Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ и обобщение теоретических основ моделирования и методов рационального недропользования при организации производства и управлении предприятием 11
1.1. Особенности рационального недропользования при организации процесса добычи невозобновимых ресурсов на предприятиях 11
1.2. Анализ методов повышения эффективности добычи и качества руды 22
1.3. Обобщение опыта рационального недропользования при организации добычи многокомпонентных невозобновимых ресурсов 37
1.4. Задачи моделирования эколого-экономических нормативов и эффективности рационального недропользования 44
2. Модели рационального недропользования в системе управления горнодобывающим предприятием 55
2.1. Модели обоснование эколого-экономических нормативов первого и второго уровней 55
2.2. Модель обоснования организационных нормативов рационального недропользования на стадии добычи руды 81
2.3. Подход и методика оценки эффективности применения нормативов и нормативы, регламентирующие безопасные методы труда при организации рационального недропользования в горном производстве 97
2.4. Оценка экономического эффекта от внедрения эколого-экономических нормативов и новых методов рационального недропользования 113
3. Модель управления составом добываемого многокомпонентного ресурса 121
3.1. Анализ особенностей обогащения многокомпонентных руд и их модельное представление 121
3.2. Анализ влияния горногеологических условий на однородность добываемого сырья и модель управления составом рудной массы 126
3.3. Оценка эффективности применения системы рационального недропользования при управлении составом руной массы 139
Заключение 149
Список использованных источников 153
Приложения 165
- Анализ методов повышения эффективности добычи и качества руды
- Обобщение опыта рационального недропользования при организации добычи многокомпонентных невозобновимых ресурсов
- Модель обоснования организационных нормативов рационального недропользования на стадии добычи руды
- Анализ влияния горногеологических условий на однородность добываемого сырья и модель управления составом рудной массы
Введение к работе
Актуальность темы исследования. Развитие рыночных отношений требует нового подхода к разрешению проблем более полного и комплексного использования запасов невозобновимых полезных ископаемых, которые особо остро проявляются в разработки месторождений полиметаллических руд цветных металлов, составляющих более 75 % запасов России.
Опыт организации работ на горнодобывающих и горно-обогатительных комбинатах показывает, что потери невозобновимых ресурсов остаются неоправданно высокими, поэтому особую актуальность приобретают проблемы поиска и применения новых эколого-экономических критериев выбора организационно-управленческих решений, моделей и методов рационального использования природных ресурсов, изменяющих сложившуюся практику организации горного производства и управления предприятиями.
Действенным эколого-экономическим инструментарием выбора управленческих решений и совершенствования управления горным предприятием могут служить модели анализа и обоснования эколого-экономических критериев и новые методы рационального недропользования, которые следует заложить в основу подсистемы рационального недропользования предприятий.
В этих условиях актуализируется проблема разработки и исследования моделей эколого-экономического обоснования критериев выбора организационных и управленческих решений, используемых в подсистеме рационального недропользования горнодобывающих предприятий, добывающих невозобновимые природные ресурсы. Модели обоснования эколого-экономических критериев и нормативов обогащают арсенал экономико-математических методов и инструментальных средств, встраиваемых в систему управления предприятия, и расширяет возможности применения информационных технологий решения экономических задач, в том числе автоматизированных систем поддержки принятия управленческих решений.
Степень разработанности проблемы. Основополагающий вклад в становление и развитие экономики природопользования внесли В.И.Вернадский, И.М.Сеченов, В.Н.Сукачев, Н.В.Тимофеев-Ресовский,
Н.Ф.Федоров. Решению различных проблем рационального недропользова
ния и природопользования посвящены работы С.А.Боголюбова,
А.В.Брызгалина, Ю.С.Васильева, В.В.Глухова, М.М.Гузева, Е.Я.Диколенко,
А.Г.Дружинина, Б.В.Ерофеева, Н.П.Кучерявенко, В.С.Немчинова,
В.Н.Овчинникова, Г.О.Перова, В.Н.Попова, Ю.В.Разовского,
Б.Ю.Сербиновского, Н.А.Страховой, С.Г.Тяглова, Д.Г. Черника, А.С.Чешева, С.Д.Шаталова и др. Большой теоретический и практический вклад в теорию, методы и модели рационального недропользования, эколого-экономического обоснования методов организации добычи и обогащения руд, оценки нево-зобновимых ресурсов внесли отечественные ученые, в том числе М.И.Агошков, Н.В.Мельников, К.Н. Трубецкой, Д.Г. Каплунов, В.Л. Яковлев, В.Ж.Аренс, Р.И.Арсентьев, Э.И. Богуславский, С.О.Версилов, А.Н.Дулин, Н.Х.Загиров, Н.Ф.Залисов, Н.В.Калмыков, Н.П.Кетова, Н.Я.Лобанов, Г.Г.Ломоносов, Е.И.Панфилов, А.А.Петросов, В.А.Симаков, В.А.Шестаков, М.А.Ястребинский и другие.
Несмотря на накопленный научно-практический опыт в области рационального недропользования и оценки невозобновимых ресурсов задачи разработки моделей, применимых для эколого-экономического обоснования критериев выбора организационно-управленческих решений и методов добычи, переработки и оценки невозобновимых ресурсов остаются нерешенными в полной мере. В этой связи переход к ресурсосберегающим технологиям, организации производства и управлению горным предприятием возможен на основе выделения критериев рационального недропользования и их реализации посредством новых методов организации производства и управления предприятием.
Цель и задачи диссертационного исследования. Цель исследования -разработка моделей для обоснования эколого-экономических критериев выбора решений, обеспечивающих рациональное недропользование при добыче и обогащении невозобновимых природных ресурсов.
Для достижения поставленной цели необходимо было решить ряд задач исследования:
-проанализировать развитие и применение моделей и методов рационального недропользования в организации производства и управлении горнодобывающим предприятием;
-выявить и проанализировать нерешенные задачи моделирования процессов и условий рационального недропользования и пути их решения при добыче и обогащении невозобновимых ресурсов;
-разработать модели эколого-экономического обоснования условий, критериев и нормативов рационального недропользования, которые могут использоваться при выборе организационных и управленческих решений и методов организации производства, обеспечивая более полное извлечение и обогащение невозобновимых ресурсов на горнодобывающих предприятиях;
-разработать методический подход к оценке эффективности недропользования при изменении организации горного производства и оценить экономический эффект от внедрения новых методов рационального недропользования;
-выполнить оценку эффективности применения эколого-экономических моделей и критериев в системе управления предприятием.
Рабочая гипотеза работы состоит в том, что при добыче и обогащении ископаемых невозобновимых ресурсов могут быть снижены потери и отходов при применении моделей обоснования эколого-экономических критериев, побуждающих производителей к использованию более совершенных методов организации производства и управления предприятием.
Объектом исследования послужили горнодобывающие и горнообогатительные предприятия, как микроэкономические системы.
Предметом диссертационного исследования явились процессы добычи и обогащения невозобновимых ресурсов, а также тенденции и закономерности, которые могут быть отражены в моделях обоснования критериев выбора организационных и управленческих решений и методов рационального, ресурсосберегающего недропользования.
Теоретической и методологической основой исследования послужили положения, методики и концепции, содержащиеся в трудах отечественных и
зарубежных ученых-экономистов, а также менеджеров и предпринимателей-практиков по проблемам экономико-математического моделирования, включая моделирование процессов рационального недропользования и оценки не-возобновимых ресурсов.
Для достижения цели и решения поставленных задач в диссертационном исследовании использованы методы математического программирования, экономического и статистического анализа.
Информационно-эмпирическую основу исследования составили систематизированные автором данные государственных органов статистики, материалы, полученные в ходе исследования отдельных горнодобывающих и горно-обогатительных предприятий и научных организаций и учреждений. В ходе исследования изучались фундаментальная и специальная литература, материалы международных и российских научных конференций (по исследуемым проблемам), законодательные, нормативные, программные и инструктивные документы Правительства РФ и Администраций Ростовской области, Краснодарского и Ставропольского краев, материалы периодической печати и другие источники информации.
В процессе внедрения разработок богатый статистический материал был получен на Урупском горно-обогатительном комбинате.
Достоверность материалов и обоснованность полученных результатов (научных положений, выводов и рекомендаций) обусловлена теоретическим обоснованием выдвинутых положений, репрезентативностью статистических выборок организационных и экономических показателей работы горнодобывающих и горно-обогатительных предприятий, апробацией и практическим внедрением результатов работы в деятельность предприятий горнодобывающей отрасли народного хозяйства. Обоснованность выводов обеспечена: использованием объективно установленных фактов, связанных с деятельностью промышленных предприятий; корректным применением современных и дополняющих друг друга методов и инструментов исследования, включая статистические методы; непротиворечивостью полученных ре-
зультатов и выводов фактическому материалу, теоретическим концепциям известных ученых-экономистов и современной экономической практике.
Тема диссертации соответствует паспорту специальности 08.00.13, пункту 1.4: «Разработка и исследование моделей и математических методов анализа микроэкономических процессов и систем».
Положения, результаты, выводы, выносимые на защиту:
эколого-экономические критерии двух уровней и модели их обоснования, позволяющие обеспечить переход к ресурсосберегающим методам организации добычи невозобновимых сырьевых ресурсов;
модель и процедура формирования состава рудной массы, обеспечивающие снижение потерь, уменьшение отходов и максимизацию доходов предприятия;
методика экономической оценки эффективности ресурсосберегающих технологий и организации работ с учетом потерь и колебаний содержания полезных компонентов в добываемом сырье;
регрессионные модели, связывающие результаты работы предприятия с набором факторов, по которым судят о качестве продукции без применения известных методов контроля качества рудной массы.
Научная новизна полученных результатов заключается в разработке моделей эколого-экономического обоснования критериев рационального недропользования при добыче и обогащении невозобновимых ресурсов. В итоге автор получил результаты, обладающие элементами научной новизны:
1.Обоснован подход к моделированию условий и методов функционирования подсистемы рационального недропользования предприятия, отличающийся применением моделей эколого-экономических критериев, регламентирующих выбор организационных и управленческих решений, позволяющих обеспечить переход к ресурсосберегающим методам организации и управления производством.
2.Разработаны и исследованы модели эколого-экономических критериев выбора организационных и управленческих решений, отличающиеся возможностями формирования критериев двух уровней. Модели позволяют:
- устанавливать и обновлять эколого-экономические критерии первого
уровня в форме нормативов потерь, содержания породы в извлеченной руд
ной массе и отходов на стадиях выемки, усреднения состава и обогащения
полезного ископаемого, а также совершенствовать подсистему рационально
го недропользования горнодобывающего предприятия и, как следствие, по
вышать эффективность предприятия и мощность рудника;
- разработать критерии второго уровня в форме организационных
пороговых коэффициентов и критериев, регламентирующих организацию и
управление работами при выемке полезного ископаемого и приводящих к
уменьшению потерь ископаемого и содержания породы в извлеченной руд
ной массе, сокращению цикла производства, снижению травматизма, повы
шению качества продукции и эффективности производства.
3.Предложены метод и модель, обеспечивающие снижение потерь и уменьшение отходов при получении концентратов полезных компонентов из рудной массы и максимизацию доходов предприятия. Модель, построенная с использованием аппарата линейного программирования, отличается способом отражения зависимостей обогащения полиметаллических руд в коэффициентах модели. Метод отличается процедурой управления составом рудной массы при добыче многокомпонентного невозобновимого ресурса. Процедура включает: формирование банка данных о переменном составе ископаемого ресурса на отдельных участках месторождения; выбор участков и объемов добычи руды с каждого участка на основе данных о составе руды на участке и спросе на отдельные полезные компоненты; формирование состава рудной массы определенного усредненного состава в соответствии со спросом на отдельные компоненты путем управления движением рудопотоков при складировании руды в штабель; применение технологии производства концентратов, соответствующей полученному составу рудной массй.Предложены модели и методики экономической оценки эффективности ресурсосберегающих технологий и новой организации работ с учетом потерь, содержания пустой породы в рудной массе и отходов, а также колебаний содержания полезных компонентов в рудной массе, позволяющие
расширить инструментарий анализа вариантов организационных и управленческих решений подсистемы рационального недропользования при добыче и обогащении многокомпонентного невозобновимого ресурса. Предложенные модели и методики позволяют повысить степень извлечения полезных компонентов из многокомпонентного невозобновимого ресурса в концентраты, снизить потери и отходы, повысить эффективность предприятия за счет увязки производственных планов добычи полезных ископаемых со спросом на отдельные полезные компоненты.
5.Построены регрессионные модели, отличающиеся набором факторов, по которым судят о качестве продукции, позволяющие организовать контроль качества продукции по пороговым значениям ее веса и объема и, как следствие, отказаться от операций забора проб добываемого ресурса в забое и их последующего анализа, уменьшить производственный цикл, повысить эффективность производства и снизить травматизм, связанный с опасной операцией забора проб.
Теоретическая значимость работы. Для теории важны: теоретические и методические положения моделирования и анализа рационального недропользования, а также модели обоснования эколого-экономических нормативов, критериев и условий организации добычи и обогащения многокомпонентных невозобновимых ресурсов; процедуры выбора управленческих решений рационального недропользования. Научные положения и результаты применимы в подсистемах рационального недропользования предприятий, в том чисел при создании новых инструментальных средств, информационных технологий и автоматизированных систем поддержки принятия управленческих решений.
Практическая значимость состоит в расширении набора экономико-математических инструментов, применимых в подсистеме рационального недропользования горнодобывающего предприятия и автоматизированной системе поддержки приятия управленческих решений. Кроме этого, результаты работы могут быть использованы в системе подготовки, переподготовки
и повышения квалификации специалистов по экономике природопользования, организации производства и управлению предприятием.
Внедрение и использование результатов исследования. Результаты исследования, выводы и рекомендации внедрены на Урупском ГОКе, а также в учебном процессе Шахтинского института ЮРГТУ (НПИ) при изучении дисциплины «Менеджмент» студентами специальности «Экономика и управление на предприятиях горной промышленности и геологоразведки».
Внедрение результатов исследования на Урупском горнообогатительном комбинате обеспечило экономический эффект более 17 млн. рублей в год.
Апробация результатов исследования. Основные результаты и положения диссертационного исследования докладывались и обсуждались на пяти международных конференциях «Проблемы геологии, полезных ископаемых и экологии Юга России и Кавказа» (Новочеркасск, 2002 г.), «Теория, методы и средства измерений, контроля и диагностики» (Новочеркасск, 2002 г.), «Организация и управление производительностью производственных систем» (Новочеркасск, 2003 г.), «Организация и управление процессами реструктуризации и развития предприятий региона» (Новочеркасск, 2004 г.), «Конкуренция и конкурентоспособность. Организация производства конкурентоспособной продукции» (Новочеркасск, 2004 г.), межвузовской конференции «Проблемы техники, технологии и экономики сервиса» (Шахты, 2002), а также на технических совещаниях АООТ «Урупский горнообогатительный комбинат».
Публикации. По теме диссертации автором лично и в соавторстве опубликовано 10 научных работ, общим объемом 3,92 печатных листа, в которых личный вклад автора составляет 3,12 печатных листов.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, включающих 11 параграфов, заключения и списка литературы (116 наименований). Общий объем диссертации составляет 152 страницы машинописного текста.
1. АНАЛИЗ И ОБОБЩЕНИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИХ ОСНОВ МОДЕЛИРОВАНИЯ И МЕТОДОВ РАЦИОНАЛЬНОГО НЕДРОПОЛЬЗОВАНИЯ ПРИ ОРГАНИЗАЦИИ И УПРАВЛЕНИИ
. ПРЕДПРИЯТИЕМ
Анализ методов повышения эффективности добычи и качества руды
Факторы, определяющие качество и ценность месторождения полезных ископаемых, исследованы в разных публикациях, например [100, с.55-56; 36; 37]. В результате многочисленных теоретических исследований, технологического моделирования и промышленных экспериментов [70, 73, 95, 99-107] к настоящему времени установлено, что при организации процессов очистной выемки с обрушением основной причиной снижения качественных показателей добываемой руды, увеличения потерь и разубоживания является несоответствие между формой обрушенного массива руды и формой тела выпуска. Поэтому можно сделать вывод, что в основе совершенствования системы рационального недропользования при разработке наклонных залежей руд цветных металлов может быть положена идея приближения формы обрушаемого массива руды к форме тела выпуска, что позволяет снизить потери и разубо-живание, повысить качество добываемой рудной массы.
Этот вывод позволяет предложить два вида мероприятий, улучшающих качественные показатели выпускаемой из обрушенных блоков руды, которые могут быть использованы в диссертационном исследовании и включены в модели, позволяющие устанавливать эколого-экономические нормативы, одновременно повышая эффективность организации и управления горным производством при эксплуатации наклонных залежей. Можно, во-первых, построить модель и применить соответствующие способы производства горных работ, позволяющие обеспечить приближение формы обрушенного слоя к форме тела выпуска, а во-вторых, исследуя процесс выпуска, построить модель, позволяющую выбрать такой способ выпуска руды, который нужным образом формирует фигуры тел выпуска, приближая их по форме к форме обрушенного слоя.
Обе модели предоставляют возможность определить эколого-экономические нормативы второго уровня, которые регламентируют организацию горных работ в пространстве и времени.
Построение первого вида моделей ориентировано на такую организацию выпуска руды, когда применяется расположение выпускных выработок в шахматном порядке и отбойка очистных панелей в форме ромба [72], шестиугольника и т.д. Такие технические решения известны и ими можно воспользоваться. Например, техническое решение [3] предусматривает оформление плоскостей торцового забоя по обе стороны каждой транспортной выработки под одним и тем же углом в сторону рудного массива. При этом отбиваемый слой руды формируют толщиной, равной малой полуоси эллипсоида выпуска руды от выступающей кромки забоя до обрушенных пород (рис. 1.2.1).
Отработку рудного тела организуют в следующей последовательности: рудное тело разбивают (по падению и по простиранию) на отдельные выемочные единицы (блоки, панели), отработку которых ведут с послойным торцовым выпуском руды;- организуют процесс подготовки к очистной выемке и проведения добычных работ в следующем порядке. На каждом горизонте выпуска руды (этаже, подэтаже) создают параллельные транспортные выработки 1 на всю мощность залежи или на всю длину блока (если отработку рудной залежи ведут по простиранию). Выше горизонта выпуска на буровом горизонте по середине между смежными транспортными выработками 1 формируют буровые выработки 2. Рудный массив разбуривают послойно веерами глубоких скважин 3 из буровых выработок 2;- отбойку слоев руды ведут вначале на отрезную щель (не показана), а затем на пустые породы 4;- при отбойке слоев руды плоскость забоя 5 с обеих сторон каждой транспортной выработки 1 добычу ведут в сторону массива в вертикальной плоскости на один и тот же острый угол. Для этого веера глубоких скважин 3 по обе стороны буровой выработки 2 разбуривают в вертикальной плоскости в сторону, противоположную направлению продвижения очистной выемки, на одинаковый угол, соответствующий заданному углу поворота плоскости забоя 5. В этом случае при отбойке первого слоя на компенсационную щель, веера глубоких скважин 3 расположены под заданным острым углом к плоскости забоя, а при отбойке последующих слоев разбуривают параллельно плоскости забоя.
При такой отбойке рудного массива слой 6 отбитой руды имеет в плане зигзагообразную форму, повторяющую форму забоя 5 в панели. Плоскость забоя 5 по обе стороны каждой транспортной выработки 1 всегда повернута в сторону массива на один и тот же острый угол. Величину этого угла выбирают в зависимости от прочностных свойств массива и расстояния между транспортными выработками 1 такой, чтобы обеспечивались (не нарушались) устойчивость транспортных выработок 1 и забоя 5.
Обобщение опыта рационального недропользования при организации добычи многокомпонентных невозобновимых ресурсов
Наше исследование показало, что при добыче комплексных руд на зарубежных рудниках черной и цветной металлургии особенно большое внимание уделяется вопросам создания такой организации производства и управления добычей, которые позволяли бы повышать и управлять качеством добываемой горной массы. Поэтому на многих рудниках ведется раздельная выдача разных сортов руд и при необходимости предусмотрена возможность их шихтовки.
Например, рудник «Кируна» (Швеция) выдает 5 сортов железной руды, что связано с жесткими требованиями стран-импортеров (руда должна быть равномерной кусковатости и с очень узкими пределами по содержанию железа и фосфата). В перспективе предполагается перейти на выдачу руды 8 сортов.
Добыча организована так, что на двух горизонтах этого рудника сооружены дробильные установки, осуществляющие дробление руды до класса - 100 мм. После дробления каждый сорт рудной массы доставляется ленточными конвейерами в отдельный подземный бункер емкостью 3000 т. Из бункеров руда стационарными ленточными конвейерами подается к дозаторнои станции скипового подъема [29,45].
На медном руднике «Норанда» (Канада) раздельно выпускаются и аккумулируются два сорта медной руды. Добыча организована следующим образом. Между стволами сооружена система перепуска руды, охватывающая 7 этажей. Она состоит из двух рудоспусков сечением 4,4 х 2,4 м, общей емкостью 7930 т. Система рудоспусков сходится в камере дробильной установки, которая раздельно обслуживает оба рудных потока. После дробления горная масса, в зависимости от сортности, транспортируется ленточными конвейерами в один из подземных бункеров скипового подъема емкостью 1000 ти 1500 т и выдается на поверхность [112]. Медное месторождение «Маунт-Айза» (Австралия) представлено пластооб-разной залежью полиметаллической руды, содержащей 3,75% меди, 6,3% свинца, 6,6% цинка, 145 т/т серебра.
Месторождение вскрыто 4 грузоподъемными и 9 вентиляционными стволами. На руднике добывается 2 основных сорта руд: свинцовая руда добывается на седьмом и девятом горизонтах, а медная - на десятом горизонте. Руды независимо транспортируются по рудоспускам в камеры дробильных установок, которые находятся ниже добычных горизонтов. После дробления руды поступают в бункеры погрузочных станций скиповых установок. Кроме этого в настоящее время на руднике сооружается новая дробильно-конвейерная система для выдачи руды на основной транспортный горизонт [114, 115].
На полиметаллическом руднике «Кидд Крик» (Канада), введенном в эксплуатацию в 1966 году и отрабатывающим рудные залежи с содержанием 5,2% цинка, 3,2% меди, 0,18% свинца и 68,9 г/т серебра, раздельно добываются цинковые и медные руды (с попутными компонентами). На расстоянии 300 м от ствола № 2 сооружено три аккумулирующих бункера диаметром по 6,1 м, емкостью по 5 тыс.т каждый для двух сортов руд и породы. Из очистных забоев руда попадает в конусную дробилку и далее в промежуточный бункер емкостью 150 т. Из этого бункера каждый сорт руды поступает на усреднительный питатель, рудозаборную ленту и далее наклонным ленточным конвейером транспортируется в околоствольные бункеры, под которыми проходит ленточный питатель дозаторной камеры [111].
На полиметаллическом руднике «Флин-Флон» (Канада) производительностью 500 тыс.т руды в год принята комбинированная схема выдачи руды по сортам, позволяющая выдавать раздельно медную руду, цинковую руду и пустую породу. Для этой цели для каждого сорта руды и для пустой породы у шахтного ствола сооружено три бункера емкостью по 750 т. Из каждого бункера руда может раздельно доставляться по рудоспускам в дробильную камеру, под которой находится бункер для дробленой руды емкостью 1500 т. Из очистных забоев на промежуточных горизонтах горная масса по рудоспускам перепускается на кон- центрационный горизонт, по которому каждый сорт руды доставляется к соответствующему подземному бункеру в вагонетках с глухим кузовом емкостью 5,6 м3. Из этих бункеров руда подается в щековую дробилку с приемным отверстием 900 х 1200 мм, измельчается до класса 150 мм и далее поступает в бункер дробленой руды. Выпуск дробленой руды из бункера в дозаторную камеру скипового подъема регулируется цепным затвором с пневматическим приводом [100].
Селективная выемка свинцовой и цинковой руды ведется на датском руднике «Блэк Энджел». Рудник, введенный в эксплуатацию в 1973 году разрабатывает рудную залежь с содержанием цинка 9,7% и свинца 3,0% .
На отечественных предприятиях раздельную отработку разносортных руд ведет Ачисайский ПМК [40, 67]. При применяемых ранее вариантах отработки с валовой выемкой запасов потери руды достигали 32-38% [67]. Высокие потери и разубоживание руды приводили к понижению извлечения металлов при переработке. Проведенный ведущими специалистами Ачивайского комбината сравнительный технико-экономический анализ показал, что варианты раздельной разработки по сравнению с валовой в ряде случаев экономически целесообразны. Раздельная разработка таких руд как свинцово-баритовых, серебро-баритовых, жильно-баритовых и свинцово-цинковых позволили улучшить качество добываемых полезных компонентов и сократить затраты по обогатительному переделу. По этой причине только на Кентауской обогатительной фабрике затраты на переработку снизились в ценах 1986 г. на 1,1 - 1,3 млн. руб. в год [88].
Опыт эксплуатации месторождения сурьмяных руд Кадамжайского комбината показывает, что разнотипные руды целесообразно отрабатывать по сортам, оконтуривая очистные блоки соответствующим образом. Посортная добыча ведется камерно-столбовой и камерной системами разработки. В первую очередь отрабатывают запасы сульфидных, затем смешанных и окисленных руд. Отсутствие специальных аккумулирующих емкостей создает на комбинате определенные трудности при формировании рудопотоков разных сортов руд. Для этого предварительно планируют подготовку к вскрытию каждого участка месторождения, делят его на блоки и составляют график добычи руды. Однако, дополнительные за- траты на добычу окупаются за счет более высокого извлечения металла в концентрат. Только за первые 5 лет посортной добычи извлечение сурьмы в концентрат увеличилось на 16% [ПО].
Модель обоснования организационных нормативов рационального недропользования на стадии добычи руды
Анализ многочисленных исследований, приведенный в гл.1, показал, что основные идеи совершенствования организации процесса выпуска руды связаны с созданием таких условий истечения обрушенной рудной массы из очистного пространства выемочных блоков, при которых параметры тел выпуска будут максимально соответствовать параметрам отбиваемых панелей. В п. 2.1 параметры тела выпуска были обоснованы посредством моделирования. Математическая модель позволила обосновать один из эколого-экономических нормативов - важное организационное условие рационального недропользования в форме соотношения одной из полуосей тела выпуска и расстояния между выемками. Вместе с этим создание оптимальных условий истечения обрушенной рудной массы особенно важно при отработке запасов полиметаллических руд потому, что повышенные потери руды и разубоживание, являющиеся следствием несоответствия форм тел выпуска и отбиваемых слоев, не позволяют добиться оптимальных условий недропользования и повышения прибыли от увеличения ценности извлекаемой руды.
Многочисленные известные методики расчета показателей извлечения при разных организационных схемах очистной выемки с обрушением и выпуском руды [16, 30, 53, 97, 107] показывают, что основные потери, обусловленные несоответствием форм тел выпуска и массива выпускаемой руды, образуются в гребнях между последовательно выпускаемыми слоями. В работе [97] общие потери руды рассматриваются как сумма трех составляющих потери руды: 1) в гребнях между последовательно выпускаемыми слоями руды; 2) в гребнях между доставочными выработками; 3) перемешанной с пустыми породами, обусловленными прекращением выпуска рудной массы.
Известны технические решения, которые могут быть использованы при разработке системы рационального недропользования. Во-первых, две последние составляющие могут быть уменьшены известными организационными решениями, во-вторых - потери в гребнях между доставочными выработками можно уменьшить, применяя ромбоидальную форму панели [75], в-третьих - потери руды, перемешанной с пустыми породами, регулируются разубоживанием в последней дозе выпуска [59].
Величина потерь руды в гребнях между последовательно выпускаемыми слоями руды значительно уменьшится при приближении формы образующей зоны потока (уменьшении ее кривизны) к плоскости забой-руда, которые определяются траекториями скважин, пробуренных из буродоставочной выработки.
Форма образующей зоны потока и степень влияния на тело истечения выпускного отверстия изучались многими исследователями [33, 57, 63, 89 и др.]. Установлено, что при постоянной высоте выпуска кривизна образующей тела истечения одинакова и не зависит от величины выпускного отверстия. Ориентация образующей фигуры выпуска в массиве сыпучего определяется физико-механическими свойствами конкретного сыпучего. От величины выпускного отверстия зависит объем извлекаемого сыпучего.
Исследованиями [69] установлено, что объем извлекаемой руды: где а, в — постоянные параметры, зависящие от сыпучих свойств обрушенной руды и высоты выпускаемого слоя; s - площадь поперечного сечения выпускного отверстия, м2.
Влияние диаметра дучки на объем выпущенной руды показывает зависимость, выражающая объем эллипсоида, усеченного на уровне выпускного отверстия [69]: где Ну - высота усеченного эллипсоида (полная высота эллипсоида Н=Ну+Но); m — коэффициент вытянутости эллипсоида; Д—диаметр дучки.
Согласно известным формулам объем выпускаемой руды пропорционален площади поперечного сечения выпускного отверстия. Это подтверждается результатами наших опытов по выпуску различных сыпучих материалов (см.п.2.1).
Многие исследователи отмечают, что на объем и форму тела выпуска влияет форма выпускного отверстия. При выпуске через круглое или квадратное горизонтальное отверстие фигура выпуска имеет форму, близкую к эллипсоиду вращения. При выпуске через прямоугольное горизонтальное отверстие, как показывали исследования В.А. Шестакова [104-106], тело выпуска имеет форму трехосного эллипсоида. На основании моделирования, выполненного В.А. Шестаковым, установлено, что ширина тела выпуска в направлении длинной стороны выпускного отверстия больше ширины тела выпуска в перпендикулярном направлении на величину разности длин сторон сечения выпускного отверстия. К аналогичным выводам пришли исследователи [76, 90].
Анализ влияния горногеологических условий на однородность добываемого сырья и модель управления составом рудной массы
Строение залежей полезных ископаемых с точки зрения однородности вещественного состава во многом определяет качество добываемых руд и величину его колебаний при добыче. В основном неоднородность рудного массива не позволяет при отработке месторождения обеспечивать заданные стандарты отклонения качества сырья. Особенно большие проблемы со стабилизацией качества добываемых руд возникают при отработке наклонных залежей, так как именно наклонные залежи отличаются значительной изменчивостью горно-геологических и горнопромышленных параметров.
В диссертационной работе влияние характера распределения полезных компонентов в горном массиве на качественную однородность добываемой руды было рассмотрено на основе фактических данных, полученных при отработке рудных запасов Урупского месторождения.
Урупское медно-колчеданное месторождение представляет собой наклонную пастообразную залежь. Рудное тело имеет волнообразное строение по падению и простиранию с частыми раздувами и пережимами. Широко развиты разрывные нарушения. Мощность рудного тела колеблется от 1,5 до 25 м, угол падения изменяется от 10 до 60 и составляет в среднем 35.
В пределах рудного тела выделяют три основных типа руд: серноколчедан-ные, медноколчеданные и медноцинковые. Распределение полезных компонентов на Урупском месторождении имеет, практически, стохастический характер. Фор-ма и теснота взаимосвязей определенным образом связаны с морфологией рудного тела и пространственным распределением рудных компонентов. Взаимосвязь между параметрами (полезными компонентами) была изучена путем анализа линейных взаимосвязей между признаками с помощью коэффициента линейной корреляции Пирсона где х ,у — средние значения параметра х и параметра у; х{, у; — значение этих параметров в z-й пробе; п - число проб, по которым оценивается связь; sx,sу среднеквадратические отклонения значений относительно среднего.
Проведенный анализ показал полное отсутствие связи в парах компонентов медь - цинк и цинк - сера. Поскольку корреляционный анализ параметров позволяет изучать силу линейной связи или связи близкой к линейной, а фактические взаимоотношения геологических переменных часто оказываются значительно более сложными, исследование было дополнено графическим методом изучения взаимосвязей, который заключается в построении полей корреляции для изучения исследуемых параметров. При обработке данных по рядовым пробам изучались взаимосвязи между полезными компонентами для следующих параметров: медь - сера, цинк — сера, медь - цинк при различной концентрации серы в пробах. Из анализа полей корреляции приведенных пар были сделаны следующие выводы: а) взаимоотношения между всеми компонентами имеют, в общем, хаотиче ский характер и могут быть изучены только статистически; б) можно выделить участки возрастания одного компонента при возрастании другого; в) связь между медью и цинком не устанавливается.
Характер распределения содержания меди и цинка в добываемой руде повторяет характер распределения их в рудном массиве (рис. 3.2.1), а гистограмма лишь сдвинута по оси абсцисс за счет разубоживания руд при добыче. Изменение качества выдаваемой руды происходит пропорционально.
Колебания качества добываемой руды могут быть оценены как стандарт отклонения суточного содержания полезного компонента от его величины за рассматриваемый период времени. Например, стандарт отклонения суточного содержания меди может быть вычислен по формуле: где Си - среднее (заданное) содержание в добытой руде за рассматриваемый период (месяц, квартал, год), %; Сис- содержание меди в добытой в течение рассматриваемых суток руде, %; п - число суток в рассматриваемом периоде.
Стандартное отклонение содержания меди в часовых пробах для руд Уруп-ского месторождения, добываемых на 10-11 горизонтах Урупского рудника колеблется в пределах 0,526-0,238% и в среднем составляет 0,324%, а в сменных и суточных соответственно 0,387-0,200% и 0,342-0,182%, в среднем составляя 0,268 и 0,218%.
