Содержание к диссертации
Введение
1. Основные направления развития современной горной науки. Проблемы глубоких карьеров. Задачи исследований 6.
2. Моделирование, анализ и учет влияния капитального вскрытия на конечные контуры карьеров 24.
2. 1. Общие положения. Обзор исследований и классификаций способов вскрытия. Предварительная оценка влияния их на конечные границы карьеров. 24.
2. 2. Влияние на границы карьеров вскрытия наземными горными выработками 30.
2. 2. I. Характеристика и оценка факторов, формирующих конечный борт карьера 30.
2. 2. 2. Номограмма взаимосвязи элементов конечного борта карьера 43.
2.2.3. Конструкция системы поступательных съездов, параметры, показатели 49.
2. 2. 3. 1. Элементы и параметры системы поступательных съездов 49.
2. 2. 3. 2. Влияние геологических и горно-технических факторов на основные показатели карьеров 54. 2. 2. 3. 3. Влияние схемы вскрытия на основные показатели карьера 74.
2. 2. 3. 4. Номограмма влияния вскрытия и корректировки границ карьера 86.
2. 2. 4. Конструкция системы тупиковых (петлевых) съездов, параметры, показатели 100.
2. 2. 4. 1. Элементы и параметры капитального вскрытия тупиковыми (петлевыми) съездами 100.
2. 2. 4. 2. Оценка влияния вскрытия тупиковыми съездами на конечные контуры, объемные и относительные показатели карьеров 102.
2. 2. 4. 3. Построение экономически целесообразных границ при вскрытии тупиковыми (петлевыми) съездами 109.
2. 2. 5. Моделирование системы капитального вскрытия комбинирован ными наземными выработками, 115.
2. 2. 5. 1. Конструкция и элементы вскрытия комбинированными наземными выработками 115.
2. 2. 5. 2. Анализ влияния капитального вскрытия комбинированными наземными выработками на границы карьера 117.
2. 2. 5. 3. Корректирование глубины карьера с учетом вскрытия комбинированными наземными выработками 120.
2. 3. Влияние на границы карьера вскрытия подземными горными выработками и их комбинацией с наземными.; 126.
2.4. Определение границ карьеров с учетом капитального вскрытия на месторождениях округлой формы 129.
2. 4. 1. Оценка влияния капитального вскрытия при оконтуривании рудных тел округлой формы. 129. ;
2. 4. 2. Корректирование границ при оконтуривании месторождений округлой формы 138.
2. 5. Рекомендации по корректированию границ карьеров при исполь зовании принципа оконтуривания пг > n0+nt; 145.
2. 5. 1. Характеристика и реализация принципа оконтуривания пг > п0+п.- 145.
2. 5. 2. Влияние и учет капитального вскрытия при оконтуривании по принципу пг > п0+п 148.
2.6. Метод определения границ карьеров с учетом капитального вскрытия, 155.
3. Корректирование границ карьера им. XV-летия октября А О,"ОЛКОН" 159.
3.1. Горно-геологическая характеристика месторождения и основныепроектные решения
159.
3.2. Корректирование границ железорудного карьера им. XV-летия Октября 163.
3.3. Экономическая эффективность учета капитального вскрытия 165.
4. Возможная по горнотехническим факторам производственная мощность глубоких карьеров проблемы и перспективы определения 168.
4. 1. Общие положения 168.
4. 2. Развитие методов определения производительности карьеров 170.
4. 3. Анализ методов определения производительности карьеров с точки зрения учета горно-геологических и технологических факторов. Цель задачи и методы исследований 190.
4. 4. Развитие рабочей зоны карьера при максимальной интенсивности горных работ (плоская задача) 194.
4. 4. 1. Общие положения 194.
4. 4. 2. Система разработки с продольной подготовкой горизонтов (продольными заходками) 196.
4. 4. 3. Система разработки поперечными заходками 208.
4. 4. 4. Влияние перемены направления углубки на параметры рабочей зоны карьера 211.
4. 5. Развитие рабочей зоны карьера при максимальной интенсивности горных работ (объемная задача) 222.
4. 5. 1. Общие положения 222.
4. 5. 2. Развитие рабочей зоны при обеспечении минимальных рабочих площадок 232.
4. 5. 3. Развитие рабочей зоны при максимальном извлечении горной массы 235.
4. 5. 4. Развитие рабочей зоны при максимальном извлечении руды 242.
4. 5. 5. Анализ параметров рабочей зоны карьера при различных вариантах развития горных работ 247.
4. 6. Определение достижимой по горно-техническим факторам произво дительности карьера по полезному ископаемому и горной массе 256.
4. 6. 1. Общие положения 256.
4. 6. 2. Сравнительный анализ объемных показателей работы карьера при переменном направлении и различной интенсивности развития 257.
4. 6. 3. Определение развития возможной (достижимой) производитель ности карьера по полезному ископаемому и горной массе 269.
4..6. 4. Построение планов горных работ, соответствующих стабилизированной производительности 287.
5. Определение развития возможной по горнотехническим факторам производительности по полезному ископаемому и горной массе карьера ИМ. XV-летия октября АО "ОЛКОН" 293.
Заключение 300.
Литератур 304.
Приложения 320.
- Влияние на границы карьеров вскрытия наземными горными выработками
- Корректирование границ железорудного карьера им. XV-летия Октября
- Развитие методов определения производительности карьеров
- Определение достижимой по горно-техническим факторам произво дительности карьера по полезному ископаемому и горной массе
Введение к работе
Современная горная наука, проектная и производственная практика прогнозируют в обозримом будущем широкомасштабное применение открытого способа разработки месторождений полезных ископаемых для обеспечения народного хозяйства минерально -сырьевыми ресурсами. При этом следует иметь в виду, что действующие карьеры черной, цветной металлургии, горно-химического сырья, энергетического комплекса достигли глубины разработки, при которой возникают серьезные проблемы с проветриванием, поддержанием проектной мощности, вскрытием глубоких горизонтов и связанной с этим реконструкцией схем комплексной механизации.
На подлежащих вовлечению в разработку месторождениях существенно сложнее горно-геологические условия. И последние будут постоянно ухудшаться, т.к. открытие новых месторождений - чрезвычайная редкость, а с благоприятными горно-геологическими условиями тем более.
Экологическая обстановка за счет интенсивного внедрения горных работ в земные недра, воздушный и водный бассейны катастрофически ухудшается.
Нельзя не учитывать трудностей, как минимум на десятилетия, для всей экономики страны в целом и для добывающих отраслей в частности, связанных с переходом на рыночную экономику.
Все выше сказанное предопределяет активизацию работ по совершенствованию, созданию и внедрению новой горнодобывающей техники и технологий, принципов и методов проектирования и ведения горных работ, Все мероприятия, связанные с этим, могут быть сведены в несколько ведущих направлений.
Страна в целом вступает в рыночные отношения, что означает вступление в них всех народно-хозяйственных отраслей. Первым главным направлением горной науки и проектной практики в связи с этим является ОБЕСПЕЧЕНИЕ УСПЕШНОГО ПЕРЕХОДА РОССИЙСКИХ
ГОРНОДОБЫВАЮЩИХ ОТРАСЛЕЙ К РЫНОЧНЫМ ЭКОНОМИЧЕСКИМ ОТНОШЕНИЯМ.
До недавнего времени добывающие отрасли черной, цветной металлургии, горно-химического, индустриального, энергетического сырья, строительных материалов и т.д. были дезинтегрированы. Карьеры в каждой отрасли чаще всего добывали однородные полезные ископаемые. Вмещающие же и покрывающие полезное ископаемое породы считались пустыми, непригодными в народном хозяйстве и складировались в отвалы, наносящие существенный вред окружающей среде. В настоящее время благодаря широкому общественному мнению и сформулированной на его основе государственной политике извлекаемая горная масса в наибольших масштабах должна использоваться в народном хозяйстве, т.е. должно осуществляться комплексное освоение недр. Это предопределяется прежде всего тем, что доминирующее число пород на каждом месторождении отвечает требованиям стандартов и кондиций, определяющих использование сырья в различных отраслях промышленности (например, покрывающие и вмещающие горные породы по кондициям практически всегда отвечают какому-либо виду строительного минерального сырья или строительным материалам). Широкое внедрение комплексного освоения недр позволит резко сократить капитальные затраты на освоение новых месторождений и в значительной степени способствовать таким образом сохранению благоприятной естественной экологической обстановки в воздушном и водном бассейнах, в недрах и на земной поверхности. КОМПЛЕКСНОЕ ОСВОЕНИЕ НЕДР - второе ведущее направление российской горной науки и проектной практики. Характерным примером в этом направлении является быстрое освоение ведущими ГОКами (АО «Олкон», Ковдорский ГОК, Лебединский ГОК и др.) производства высококачественного щебня из вскрышных пород.
Новый подход к освоению недр предполагает активизацию работ в третьем направлении - РАЗРАБОТКЕ И ВНЕДРЕНИИ НОВОЙ ТЕХНИКИ И ТЕХНОЛОГИЙ, ГЛАВНЫМ ОБРАЗОМ РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИХ (БЕЗОТХОДНЫХ И МАЛООТХОДНЫХ). К числу технических достижений можно отнести создание и освоение машин послойного фрезерования (Афанасьевский известняковый карьер, Таллинский угольный разрез) на породах с предельным сопротивлением до 70 Мпа, что позволяет избежать применение БВР при подготовке горной массы к выемке, а также обеспечивать при необходимости качественную селективную выемку. Из разрабатываемых технологий следует отметить скважинное выплавление, растворение, выщелачивание, а также бактериальные способы освоения месторождений.
Основой появления горнодобывающего предприятия является проект на разработку месторождения. Насколько он совершенен в принятых технико-технологических решениях, настолько эффективны в экономическом отношении будут и результаты его освоения. Эти же результаты при прочих равных условиях (высокая квалификация проектировщиков и т.д.) будут свидетельствовать о надежности и совершенстве применяемых принципов и методов решения проектных задач. Кроме того, проектирование должно всегда обеспечивать (в порядке авторского надзора) надежное функционирование добывающих предприятий и при этом быстро реагировать на изменение горногеологических условий, на совершенствование техники и технологий, на изменение спроса и предложения на рынке минерального сырья и т.д. При этом довольно часто выявляется несовершенство существующих методов проектирования, что требует их ревизии, корректировки и даже разработки новых.
Таким образом, проектирование, безусловно, лежит в основе обеспечения высокой эффективности работы добывающих предприятий, их конкурентоспособности в условиях новых экономических отношений. При этом следует отметить, что стратегическими задачами проектирования являются: определение границ карьеров; выбор и обоснование схем вскрытия и систем разработки; определение направления развития горных работ; определение развития производительности карьеров по полезному ископаемому, вскрыше и горной массе. Результаты решений этих задач в силу несовершенства проектных методов довольно часто становились предметом серьезных разногласий между проектировщиками и заказчиками, приводивших в конечном итоге к основательной корректировке технических проектов. Это свидетельствует об актуальности разработки новых и корректировки существующих методов определения главных параметров карьеров, особенно в условиях новых рыночных экономических отношений, широкого внедрения комплексного освоения недр, ужесточения нормативов охраны окружающей среды, требующих надежных оптимальных проектных решений. Вполне естественно, что СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СУЩЕСТВУЮЩИХ И РАЗРАБОТКА НОВЫХ МЕТОДОВ И ПРИНЦИПОВ ПРОЕКТИРОВАНИЯ -четвертое ведущее направление активного развития горной науки в большой степени обеспечивающее успешную реализацию трех первых направлений.
Особо следует отметить, что в свое время многие карьеры всех добывающих отраслей в силу своих горно-геологических условий (крутопадающие залежи с большим распространением в глубину и выдержанной горизонтальной мощностью) предопределялись к комбинированной разработке открытым и подземным способами и посему оконтуривались на основе граничного коэффициента вскрыши, установленного исходя из равенства себестоимостей полезного ископаемого из открытых и подземных работ, что с современной точки зрения во многих случаях привело к необоснованно завышенной глубине открытых работ. В связи с этим новые карьеры на месторождениях с указанными выше горно-геологическими условиями должны оконтуриваться, а действующие переоконтуриваться в соответствии с новыми экономическими условиями, т.е. на основе допустимой себестоимости приемлемой в рыночных экономических отношениях, что существенно изменит ранее установленные границы в сторону их уменьшения. Кроме того проектные методы должны более внимательно учитывать горногеологические условия и технико-технологические решения, весьма существенно влияющие на формирование конечных бортов и границ карьеров. Изложенная проблема еще раз подтверждает актуальность четвертого направления горной науки.
Современный уровень теории проектирования разработки месторождений открытым способом базируется на фундаментальных трудах ученых - горных инженеров довоенного времени и послевоенных лет И.А. Кузнецова, А.П. Зотова, П.Э. Зуркова, академиков Н.В. Мельникова, В.В. Ржевского, Н.Н. Мельникова, К.Н. Трубецкого, докторов технических наук П.И. Городецкого, Е.Ф. Шешко, А.И. Арсентьева, Ю.И. Анистратова, А.Д .Андросова, П.П. Бастана, В.Г. Близнюкова, Д.Г. Букейханова, Ж.В. Бунина, В.Д, Буткина, Ю.Д. Буянова, В.Ф.Вызова, К.Е. Виницкого, В.А. Галкина, Э.Л. Галустьяна, Ф.Г. Грачева, А.В. Гальянова, В.Б. Добрецова, А.Ю. Дриженко, В.В. Истомина, Ю.Г. Карасева, В.В. Квитки, С.Д. Коробова, Е.А. Котенко, СВ. Корнилкова, Г.Г. Ломоносова, A.M. Мустафиной, М.Г. Новожилова, А.А. Пешкова, М.Г. Потапова, В.И. Прокопенко. Э.И. Реентовича, С.С. Резниченко, СП. Решетняка, Г.В. Секисова, Б.А. Симкина, Б.Н. Тартакове кого, И.Б. Табакмана, А.С Ташкинова, А.И. Тимченко, П.И. Томакова, Г.А. Холоднякова, B.C. Хохрякова, Н.Н. Чаплыгина, А.Г. Шапаря, В.Г. Шитарева, Б.П. Юматова, М.А. Ястребинского; кандидатов технических наук С.Я. Арсеньева, С.С. Аршинова, Н.Д. Бевза, Е.В. Васильева, С.Ж. Галиева, А.Л. Грицая, К.А. Кумачева, В.П. Линева, В.Я. Майминда, Б.К. Оводенко, В.В. Папичева, С.Н. Радионова, В.К. Романченко, СБ. Рубинштейна, М.Н. Сивкова, В.И. Сидоренко, А.С. Танайно, Д.И. Шитова, Ю.К. Шкуты и др.
Внушительный список крупнейших ученых свидетельствует о постоянной работе по совершенствованию теории проектирования открытых горных работ, И все же природа (горно-геологические условия месторождений), социально-экономические отношения в обществе (переход на рыночные отношения) и технико-технологический прогресс (создание новой техники и технологий, комплексное освоение недр) значительно стремительнее ставят вопросы и порождают проблемы, нежели их решают ученые, проектировщики и производственники.
В основу настоящей диссертационной работы положены результаты анализа проектов разработки многих железорудных месторождений, месторождений горно-химического сырья, цветных металлов и др., а также предпроектные исследования в 70-х годах по Коашвинскому месторождению комбината «Апатит», в 1970-80 годах по меднорудным месторождениям Удоканского ГОКа, по действующему Оленегорскому карьеру Оленегорского ГОКа и карьера «Железный» Ковдорского ГОКа в 80-х годах, по группе железорудных месторождений (им. ХУ - летия Октября, Комсомольское, ! Аномальное, Куркенпахк) Оленегорского ГОКа в 1989-91 годах и по первому малому рудному телу Центрального карьера АО «Карельский окатыш» в 1993г., выполненные кафедрой Разработки месторождений открытым способом Санкт-Петербургского горного института при участии автора в качестве ответственного исполнителя и руководителя работ. Полученные результаты исследований позволили выявить, что в определенных горногеологических условиях существующие методы определения границ карьеров, параметров развития рабочей зоны и возможной по горно-техническим факторам производительности карьеров являются несовершенными, не обеспечивающими надежных результатов.
Влияние на границы карьеров вскрытия наземными горными выработками
Прежде, чем устанавливать уровень влияния различных способов вскрытия на конечные контуры карьеров, необходимо выявить круг факторов, формирующих конечные борта карьеров. Для этого рассмотрим определение границ карьеров одним из современных, широко используемых в проектной практике методов (в дальнейшем границы, установленные по этому методу, будут базовым вариантом при сопоставлении с предложенными разработками). В общем случае определение границ карьера заключается в решении следующего ряда задач (все методы определения границ включают эти задачи, отличаясь друг от друга решением их):? определение граничного коэффициента вскрыши;? определение углов откоса борта карьера в конечном положении;? выбор принципа оконтуривания и определение границ карьера на поперечных разрезах (профилях); построение плана карьера на конец отработки со схемой вскрытия.
Определение граничного коэффициента вскрыши является задачейэкономической и при комбинированной отработке месторождения (открытым и подземным способами) осуществляется сопоставлением соответствующих себестоимостей добычи полезного ископаемого, взятых с передовых проектов предприятий - аналогов (со сходными горно-геологическими условиями и технико-экономическими решениями).где сп - себестоимость полезного ископаемого из подземных работ, руб/м3;а - себестоимость извлечения только полезного ископаемого открытым способом, руб/м ;в - себестоимость извлечения вскрышных пород, руб/м
В случаях, когда месторождение подлежит разработке только открытым способом, в основе определения граничного коэффициента лежит допустимая себестоимость конечного продукта горно-обогатительного комбината (например, концентрата), которая, в свою очередь, может быть установлена исходя из оптовых цен на концентрат и показателей предприятия - аналога (с последнего проекта или с передового действующего).где Сд - допустимая себестоимость карьерного товарного продукта (полезного ископаемого), руб/м3.
Основополагающие зависимости (1), (2) для приведенных вариантов определения граничного коэффициента вскрыши в разное время различными авторами совершенствовались главным образом за счет учета дополнительных горно-геологических и экономических факторов. Ряд авторов в 70х - 90х годах отошел от традиционных соотношений компонентов горной массы (коэффициенты вскрыши) и предложил новые подходы в горной науке. В.Г. Близнюков ввел коэффициент горной массы - отношение единицы объема удаляемой горной массы к единице извлекаемого из недр полезного компонента; B.C. Хохряков использует в качестве критерия показатель количества отходов - вскрыша плюс отходы обогащения, приходящихся на единицу полезного компонента; Г.А. Холодняков, следуя современной тенденции комплексного освоения недр, считает, что в этом случае наиболее приемлем коэффициент добычи - отношение добываемого полезного ископаемого к объему извлекаемой для этого горной массы. В условиях новых экономических отношений некоторыми авторами предлагается при определении граничного коэффициента уделять большее внимание прогнозированию себестоимости, цен, а также фактору времени. Изложенное свидетельствует о постоянном совершенствовании методов определения граничного коэффициента.
В настоящем исследовании не предусматривается разрабатывать новые или совершенствовать существующие методы определения граничного коэффициента вскрыши. Однако разрабатываемая методика определения конечных границ с учетом вскрытия предусматривает использование при оконтуривании любого из вышеуказанных или вновь разработанных граничных коэффициентов вскрыши и т.п.
Конечные углы откосов бортов карьеров определяются физико-механическими свойствами слагающих месторождения пород, предполагаемойглубиной разработки, монолитностью массива, углами и направлением падения пород и т.п. В сложных горно-геологических условиях, при большой горизонтальной мощности залежи, предопределяющей большую глубину карьера, решение об углах откосов бортов в конечном положении принимается, как правило, высококвалифицированной специализированной организацией.
Согласно современным воззрениям специалистов [41], проектирование конечного борта карьера необходимо начинать с определения предельно допустимого расчетного угла (углов) его наклона по геомеханическому (физико-механические свойства и блочность законтурного массива) или геолого-структурному (элементы залегания лежачего бока полезного ископаемого, либо протяженных поверхностей ослабления) критериям. Конструировать конечный борт следует таким образом, чтобы он по возможности вписался в расчетный профиль с соблюдением предельных параметров нерабочих уступов и берм. Параметры уступов и берм, в свою очередь, определяются структурой слагающих их горных пород, требованиями, отвечающими технологии и правилам безопасности [54, 105].
Однако следует отметить, что параметры транспортных берм иногда превосходят требуемые по безопасности, и тогда приходится выполаживать угол конечного конструктивного откоса борта.
Установленное значение граничного коэффициента вскрыши и принятые углы откосов борта (по периметру карьера округлой формы или на противоположных бортах вытянутых карьеров углы могут быть разные) дают возможность устанавливать границы карьера на поперечных профилях (разрезах), для чего необходимо выбрать принцип их реализации - принцип оконтуривания. Из существующих сейчас наиболее распространенных принципов оконтуривания пг пк; пг пт; пг Щ:Р1 пг п0 + п {пг, п& пт, пСр, п0, п - граничный, контурный, текущий, средний, первоначальный и наибольший усредненный коэффициенты вскрыши соответственно) в проектной практике для крутопадающих залежей наиболее часто используется
П/- пк хотя и обладающий существенным недостатком , так как не учитывает мощность покрывающих пород. Использование этого метода малоопытными проектировщиками может привести к неудовлетворительным результатам -большому объему горно-капитальных работ и, соответственно, к большим капитальным затратам. В настоящем исследовании за основу также принимается принцип пг пк, дабы оппонировать проектным решениям предложенными разработками.
При оконтуривании карьеров на разрезах по принципу nr n к контурный коэффициент определяется и используется в линейной интерпретации, как отношение участка борта в породе к участку борта в полезном ископаемом. При равенстве отношений на обоих бортах граничному коэффициенту, границы карьера считаются найденными с условными (расчетными) бортами (штриховая линия 1 на рис.4). На каждом из разрезов отстраивается дно карьера шириной
Корректирование границ железорудного карьера им. XV-летия Октября
План карьера на конец отработки (рис. 1) и продольный его профиль (рис, 29) демонстрируют, что дно карьера в соответствии с горно-геологическими условиями и его нивелированием сформировалось в трех уровнях ),Н80 м (западное крыло), 180 м (центральное) и 55 м (восточное). Кроме того контурообразующим оказался разрез 2а (западный торец) с мощностью залежи М = 35 м, образовавший полку с отметкой V 115 м.
Следуя проектным результатам по определению конечных границ карьера и разработанным методическим указаниям, анализируем и выбираем для каждого участка дна характерный (с усредненной мощностью залежи) разрез. Результаты анализа и отбора приведены в таблице 21.
Как видно из таблицы, в соответствии с принятыми решениями в карьере выделены четыре зоны корректирования границ карьера (столбец 1), в которых характерными приняты: зона I - продольный торцевой разрез; зона II - разрез 5в; зона III - разрез 2а. Средние мощности залежи по разрезам, принятые для расчетов, приведены в графе 5. Углы откосов бортов, принятые для оконтуривания карьера, приводятся в графах 6 , 8, а выположенные капитальным вскрытием в графах 7, 9. Проектные и откорректированные (экономически целесообразные) отметки дна карьера по расчетным зонам приведены в графах 10 и 11. Принятые решения демонстрируются на рис. 1 и рис. 29.
Объемы полезного ископаемого Д/ -вскрыши ІСт К горной массы -! Q, исключаемые из карьера при корректировании контуров, и соответствующие им относительные показатели пср и кд по каждой расчетной зоне и по карьеру в целом приведены в графах 12 ., 16.
Объемы вмещающих пород, исключаемые из контуров карьера при корректировании границ Д V, от общего объема пород в контуре карьера F=90,4 млн. м3(см. табл. 21) составили
При этом теряется полезного ископаемого в процентах от запасов впроектном контуре Р= 13,8 млн. м (см. табл. 21В проектном контуре средний коэффициент вскрыши пср имел значениеВ откорректированных границах средний коэффициент вскрыши п срсоставил
Учитывая тот фактор, что месторождение сравнительно выдержано погорно-геологическим показателям и дает возможность получения усредненныхпараметров залегания (М= 43 м, у= 70), обратимся к графику пк= /(пср) (рис.14) для установления значений контурного коэффициента вскрыши. Всоответствии с графиком в проектном контуре он равен пк= 13,6 м/м на-JL . і оо = —— 100 = 13.3% превосходя граничный коэффициент, что являетсяпг 12следствием построения капитального вскрытия.
В новых контурах по графику на рис. 14 п к= 11,7 м3/м3, что чуть ниже расчетного пг = 12 м3/м3, по которому проектировался карьер.
Результаты корректирования границ карьера им. XV-лстия ОктябряТаким образом учтено и устранено отрицательное влияние капитального вскрытия, что позволило границам карьера им. XV-летия Октября обрести экономическую целесообразность и возможность эффективного ведения в них горных работ.
Эффект от реализации рекомендаций по учету капитального вскрытия при определении границ карьеров может определяться по нескольким направлениям: экологическое направление корректирования границ ведет к уменьшению размеров карьера по поверхности, а, значит, к сокращению горного отвода, т.е. площадей подлежащих нарушению и отторжению из землепользования. Кроме того, сокращение объемов извлекаемых вскрышных пород предопределяет высвобождение площадей из горного отвода, предусматриваемых под отвалообразование.
Выполненные расчеты по карьеру им. XV-летия Октября показали сокращение площади карьера по поверхности на 14,3 гектара.
Объемы вскрышных пород в откорректированных контурах карьера сократились на 21,6 млн.м , которые должны были быть размещены во внешних отвалах. Согласно рекомендациям "Норм технологического проектирования" [105] для скальных пород высота отвалов может приниматься от 30 до 60 м. Примем среднюю высоту отвалов Н0 45 м и определим какая площадь Д S0 необходима для складирования Д V= 21,6 млн. м" пород
Суммарное высвобождение площадей при корректировании границ карьера им. XV-летия Октября составило 14,3+ 48 = 62,3 га.
Для предприятия в связи с сокращением арендуемых площадей уменьшается арендная плата за землю. В соответствии с законодательным актом «О плате за землю» в условиях Оленегорского ГОКа годовая арендная плата составляет 300 руб. за гектар (карьер, отвал и другие производственные площади). Материальная прибыль предприятия из-за сокращения производственных площадей составит
Или за весь срок существования карьера Т= 19 летСумма Э0бщ в материальном плане чисто символическая, и несопоставимо больший эффект для всего общества в целом - сохранность на установленном уровне (62,3 га сохраненных земель) экологической обстановки. производственное направление. Корректирование границ исключает изконтуров карьера AV= 21,6 млн м вмещающих пород, что соответственносокращает расходы предприятия на их разработку. При себестоимостиизвлечения 1 MJ вскрыши по карьерам Оленегорского ГОКа за 1996 г. Ь= 11,94руб/м3 экономия карьера им. XV-летия Октября за весь срок сществованиясоставитначиная с четвертого года разработки (год выхода на конечные борта)млн.м3 руды. Подсчет эффекта от корректирования границ карьера не учитывает ценность оставляемой в недрах руды, поскольку добыча ее не рентабельна. проектное направление. Высококвалифицированные проектировщикиили заказчики при анализе конечных границ карьера обнаруживают повышениесреднего, а, значит, и контурного (сверх граничного) коэффициентов вскрыши.
Корректировка границ для восстановления их экономической целесообразностиосуществляется, как правило, методом последовательного приближения (за счет интуитивного изменения контуров), что является задачей весьма трудоемкой и длительного исполнения.
Разработанные методические дополнения ко всем существующим методам определения границ карьеров позволяют обеспечить учет влияния капитального вскрытия, независимо от сложности объектов, в кратчайшие сроки с гарантией экономической целесообразности границ на уровне граничного коэффициента вскрыши, что свидетельствует о возможности значительного повышения производительности труда при выполнении проектных работ.
Таким образом, подводя итоги теоретическим исследованиям в вопросах совершенствования и дополнений к существующим методам определения границ карьеров, а таюке реализации методических разработок в конкретных горно-геологических условиях можно сделать следующие выводы:? все существующие методы определения границ карьеров нуждаются в серьезном методическом дополнении по учету отрицательного влияния капитального вскрытия при построении планов карьеров на конец отработки;? разработанные методические дополнения к существующим методам определения контуров карьеров позволяют обеспечивать экономически целесообразные их границы с высокой степенью надежности в условиях месторождений вытянутых крутопадающих и округлой формы, оконтуренных по любым существующим принципам;? надежность предлагаемых методических разработок апробирована в условиях железорудного месторождения им. XV-летия Октября АО "Олкон", в результате чего получен существенный экологический эффект (сохранение свыше 60 гектаров земной поверхности) и сэкономлено более 258 млн. рублей (деноминированных).
Развитие методов определения производительности карьеров
Разработка и совершенствование методов определения производительности карьеров следуют развитию техники и технологии их эксплуатации. Теория и методология определения производительности развивались трудами многих ученых, проектировщиков и производственников.
Первые методы определения производительности карьера создавались на теоретической основе трудов по подземным разработкам, опубликованным Б.И. Бокием [28], П.З. Звягиным [56], Л.В. Левицким [84], М.И. Агошковым [2,3].
М.И. Агошковым была предложена зависимость для определения ориентировочного значения производительности при разработке пластообразных рудных тел крутого падения с учетом потерь и разубоживания, которая широко используется по настоящее время где ha - скорость понижения добычных работ, м/год S - площадь полезного ископаемого (в геологических контурах) в пределах карьера, м2; г) - коэффициент потерь полезного ископаемого р - коэффициент объемного разубоживания. ; В 1932 году И.А. Кузнецов [78] рассмотрел производительность карьера в трех аспектах 1) как заданную согласно спросу потребителя 2) как возможную по горнотехническим факторам 3) как экономически наивыгоднейшую по критерию минимума себестоимости 1т полезного ископаемого. По методу Е.П, Звягинцева [57], предложенному в 1948 г., производственной мощностью карьера должна приниматься минимальная из установленных по сле ! дующим факторам: длине фронта горных работ, пропускнОой способности внут-рирудничного транспорта, мощности дробильно-сортировочной фабрики и пропускной способности внешних подъездных путей. При этом для вычисления годовой производительности по фактору длины фронта горных работ Мт предлагается такая зависимость:где Lp - длина рабочего фронта горных работ, м Р - рабочий участок на один экскаватор, мQ20d -годовая производительность экскаватора на 1м3 вместимости ковша в тоннах горной массы при данном режиме работы карьера, т g - вместимость ковша экскаватора,м3W - коэффициент выхода товарного известняка из горной массы на дробильно - сортировочной фабрике.Э.К. Граудин в 1954 году, занимаясь совершенствованием метода определения производительности в институте «Гипроруда» предложил учитывать зону разу б оживания при определении числа добычных уступовгде К - количество добычных уступов ,
М- горизонтальная мощность залежи, м Z=h(ctga±ctgy) - ширина зоны разубоживания. h - высота уступа, м В - ширина рабочей площадки, м а - угол откоса уступа, град, у- угол падения рудного тела, град. Возможная производительность карьера по полезному ископаемому в этом случае равна где m - количество экскаваторов на добычном уступе. О - производительность добычного экскаватора, м К методам расчета годовой производительности по возможной величине длины фронта добычных работ и скорости его подвигания относятся методы, предложенные П.И. Городецким (1955г) и П.Э. Зурковым (1958г). П.И. Городецкий [47] основными факторами, влияющими на производительность горного предприятия, считает: качество руды, запасы месторождения, горнотехнические условия развития добычи, сроки освоения данного месторождения, разведанность месторождения и геологические перспективы увеличения его запасов. Производительность карьера по П.И. Городецкому определяется из выражения р- процент резервных забоев. П.Э. Зурков [64] считает, что при определении производительности важно правильно увязать во времени и пространстве развития в карьере вскрышных и добычных работ. Предлагаемое выражение для определения производительности по руде в период полного развития горных работ имеет вид: где Р0 - запасы руды в границах открытой разработки, м Рн - объем руды, добытой в период подготовки месторождений к эксплуатации, м г}0. коэффициент извлечения запасов открытой разработки Лс- средний коэффициент вскрыши, м /м Хп - первоначальный коэффициент вскрыши, м /м / - число лет нормальной эксплуатации карьера А - коэффициент, учитывающий производительность в стадии затухания горных работ карьера в долях единицы от годовой производительности карьера по горной массе А - коэффициент, учитывающий продолжительность стадии затухания горных работ в карьере, в долях единицы от продолжительности нормальной стадии горных работ г - средний коэффициент разубоживания руды пустой породой. Полученную по (80) производительность рекомендуется проверить по возможностям ее выполнения в горнотехнических условиях рассматриваемого месторождения. Для этого предлагается выражение, полученное исходя из технических условий расстановки экскаваторов на добычных горизонтах и особенностей качественной структуры последних где т - горизонтальная мощность залежи, м L - средняя длина фронта работ по рудной зоне горизонта, пог.м L3_ - длина фронта работ на один добычной экскаватор, пог.м Оэ -годовая производительность добычного экскаватора ,м /год кр -средний коэффициент рудоносности горизонта, представляющий отношение объема руды к объему рудоносной зоны карьера. В - ширина рабочей площадки уступа, м h - высота уступа, м Р - угол откоса уступа, град. а - угол падения залежи, град. В 1957 году В.В. Ржевский [123] предлагает графический способ определения производительности карьера. Все месторождения делятся на блоки с приблизительно одинаковой формой залежи ископаемого. Для характерных разрезов блоков строятся графики изменения извлекаемых объемов полезного ископаемого и пустых пород для возможных вариантов направления развития горных работ. На основании блоковых графиков строятся сводные графики для тех же направлений развития. Сводный график с направлением развития горных работ, которому соответствует наилучший режим, т.е. наилучшее изменение текущего коэффициента вскрыши, принимается за исходный для определения производительности по полезному ископаемому. Для принятого направления развития определяется темп углубления горных работ. Производительность карьера для нормального периода развития принимается равной произведению минимальной ординаты Ymin (на сводном графике полезного ископаемого) на величину возможного годового углубления горных работ Уг где М- масштаб чертежа. Производительность карьера по вскрышным породам устанавливается как произведение максимальной ординаты на сводном графике вскрыши на соответствующее данному горизонту годовое углубление горных работ. Применительно к методу В.В. Ржевского Е.И. Васильев [34] в 1958 году исследует возможные темпы углубления, а также приходит к выводу, что обоснование размеров карьерного поля должно производиться в обязательной связи с производительностью и способом вскрытия. При этом за основу принимается обес печение возможного по условиям механизации использования фронта и провозной способности, необходимой при выбранной производительности. В период с 1956 по настоящее время большое внимание теории определения производительности карьеров уделяет А.И. Арсентьев [12, 13, 17-19, 21]. Изучив взаимосвязь производительности карьера с себестоимостью и капитальными вложениями, автор предлагает ряд ориентировочных выражений для определения экономически целесообразной производительности карьера. Так выражение где сгрсг, - коэффициенты, отражающие зависимость капвложений от производительности; а,,а2 - коэффициенты, отражающие зависимость себестоимости от производительности; fi - коэффициент, учитывающий ежегодное снижение себестоимости; /2 - коэффициент приведения; п - усредненный коэффициент вскрыши; Ц - отпускная цена руды, руб/т. соответствует производительности карьера по руде, обеспечивающей окупаемость затрат за срок Глет. Для производительности, обеспечивающей заданный уровень рентабельности, предлагается зависимость где: Р - заданный уровень рентабельности.На основе анализа извлекаемых и геологических запасов при работе карьеров в 1967 г. А.И. Арсентьевым [12]и Л.В. Левиным [83] был предложен метод учета достоверности запасов при определении производительности
Определение достижимой по горно-техническим факторам произво дительности карьера по полезному ископаемому и горной массе
Обзор методов определения производительности карьеров свидетельствует о том, что подавляющее большинство из них посвящены установлению возможного значения производительности по полезному ископаемому, которое, однако, не отражает полный масштаб горного производства, а составляет часть его, причем, как правило меньшую. Согласно одному из основных принципиальных отличий открытых горных работ от подземных - объем удаляемых при эксплуатации карьера покрывающих и вмещающих пород превосходит (и значительно) объем добываемого полезного ископаемого. Следовательно, масштаб производства на карьере в большей степени определяется производительностью по вмещающим породам. Отсюда и экономичность открытой разработки месторождения в основном определяется затратами, связанными с удалением вскрышных пород. Полный же масштаб производства добывающего предприятия выражается производственной мощностью по горной массе, т.е. суммарная производительность по добываемому полезному ископаемому и удаляемым вмещающим породам. Именно добываемая горная масса предопределяет объем капитальных вложений в горное производство, в частности на приобретение горно-транспортного оборудования. В связи с этим , весьма желательно сделать попытку совместного установления развития производительности карьера по полезному ископаемому и по горной массе, на основе выявленных закономерностей развития рабочей зоны карьера при переменном направлении понижения горных работ с максимальной скоростью. Но прежде, чем приступить к методическим разработкам , рассмотрим объемные показатели работы карьера, представленные извлекаемыми объемами горной массы, полезного ископаемого и их соотношениями, обратив особое внимание на коэффициент добычи, предложенный Г.А. Холодняковым, поскольку совместно устанавливается развитие возможной производительности по полезному ископаемому и горной массе. Согласно автору коэффициент добычи - это количество добываемого полезного ископаемого, приходящееся на единицу объема извлекаемой горной массы.
В разделе 4.5. рассмотрены три основных варианта развития карьера, которые при одинаковом направлении развития горных работ и максимальной скорости углубки отличались величиной горизонтального подвигания фронта уступов. При этом на примере семи верхних горизонтов проанализировано формирование линейных параметров карьера: ширины рабочих площадок, углов откосов и формы рабочих бортов. Теперь рассмотрим, каковы объемные показатели работы карьера, т.е. объемы добываемой руды, горной массы ,их отношение - текущий коэффициент добычи, а также коэффициент вскрыши для тех же вариантов, но за весь период отработки карьера. На рис. 52 графически представлено изменение объемов руды и горной массы за периоды опускания на каждый из двадцати трех горизонтов, по каждому из трех вариантов развития карьерного пространства: обеспечения расчетной ширины рабочих площадок, максимального извлечения горной массы и максимального извлечения руды при минимуме пустых пород.
Для удобства анализа в карьере по глубине выделено пять зон. В зонах 1, 3 и 5 - вертикальная углубка, в зонах 2 и 4 - наклонная переменная.
В зоне 1 (поверхность - гор.2) углубка вертикальная. Для всех трех рассматриваемых вариантов, т.е. обеспечения расчетных (минимальных) рабочих площадок, максимального извлечения горной массы и максимального извлечения руды, объемы руды и горной массы одинаковы, что подтверждают соображения на этот счет, изложенные в разделах 4.4 и 4.5. На рис.52 ординаты руды и горной массы в этой зоне одинаковы для всех вариантов.
В зоне 2 (гор.2 - гор.6) углубка наклонная с изменяющимся по глубине углом. Объемы руды и горной массы, извлекаемые при всех вариантах отработки, в каждый последующий период подготовки нового горизонта больше по сравнению с предыдущим, так как происходит вовлечение в разработку новых уступов, а конечных контуров рабочая зона еще не достигала. Однако, следует отметить, что в вариантах с максимальным извлечением горной массы (в большей степени) и максимальным извлечением руды (в меньшей степени) нарастание объемов происходит быстрее, чем в варианте с обеспечением минимальных рабочих площадок, что объясняется использованием имеющегося резерва в горизонтальном подвиганий уступов при наклонной углубке. Указанные различия в объемах на рис.52 отражаются значениями соответствующих ординат. Неравномерное наращивание объемов руды и даже некоторое снижение их при опускании на гор.5 в вариантах с максимальным извлечением горной массы и максимальным извлечением руды объясняется скорее всего сложностью формы рудной залежи.
Существенной особенностью 2 зоны является возможность достижения при работе карьера по варианту с максимальным извлечением руды объемов последней, почти равных по величине объемам при варианте максимального извлечения горной массы. При этом объемы горной массы существено отличаются.
В зоне 3 (гор.6 - гор.11) опускание горных работ вновь вертикальное. При обеспечении минимальных рабочих площадок продолжается наращивание извлекаемых объемов руды и пустых пород с тем же темпом, что и в зоне 2, за исключением периодов подготовки гор.9, 10 и 11, когда частично достигают конечного положения гор.1 и гор.2 (рис.40 и 41), При максимальном извлечении горной массы и максимальном извлечении руды с переходом на вертикальную углубку в зоне3 объемы извлекаемой руды и горной массы резко снижаются за сет отсутствия резерва в подвиганий фронта работ, имевшего место при наклонной углубке. На рис. 52 это можно проследить по ординатам для гор.7. При опускании с гор.7 до
