Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние изученности проблемы определения режима открытых горных работ, цель и задачи исследования 8
1.1. Современное состояние проблемы определения режима горных работ 8
1.2. Горно-геологическая характеристика месторождений бассейна Каратау 13
1.3. Обоснование возможности комплексного использования фосфатного сырья месторождений бассейна Каратау 17
1.4. Цель и задачи исследовании 20
2. Аналитический метод определения эксплуатацинного коэффициента добычи 27
2.1 Особенности определения режима горных работ для вытянутых карьеров, разрабатывающих комплексные месторождения 27
2.2 Аналитическое описание графика Р = f(Q) зависимости нарастающих объем о» полезного ископаемого от нарастающих объемов горной массы при максимально возможном угле рабочего борта карьера ,7
2.3, Определение эксплуатационного коэффициента добычи 47
3. Метод расчета календарного плана горных работ 53
3.1. Аналитическое описание графика P = f(Q) при отработке месторождения горизонтальными слоями последовательно сверху вниз 53
3.2 Расчет календарного плана развития горных работ на весь срок существования карьера 58
3.3. Метод расчета горно-капитальных работ для карьера, разрабатывающего комплексное месторождение 67
4. Определнение режима горных работ на юго- восточном карьере фосфоритового месторождения джанатас 83
4.1. Общие сведения о Юго-восточном карьере рудника Джанатас 83
4.2. Определение производительности карьера по основному и попутным полезным ископаемым 85
4.3. Определение производительности карьера по горной массе и календарный план развития горных работ по годам 104
Заключение US
- Горно-геологическая характеристика месторождений бассейна Каратау
- Определение эксплуатационного коэффициента добычи
- Определение производительности карьера по основному и попутным полезным ископаемым
- Определение производительности карьера по горной массе и календарный план развития горных работ по годам
Введение к работе
Для экономического развития Республики Гвинея большое значение имеют золоторудные месторождения Банора, Жеан, Гобеле, Киниеро, Си гири и др. Характерными особенностями этих месторождений являются вытянутость по простиранию, крутое падение, малая мощность и комплексность, то-есть при разработке их открытым способом в карьерное поле кроме основного попадают и попутные полезные ископаемые (железные, медные, цинковые руды и др.).
Проектируемые на базе этих месторождений карьеры представляют собой систему, признаки которой особенно на первом этапе работы строго определены проектом, а выбранные параметры и технические решения для нее должны обеспечить достижение поставленной цели в отношении экономических показателей [1,33,38,39,78]. Поэтому установление режима горных работ, то-есть распределения во времени объемов извлечения всех видов полезных ископаемых и горной массы карьерного поля, является одной из главных задач проектирования. Ее решение для узких и вытянутых карьеров, разрабатывающих комплексные месторождения с несколькими полезными ископаемыми, в настоящее время весьма затруднительно, так как действующие методики проектирования ориентированы на разработку однородных месторождений [48,50,55,60].
Для того, чтобы найти достоверное решение по определению режима горных работ, необходимо карьер рассматривать развивающимся в пространстве и во времени от начала строительства до конца отработки месторождения. Для обеспечения возможности рассмотрения на ПЭВМ многочисленных вариантов технических решений необходимо иметь математическое описание задачи.
Реализация программы для исходных данных конкретного месторождения позволит в короткие сроки осуществить расчет большего
4 количества и установить оптимальный вариант режима открытых горных работ.
Цель диссертационной работы. Научное обоснование метода определения рационального режима открытых горных работ при малоотходной эксплуатации комплексных месторождений малой мощности, крутого падения и вытянутых по простиранию.
Идея работы Вместо метода определения режима открытых горных работ для узких и глубоких карьеров, основанного на усреднении эксплуатационного коэффициента вскрыши, пригодного лишь для однородного месторождения, нужно применять метод с использованием коэффициента добычи, учитывающего возможность извлечения нескольких полезных ископаемых из горной массы при разработке комплексного месторождения.
Задачи исследований.
Анализ и обобщение российского теоретического и практического опыта проектирования и эксплуатации маломощных крутопадающих месторождений
Обоснование выбора в качестве аналога золоторудных комплексных месторождений Республики Гвинея фосфоритовых месторождений бассейна Каратау
Обоснование возможности комплексного использования фосфатного сырья месторождений бассейна Каратау
Разработка аналитического метода определения эксплуатационного коэффициента добычи основного и попутных полезных ископаемых для узких вытянутых карьеров.
Обоснование метода расчета горно-капитальных работ
Разработка метода календарного планирования горных работ на весь срок эксплуатации месторождения
Определение режима добычных работ по каждому виду полезных ископаемых для Юго-Восточного карьера рудника Джанатас
' 5 Составление календарного плана развития горных работ для Юго-Восточного карьера.
Защищаемые научные положения.
Комплексная оценка пригодности фосфатного сырья бассейна Каратау для электротермического способа переработки позволит вовлечь в разработку вместе с основным полезным ископаемым — кондиционными фосфоритными рудами три попутных, включая некондиционные фосфатные руды, фосфато-кремнистые породы и фосфатизированные кремни, что приведет к сокращению на 20-25% объемов горных пород-отходов, направляемых в отвалы.
Аналитический метод определения эксплуатационного коэффициента добычи с использованием графика P-f{Q) зависимости нарастающих объемов полезного ископаемого от нарастающих объемов горной массы позволит выбрать наибольший из всех коэффициентов, рассчитанных для различных сочетаний мощности, длины и угла падения залежи, высоты уступа в карьере и его производительности.
Производительность карьера по попутным полезным ископаемым на любой период эксплуатации зависит от объемов добычи основного из них, в отличие от которого не всегда является стабильной, и может быть определена при помощи совмещения по оси абсцисс графиков P = f{Q), построенных для каждого полезного ископаемого.
Научная новизна работы:
установлены зависимости коэффициента добычи основного и попутных полезных ископаемых от мощности, длины и угла падения залежи, высоты уступа в карьере и его производительности;
разработана математическая модель определения режима горных работ при эксплуатации маломощных залежей крутого падения.
Методы исследований. Общей теоретической и методологической базой диссертационной работы послужили труды советских и российских ученых и практиков в области рационального использования природных
ресурсов и открытой разработки месторождений полезных ископаемых. Использовались методы научного анализа и обобщения теоретических исследований, касающихся математического моделирования карьеров, аналитические и графоаналитические расчеты.
Достоверность научных положений обосновывается обширным объемом проанализированной и обобщенной информации по ряду российских и зарубежных предприятий, получением удовлетворительной сходимости результатов расчетов с практикой проектирования и эксплуатации карьеров, принятием результатов исследований для использования при освоении гвинейских золоторудных месторождений.
Практическая значимость работы заключается в оценке возможности использования некондиционного фосфоритного сырья месторождения бассейна Каратау для электротермического способа переработки, в графоаналитическом методе определения режима горных работ при эксплуатации маломощных залежей крутого падения, в обосновании производительности Юго-Восточного карьера по основному и попутным полезным ископаемым.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на Всероссийских научных конференциях молодых ученых «Полезные ископаемые России и их освоение» (г. Санкт-Петербург, 2001-2004 г.г.), на Международном конгрессе «Современные технологии в промышленности строительных материалов и стройиндустрии», посвященном 150-летию В.Г. Шухова (г. Белгород, 2003 г.), на Международной конференции «Экология и развитие общества» (г, Санкт-Петербург, 2003), на кафедре разработки месторождений полезных ископаемых СПІТИ (ТУ).
Диссертация является законченной научной квалификационной работой, в которой изложено новое научно-обоснованное решение задачи проектирования режима открытых горных работ при малоотходной эксплуатации комплексных месторождений' малой мощности и крутого падения.
Диссертационная работа базируется на трудах отечественных и зарубежных ученых и практиков в области открытых горных работ и комплексного освоения недр академиков АН СССР и РАН М.И. Агошкова [I], Н.В. Мельникова [38], Н.Н. Мельникова [39,40,75], В.В. Ржевского [51,52,53], К.Н. Трубецкого [57,58], чл-корр. РАН А.А. Пешкова [45], В.Л. Яковлева [78], профессоров Ю.И. Анистратова [2], А.И. Арсентьева [34,76], Ж.В. Бунина [14,15], СЕ. Габришева [17,18], В.А. Галкина [18], А.В. Гальянова [22], Э.Л. Галустьяна [19,20,21], В.Б. Добрецова [27], Ю.Г. Карасева [31], В.В. Квитки [32,33], B.C. Коваленко [34,74], В.Ф. Колесникова [35], А.И. Косолапова [36], СП. Решетняка [50,75], Г.В. Секисова [55], А.С. Ташкинова [35], П.И. Томакова [74], ВЛ. Федорко [72], СИ. Фомина [59], Г.А. Холоднякова [4,60,61,62,63,64,65], А.В. Хохрякова [66], B.C. Хохрякова [56,67], В.Г.Шитарева [69,70,71], О.В. Шпанского [73], кандидатов наук А.Л. Грицая [75], Т.А. ПроломовоЙ [46,47], А.И, Тимченко [77] и др.
Автор выражает искреннюю благодарность научному руководителю профессору Г.А. Холоднякову, постоянное внимание, идеи и помощь которого способствовали успешному выполнению работы, сотрудникам кафедры РМПИ за практические советы при написании диссертации, а так же сотрудникам технической библиотеки СПГТИ (ТУ) за помощь в сборе информационных материалов.
Горно-геологическая характеристика месторождений бассейна Каратау
Фосфоритоносньш бассейн Каратау расположен на территории Джамбульской и Чимкентской областей Казахстана и вытянут с юго-востока на северо-запад на 115 км при ширине от нескольких до 25 км. Бассейн состоит из 45 отдельных месторождений фосфоритов. Преобладающее количество запасов фосфоритов (79%) приурочено к самым крупным месторождениям (табл.1.1) : Джанатас, Аксай, Коксу, Кокджон, Чулактау, Герес, Тешиктас (рис.1.1), [24,75]. Для района бассейна характерен континентальный климат с большими колебаниями температуры воздуха. Наиболее жаркий месяц - июль (до +48), самые холодные - декабрь, январь. Весь район беден растительностью. Почвы-каменистые, неорошаемые, практически не пригодны для земледелия. Окрестности района богаты местным строительным материалом (плитчатые известняки, песчаники, суглинки, песчано-гравийный материал и др.). Фосфоритные отложения прослеживаются несколькими прерывистыми параллельными полосами на всем протяжении хребта Малый Каратау, в местах нормального стратиграфического контакта пород каройской серии с более молодыми породами нижнего палеозоя. В геологическом строении фосфоритовых месторождений принимают участие породы двух серий: каройской и тамдинской.
Каройская серия (нижний кембрий) сложена кремнисто-глинистыми сланцами, аргиллитами и силицитами с подчиненным значением карбонатных пород (известняки, доломиты). Тамдинская серия (средний и верхний кембрий ордовика) делится снизу вверх на две неравномерные по мощности свиты - чулактау скую и шабактинскую. Чулактауская свита в свою очередь расчленяется на два горизонта -нижних доломитов и фосфоритов. Горизонт нижних доломитов представлен массивными доломитами, известняками светло-серого цвета, местами слабо фосфатизированными (отследов до 1,5% РгОь), реже кремнистыми сланцами. Мощность нижних доломитов обычно колеблется от 2 до 10 м. Местами горизонт срезается продольным сбросом и исчезает. Непосредственно на нижние доломиты налегает горизонт фосфоритов, который по петрографическому и химическому составу делится на две пачки - кремневую и фосфоритовую. Кремневая пачка состоит из темных массивных и плитчатых кремней, реже светло-серых, в различной степени обогащенных фосфоритом, - от сотых долей процента до 10% (в среднем 1 - 5% Р205).
Фосфоритовая пачка представлена пластовыми фосфоритами, чередующимися с фосфато - карбонатными породами. Наиболее выдержанная в фосфоритовом горизонте, хотя и непостоянная по своему строению, на многих месторождениях она состоит из целого ряда более дробных пачек и слоев. Суммарная мощность фосфоритовых слоев колеблется от нескольких сантиметров до 25 - 30.м, иногда 60 м. Шабактинская свита сложена известняками и доломитами. Характерные особенности геологического строения фосфоритовых месторождений бассейна Каратау: линейная вытянутость в одном направлении при значительном протяжении; крутое падение залежей; залежи состоят из одного или двух выдержанных по мощности рудных пластов, разделенных незначительными прослоями пород; внутреннее строение рудных пластов характеризуется незакономерной перемежаемостью различных по качеству фосфоритовых руд между собой и с прослоями других пород; незначительная средняя горизонтальная мощность рудных пластов- до 30 м; выход залежей на поверхность с редко встречающимися наносами мощностью от 0 до 4 м. Руда и вмещающие рудную залежь породы характеризуются следующими физико-механическими свойствами:
Коэффициент крепости по проф. М.М. Протодьяконову: руды - 8-12, породы - 5-15. Объемная масса руды - 2,5-3,0 77 .и3, породы - 2,3-2,7 77 V;. Рельеф поверхности бассейна Каратау - мелкосопочный, межгрядовый. Относительное превышение холмов над окружающей местностью равно 10 -30 метрам. В соответствии с горногеологическими условиями залегания рудных тел верхнюю часть запасов всех разведанных месторождений целесообразно отрабатывать открытым способом. 1.3. Обоснование возможности комплексного использования фосфатного сырья месторождений бассейна Каратау Работа карьера в условиях современной экономической стратегии «Чистого производства» предполагает дифференцированный подход к определению кондиций на полезные ископаемые с учетом фактора времени [42,43,49,65] комплексное и малоотходное использование горной массы карьерного поля [48,55,62,66,71,73], целенаправленное формирование техногенных месторождений с целью возможной их разработки [50,57,75]. Основным направлением промышленного использования фосфатного сырья бассейна Каратау была сернокислотная переработка на минеральные удобрения, требующая чаще всего (на 60-65%) предварительного дорогостоящего и связанного с большими потерями Р205 флотационного обогащения, что показала многолетняя эксплуатация Каратауской обогатительной фабрики. Более современным является предложенный Ленниигипрохимом электротермический способ получения элементарного фосфора с последующей переработкой его на высококонцентрированные минеральные удобрения и технические фосфорные соли. Это способ переработки фосфатного сырья имеет перед кислотным преимущества, заключающиеся в возможности использования сырья с более низким содержанием P2Os и практической независимости качества конечного продукта - желтого фосфора - от качества исходного сырья. Требованиям промышленности к фосфатному сырью для электротермической переработки удовлетворяют по химическому составу все запасы кондиционных руд [43,49,65]. Некондиционные руды, фосфато-кремнистые породы и фосфатизированные кремни не удовлетворяют этим требованиям каждый в отдельности ни как фосфатное сырье (в связи с пониженным содержанием Р20$ 23%), ни как кремнистое сырье (в связи с пониженным содержанием SiOz ( 92%). При этом не учитывается, что снижение содержания в сырье одного полезного компонента (например, Si02 в кварците) против принятой нормы может быт компенсировано присутствием соответствующего количества другого полезного компонента (например, P2Os)- использование такого сырья не ухудшает технико-экономических показателей переработки. Поэтому повышение степени использования минерально-сырьевых ресурсов бассейна предопределяется нахождением новых, комплексных параметров оценки пригодности сырья по его химическому составу, в которых был бы использован принцип взаимной компенсации отклонений содержания основных полезных и вредных компонентов от принятых базовых значений [65,69,70]. Для оценки пригодности и качества всех видов фосфор- и кремнийсодержащего сырья для фосфорной промышленности может быт использован фосфор-кремниевый показатель (ФКП) и универсальный комплексный (УКП), выражаемые в общем виде формулами [77]: ФКП=А(%ад)+В(%яог+%Л/203)г 100; УК№ А(% РгOs )+В(%SiOx +% А1гОъ )-С(% Лг03 - Ж) 100 , где А, В и С - расчетные взаимокомпенсационные коэффициенты при соответствующих химических компонентах сырья; Ж - принятая базовая норма содержания Fe203. Вычисленные исходя из средней нормы содержания P2Os в шихте, составленной из кондиционных по ГОСТу 11901-66 и ТУМХП фосфоритов и кварцитов, значения этих коэффициентов составили : А=3,7; В=1,1; коэффициент С вычислен «Ленниигипрохимом» с учетом изменения удельного расхода электроэнергии и потерь фосфора с феррофосфором и равен 3,5. Базовая норма содержания Fe203 (Ж) принята равной 2,5%, исходя из уровня среднего содержания этого компонента в фосфорсодержащих рудах и породах бассейна Каратау [77].
Определение эксплуатационного коэффициента добычи
Проф. Г.А.Холодняковым (по аналогии с рассуждениями А.И.Арсентьева об эксплуатационном коэффициенте вскрыши) установлено, что с целью наиболее длительного усреднения эксплуатационного коэффициента добычи целесообразно работать с переменным значением угла откоса рабочего борта (р) по прямой АВ, касательной к кривой P = f(Q) при р = рж (рис.2.5) Г.А.Холодняковым [61,62] выведена формула эксплуатационного коэффициента добычи, как расчетного тангенса угла наклона касательной к горизонтали. Однако, в связи с тем, что совмещенный график P = f(Q) получен в настоящей работе в неявном виде из-за чрезмерной сложности построения графика, нахождение аналитического метода расчета эксплуатационного коэффициента добычи представляется затруднительным. Однако, это сделать можно, учитывая некоторые особенности построения графика Р = f{Q) при р = рт. Обратив внимание на график (рис2.5), заметим, что прямая AD являющаяся касательной к кривой Р = f(Q) при р - q» в точке 55 имеет наименьший угол наклона к горизонтали из всех прямых, которые могли бы соединить точку А с фиксированными точками кривой - B2,Bi ...,BNi_n_l.
Таким образом, эксплуатационный коэффициент добычи, представляющий собой расчетный тангенс угла наклона касательной АВ к горизонтали (рис.2.5), может быть определен при сравнении следующих соотношений:(2.52) АС2 _ АСЪ . Су+н-і СгВ2 С3оэ Сл, ,чіїДг+„_1 путем нахождения минимального из них. Подставляя в соотношение (2.52) выражения (2.50) и (2.51) и обозначив первоначальный объем горной массы 0Л через QQ, получим следующее 51 общее выражение для нахождения эксплуатационного коэффициента добычи кд=— min (2.53) е„-а Определенный по предложенной методике эксплуатационный коэффициент добычи учитывает производительность карьера по руде, (через первоначальный объем горной массы - Q0), высоту уступа, длину эксплуатационных участков, а также их количество. Деятельность карьера при этом будет осуществляться с максимальной экономической эффективностью, обеспеченной возможностью работы с максимальным усредненным эксплуатационным коэффициентом добычи.
Общая и подробная блок-схема расчета эксплуатационного коэффициента добычи представлены на рис.2.6 и 2.7. 1. Наиболее объективным и практически удобным показателем эффективности открытого способа разработки комплексных месторождений при определении основным параметров карьера является коэффициент добычи полезных ископаемых. 2. Выбор правильного режима горных работ связан с проблемой усреднения эксплуатационного коэффициента добычи. 3. В качестве основы для определения и усреднения коэффициента добычи принимается предложенный проф. Г.А.Холодняковым график P = f(Q). 4. При построении общего графика P = f(Q) для карьеров, разделенных на участки, учитывается сдвиг во времени отработки одного и mтого же горизонта в пределах каждого участка. 5. Предложена методика построения графика P = f(Q) и аналитический метод определения эксплуатационного коэффициента добычи для карьеров, разрабатывающих маломощные крутопадающие залежи большой протяженности. 6. Представлена блок-схема определения эксплуатационного коэффициента добычи, 7. Определенный по предложенной методике эксплуатационный коэффициент добычи учитывает производительность карьера по руде, высоту уступа, длину эксплуатационных участков, а также их количество. 8. Возможность работы карьера с максимальным усредненным эксплуатационным коэффициентом добычи обеспечивает наибольшую экономическую эффективность его деятельности.
Определение производительности карьера по основному и попутным полезным ископаемым
Технолого-минералогическая оценка всего объема минерального вещества, подлежащего извлечению из недр, позволяет отойти от концепции разработки месторождения как источника одного полезного ископаемого. При разработке комплексного месторождения необходимо формировать несколько технологических видов (сортов) полезного ископаемого, требующих в дальнейшем различных схем обогащения или переработки. При открытой разработке комплексных месторождений вместе с основным ископаемым добывается ряд попутных полезных ископаемых. Объем их добычи зависит от производительности карьера по основному полезному ископаемому, направления развития и режима горных работ. Планомерная, безопасная и экономически эффективная разработка месторождения за весь срок существования карьера обеспечивается определенным порядком - режимом горных работ. Равномерный режим работ по добыче основного полезного ископаемого и извлечению из недр горной массы характеризуется постоянным значением коэффициента добычи. Однако при разработке комплексного месторождения добыча попутных полезных ископаемых при этом как правило неравномерна. Возможности выравнивания производительности карьера по годам по попутному полезному ископаемому с целью равномерной поставки сырья на обогатительный передел или потребителю внутри карьера весьма ограничены.
Таким образом, при открытой разработке комплексных месторождений на выходе из карьера удается получить стабильную производительность по основному полезному ископаемому и горной массе и очень редко (при определенном геологическом залегании основного и попутных полезных ископаемых, а также направлении развития горных работ) - по попутным полезным ископаемым. Стабилизацию производительности по попутным полезным ископаемым целесообразно осуществлять при помощи формирования складов для каждого полезного ископаемого [22,31,46,47,62]. Склады в данном случае используются как аккумулирующие емкости, куда поступает избыток добытого в карьере попутного полезного ископаемого и откуда в определенные периоды деятельности предприятия поступает потребителю часть полезного ископаемого, компенсируя снижение добычи в карьере.
Большое значение при разработке комплексного месторождения имеет процесс разделения горной массы, осуществление которого только методами селективной добычи неперспективно, так как возникают трудности применения массовых и высокопроизводительных методов ведения горных работ. Для этого целесообразно развивать в схеме первичной обработки на стыке между горными работами и обогащением передел рудоподготовки, целью которого является превращение добытой горной массы в кондиционные руды. Это может быть достигнуто комплексом операций, одной из которых является формирование склада для каждого вида (сорта) полезного ископаемого, где оно подвергается внутрисортовому усреднению по своему составу. Назначение склада состоит в следующем: 1) он служит как буферное устройство между карьером и фабрикой, повышающее надежность бесперебойного обеспечения фабрики сырьем; 2) он является средством стабилизации производительности предприятия по полезному ископаемому; 3) он используется как средство усреднения качественного состава полезного ископаемого. Для размещения складов различных полезных ископаемых целесообразно иметь один земельный отвод, что позволит варьировать их емкостями в процессе эксплуатации карьера. Для установления величины земельного отвода нужно определить необходимую суммарную емкость всех складов в каждый год эксплуатации карьера и взять для расчета максимальную из них. Выполнение этих рекомендаций позволит сократить площади территорий для размещения складов попутных полезных ископаемых, что очень важно в рамках природоохранной деятельности горного предприятия. Метод определения производительности карьера по попутным полезным ископаемым сводится к следующему. В соответствии с выбранным направлением развития горных работ на основании обработки погоризонтных планов или геологических разрезов строят графики зависимости P = f{Q) нарастающих объемов полезного ископаемого от нарастающих объемов горной массы для кондиционных фосфоритных руд, некондиционных фосфоритных руд, фосфато-кремнистых пород и фосфатизарованных кремней при изменяющемся значении угла рабочего борта карьера от р = О до рта { р = 0, р = 5, р = 10, р -15% р = 20). При р = 0. Обозначим через S9i S 9- соответственно площади кондиционных фосфоритных руд и горной массы, извлекаемых при достижении карьером некоторой глубины Н, где О ч Н На. Тогда (рис.3.1 и формулы 3.4, 3Л2) S9 = mH и S p={Ll+L2)H-H2ctgj3 Все значения нарастающих объемов кондиционных фосфоритных руд, некондиционных фосфоритных руд, фосфато-кремнистых пород, фосфатизарованных кремней и горной массы, при погоризонтной эксплуатации карьера сверху вниз заносим в табл.4.2 и на основании этих данных рассчитываем погоризонтные значения добываемых объемов основного, 3-х попутных полезных ископаемых, а также горной массы. Затем по результатам расчетов строим графики развития производительности карьера по кондиционным фосфоритным рудам, некондиционным фосфоритным рудам, фосфато-кремнистым породам, фосфатизарованным кремням и горной массе (рис.4.2,4.3,4.4 и 4.5). При (р = 5. Длина отрезка ОЬх, (рис.2.2) L, = Ha{ctga + ctgfi) Длина отрезка OL2) (рис.2.2) I 2 =H0{ctgfi-ctga)+m где т - горизонтальная мощность кондиционных фосфоритных руд -т = 15л . Тогда: i, = 29o(ctg60 + ctg5v) = 402м L2 = 29Q(ctg5V -ctg60)+15 = 82л/ ctg(p - ctga a = 305M - 6 = 2Ы (b - ширина разрезной траншеи по дну) В этом случае рабочий борт в породах лежачего бока залежи достигает границы карьера раньше, чем со стороны висячего бока. Глубина карьера, начиная с которой рабочий борт достигает границы карьера со стороны лежачего бока залежи
Определение производительности карьера по горной массе и календарный план развития горных работ по годам
При разработке комплексных месторождений под режимом горных работ следует понимать определенный порядок выполнения работ по извлечению горной массы в границах карьерного поля, обеспечивающий планомерную добычу полезных ископаемых при безопасной малоотходной и экономически эффективной разработке месторождения за срок существования карьера. Вместе о обеспечением равномерного режима работ на протяжении определенных этапов деятельности карьера по извлечению горной массы [46,47] нужно иметь также равномерный режим добычи всех полезных ископаемых, слагающих комплексное месторождение. Возникает проблема выравнивания (усреднения) коэффициентов добычи полезных ископаемых. Выравнивание коэффициента добычи можно осуществлять регулированием направления и порядка развития горных работ или же уменьшением производительности карьера по полезному ископаемому. Постоянное значение коэффициента добычи предполагает переменное значение углов откосов рабочего борта в различные периоды работы карьера.
Рабочим бортом карьера называется борт или часть борта карьера, составленные только рабочими уступами, т.е. уступами, на которых не закончены горные работы [2]. Угол откоса рабочего борта карьера р определяется как угол наклона к горизонту плоскости, проведенной через нижние бровки нижнего и верхнего рабочих уступов карьера. Для карьера с одинаковой шириной рабочих площадок В t а также высотой h и углами откосов а уступов h tg(p = hctga + B Ширина рабочих площадок в современных карьерах составляет от 25 до 100 м и определяется принятой технологией и организацией горных работ. Следовательно, угол откоса рабочего борта карьеров составляет 5-20 градусов. В процессе отработки карьерного поля положение рабочего борта и угол его откоса все время изменяются.
Посмотрим, как будет изменяться форма Юго-Восточного карьера по мере углубления горных работ с постоянной скоростью, если работы ведутся с постоянным углом откоса рабочего борта. Углубление работ принимаем по борту со стороны висячего бока залежи основного полезного ископаемого, на котором располагаются вскрывающие выработки при вскрытии внутренними тупиковыми траншеями (показано стрелкой на рис.4.7). По мере вскрытия и подготовки нижележащих уступов (В- ширина разрезной траншеи по дну) рабочий борт карьера перемещается вниз, охватывая все новые и новые уступы. При этом изменяется количество рабочих уступов и соотношение объемов добываемых полезных ископаемых и вынимаемой горной массы. Из подсчета вынимаемых в процессе отработки месторождения объемов полезных ископаемых и горной массы (табл.4.9) видно, что по мере углубления карьера объемы выемки горной массы увеличиваются и 107 достигают максимума в момент подхода рабочего борта к верхнему конечному контуру карьера на поверхности (при опускании горных работ на горизонт 9 (рис.4.7), С углублением работ ниже горизонта 9 объем горной массы сокращается. Эксплуатационный коэффициент добычи при таком порядке работы будет все время изменяться и его изменение для основного полезного ископаемого характеризуется кривой кр, отображенной на рис.4.8. Подобное изменение коэффициентов добычи отражается на работе карьера. Наибольшие трудности в работе карьера встречаются в период достижения горными работами проектных контуров карьера на поверхности. В этот период сокращается ширина рабочих площадок, уменьшаются резервы подготовленных запасов и появляется тенденция к уменьшению производительности карьера по полезным ископаемым. Работа карьера с изменяющимся соотношением объемов добычи различных полезных ископаемых и горной массы создает большие трудности и влечет за собой дополнительные затраты денежных средств [46,47]. Одним из основных условий нормальной работы карьера является сохранение на период всей работы достаточной ширины рабочих площадок на рабочем борту карьера. Их ширина может быть доведена до минимальных значений, но при этом практически исчезает резерв запасов полезных ископаемых, готовых к выемке.
Уменьшение ширины рабочих площадок до величины, меньшей минимально допустимой, ведет к нарушению нормальной работы карьера. На уступах, где нет рабочих площадок, трудно возобновить горные работы. При постоянном угле откоса рабочего борта эксплуатационный коэффициент добычи является обычно величиной переменной, что ведет к снижению эффективности и усложнению организации работы карьера. Таким образом, исследование работы карьера только для этого случая не решает вопроса об усреднении эксплуатационного коэффициента добычи. По аналогии с исследованиями А.И.Арсентьева по коэффициенту вскрыши [3] для усреднения коэффициента добычи целесообразно установить сначала область возможных решений. Для этого рассмотрим два следующих возможных случая отработки карьера: 1. Горные работы в карьере производятся на максимально возможном количестве рабочих уступов с сохранением площадок минимальной ширины. Угол откоса рабочего борта постоянен и равен максимально допустимому 2. Горные работы производятся только на одном рабочем уступе до полной его отработки, а затем опускаются на заранее подготовленный нижележащий уступ и т.д. Рабочие площадки при этом будут максимальной ширины, а угол откоса рабочего борта #?0 близок к нулю. Максимально допустимый угол откоса рабочего борта [3] h ST пак , „ hctga + Вшт где Втш- минимально допустимая в данных условиях ширина рабочей площадки, м. Рассмотрим возможность усреднения эксплуатационного коэффициента добычи пока лишь для основного полезного ископаемого комплексного месторождения. На основе данных рис.4.7 подсчитаем объемы полезного ископаемого и горной массы для указанных выше двух крайних случаев и построим кумулятивный график Р = f(Q) (см. рис.4.9) для основного полезного ископаемого комплексного месторождения Р.
