в векторном виде, с обозначением их направлений и количественных характеристик по объёму, качеству руды и изменчивости этих показателей во времени и в пространстве;
установлен ряд зависимостей комбинированного (открыто-подземного) горного производства, связанных с качеством руды и экологическими последствиями при различных условиях разработки рудных месторождений.
Достоверность научных положений и результатов исследования
обеспечена надёжностью и представительностью исходных данных, сходимостью результатов моделирования и статистической оценкой установленных взаимосвязей.
Практическое значение работы состоит в следующем:
выявлены перспективные направления развития методов управления качеством руды при комбинированной (открыто-подземной) разработке месторождения;
разработаны конкретные технологические схемы добычных работ в зоне совместной разработки, включающие в себя процессы предконцентрации и усреднения, позволяющие существенно улучшить качество добытой руды, уменьшить воздействие на окружающую среду и снизить затраты в сфере добычи и переработки;
предложенная в работе методология относительной оценки воздействия горных работ на окружающую природную среду позволяет производить градацию различных вариантов технологических решений, в том числе и при комбинированной разработке месторождений, и способствует более обоснованному выбору технологий горных работ;
разработанная в диссертации методика разграничения карьерного и рудничного полей создаёт благоприятные условия для повышения эффективности разработки месторождения в целом и существенного улучшения использования его минеральных ресурсов;
на основе разработанной систематизации технологических схем комбинированной (открыто-подземной) добычи руды представляются реальные возможности для создания гибких комбинаций производственных процессов добычи золотосодержащих руд с учётом конъюнктуры рынка;
предложенная в работе концепция будущего освоения коренных золоторудных месторождений Эфиопии определяет условия для наиболее эффективного извлечения запасов недр при максимально возможном сохранении природной среды.
Личный вклад автора диссертационной работы заключается в организации и выполнении исследований, теоретическом и научно-методическом обосновании методик и выполнении конкретных технологических решений.
Реализация работы.^ Разработанные по результатам исследований научно-методические материалы предложены для практического применения министерству промышленности Эфиопии. В учебный процесс МГТУ внедрены методика разграничения карьерного и рудничного полей, систематизация комбинированных горно-технологических схем и методика относительной экологической оценки технологических решений.
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на международных конференциях и семинарах, в том числе: "Неделя горняка" в Московском государственном горном университете (в 2002, 2003 гг.); "Ресурсовоспроизводящие, малоотходные и природоохранные технологии освоения недр" в Российском государственном университете Дружбы народов (2002 г.); "Наукоёмкие химические технологии - 2002" (г. Уфа, 2002 г.); "Новые идеи в науках о земле" в Московском государственном геологоразведочном университете" (2003 г.); "Экологическая безопасность как ключевой фактор устойчивого развития" в Московском государственном горном университете (2003 г.); "Комбинированная геотехнология: развитие способов добычи и безопасность горных работ" в Магнитогорском государственном техническом университете им. Г.И. Носова (2003 г.).
Публикации. Всего по теме диссертации автором написано и сдано в печать 16 статей. К моменту представления диссертации к защите опубликованы статьи в Горном журнале (2 шт.), в Горном информационно-аналитическом бюллетене (3 шт.), в журнале "Маркшейдерия и недропользование" (1 шт.), а также в других изданиях (7 шт.), в которых отражены основные результаты исследования.
Объём работы. Диссертация состоит из 283 страниц машинописного текста, включающих введение, шесть глав и заключение, а также 86 рисунков, 21 таблицу и список использованной литературы из 263 наименований и 16 работ автора диссертации.
Обзор практики открыто-подземной разработки месторождений твёрдых полезных ископаемых
Использование при эксплуатации месторождений твёрдых полезных ископаемых, уходящих в глубину, двух способов разработка (открытого и подземного) естественно. Комбинированная открыто-подземная технология применяется на практике всё шире, по мере возникновения для этого соответствующих условий. Более часто этот способ разработки используют в странах, где запасы полезных ископаемых, пригодные для открытой добычи, уже иссякают. Чаще это относится к месторождениям цветных металлов, золота и алмазов, отличающихся относительно небольшой мощностью и большой глубиной проникновения. При этом наблюдается более высокие темпы углубления горных работ, чем на мощных и протяжённых месторождениях. Соответственно, на предприятиях цветных металлов и золота раньше возникает необходимость перехода к подземному способу добычу. Вместе с тем, есть немало и мощных месторождений в чёрной, цветной металлургии и в горно-химическом производстве, где также успешно используется комбинированная разработка месторождений (например, "Кируна", КМА, "Печенганикель", Норильск, Гай и др.).
В зачаточном состоянии, с позиции современных технологий, комбинированная открыто-подземная технология существовала уже в средневековые и даже ранее, когда при добыче глины, бутового камня, а позже золота и других полезных ископаемых от примитивных траншей, канав и ям проходили шурфы, из которых делались короткие рассечки. Такие совмещённые открыто-подземные горные выработки явились прообразом современных комбинированных комплексов добычи.
В странах бывшего СССР, в том числе и в России, наиболее раннее (после XIX века) появление горных предприятий с открыто-подземным способом отмечается на Урале, в Рудном Алтае, а также в Сибири. В основном это предприятия по добыче золотых, серебряных и полиметаллических руд. В современном виде наиболее характерные горные предприятия с комбинированной технологией разрабатывают месторождения Урала и Башкирии (Гайское, Учалинское,), Рудного Алтая (Зыряновское, Ленингорское), Сибири (Норильское медно-никелевое, Магаданские золоторудные).
По мере отработки верхних частей месторождений, естественно, происходит расширение области применения комбинированного способа разработки. Далее рассмотрены горные производства, где имеется опыт применения комбинированного (открыто-подземного) способа разработки.
Рудник Финиш в ЮАР [142, 239, 249] "... является крупнейшим алмазодобывающим предприятием, осуществляющим последовательную открыто-подземную разработку запасов, представленных кимберлитовыми трубками.. После достижения карьером предельной глубины 388 м осуществляется переход на подземную выемку прибортовых запасов, расположенных в треугольниках висячего и лежачего боков и торцевых частях кимберлитовых трубок. В 1986 году, при глубине карьера 280 м был осуществлен переход на комбинированный автомобильно-конвейерный транспорт, для чего с поверхности был пройден наклонный ствол до горизонта 290 мм длиной 1,3 км со специальным порталом для соединения с карьером. В стволе установлен конвейер с резинотросовой лентой шириной 1200мм. В карьере размещена дробилка и приемный бункер для доставки рудной массы к конвейеру. К приемному бункеру руда доставляется карьерными автосамосвалами фирмы "Комацу". Вскрышные породы выдаются карьерным автотранспортом во внешние отвалы. Погашаемые порта карьера крепятся с помощью тросового крепления.
Добыча руды осуществляется системой подэтажных штреков с открытыми камерами. Высота этажа 80 м. Буровой горизонт расположен на 60 м выше транспортного. Расстояние между транспортными выработками-18 м, между буровыми -54 м.
Основная часть отбитой рудной массы выдаётся через транспортный горизонт, а часть - через буровой.
Горная масса с добычных горизонтов пропускается по девяти вертикальными рудоспусками, пройденным во вмещающих породах, на конвейерный горизонт 650 м .
В нижней части каждого рудоспуска установлены дробилки, где руда дробится до крупности 300 мм. Несмотря на то, что подземное дробление требует больших капитальных затрат, оно окупается низкими эксплуатационными расходами."
Рудник Кидд Крикк в Канаде [34, 142] "...разрабатывает комбинированным последовательным открыто-подземным способом месторождение сплошных прожилкого-вкрапленных полиметаллических руд, представленное двумя рудными телами общей длиной 670 м и максимальной шириной 163 м. Угол падения залежей 85 . Руды содержат сфалерит, халькопирит, небольшое количество цинка.
Проектная глубина карьера 220 м. Работы в карьере планировалось завершить в 1975 году. Для поддержания добычи руды на уровне 3 млн. Т/год в 1970 г. началось строительство подземного рудника. Запасы вскрыты вертикальным стволом глубиной 960 м, оборудованным скиповым подъемом и вспомогательным наклонным съездом прямоугольного сечения, пройденным под углом 17 , заложенным в откосе борта карьера на глубине 24 м от поверхности, общая длина съезда более 6 км. Принятая схема вскрытия обеспечила быстрый ввод подземного рудника в эксплуатацию.
При отработке подкарьерных и прибортовых запасов применяется система подэтажных штреков с составлением междукамерных и барьерных целиков. Отбельные участки отрабатывают системой горизонтальных слоев с закладкой.
Прибортовые запасы сосредоточены в южной части рудного тела выше горизонта 273 м , который является откаточным. Под этажные штреки пройдены из квершлагов, сбитых с наклонным съездом, расположенным в породах лежачего бока в 15 м от рудной залежи. Погрузочные квершлаги, расположенные в днище каждого целика, соединены между собой полевыми откаточными штреками висячем и лежачем боку залежи. Расстояние между погрузочными квершлагами 30 м, расстояние между центрами выпускных выработок, проводимых по обе стороны от откаточного квершлага- 7,6 м.
Камеры очистного блока: длина 240 м , ширина -76 м , высота -182 м . На участке с углом падения рудного тела 80 и мощностью 45-76 м очистные камеры располагают вкрест протирания. Ширина камер-15 м , высота96-152 м, ширина междукамерных целиков -15-45 м .расстояния между подэтажными штреками по вертикали -30 м . Подэтажные штреки соединяются отрезными восстающими."
Рудник Лкжсилахти Виртасальме (Финляндия) [142,183] "осуществляет разработку последовательным открыто- подземным способом месторождение медной руды мощностью до 30 м . После завершения открытых горных работ предельная глубина карьера составила 50 м, подкарьерные запасы дорабатывались подземным способом. Вскрытие их произведено спиральным съездом и вентиляционными восстающими, пройденными из карьера. Руда из подземных блоков самосвалами по съезду и карьерной дороге выводится на обогатительную фабрику. Для отработки подкарьерных запасов принята система разработки подэтажными штреками с закладкой".
Рудник Тьюктоник Бор (Австралия) [142,183] "разрабатывает последовательным открыто-подземным способом месторождение полиметаллических руд, представленное штоком с вертикальным падением. Годовая производительность по руде 330 тыс. т. Первоначально месторождение разрабатывалось открытым способом. Глубина карьера 157,5 м, длина по поверхности 400 м, высота уступа 7,5 м. Для вскрытия подкарьерных запасов непосредственно с бермы пройден наклонный подземный съезд глубину 150 м. Портал размещается на 50 м ниже отметки дневной поверхности. Наклонный съезд является продолжением капитальной траншей, пройденной внутри карьера. Съезд проходили с применением самоходных погрузочно-транспортных машин. Подземную доработку подкарьерной части производят системами с оставлением временных целиков с закладкой выработанного пространства."
Рудник Тайнгах (Ирландия) [213] "разраоатывает последовательно открыто-подземным способом свинцово-цинковое месторождение. Месторождение разделено на три зоны - основную, восточную и зону № 3. Основная рудная зона представлена самым крупным рудным телом длиной 330 м, мощностью от 70 до 100 м и шириной от 35 до 70 м. Восточная рудная зона состоит из более мелких плоских рудных линз, зона № 3 представлена крупным рудным телом длиной около 350 м, мощностью 70 м и шириной 35м . До 1965 г. разработка месторождения осуществлялась открытым способом. Предельная глубина карьера составила 120 м при длине и ширине по поверхности соответственно 850 и 150 м
С целью вскрытия запасов подземного рудника из отработанного карьера был пройден наклонный съезд с отметки пятого карьерного уступа поперечным сечением 4,6 X 2,7 м, длиной 1067,5 м, максимальным уклоном 15%.
Основное рудное тело отрабатывается камерно-столбовой системой с последующей закладкой выработанного пространства и выемкой целиков.
Зависимость эффективности перерабатывающих производств от вещественного состава руд
Как уже отмечалось, форма проявления влияния качества рудного сырья на показатели работы металлургических, золотоизвлекательных и обогатительных производств может иметь двоякую форму, когда от качества руды зависит: качество продукта переработки (черновой металл, концентрат и др.) или при неизменном качестве продуктов переработки, изменяются затраты на переработку. То есть во всех случаях изменение исходного рудного сырья отражается на результатах деятельности его потребителей.
Примером зависимость первого типа могут быть медные руды с большим содержанием мышьяка, который ухудшает качество меди. Так же снижают качество чугуна и стали, фосфор и сера. Но, с другой стороны, из золотоносных руд содержащих золота 1г/т и Юг/т можно получить золото одинакового качества, но с различными затратами на его извлечение.
На рис. 2.1 приведены зависимости влияния содержания металла в различных видах руд на экономические показатели обогащения и металлургии. Основными технологическими показателями являются извлечение металла, выход концентрата и металла, выход отходов обогатительного и металлургического производств, содержащие металла в отходах, затраты на производство конечной (для данных производств) продукции.
Одним из определяющих технологических показателей работы обогатительного производства является извлечение металла в концентрат. Как правило, увеличение содержания металла в руде способствует повышению извлечения и, соответственно, - увеличению выхода концентратов. Так, на основе наблюдений за работой двух Жезказганских обогатительных фабрик получены зависимости = (#сы) (рис.2.2).
Аналогичная по тенденции зависимость получена по данным работы обогатительной фабрики Лебединского ГОКа по железным рудам. Соответственно, наблюдается прямая зависимость выхода концентратов от содержания соответствующего металла в руде у = f (а.и ) (рис.2.3.). Этиграфики получены на основании данных работы обогатительных фабрик Михайловского и Гайского ГОКа.
Отрицательное влияние на технологию обогащения и металлургический процесс оказывают вредные примеси. Для обогащения медных руд таким вредным компонентом являются окислы и сульфаты меди, снижающие извлечение меди в концентрат, а также мышьяк, ухудшающий качество металла.
В целом ухудшение вещественного состава руд (то есть снижение содержания полезных компонентов и повышение вредных) приводит в сфере обогащения и переработка руд к повышению капитальных и текущих затрат и снижению конкурентоспособности продукции. Поэтому обеспечение требуемого уровня содержания полезных и вредных компонентов в руде является важной задачей горнодобывающих предприятий. Учитывая постоянно снижающиеся запасы богатых руд, это представляет собой сложную технологическую задачу.
Одним из путей её решения является использование возможностейкомбинированной открыто-подземной технологии разработкиместорождений используя общее увеличение количества добычных забоев, объединяемых в общий регулируемый рудопоток, а также расширение средств управления качеством руд в сфере добычи.
Кроме вещественного состава, результаты деятельности перерабатывающих предприятий во многом зависит от стабильности этого состава во всём объеме руды поступающем на переработку. При этом, нередко, фактор стабильности качества рудного сырья является для перерабатывающего производства даже более важным, чем абсолютныеконцентратов от содержания полезного компонента в руде. значения содержания полезных и вредных компонентов. Например, установлено, что для железных руд отклонения содержания железа в рудопотоке на ±1% ( по сравнению с оптимальным) равноценно по экономическим последствиям уменьшению содержания железа в руде на 2,5%, а при колебании ± 3% соответствует снижению содержания железа в руде 4%. Таким образом, повышение стабильности содержания металла в руде на ±1% обеспечивается примерно в 2,5 раза большая экономическая эффективность, чем от повышения его абсолютного уровня на 1%.
Влияние фактора стабильности (однородности) состава рудного сырья на металлургическое производство объясняется тем, что плавка металла представляет собой сложную совокупность ряда химических окислительно-восстановительных - процессов, происходящих между реагентами шихты. Изменение состава руды приводит к нарушению расчётного теплового баланса и режима работы металлургических печей. Чем больше эти отклонения, тем хуже показатели плавки: возможно, ухудшение качества чугуна, рост расходов руды, кокса и флюсов и общее удорожание процесса.
Аналогичное положение, в целом, в цветной металлургии, в горнохимическом производстве и др. Так, при переработке фосфоритовой руды в жёлтый фосфор снижение стабильности содержания в руде Р20 на\%повышает расход электроэнергии на 190 кВт. ч, увеличивает расход шихты на0,5 т и снижает производительность печей по товарному продукту на 0,55 т.
В наибольшей мере влияние нестабильности вещественного состава руд проявляются в цветной металлургии и в золотодобывающей промышленности. В отличие от железных и химических руд, где содержание полезных компонентов составляем десятки процентов, в рудах цветных металлов и золота оно обычно не превышает единицу и даже долей процента. В этих условиях даже при небольших абсолютных изменениях содержания металлов в руде, их относительные изменения достигают десятков и сотен процентов.
При процессах обогащения руд фактор нестабильности показателей качества руд в рудопотоке и в каждой партии рудах поступившей на фабрику также оказывает серьезное влияние. При этом определяющим является снижение извлечение металла в концентрат и, соответственно, рост отходов обогащения. Последнее, как это было показано ранее, является главным источником ухудшения экологической обстановка в районе горно-обогатительного производства.
Общие зависимости относительных затрат на переработку и обогащение некоторых видов руд при изменении стабильности их вещественного состава проведены на рис. 2.4. Влияние этого показателя на
Пути снижения экологической нагрузки при комбинированной разработке рудных месторождений
На основании сказанного выше можно сделать заключение, что горное производство занимает особое место в формировании развитии процессов ухудшающих природную среду. Наиболее масштабные изменения природы начинаются, именно, с горных работ, трансформирующих земную поверхность и недра и создающих условия для различных негативных явлений, приводящих к эрозии ландшафта и почв и, как следствие, к сокращению сельскохозяйственных площадей, усилению запылённости атмосферы, загрязнению подземных вод, рек и водоёмов,находящихся далеко за пределами горных отводов. Все эти факторы непосредственно влияют на флору и фауну, существенно ухудшая среду обитания людей. После добычи полезных ископаемых, в загрязнение среды обитания включаются обогатительные, металлургические, химические, энергетические и другие производства, имеющие более токсичные технологии и выбросы. Количество минеральных и других отходов этих производств в основном предопределяется характеристиками минерального сырья, то есть- качеством продукции горнодобывающих предприятий.
Открытие и подземные работы в разной мере воздействуют на природу. Наиболее явные негативные последствия наблюдаются при открытом способе добычи, при котором площади земель, отчуждаемых под собственно карьеры, а также под внешние отвалы, транспортные и другие коммуникации, а также под другие объекты, в десятки раз выше, чем при подземных горных работах. Степень трансформации земной поверхности при открытых горных работах также существенно выше. Причём, образующийся при этом рельеф местности неустойчивый, подверженный самообрушением. Рекультиваация земной поверхности не восстанавливает естественное состояние природной среды, а лишь вносит некоторые косметические элементы в сложившуюся после горных работ экологическую обстановку.
Но и от деятельности подземных рудников, при определённых условиях, последствия могут оказаться не менее опасными, причина чего-более глубокое проникновение подземных горных работ в недра и относительная скрытость их последствий в земной толще. При сравнительно меньшем проявлении этих последствий на земной поверхности, возможна недостаточно объективная и полная оценка ущерба природе, особенно на более позднюю перспективу, поскольку эти нарушения могут спровоцировать локальные и более масштабные геотектонические процессы.
Комбинированная открыто-подземная разработка месторождений ещё более ухудшает экологические последствия горного производства, поскольку при этом происходит взаимное наложение последствий каждогоиз способов разработки. Однако, при рациональном сочетании технологических решений, в определённой мере, возможно заметное смягчение общих негативных результатов.
Первым и непременным условием управляемого и, соответственно, более благоприятного развития экологических процессов это - комплексное проектирование всего горнодобывающего производства (открытого и подземного), вне зависимости от последовательности практического применения способов разработки на данном месторождении. При этом проектирование должно базироваться на интегральном подходе к принятию технологических и других решений, связанных с эксплуатацией месторождения. Интегральный принцип заключается в том, что все основные решения принимаются исходя из интересов не одного, а совокупности заинтересованных производств. Именно на основе этого принципа составляются государственные, отраслевые и другие стандарты на продукцию и услуги. За критерий оптимальности при обосновании параметров стандартов принимается- обеспечение общего минимума затрат по всей цепи смежных производств и потребителей. В условиях проектирования горного предприятия с предполагаемой в будущем сменой способа разработки, в качестве одного из критериев должен быть - минимум вреда от экологических нарушений. Основными субъектами интегральной оценки при этом должны выступать карьер, рудник и обогатительная фабрика. Не исключена необходимость включения в этот состав и перерабатывающих производств.
Одной из главных целей комплексного проектирование это- наиболее рациональное использование ресурсов месторождения а потенциальных возможностей каждого из способов разработки для получения наилучших общих результатов. В плане смягчения экологических последствий при этом должен решаться вопрос максимального совмещения в пространстве и во времени общего пятна деятельности всех субъектов производства (рис. 3.1). Земельные отводы должны устанавливаться с перспективой в целом для всей совокупности смежных производств, но с фактическим использованием в разное время для карьера и рудника. Особенно продуктивным может стать совмещение производственных площадей карьера и подземного рудника с созданием общих капитальных и других объектов длительного пользования- подземных сооружений для дренажа и водоотлива, вентиляции карьера4 и подъёма горной массы с его глубоких горизонтов; размещения железнодорожных станций; транспортных, энергетических и других коммуникаций, а также объектов поверхностного комплекса; расположения устьев подземных вскрывающих и вентиляционных горных выработок внутри контура карьера и пр. Безусловно, что при таком подходе к проектированию, расположение ряда производственных объектов может оказаться менее удобным для карьера и рудника, чем это было бы при раздельном проектировании. Однако с позиции получения общих конечных результатов это правомерно. Так, требования государственных стандартов являются не самыми лучшими для каждого из предприятий, задействованного в производстве и потреблении конкретной продукции, но они оптимальные в общих интересах и поэтому выгодны каждому из них.
Анализ большого числа проектов горно-обогатительных предприятий позволяет обоснованно судить об общем состоянии проектирования этого вида производств. Следует отметить, что проекты не учитывают в должной мере интересы последующего способа разработки, что, в конечном счёте, отрицательно сказывается не только на его показателях. Последующая разработка (чаще подземная), во многом, ведётся в условиях, существенно худших, чем в первой стадии эксплуатации месторождения. К числу наиболее характерных условий для нормального функционирования рудника и обеспечения хороших его показателей относятся следующие: подработка и сокращение перспективных запасов полезного ископаемого, наличие высоких и неустойчивых бортов карьера, образование в контурах карьера скопления вод грунтового и осадочного происхождения, нарушенность массива горных пород, создающая дополнительные проблемы устойчивости массива и вентиляции, дополнительные сложности при размещении основных производственных объектов и инфраструктуры по причинам, зависящим от прошлой деятельности карьера и др.- Так, из-за невозможности использования основных производственных объектов карьера, построенных без учёта их дальнейшего использования подземным рудником, обычно необходимо строительство на новых территориях.
Последствия традиционного порядка проектирования горных работ на месторождении можно наглядно проиллюстрировать на примере опыта якутских горных предприятий по добыче алмазов, где подземная разработка и дальнейшее развитие горного производства дополнительно серьёзно затруднены технологическими решениями, принятыми в своё время в интересах продления открытых горных работ. Это не только значительно удорожает производство и усложняет извлечение оставшихся промышленных запасов, но и ведёт к дальнейшему ухудшению экологической обстановки.
При оценке воздействия на окружающую среду горных работ и перерабатывающих рудное сырьё производств логично исходить из того, что первоисточниками всех экологических последствий являются три основных фактора: площадь земель, нарушаемых горными работами; объёмы добычи горной массы; а также качество рудного сырья, поставляемого потребителям. Заметим, что площадь нарушенных земель представляет в основном функцию от объёмов добычи руды и пустых пород. Если площадь поверхности земли, нарушенная горными работами и общие объёмы добычи горной массы - факторы прямого воздействия горного производства на природу, то действия фактора "качество добытой
Анализ современных методологий разграничения рабочих зон карьера и подземного рудника
Большинство методик представлено в виде формул расчёта конечное глубина карьера при соблюдении принципа/с кк. Наибольшее практическое значение имеют следующие расчётные формулы применяемые для наиболее простых условий залегания: Б.П.Боголюбова Кроме принципа кГр кк\ т предложения использовать соотношения кГр кср, где Кф-средний в конечных контурах карьера коэффициент вскрыши. Однако такой принцип имеет смысл лишь для оценки перспектив увеличения глубины карьера в условиях, когда заведемо нецелесообразно или технологически невозможно применять подземную разработку. В свою очередь недостатком принципа кГр кср является определённая усреднённость получаемых показателей границ, так как при этом решение рассматривается на фоне большого отрезка времени (срока существования карьера), без дифференциации по более коротким периодам. Учитывая это обстоятельство В.В.Ржевский предложим для установления границ между карьером и подземным рудником использовать принцип равенства граничного и текущего коэффициентов вскрыши кГр кг, что позволяет учесть временную составляющую вложения капитала в строительство и эксплуатацию карьера. При этом границы устанавливаются в связи с динамикой развития открытых горных работ. Это позволило принципиально по иному решать задачу установления глубины карьера, а, соответственно и границы между открытыми и подземными горными работами. В более сложных условиях залегания рудных тел, что особенно характерно для рудных месторождений, чаще используется метод вариантов, а также графические и графо-аналитические методы. Так, при определении конечной глубины карьера по контурному коэффициенту вскрыши, на вертикальном разрезе на некоторой глубине /// измеряется горизонтальная мощность залежи Л/, (рис.4.1). Далее на земной поверхности от произвольной точки А откладывается отрезок/4,5, = КГР.МХ . Из точек А{ и Вх под углами погашения откосов бортов карьера (увн ул, равное 35...40) проводятся наклонные прямые точка пересечения которые находится на глубине, соответствующей конечной для карьера глубине (по условию кГр=кк).
Однако, если на глубине принятой за конечную мощность залежи отличается от принятой Мх, то построение повторяют до полного соответствия полученной глубины карьера мощности залежи на этой глубине. При графическом определении глубины карьера на основе принципа кГр кт поступают следующим образом. На поперечном геологическом разрезе выделяют рабочие горизонты, равные или кратные высоте уступа (рис.4.2). На каждом рабочем горизонте фиксируют отрезки ахвх\агбгъ.1.&- , характеризующих положение дна разрезных траншей. Из точек а, и в, под ф 20)- до пересечения их с линией земной поверхности (/4,, 5,и.т.д.). Горизонтальные проекции отрезков At В, делят на соответствующие мощности залежи М, и полученный результат сравнивают с величиной кГр.Как только будет достигнуто значение кГр =кг, расширяем открытых горных работ по площади земной поверхности (в плане) прекращается, а дальнейшее их развитие осуществляется лишь в глубину в пределах конечных контуров, проведенных из крайних точек А и В под углом погашения бортов карьера (35....40 ). При этом обеспечивается снижение кт на каждом нижележащем горизонте. Глубина, на которой обеспечивается нормальное ширина разрезной траншей, принимается за конечную глубину карьера. В общем виде и при первом (поКГР = Кк) и при втором способах (по Kpp=Kj) установления конечной глубины карьера получается одинаковый или близкий результат. Но достоинство второго способа заключается в том, что он позволяет рассматривать процесс в динамике и тем самым находит более рациональное решение. В обоих случаях уточнение границ карьера производится техника экономическим расчётом. Вместе с тем, следует отметит что с учётом постоянно возрастающих карьерного и транспортного оборудование становится все более технических и технологических возможно создавать очень глубокие открытые горные выработки. Но поскольку объём горных массы при этом возрастают в кубических зависимости следует искать иное в основном экономическое обоснование глубина карьеров. Существующие критерии -себестоимость открытых и подземных горных работ не может быть достаточно эффективным критерием. Оценивая в целом существующих методы ограничение зон открытых и подземных горных работ можно сделать следующие выводы: 1.Основным критерием оптимальности границ между карьером и рудником является граничный коэффициент вскрыши кГр. Как правило, при обоснованиикГросновная цель существующих методик это - максимальное углубление границы между открытыми и подземными работами. При этом учитываются, главным образом те факторы которые этому способствуют и в основном игнорируются другие , которые ограничивают глубину карьеров. 2. Одним из важнейших факторов, не учитываемых при обосновании граничного коэффициента вскрыши это - экологический. Даже в наиболее прогрессивной в этом отношении формуле К.Н. Трубецкого (4.8) рассматриваются лишь прямые затраты за землепользование и на рекультивацию при обоих способах добычи и нет учёта сравнительного уровня вреда наносимого природе. При этом известно , что при карьерной добыче общие площади отчуждаемых земель в десятки раз выше чем , при подземным разработки. Вместе с тем, при существующих в Росси ценах за землепользование и при фактическом состоянии работ по рекультивации ранее нарушенных земель можно полагать, что учёт платы за землепользование и на рекультивацию не может кардинально повысить объективность традиционных способов установления кГР. 3. В существующих методиках обоснования границ между карьером и рудником , нет ограничений в части сохранения минимальных запасов руды, ниже которых может оказаться в последующем по экономическим, технологическим или другим причинам невозможным их извлечение ни открытым ни подземным способами. В этой связи необходимо лимитировать эти границы, исходя из установления критических запасов полезного ископаемого в нижней части рудных тел. 4.В существующих методиках установления кГР не учитывается вдолжной мере качество руды, добытой при обоих способах. Максимально учитываемый параметр это- среднее содержание металла в рудах. Однако, качество рудного сырья, влияющие на технологические и экономические результаты их переработки и на экологию характеризуются более широкой номенклатурой показателей и, в том числе, уровнем стабильности вещественного состава руд. При традиционных технологиях содержание металла в рудах и их стабильность при подземном способе сравнительно более высокая, чем в карьерах: Это объясняется в основном меньшим разубоживанием руд, меньшей ёмкостью рабочего оборудования и большим числом перегрузок рудной массы в технологической схеме рудника, что способствует более высокому содержанию металла в руде и большей стабильности её состава. Кроме того, подземным способом, как правило, извлекаются более богатые запасы руд.
