Обоснование и создание землесберегающей технологии открытой разработки многолетнемерзлых россыпных месторождений Савенко, Руслан Григорьевич

Введение к работе

Актуальность темы. Ускорение научно-технического прогресса на горнодобывающих предприятиях страны требует решения задач повышения эффективности производства с использованием ресурсосберегающих и малоотходных технологий. В последние годы обострилась проблема охраны окружающей среды и рационального использования земельных и водных ресурсов. Особенно это актуально для северной и арктической зон СССР, охватывающих 49% территории страны, отличающихся повышенной уязвимостью флоры и фауны в экстремальных климатических условиях и влиянием криолигозоньг. На предприятиях алмазозолотодсбывающей подотрасли, разрабатывающих многолетне-мерзлые россыпные месторождения, преобладает открытый способ, которым разрабатывается до 90% общего объема горной массы. Применяемые на приисках техника и технология разработки россыпей недостаточно учитывают природоохранные и ресурсосберегающие требования, ориентированы на технологические процессы с интенсивным нарушением земной поверхности, что привело обширный регион страны в состояние экологического кризиса. Сохранение и восстановление земельных и водных ресурсов является основой поддержания природного равновесия и развития сельскохозяйственного производства на Крайнем Севере.

За 55 лет разработки россыпных месторождений горными предприятиями объединения "Северовостокзолото" нарушены земли на пло-щадч свыше 120 тыс. га, отходами технологии загрязнены нерестовые реки и водоемы. При ежегодном приросте нарушенных земель 2-4 тыс. га восстановлено менее 2% площади нарушенных земель. Па землях, перспективных для сельскохозяйственного использования, размещены отвалы пород объемом свыше I млрд. м^э. Только за последние 15 лет горнодобывающими предприятиями объединения "Якутзолото" нарушены земли на площади 25 тыс. га, восстановлены земли на 1% площади. В целом в алмазозолотодобывающей подотрасли наружны земли на площади свыше 200 тыс.га, наблюдается тенденция накопления нарушенные и неотработанных земель. Перед горнообогатительными комбинатами и приисками Северо-Востока СССР остро стоит эколого-экономическая задачи сбережения земельных и водных ресурсов от нарушения технологическими процессами при разработке многолетне-мерзлых россыпных месторождений и освоении территории горных отводов и вспомогательных работах.

При этом необходимо повысить интенсивность и объем рекультиваци-онных работ с целью восстановления земельных и водных ресурсов крупного региона страны, что имеет важное народно-хозяйственное значение.

В связи с этим, диссертационная работа посвящена решению актуальной проблемы создания эемлесберегающей технологии открытой разработки многолетнемерзлых россыпных месторождений на основе комплекса технологических и технических научно обоснованных решений, которые вносят значительный вклад в ускорение научно-технического прогресса в области разработки россыпных месторождений и охраны природы в северной и арктической зонах СССР.

Основная идея работы состоит в том, что создание эффективной эемлесберегающей технологии открытой разработки многолетне-мерзлых россыпей достигается отказом от сезонного производства добычных работах и переходом на технологию с круглогодовой разработкой песков, концентрацией их на"складах для промывки и внутренним отвалообразованием.

Цель работы заключается в создании землесберегающей технологии открытой разработки многолетнемерзлых россыпных месторождений на основе технологии с круглогодовой добычей песков, концентрацией их на складах для промывки, внутренним селективным отвалообразованием вскрышных пород и хвостов обогащения с использованием мощных комплексов механизации и оптимальных параметров технологии разработки.

Методы и объекты исследований. В работе использован комплексные метод исследований, вклгочающий:научный анализ передового отечественного и зарубежного опыта открытой разработки месторождений полезных ископаемых с учетам процессов эемленарушения и землевосстановления, использования комплексов механизации, автоматизированных систем управления и проектирования; Применяются;численное экономико-математическое моделирование, натурное экспериментирование, опытно- промышленная про-ягрка и внедрение рекомендаций по совершенствованию технологии во'рканых, добычных я природоохранных работ с технико-экономи-игскоР оценкоГ релультатов исследований и внедрения в проиэвод-. стбо. Кієктйам исследований ясляогся многолетн^мерэлые россылга

иестороздения сеаерной и арктической зон страны - Сезеро-Вовтока СССР, Якутской ССР, Сибири. Главное зпинагае. уделено россыпям с глубиной залегания 10-30 м, удельный вес которых до 2000 г будет основным в объемах горнах работ указанных регионов.

Оснозные защищаете -полозеидя:

1. При открытой разработке россыпных месторождений площадь эемлзнарушения изменяется по линейной зависимости от основных параметров технологии вскрытых, добычных и промывочных работ и составляет в расчете на I млн. м³ песков /условную І т золота/ 223, 258, 316 га соответственно для экскаваторного, комбинированного и Сульдозерно-сяреперного способов разработки, включая 68-73 га, нарушаемых технологией прошвочшх работ /для варианта о мощностью торфов до 15 м, песков до 2 и и высотой отвалов до 20 и/.

2. Зенлвсберегаюшая технология открытой разработки много-летнемзрзлых россыпей базируется на комплексе технических и технологических репенлЯ, состоящих из: технологии круглогодовой интенсивной разработки песков, концентрации их на складах для промывки в теплый период года, внутреннего отвалообразования с раздельным'размещением вскрышных пород и хвостов обогащения, рекомендуемых структур комплексної механизации для производства добычных и вскрышных работ в летний сезон /1800 я рабочего времени/, осенна-весенниЛ /1000 ч/ и зимний; применение зенлзсберегающей технологии обеспечивает снитение технологической потребности предприятий в нарушении земной поверхности в 1,8-2 раза

и составляет в расчете на I млн м³ песков /условную І т золота/ 116, 122, 129, 135 га соответственно при мощности торфов 10,15, 20, 25 и, включая 39-34 га, нарушаемых технологией промывочных работ.

3. Круглогодовая выемка песков обеспечивается комплексами
механизации о учетом способов подготовки мерзлого массива пес
ков: естественной и гидроигловол оттайкой , рыхлением мерзлой
корки бульдозерными агрегатами и пласта на всю мощность - буро
взрывными работами, образованием суиеяцозых массивов и предо
хранением участков от промерзания и достигается в лзтний-зесен-
не-осенниЯ период года технологией с послойной разработкой
песков с суточным понижением раоот не менее 0,15-0,5 м, при

шприне бло:;а 40-30 и и более, площади поперзчного сечешія штабеля окученных песков /Sir-/ не менее 6-Ю, 16-20, 26-32 соответственно при экскавации самоходными погрузчиками типа R5 -570 и мехлопатами с ковшами вместимостью 2,5 и 4,6 н³ при влажной песков в летний период до I5-25fj.

4. Установленные по эколого-экономическим критериям структ ры комплексной механизации, параметры и области применения яа этапах первичной, повторной и заключительной разработки много-летиемерзлых россыпзй,включающие: мощные бульдозеры /свыше 400 л.с/ и драглайны с ковшами вместимостью 10,15 м^э - при рас стоянии перемещения пород до 160-200 м, ширине заходки 20-35 ы; экскаваторно-автомобильше комплексы на базе ЭКГ-Эй, ЭКГ-12,5, ЭШ-Ю/70, ЭШ—15/90 с автосамоевалами грузоподъемностью 75 т п более при расстоянии транспортирования до 3 км; большегрузные автоскрепзры /до 40 и / при подготовке рыхлого слоя пород мощностью не менее 0,2 ы и расстоянии транспортирования до.700 м; поточгае и поточно-цикличные технологии на базе выемочно-погру-зочных агрегатов непрерывного действия при подготовке талого слоя пород мощностью не менее 0,15 и я ширине заходки 40 и и более.

5. Классификации, учитывающие, в дополнение к сушествующиі признак этапности разработки иноголегнемерэлыу по ссыпных месторождений: классификация земельных ресурсов горного отвода пред' приятия и классификация структур комплексной механизации.

6. КОЛИЧеСТВЗННую ОЦеНКУ Природоохранной Зф(ЬЄКТИВН0СТИ ВЭ'

риаитов технологии и динамики я ар у гения - восстановления земэл нах ресурсов с учетом содержания золота в песках, потерь и иэв чеиия, в дополнение к супествутщим экологический критериям, предлагается производить с использованием: комплексного коэффициента зеилеиаруиания / u²/r, га/т/, показателя баланса землепользования / га /, коэффициента экологической чистоты те полонии землзсбзрекекия /га/га/.

7. Эколого-экономическая эффективность природоохранной
раЗота при разработке иного летне мерзлых россыпных иестороадзни
в тундровой зоне Арктики достигается организацией работы яа
основе r,om;wEia ресурсосбережения, предусматривавшей приорите
и*а сожаление-природного состояния земной поверхности на этаг
::-:рзичноЯ раэгсОотк;? россг-'пгл и применение ландпа^тоулучїаюцеї

рекультявации на этапе заключительной разработки /отработки/ месторождения.

Совокупность указанных положений является решением поставленной проблема обоснования и создания эемлесбзрегакцей технологии открыто!! разработки многолетнемерэлых россыпных месторогдений

Научная новизна результатов исследования заключается;

1. В развитии методов эколого-экономического анализа техно
логии открыто,! разработки россыпных месторождений, основанных

на использовании новых экологических критериев: комплексного коэффициента зенленаруиения, коэффициента экологической чистоты технологии землесбэрекения и показателя баланса землепользования.

2. 3 разработке классификации, дополняющих известные по признаку эташюсти разработки многолетнеыерзлых россыпей, земельных ресурсов горного отвода предприятия и структур комплексной механизации землесберегаюцей технологии разработки.

3. В установлении ряда закономерностей и зависимостей для научного обоснования параметров и областей применения технологических схем и структур механизации на этапах первичной, повторной и заключительной разработки многолетнемерэлых россыпей.

4. В разработке технологических схем и способов механизации для создания земле сберегающей технологии открытой разработки, многолетнемерэлых россыпных месторождения /авторские свидетельства К 803546, » 852010, № 852012, К 863777/.

5. В создании адаптируемой базы данных и математического аппарата для моделирования и комплексной оптимизации технологии и параметров открыто*? разработки многолетнемерэлых россыпных месторождений.

Обоснованность и достоверность научных результатов подтверг-дается: использованием современных критериев надежности обработки статистической информации, сходимостью аналитических выводов и результатов с данными натурных экспериментов, сопоставимостью результатов численного моделирования с показателями фактической деятельности ГОКов, материалами внедрения математического и программного обеспечения метода автоматизации процесса проектирования, высокой эффективностью результатов внедрения новой и совершенствования существующей техники и технологии вскрышных, добычных и природоохранных работ на горных предприятиях Северо-Востока СССР и Арктики.

Каучное значение работы заключается в обосновании концепции земле сбережения, раскрытии закономерностей, установлении зависимостей и областей эффективного применения землесберегающей технологии открытой разработки россыпных месторождений в специфических мерзлотно-климатических условиях северной и арктической зон СССР.

Практическое значение исследования заключается в разработке и внедрении в производство: новых технологических схем, обеспечивающих сохранение и восстановление земельных ресурсов, структур комплексной механизации с мощным горно-транспортным и промывочный оборудованием; метода автоматизации расчетов для рабочего проектирования параметров технологии с использованием персональных ЭВМ и пакетов прикладных программ} разработке метода оперативного динамического управления комплексами механизации с применением технических средств АС/ и пакетов программ для управляющих ЭВМ. Результаты работы предназначены для использования специалистами горвообогатительиых ..^ибинатов, приисков, проектных и исследовательских организация и направлены на оздоровление экологической ситуации в горнодобывающих регионах, расширение области применения открытого способа разработки, техническое перезоорузенне предприятия, включая автоматизацию управления производством и рабочего места проектировщика прииска.

Знедрение результатов раооты. Разработанные автором технологические реиения открытой разработки россыпных месторохдзний, методы расчета и оптимизации параметров, варианты землесберега-юцеЯ технологии и структуры комплексной механизации, пакеты прикладных программ и подсистема АСУТП в карьере включены в отчета по научно-исследовательским работам Всесоюзного научно-исследовательского института золота и редких металлов /ВНИИ-І/, Криворожского горнорудного и Полтавского инженерно-строительного институтов. По результатам исследовании для горно-обогатитель-вых комбинатов, приисков и проектных организаций Северо-Востока СССР, Чукотки я Украина сазработаны и внодрены в производство рекомендации, инструкции, стандарт предприятия, проектные разработки земтесберегаксеЯ технологии, механизации и автоматизации грохссоз горного производства и проектирования, пакеты при.члад-!г.:х программ.

Энэдрен-^спдулие результаты исследовании:

І. Ріхоизндаїда по проектировали») л применению комплексной

бульдоззрно-эхсг.аваторноЯ схеми вскрышных ir добычных раЗот /ВНШІ-І, 1980 г./ - при проектировании и отработке полигонов Полярнинского, Тенькпнского, Ягоднинского горнообогатитзлышх комбинатов ПО "Сзверовостокзолото".

6. Технологические варианты, оптимальные параметры и структуры механизации ззмлесйерегаыцей технологии с интенсивной круглогодовой добычей песков, концентрацией песков для'лрошвкя и внутренним отзалообразованизм - на полигонах ї.% 2С, 20 бис, 54, 39, 39 бис Полярнинского ГОКа /а/с 16 852010/.

7. Впервые на приисках объединения "Северовостокзолото" -мощные экскаваторно-евтомобильные комплексу с экскаваторами ЭКГ-ЗИ на полигонах россыпи "Рызеец" прииска "Ленинградскиіі" и выемочно-погрузочный агрегат непрерывного действия ВШНД

/а/с Ш 863777/ в Сусумацскоц ГОКе.

4. Стандарт предприятия СТП 43-34-70 "Методы расчета и нормативу производственных затрат при эксплуатации горных машин и оборудования" /ЗНІИ-Ї, 1979 г./.

5. Экономико-математическая модель и методика оптимизации параметров то хно логаи и механизации открытой разработки россыпей - при гроэктнровашій разработки ряда месторождения Тэнькин-скога, Сусуманского, Полярнинского комбинатов, в институтах Дальстройпроекг и ЗШ1Л-І с использованием пакетов программного обеспечения автоматизированного проектирования для ЕС ЭВ'1 и персональных ЭВМ.

6. Кетод динамического управления комплексами механизации в карьере в условиях АСУТП и пакеты прикладных програми для автоматизации горно-тзхничзских расчетов - з карьере и системе управления производством Полтавского горно-обогатительного комбината.

Экономический эффект от внедрения результатов исследовании составил І.89І тыс.руб., в том числе долевое участие автора 755 тыс.руб; ожидаемая эффективность в 1991-92 г.г. составляет 412 тыс. руб. с долей автора 235 тыс. руб.

Реализация выводов и результатов работы. Результаты диссертационное раЭоти в различные периоды ее выполнения наыли применение при проектировании и реализации вариантов технологии и методов расчета на приисках и гориоабогатительных комбинатах объединений "Севзроаостокзолото", "Якутзолото", "Лензолото", Полтавском ГОКе, в научных исследованиях ВНШ-І и проектных разработках института "Дальстройлрозкт".

Аггообация работы. Результата исследования и внедрения на различных этапах их выполнения докладывались: на научно-практических конференциях объединения "Северовостокзолото", ВНИИ—I, СВКЮШ по проблемам комплексного развития производительных сил Магаданской области /Нагадан, 1973, 1930,.,1981, 1984 г.г./; на научно-технических конференциях Криворожского горнорудного института Д98І-83 г.г./; на региональной научно-практической конференции по проблемам эффективной разработки глубокозалегаюздх россыпей /Алдан, 1986 г./; на Всесоюзной конференции по разработке и применении систем автоматизированного проектирования и АСУ /Алма-Ата, 1987 г./; на Всесоюзної! научно-практическом семинаре по проблеиаи и перспективам развития горного дела на Северо-Востоке СССР /Якутск, 1990 г./; на Всесоюзной конференции по эффективный технологиям, способам и средствам обеспечения . современных требований к экологии при разработке месторождений полезных ископаемых /Москва, 1990 г./; на технических совещаниях горнообогатителькых комбинатов /Полярнинского, Теньклнского, Ягоднинского, Сусуманского, йнгулецкого, Полтавского, 1975-1990гг на кафедрах разработки россыпных месторождений МГРИ им. С.Ордго-ішкидзе, АСУП Криворожского горнорудного института.

Публикации. По теме диссертации опубликованы, 28 работ в той числе 4 авторских свидетельства на изобретения и 2 монографія

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, семи глав и заключения, изложенных на 273 страницах манинопис-вого текста, 53 рисунка, 21 таблица и списка использованной литература из 128 наименований, приложения.