Введение к работе
Актуальность. Основным направлением развития горнодобывающей промышленности является совершенствование техники и технологии добычи руд, средств и методов управления горными предприятиями.
Интенсивная разработка месторождений предъявляет особые требования к решению задач оптимального извлечения полезных ископаемых из недр. Эти требования возможно осуществить на основе правильного, объективного планирования горных работ. Сложность проблемы планирования горных работ заключается в совместном решении комплекса задач: геолого-маркшейдерских, технологических, экономических, организационных и др. Выделить приоритет отдельных задач очень сложно.
Анализ отечественной и зарубежной литературы показывает, что исследования в этой области посвящаются решению отдельных задач и не имеют комплексного подхода.
Эффективность добычи руд определяется степенью разве-данности различных участков месторождения, которая в свою очередь определяется совокупной оценкой отдельных геологических факторов. Характер и изменчивость этих факторов, в конечном счете, определяют горно-геологическую сложность участков месторождения.
В настоящее время сложность участков не имеет 'количественного обоснования. Оуществующие методы геометризации и используемые для их обоснования модели размещения показателей недостаточно учитывают месторождение как сложную систему горно-геологических факторов. В связи с этим возникла необходимость в теоретическом обобщении и анализе моделей системы полей показателей с целью выбора адекватной реальному размещению системы в целом. Это обстоятельство требует учета всей исходной информации и научно обоснованной погрешности ее определения.
Степень разведанности участков -месторождения и соответственно погрешность, как правило, диктуются требованиями технологии разработки и переработки полезного ископаемого. Степень разведанности и горно-геологическая сложность уча-
стков месторождения определяют надежность расчета основных технологических показателей потерь и разубоживания полезных ископаемых при планировании горных работ, от которых, в конечном счете, зависит эффективность показателей извлечения полезных ископаемых ;из недр.
Решение проблемы позволит осуществлять планирование горных работ на базе надежной и достоверной геолого-маркшейдерской 'Информации, получаемой по оптимальным разведочным сетям с учетом горно-геологической сложности участков месторождения.
Параметры рудных залежей изменяются в широких пределах. Это многообразие не могло быть учтено в полной мере при составлении постоянных геологических кондиций. Поэтому разработка методики технико-экономического обоснования эксплуатационных кондиций для новых экономических условий развития горнодобывающей отрасли цветной металлургии имеет научное и практическое значение.
Проведенные научно-исследовательские ра'боты по тематике диссертации являются важнейшими и входили в планы НИР ИПКОН АН СССР (постановление Совета Министров СССР № 959 от 27.11.70 г. и распоряжение Президиума АН СССР № 33-21 от 6.01.71 г., постановление ГКНТ СССР № 552 от 29.10.1985 г.) и МНТК «Механобр» '(постановление ГКНТ СССР № 377 от 14.09.1986 г.).
В связи с вышеизложенным актуальность исследований очевидна.
Целью диссертационной работы является разработка научных основ оптимального извлечения полезных ископаемых из недр на базе эксплуатационной геометризации 'месторождений для повышения экономической эффективности горнодобывающего производства.
Основная идея работы заключается в выявлении путем эксплуатационной геометризации закономерностей пространственного размещения значимых горно-геологических факторов, входящих в интегральную оценку горно-геологической сложности, и использовании ее при решении геологоразведочных и горных задач.
Методы и объекты исследования. Методическую основу исследований составляет комплексный подход, при котором совокупность горно-геологических факторов месторождения рассматривается как сложная система.
При разработке различных моделей в работе использованы следующие методы их исследований:
горно-геологической сложности —метод экспертных оценок, теория информации, теория векторно-градиентного поля с применением математических действий с топофункциями;
эксплуатационной разведочной сети — сравнительный анализ результатов разведки и данных эксплуатации, математи-
ческого моделирования, теории случайных функций, экономико-математические методы;
нормирования потерь и разубоживания полезных ископаемых— натурные наблюдения, маркшейдерские съемки и замеры, метод горно-геометрического анализа, математическая, статистика и теория вероятностей;
планирования добычных работ—/методы исследовании операций, анализ случайный функций и полей, технико-экономический анализ;
геологических постоянных и эксплуатационных кондиций — сравнительный анализ результатов разведки и эксплуатации, горно-геометрический и технико-экономический анализы.
'При апробации эффективности предложенных моделей были применены промышленные эксперименты и внедрение.
Объектами исследования служат .крупнейшие месторождения цветных металлов, относящиеся ко второй и третьей группам геологической сложности по «Классификации... ГКЗ»..
Основные научные положения, защищаемые автором:
-
методика количественной оценки горно-геологической сложности участков месторождения на основе горно-геометрического анализа геологических факторов и /математических действий с топофункциями;
-
методика определения рациональных параметров эксплуатационных разведочных сетей по критерию оптимизации экономического ущерба горного предприятия от недоразве-данности участков .месторождения и погрешности определения горно-геологических факторов, влияющих на технологию разработки и переработки руд;
-
модель нормирования потерь, и разубоживания полезных ископаемых. Она базируется на горно-геологической сложности и позволяет оптимально планировать показатели потерь и разубоживания по их видам и местам образования. Критерии оптимизации — экономический ущерб горного предприятия от потерь и разубоживания;
-
геолого-экономическая /модель планирования добычных работ. Она многовариантна и основана на конкурирующих вариантах ведения добычны.х работ. Формирование и расчет вариантов осуществляются на выявленных закономерностях их оценочного показателя и горно-геологической сложности. Критерий оптимизации обеспечивает максимальную надежность выполнения показателей -плана добычных работ;
-
модели геологических и эксплуатационных кондиций. Они также многовариантны, охватывают всю совокупность возможных условий и схем оконтуривания: первые — геологического, вторые— эксплуатационного блока. Критерием технико-экономического обоснования геологических кондиций является прибыль с 1 т погашаемых балансовых запасов, экс-
плуатационных— безубыточность отработки оцениваемых запасов. Эксплуатационные кондиции дополняют геологические и являются основой рационального проектирования и отработки запасов блока.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций, сформулированных в работе, подтверждаются:
обобщением производственного опыта разведки и разработки месторождений цветных металлов;
объективным выбором оптимальных зкономйко-математи-ческих моделей;
сходимостью результатов выполненных исследований с данными опытно-промышленных работ, апробацией предложенных методик, методических указаний и рекомендаций .по нормированию эксплуатационных разведочных работ, потерь и разубоживания полезных ископаемых и совершенствованию планирования добычных работ, технико-экономическому обоснованию" кондиций, а тажже положительным многолетним опытом практического их использования многими предприятиями цветной металлургии.
Научная новизна работы заключается їв следующем:
1) проведено научное обоснование выбора и количественной оценки горно-геологических факторов, по степени важности включаемых в интегральный показатель горно-геологической сложности, который обеспечивает объективную характеристику сложности строения (месторождения;
2). разработан математический аппарат количественной оценки горно-геологической сложности с применением теории векторного поля, который отражает степень пространственной изменчивости значений горно-геологических показателей в недрах и представляется, в виде топофункции;,
-
установлена зависимость,между погрешностью определения количества <и качества руд и показателем горно-геологической сложности, оптимум которых определяется с учетом экономических последствий ог степени недоразведанности участков;
-
установлена зависимость между потерями и разубожи-ванием-1 полезного ископаемого и показателем горно-геологической сложности, оптимальные значения которых определяются с учетом их экономических последствий;
-
установленные закономерности пространственного размещения горно-геологической сложности ((участков) месторождения позволили разработать многовариантную модель планирования добычных, работ с целевой функцией, при реализации которой получена максимальная вероятность выполнения оценочного показателя, а сам план будет надежным;
6) технико-экономическое обоснование параметров кон
диций основано на горно-геометрическом анализе информации
и .критерии «безубыточности отработки граничных участков блока», обеспечивающем полноту и рентабельность отработки запасов блока.
Научное значение диссертации заключается в разработке научно обоснованных технико-экономических решений по оптимизации: нормативов эксплуатационной разведочной сети, потерь и разубоживания полезных ископаемых., параметров ^кондиций на полезное ископаемое, планирования добычных ра'бот, на основе впервые разработанной методики 'Количественной оценки горио-геологической сложности (участков) месторождения, внедрение которых вносит значительный вклад в ускорение научно-технического прогресса горнодобывающих отраслей.
Практическая значимость работы заключается в разработке:
імоделн горно-геологической сложности, которая позволяет 'количественно оценивать различные участки месторождения по совокупности изменчивости отдельных горно-геологических факторов и учитывать ее влияние на технико-экономические показатели горного предприятия;.
нормативов параметров эксплуатационной разведочной сети для получения геологической информации с требуемой погрешностью, заданной условиями разработки и переработки
руд;
методики нормирования и планирования потерь и разубоживания полезного ископаемого;
методики планирования горных работ по заданным показателям «ачества и количества добываемых руд и тем самым повысить эффективность показателей извлечения из недр;
моделей геологических постоянных и эксплуатационных кондиций на полезное ископаемое.
Внедрение результатов работы.
Результаты работы внедрены на предприятиях цветной (металлургии:
Т) методические рекомендации — для Норильского ' ГМК, комбината «Печенганикель», ПО «Севуралбокситруда» и СП «Эрдэнэт» (Монголия);
-
методическое пособие по нормированию потерь и разубоживания руды — для ПО «Севуралбокситруда», ПО «Сильвинит»;
-
технико-экономическое обоснование постоянных кондиций при подсчете запасов — для Черемуховокого месторождения;
-
методика формирования вариантов организации горных работ вошла в основу проектирования автоматизированной подсистемы оперативного планирования и управления добычей руд на 'подземных рудниках Норильского ГМК;
5) в настоящее время на основе количественной оценки горно-геолопической сложности участков (месторождения) совершенствуется методика планирования добычных работ на шахтах ПО «Севуралбокситруда» и СП «Эрдэнэт».
Отдельные разделы работы вошли в научно-исследовательские отчеты ИГЩОН АН РФ и МГГУ по смежным темам.
Результатьг исследований по.эксплуатационной геометризации месторождений как основы (оптимального извлечения полезных ископаемых из недр используются в учебном процессе при изучении студентами курса «Геометрия недр» специальности «Маркшейдерское дело» в курсовом и дипломном проектировании и отражены ш учебном пособии автора «Учет и движение запасов полезных ископаемых».
Внедрение результатов работы обеспечивает получение годового экономического эффекта в размере 3,5 млн. руб., в том числе от использования при проектировании — около 2,0 шш. руб. ценах до 1990 г.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы -и результаты исследований докладывались и обсуждались на следующих семинарах, совещаниях, конференциях и симпозиумах: на научно-координационном совещании к<Во-просы совершенствования горной технологии и механизации на глубоких горизонтах Талнахского и Октябрьского месторождений» (г. Норильск, апрель, 1971 г.); на конференции молодых ученых по проблемам разработки и обогащения полезных ископаемых (г. Москва, СФТГП ИФЗ АН СССР, 197'3 г.); на научно-техническом совете ГМОИЦ Норильского ГМК (г. Норильск, сентябрь, 1974 г.); на Всесоюзной научной конференции «Экономические 'исследования в горной промышленности» (г. Москва, МГИ, 1973 г.); на научно-техническом совете Управления геолого-імаркшейдерских работ МЦМ СССР (г. Москва, декабрь, 1976 г.); на научно-техническом совете Центральной комплексной теологической экспедиции Управления геолого-маркшейдерских работ МЦМ СССР (г. Москва, декабрь, 4976 г.); на Всесоюзной научно-технической конференции «Рудник будущего при механизированной подземной разработке мощных месторождений крепких руд» (г. Москва, МГИ, февраль, 1979 г.); на III областном семинаре «Приложение математических методов л ЭВМ в теологии» (г. Новочеркасск, НПИ, июнь, 1983 г.); на семинаре «Совершенствование нормирования, определения и учета потерь и разработка мероприятий по снижению потерь полезных ископаемых при их добыче» (г. Москва, ВДНХ, октябрь, 1983 [г.); на Всесоюзном научно-техническом совещании «Научно-технические проблемы повышения эффективности работ и совершенствование маркшейдерской службы на горных предприятиях страны» (г. Свердловск, май, 1984 г.); на Всесоюзной научно-технической конференции «Перспективы развития тех-
пологий подземной разработки рудных месторождений» (г. Москва, МГИ, февраль, 1985 г.); на научно-техническом совещании «Пути научно-технического прогресса їв цветной металлургии» (г. Каджаран, октябрь, 1986 г.); на научно-практической конференции «Основные направления, и задачи совершенствования технологии разработки бокситов в ПО СУБР» (г. Свердловск, июнь, 1986 г.); на IX Всесоюзной научной конференции «Комплексные исследования физических свойств горных пород ті процессов» (г. Москва, МГИ, январь, 1987 г.); на I Всесоюзной научно-технической конференции «Системный анализ и управление в задачах рационального природопользования и охраны окружающей среды» ,>(г. Ереван, март, 1988 г.); на II Сибирском семинаре «Информатика недр» (г. Кемерово, 1989 г.); на Международной конференции (Венгрия, Шлокфак, апрель, 1990 г.); на Всесоюзной научно-технической конференции «Теория и практика проектирования, строительства и эксплуатации подземных рудников» (г. Москва, МГИ, 1990 г.); в Московском научно-техническом геологического обществе на «Первых Ершовских чтениях по проблемам горно-промышленной геологии» (г. Москва, МГИ, октябрь, '1990 г.); на Всесоюзном научно-техническом совещании «Зколого-экономичеекие проблемы угледобывающего региона с подземным способом добычи угля» (г. Шахты., май, 1990 г.); на Всесоюзном симпозиуме Геомаркшейдер-1 «Основные направления повышения уровня маркшейдерского обеспечения горных работ, рационального использования и охраны недр» (г. Москва, ВДНХ СССР, 1991 г.); на международных симпозиумах АРСОМ (Зап. Берлин, '1990; Монреаль, 1993; Любляна, 1994).
На научно-технических советах ИПКОН АН РФ, Минцвет-мета, ВНИПИгорцвегмета, Гипроникель, Норильского ГМК, Алмалыкского ' ГМК, комбината «Леченганикель», Текелий-ского СЦК, Тырныаузского ВМК, Гайекого ГОК, Лениногор-ского ПМК, Ачисайского ПМК, ПО «Казвольфрам», ПО «Сев-уралбокситруда», СП «Эрдэнэт» (Монголия) результаты исследований докладывались и обсуждались систематически, по мере завершения этапов работ.
Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 65 работ, в том числе одно учебное пособие, разделы в двух учебниках и шесть методических пособий..
Основное содержание диссертации отражено в 46 работах.
По результатам исследований выпущено 62 отчета.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из двух книг. Первая книга включает введение, восемь глав, заключение и список использованной литературы из 188 наименований, содержит 324 страницы (машинописного текста, 28 таб лиц и 62 рисунка.
