Содержание к диссертации
Введение
1. Современное состояние горнодобычных и рекультивационных работ на карьерах строительных горных пород казахстана
1.1. Анализ современного состояния горнодобычных работ и проектов разработки месторождений строительных горных пород
1.2. Анализ современного состояния рекультивационных работ и проектов восстановления нарушенных земель
1.3. Краткий обзор литературных источников по рекульти вации нарушенных земель
2. Исследование основных факторов,влияющих на эффективность восстановительных работ и социальные аспекты рекультивации земель
2.1. Основные факторы, влияющие на эффективность рекуль-вационных работ
2.2. Горногеологические условия месторождений строительных горных пород и эффективность рекультивационных работ
2.3. Исследование влияния основных горнотехнических факторов на эффективность рекультивационных работ
2.4. Организационные, экономико-географические факторы рекультивации и социальные аспекты восстановления нарушенной поверхности
3. Влияние параметров систем разработки месторождений строительных горных пород на эффективность рекультивационных работ
3.1. Основные параметры системы разработки, влияющие на технико-экономические показатели рекультивации карьеров строительных горных пород
3.2. Влияние параметров системы разработки на эффективность рекультивационных работ 90
3.3. Экономико-математическая модель задачи выбора раци ональных параметров системы разработки, обеспечива ющих эффективность рекультивационных работ
4. Установление рациональных параметров систем разработки, обеспечивающих эффективное ведение рекультивации карьеров
4.1. Краткие экономико-географические,горногеологические и горнотехнические сведения по месторождениям
4.2. Выбор переменных величин и технико-экономических показателей для производства расчетов
4.3. Варьирование затрат при переборе переменных величин
4.4. Рациональные параметры элементов системы разработки на рассматриваемых месторождениях 139
4.5. Экономическая эффективность результатов исследований 140
Заключение 144
Литература 147
Приложения 157
- Анализ современного состояния рекультивационных работ и проектов восстановления нарушенных земель
- Исследование влияния основных горнотехнических факторов на эффективность рекультивационных работ
- Влияние параметров системы разработки на эффективность рекультивационных работ
- Выбор переменных величин и технико-экономических показателей для производства расчетов
Введение к работе
Актуальность работы. В решениях ХХУІ съезда КПСС предусмотрено увеличить в стране объем выпуска стройматериалов на 17-19%, что неразрывно связано с интенсивной разработкой месторождений строительных горных пород. В Казахской ССР добыча строительного камня, гравия, песка, песчано-гравийной смеси, известняков, глины, облицовочных и других материалов достигла в 1982г. 65 млн.м3
В работе рассматриваются месторождения строительных горных пород Казахстана, расположенных в основном в зоне агротехнически развитого, а по климатическим условиям - рискованного земледелия. Эти месторождения имеют, как правило, небольшую мощность полезной толщи (от 5 до 60 м) и сравнительно большие площади залегания (до 100-150 га).
Результатом их эксплуатации была значительная часть из нарушенных к 1982 г. 200,0 тыс.га сельхозугодий, имеющих к тому же в Казахстане ограниченные: ресурсы.
В целом, ежегодно из сельскохозяйственного оборота республики выбывает около 30 тыс.га земель.
Из-за методически неправильного подхода к проектированию, разработке и рекультивации месторождений строительных горных пород стоимость одного гектара восстановительных работ остается на высоком уровне, составляя от 5 до 20 тыс.руб., темпы рекультивации значительно отстают от темпов нарушения площадей.
Создавшееся положение определяет актуальность и необходи -мость изучения процессов взаимного влияния добычных и рекульти-вационных работ для выработки научно обоснованных решений, способствующих повышению эффективности мероприятий по восстановлению нарушенных земель.
Решение этой проблемы будет содействовать претворению в
жизнь "Основных направлений экономического и социального развития в СССР на I98I-I985 гг. и на период до 1990 года," где пре -дусмотрено"... улучшать охрану природы, усилить работу по сох -ранности сельскохозяйственных угодий, борьбу с эрозией почв,повысить темпы работ по рекультивации земель ..." и Продовольст -венной программы СССР на период до 1990 г., принятой на майском (1982 г.) Пленуме ЦК КПСС.
Цель диссертационной работы. Выявление и анализ основных : факторов,определяющих технико-экономические показатели рекультивационных работ. Разработка экономико-математической модели задачи выбора рациональных параметров элементов системы разработ-1 ки, обеспечивающих эффективность восстановительных работ в кон-' кретных экономико-географических, горногеологических и горнотехнических условиях месторождений строительных горных пород. Основные задачи исследования.
Выявить и проанализировать основные горногеологические, горнотехнические и экономико-географические факторы, влияющие на эффективность рекультивационных работ.
Выявление основных закономерностей изменения затрат на рекультивацию в зависимости от принятых параметров элементов системы разработки. '
Разработка методики выбора рациональных параметров элементов системы разработки с учетом рекультивационных работ.
Внедрение предлагаемых рекомендаций по оптимизации параметров систем разработки на карьерах строительных горных пород Казахстана.
Фактический материал. Основу диссертационной работы составляют материалы исследований фактического состояния горнодобыч -ных и рекультивационных работ, проведенных автором с 1974 г. по 1983 г. по 80 карьерам строительных горных пород Казахстана. За
-б-
это время автором установлена степень влияния горногеологических, горнотехнических и экономико-географических факторов, а также параметров систем разработки на эффективность рекультива-ционных работ.
Разработанная на основании исследований автора методика выбора рациональных параметров систем разработки использована при составлении проектов разработки и рекультивации месторождений строительных горных пород Казахстана.
В работе использованы труды отдельных авторов и коллекти -вов по рекультивации нарушенных земель.
Исследования проводились в соответствии с планом научно-исследовательских работ, утвержденных Госкомитетом по науке и технике при Совете Министров СССР "Разработать научно-технические решения, обеспечивающие максимальную эффективность рекультива -ционных работ на карьерах нерудных строительных материалов", государственный регистрационный номер (154) Н8а,
Методика исследований. Для решения поставленных задач принят комплексный метод исследований:
анализ и обобщение данных практики разработки и рекультивации месторождений строительных горных пород;
анализ степени влияния горногеологических, горнотехнических условий отработки, параметров элементов систем разработки
на технико-экономические показатели рекультивационных работ;
- экономико-математическое моделирование для выбора основ
ных параметров элементов системы разработки месторождений строи
тельных горных пород, обеспечивающих максимальную эффективность
рекультивационных работ.
При обработке получаемых данных и оценке их точности и достоверности использовались методы математической статистики.
К основным научным положениям, защищаемым в работе относятся:
впервые установлено, что выбор порядка отработки и пара -метров элементов системы разработки целесообразно производить комплексно, по критерию минимизирующим суммарные затраты на до -бычные и рекультивационные работы с учетом экономического ущер -ба при изъятии земель и экономической отдачи рекультивированного карьера; '
впервые установлено, что эффективная разработка и рекультивация месторождений строительных горных пород обеспечивается при высоте рабочей зоны по полезному ископаемому, равной его мощности, минимальной длине фронта работ и ширине рабочей площадки и выборе рациональных угла откоса и высоты уступа с учетом восстановительных работ. При этом стоимость восстановительных работ снижается в большей степени, чем удорожание добычи полезного ископаемого ;
-разработана методика выбора рациональных параметров элементов системы разработки, отличающаяся тем, что угол откоса и высоты уступа и рабочей зоны, длина фронта работ, ширина рабочей площадки и порядок отработки определяются с учетом рекультиваци-онных работ.
Идея работы.
Рассмотреть совместно в пространстве и времени технологические параметры добычных работ на месторождениях строительных горных пород Казахстана и рекультивации выработанного прост -ранства.
Достоверность научных положений обеспечена надежной информацией о состоянии добычных и рекультивационных работ, получен-
ной на 80 действующих предприятиях, обработанной с привлечением современных методов исследований, удовлетворительной сходимос -тью теоретических расчетов с данными практики и проектными ре -шениями и последующей проверкой результатов при внедрении в производство.
Научная новизна работы:
впервые разработана и предложена методика оценки зависимости эффективности рекультивационных работ от принятых параметров элементов системы разработки и сложившихся горногеологических, горнотехнических и экономико-географических условий отработки полезного ископаемого;
впервые разработана и предложена экономико-математическая модель задачи выбора рациональных параметров элементов системы разработки, обеспечивающих наибольшую эффективность рекультивационных работ в конкретных условиях месторождений строительных горных пород.
Практическая ценность. Результаты проведенных исследований позволяют принимать обоснованные научно-технические,проектные решения по выбору рациональных параметров систем разработки с учетом необходимости повышения эффективности рекультивационных работ на карьерах строительных горных пород.
Для условий месторождений строительных горных пород разработаны практические рекомендации, что позволило уменьшить экономический ущерб от изъятия земель, темпы нарушения площадей, затраты на рекультивацию, сроки начала восстановительных работ и увеличить экономическую отдачу рекультивированной поверхности.
Реализация работы. Разработанные рекомендации легли в основу при определении рациональных параметров элементов системы разработки на ряде месторождений строительных горных пород Ка -захстана.
Бнедрение результатов исследований на Аэродромном месторождении глин Усть-Каменогорского комбината строительных материа -лов позволило сократить затраты на рекультивацию, уменьшить экономический ущерб от изъятия земель, повысить экономическую отдачу рекультивированного карьера на общую сумму 495,6 тыс.руб.
Достигнут значительный экономический эффект от внедрения рациональных параметров элементов системы разработки на Капча-гайском, Шолаксаиском месторождениях песка и Бражихинском месторождении мраморизованных известняков.
Апробация работы. Диссертационная работа и основные ее положения докладывались и были одобрены на заседании лаборатории разработки нерудных месторождений и секции Ученого совета Института горного дела АН КазССР (Алама-Ага, 1979-1983 гг.), обсуждены на Всесоюзном совещании по безотходной технологии переработки полезных ископаемых (ИПКОН, Москва, 1979 г.), на УП Всесоюзной научной конференции ВУЗов СССР (МГИ, Москва, 198I г.), на Всесоюзной научно-технической конференции по рекультивации земель в СССР (Минсельхоз СССР, ВДНХ СССР, Москва, 1982 г.), на техническом совете республиканских промышленных объединений "Каз-стенматериалы" и"Казнерудматериалы" (Алма-Ата, 1983 г.), на научно-техническом совете Казахской горно-геологической экспедиции МПСМ КазССР (Алма-Ата, 1983 г.), экспонировались и удостоены дипломов и медалей ВДНХ СССР и Казахской ССР (приложения II, 12 )
Иубликация. По результати выполненых исследований опубликовано 12 статей.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы из95 наименований и представлена на 185 страницах машинописного текста, со-
держит 24 рисунка, 19 таблиц и приложения.
В первой главе приведено современное состояние и перспективы развития горнодобычных и рекультивационных работ на карьерах строительных пород Казахстана, а также дается анализ выполненных проектов восстановления нарушенных земель с 1971 г. по 1983 г. Результаты анализа показывают, что затраты на разработку полезного ископаемого и рекультивацию нарушенных земель (технический этап) зависят от горногеологических, горнотехнических условий месторождений, параметров систем разработки полезного ископаемого. Установлено, что горные работы, в основном, ведутся без учета необходимости дальнейшего восстановления нарушен -ных земель.
Приводится краткий обзор литературных источников по исследованию взаимовлияния рекультивационных и добычных работ. Разработанные для условий рудных и угольных месторождений прогрессивные технологические схемы добычных и рекультивационных работ находят ограниченное применение в условиях месторождений строительных горных пород. Сделаны основные выводы, поставлены цели и задачи исследований.
Во второй главе устанавливается влияние горногеологических, горнотехнических и экономико-географических факторов на технико-экономические показатели рекультивационных работ.
В третьей главе рассмотрено влияние параметров системы разработки на эффективность рекультивационных работ в конкретных горногеологических и горнотехнических условиях отработки.
Выполненными исследованиями установлены закономерности зависимости эффективности рекультивационных работ от параметров системы разработки - высоты рабочей зоны и добычного уступа, угла откоса борта и уступа, длины' фронта работ, ширины рабочей площадки, периметра карьера, принятой глубины отработки, мощное-
и-
ти залежи и запасов полезного ископаемого, производственной мощности карьера. Установлены противоречивые факторы, связанные с разработкой и рекультивацией карьеров.
Разработана экономико-математическая модель задачи выбора рациональных параметров системы разработки месторождений строи -тельных горных пород с учетом восстановления нарушенных площадей. Для иллюстрации предлагаемой методики в четвертой главе приводятся расчеты основных параметров элементов системы разработки для конкретных месторождений полезного ископаемого Казахстана, опре -деляется экономическая эффективность рекомендуемых предложений.
В целом утвержденный экономический эффект от внедрения рациональных параметров элементов системы разработки составил 855,5 тыс.руб.
Предлагаемая методика находит применение в практике проектирования карьеров в Казахской горно-геологической экспедиции Мин -промстройматериалов Казахской ССР, в институте "Каздорпроект" Минавтодора КазССР.
Диссертация заканчивается изложением основных выводов и предложений производству.
Настоящее исследование является результатом многолетней работы автора в области проектирования карьеров строительных гор -ных пород и их рекультивации.
В работе использованы труды академиков Мельникова Н.В. и Ржевского В.В., профессоров Арсентьева А.И. и Шлаина И.Б., член-корр. АН КазССР Мустафиной A.M. и Чулакова П.Ч., а также других видных советских ученых.
В процессе выполнения исследований автор пользовался советами и замечаниями сотрудников ИГД АН КазССР - кандидатов технических наук Завалишина B.C., Петровича СИ., Рогова Е.И., заведующего кафедрой разработки месторождений открытым способом Ленин -
градского горного института им.Г.В.Плеханова - профессора Арсен -тьева А.И., доцентов той же кафедры Кульбацкого Б.Б.» Егина В.А., Шпанского О.В., специалистов-практиков в области рекультивации карьеров строительных горных пород Казахстана Ердавлетова СМ. и Омарова Т.О., встречал поддержку со стороны Казахской горно-гео -логической экспедиции и ряда предприятий стройиндустрии Казахстана. Всем указанным лицам и организациям автор выражает глубокую благодарность и признательность.
Выполненная работа является первой попыткой обобщения опыта проектирования, разработки и рекультивации карьеров строительных горных пород Казахстана и может быть использована проектными и научными организациями, ведущими исследования в области открытых горных работ и рекультивации карьеров строительных горных пород.
-/3-
Анализ современного состояния рекультивационных работ и проектов восстановления нарушенных земель
Из-за производственной деятельности человека на земном шаре стали совершенно непригодными земли на площади около 60 млн. га, ежегодно выпадает из сельскохозяйственного оборота не менее I млн га плодородных земель /59, 75, 84/.
В США к 1980 г. нарушено более 2 млн га ценных земель /87, 88/. В Англии ежегодно нарушается около 24 тыс.га /84, 85/. В ГДР общая площадь месторождений, разрабатываемых открытым способом, составит в ближайшее время примерно 400 тыс.га / 90 /. В Польше площадь, нарушенная горными работами, составляет около тыс.га / 93 /. В Чехословакии, в результате промышленного загрязнения, снизилась урожайность картофеля и сахарной свеклы в 2-3 раза, зерновых - на 27-29$ /94, 95/.В Польской Народной Республике, в районе ведения открытых горных работ, наблюдается изменение гидрогеологического режима на площади 25 тыс.га, разрушение древостоев на площади около 300 тыс.га / 86 /.
В настоящее время, в нашей стране, в основном все плодородные земли, которые не требуют для освоения значительных капитальных вложений, распаханы. Так, например, сельскохозяйственные угодья Украины составляют 78-88$ общей площади, часть из которых отведена под промышленные разработки /69, 86 /.
Темпы нарушения и рекультивации земель в Казахстане по данным /46, 75 / и Министерства сельского хозяйства республики (приложение 4) выглядят следующим образом:
Известно, что общий объем добычи полезных ископаемых в СССР удваивается каждые 10-12 лет, при этом для добычи I млн.т угля изымается олее 20 га земель / 13 /, I млн.т глинистого сырья, песчано-гравийной смеси, песка 8,0-13 га, I млн.т строительного камня 1,5-2,5 га / 25 /.
Сложившиеся условия показали необходимость производства исследовательских и практических работ по рекультивации земель.
В 1948-1950 гг. в Донбассе институтом лесоводства АН УССР были проведены работы по озеленению терриконов / 80 /, в 1959 г. Уральским университетом выполнены исследовательские работы с целью закрепления шламовых полей, золоотвалов тепловых электростанций, а также асбестовых и Песковых отвалов в Свердловской, Че -лябинской и Пермской областях / 71 /.
Первые данные о результатах облесения отвалов фосфоритных разработок в Московской и Брянской областях, буроугольных и железорудных карьеров в Тульской, Курской и Белгородской областях были опубликованы Мироновым Б.В. / 10 /.В настоящее время накоплен положительный опыт работ по рекультивации на Камыш-Бурунском железорудном комбинате / 50, 82/, на карьере глин Часов-Ярского комбината / 69 /, на карьере песков Криворожского силикатного завода / 38 /, на Егорьевском фосфоритовом комбинате / 40 /. Разработаны проекты рекультивации Анновского карьера / 62 /, отвалов вскрыши комбината "Уралзолото" / 44 /, Новорайского рудника / 67 /, Новокриворожского горно -обогатительного комбината и Моховского угольного разреза / 75 / и др. Широкое распространение на Украине, в Астраханской области и в Башкирии нашли лесные полосы / 38, 41, 49 /.
В 10 пятилетке, объем рекультивационных работ на предприятиях Министерства черной металлургии возрос более чем в три раза, причем максимальное количество земель рекультивировано под сельскохозяйственные угодья / 52 /.
Горнодобывающими предприятиями Минпромстройматериалов СССР по состоянию на I января 1982 года было нарушено около 100,0 тысяч га земель, отработано месторождений на площади 50,0 тыс.га, а рекультивировано 45,0 тыс.га. Средняя стоимость рекультивации I га по министерству составила 5,5 тыс.руб., ежегодный объем рекультивации более 5 тыс.га / 79/. В Казахстане накоплен опреде -ленный опыт по рекультивации земель.На Зыряновском свинцовом комбинате установлено, что на площадях, занятых хвостами обогащения и отвалами пустых пород, мо -гут произрастать различные сельскохозяйственные культуры.
На руднике им.20-летия Казахской ССР (Донской ГОК) с целью уменьшения изъятия ценных земель при разработке крутопадающих залежей, решено использовать для отсыпки вскрышных пород вырабо -тайное пространство карьеров. Экономический эффект использова -иия выработанного пространства карьеров Донского ГОКа для раз -мещения отвалов составляет 570 тыс.рублей в год.
В Алма-Ате на месте бывшего Тастакского карьера песчано -гравийной смеси на площади около 100 га разбита парковая зона , построен водоем с пляжем. Рекультивационный карьер принес большой социально-экономический эффект, способствуя оздоровлению микроклимата западного района столицы Казахстана.
Работы по рекультивации карьера суглинков Алма-Атинского кирпичного завода № 3 заключаются в выполаживании бортов, озе -ленении деревьями и кустарниками. Общая площадь восстановительных работ составляет 40 га.Восстановленные земли Ащибулакского карьера суглинков (Алма-Атинская область) позволяют в течение многих лет снимать устойчивые урожаи зерновых культур на площади около 14 га.
Рекультивированная на площади 15 га часть Глубоковского карьера суглинков, расположенного в Восточно-Казахстанской области, служит парковой зоной для поселка Глубокое.Выработанное пространство карьеров "Защита-1п и пЗащита Ш" Усть-Каменогорского комбината стройматериалов, площадью 30 га , намечено использовать под золоотвалы. Отвал Сожаевского месторож
Исследование влияния основных горнотехнических факторов на эффективность рекультивационных работ
Объемы промышленных запасов ежегодно учитываются при отнесе-нии затрат на рекультивацию плановой и фактической себестоимости добычи полезных ископаемых.
В плановой себестоимости затраты определяются по ставке , включенной в оптовую цену, и для расчета величин плановых ставок относятся на единицу промышленных запасов на данном месторожде -нии. Отношение затрат на рекультивацию карьера к объему промыл -ленных запасов определяет величину удорожания себестоимости до -бычи ур.д. Проведенный анализ показал, что с увеличением объема сырья в контуре подсчета запасов на каждый I млн.м3, удорожание себе стоимости добычи ( ) уменьшается в среднем от 14 до 3 коп. в интервалах от I до б млн.м3, снижается до 1,5 коп. в интервалах от б до 9 млн.м3. Некоторое увеличение /с.Э. наблюдается в интервалах от 9 до 10 млн.м3 и более / 25 /.
На рис.2.2 (кривая I) приведена зависимость удорожания себестоимости добычи Уе.д. за счет затрат на рекультивацию от объема промышленных запасов ( J ), описываемая уравнениемгде 16,918; 3,882; 0,24 - постоянные коэффициенты;(0,82 - коэффициент корреляции).
Разброс точек связан с различными видами освоения земель , типоразмерами горного оборудования, групп строек, категорий грунта. Характер изменения кривой I на рис.2.2 объясняется следующим:а) карьеры с небольшим объемом полезного ископаемого имеют,как правило, малую мощность и небольшой периметр, при этом зат раты, связанные с выполаживанием бортов карьера, перемещением ипланировкой грунтов незначительны (10-40$ от общего объема работ)б) с увеличением объемов полезного ископаемого растут периметр карьера и его глубина. При этом повышаются затраты на рекультивацию, связанные с перемещением пород вскрыши на подошве, спланировкой и выполаживанием бортов карьера как по длине, так ив глубину / 21, 32, 38, 63, 65 /;в) в некоторых случаях, прирост запасов полезного ископае мого производится в основном по площади (Берлису-Енбекское и Акмолинское месторождения песка, Ассинское и Баладерисинское месторождения песчано-гравийной смеси, Чимкентское и Джамбулское мес соответствующих при этом затрат, повышение экономического ущерба от изъятия земель, влияющих на характер изменения кривой I.
Проведенные исследования показывают целесообразность укрупнения карьеров с целью улучшения технико-экономических показателей добычных работ (раздел I.I настоящей работы) и восстановления нарушенных земель.
Принятая глубина отработки существенно влияет на технико -экономические показатели восстановительных работ. На рис.2.2 (кривая 2) показана зависимость удорожания себестоимости добычи I м3 полезного ископаемого ( Ус.д. ) за счет затрат на рекультивацион-ные работы от глубины восстанавливаемой поверхности.где - глубина рекультивируемого карьера (мощностьполезного ископаемого), м; - постоянные коэффициенты.
Разброс точек на графике связан с разновидностью восстало -вительных работ, различными категориями грунта, групп строек и типами применяемого оборудования / 21 /.
Коэффициент корреляции составляет 0,82.Данные кривой 2 (рис.2.2) и выражение (2,7) имеют удовлет -ворительную сходимость с проведенным анализом зависимости затрат на рекультивацию земель с углублением горных работ (рис.2.3),где различаются:I. Затраты на рекультивацию скальных месторождений, связанные со значительным объемом работ по засыпке восстанавливаемой поверхности. 2. Затраты на рекультивацию месторождений рыхлых пород.3. Затраты на рекультивацию скальных пород с незначительным объемом земляных работ (создание пастбищ на подошве карьера и так далее).
Исследованиями установлено, что с увеличением глубины разработки на 10 м стоимость рекультивации I га возрастает в среднем до 30-50$.
Разброс точек на рис.2.3 вызван разновидностью горногеологических, горнотехнических и экономико-географических условий разработки и рекультивации месторождений строительных горных пород. Нами установлено, что с углублением горных работ на каждые 10 м удорожание себестоимости добычи I м3 сырья за счет рекультива -ционных работ возрастает в среднем от 2 до б коп. в пределах от 5 до 15 м и от б до 9 коп. в пределах от 15 до 25 м / 21, 25 /.
Удорожание себестоимости добычи I м3 полезного ископаемого за счет затрат на рекультивацию зависит от применяемого обору -дования на восстановительных работах.
Карьеры строительных горных пород Казахстана оснащены разнообразными типами экскаваторов, бульдозеров и другой техники. Различные горногеологические и экономико-географические условия месторождений показали необходимость выбора такого комплекса машин, при котором затраты на земляные работы были бы минимальны при соблюдении технологических норм и правил рекультивации.
При проектировании карьеров строительных горных пород появляется возможность выбора конкурентоспособных комплексов, зани -мающихся восстановительными работами. Экскаваторные работы, как наиболее дорогостоящие, являются определяющими уровень затрат на рекультивацию.
В нормативно-справочной и сметной литературе производите -льность и стоимостные факторы определяются в зависимости от ем кости ковша экскаваторов /35, 42, 56, 77 /.
В связи с этим рассмотрим взаимосвязь между емкостью ковша экскаватора, занятого на работах по рекультивации и удорожанием себестоимости добычи I м3 сырья.
Проведенным анализом установлено, что с увеличением емкости ковша экскаватора ) снижается показатель удорожания себесто-имости добычи I MJ полезного ископаемого ( VO.D. ) за счет затрат на рекультивацию карьера. Рассмотренная нами взаимосвязь (рисунок 2.4) показала, что с увеличением емкости ковша экскаватора от 1,25 до 4,6 м3 затраты на рекультивацию и соответственно удорожание себестоимости добычи I м3 полезного ископаемого уменьшается в среднем от 5-6 до 1,6 коп., или в 3,5 раза, увеличение емкости ковша от 0,3 м3 до 1,25 м3 связано с уменьшением удорожания себестоимости добычи от 22 до 5,6 коп. или в 3,9 раза. Характер изменения кривой и разброс точек на рис.2.4 объясняется следующим:1. С увеличением высоты уступа, например, на 5 м и выбореэкскаватора с соответствующей емкостью ковша, затраты на перемещение вскрышных пород по схеме внешний отвал - рекультивируемаяповерхность сокращаются в среднем на 16$, экономическая отдачаза счет увеличения площади рекультивации возрастает на 12-13$/ 21, 24, 25 /.2. Затраты на рекультивацию зависят от категорий и группразрабатываемых грунтов и пород, применяемого оборудования, ко торые рассмотрены нами в разделе 2.2.Зависимость удорожания себестоимости добычи I м3 сырья за счет затрат на рекультивацию от емкости применяемого ковша экс -каватора описывается уравнением:
Влияние параметров системы разработки на эффективность рекультивационных работ
Сроки передачи рекультивированных участков землепользователю зависят от многих факторов. Часть из них - взаимновлияющие параметры системы разработки и производственная мощность карьера рассмотрены нами в настоящей работе.
Проведенный анализ показал, что при одновременной отработке месторождения несколькими уступами на полную мощность, передача рекультивированных участков землепользователю производится в первое пятилетие после начала разработки месторождения. При одноус-тупной последовательной отработке этот срок отодвигается практически к концу разработки полезного ископаемого.передачи первых восстановленных участков в зависимости от высоты уступа при одноуступной ( "-/ ) и многоуступной отработке месторождения {d 2 ) График построен на основе выражений (3.1) и (3.3) для условного карьера, имеющего ширину 400 м, длину 1500 м, мощность полезного ископаемого 40 м, годовую производительность 800,0 тыс.м3.Как видно из рис.3.I, отработка месторождения несколькими уступами (например, когда/// = 5 м) на полную мощность полезного ископаемого, позволяет передать первый восстановительный участок уже через 2,5 года после начала эксплуатации карьера (прямая L-2. ), в то время как при последовательной одноуступной отработке этот срок отодвигается на более длительный срок.
Данные рис.3.I и выражений (3.1) и (3.3) показывают, что применение какого-либо промежуточного варианта (например, одно -временная отработка двумя 8м уступами не на полную мощность) не приводит к существенному улучшению технико-экономических показателей рекультивации, так как сроки начала восстановительных работ более чем в 10 раз превышают сроки в ранее рассмотренном варианте многоуступной отработки.
Из рис.3.1 следует, что увеличение высоты уступа на каждые 5 м приводит, при многоуступной отработке, к незначительному отодвиганию (до 0,5 года) сроков начала восстановительных работ и к сокращению сроков начала восстановительных работ в среднем на 10 лет при одноуступной отработке.
Анализ выражений (3.1) и (3.3) показал, что начало рекульти вационных работ с увеличением угла откоса уступа на каждые 10 остается на том же уровне при одноуступной отработке и незначительно сокращается при многоуступной выемке полезного ископаемого.
Исходя из изложенного, можно утверждать о необходимости многоуступной разработки месторождений строительных горных пород при максимально-допустимой высоте уступа. Предлагаемое позволит уменьшить практические сроки передачи восстановительных участков в 7-Ю раз по сравнению с одноуступной, значительно улучшить технико-экономические показатели рекультивационных работ, уменьшить вредное воздействие горных работ на окружающую среду /21, 24 , 32, 65 /.
Однако, отработка полезного ископаемого одновременно на полную мощность несколькими уступами связана с увеличенными объемами горнокапитальных и горно-подготовительных работ. Исследования / 5 / показали, что с позиции сокращения объемов горнокапиталь -ных работ целесообразно применение одноуступной отработки месторождений.
Таким образом, выбор параметров систем разработки месторождений строительных горных пород должен базироваться на минимуме суммарных приведенных затрат при разработке и рекультивации ка -рьеров, то естьполезного ископаемого
Практика показала, что в случне равенства затрат в сравни -ваемых вариантах, необходимо отдавать предпочтение многоуступной отработке, которая обеспечивает быстрейший ввод рекультивированных земель в народное хозяйство.
Из выражений (3.1) и (3.3) следует, что сроки начала рекультивационных работ в значительной степени определяются производ -ственной мощностью карьера.
На рис.3.2 приведен график зависимости начала рекультивационных работ /р от годовой производительности карьера. Как видно из рис.3.2 разработка полезного ископаемого с годовым объемом добычи 800 тыс.м3 позволит начать рекультивационные работы при многоуступной отработке через 1,5 года, в то время как при одноус -тупной - через 20 лет. С уменьшением годовой производительности карьера на каждые 200 тыс.м3 сроки начала восстановительных ра -бот увеличиваются примерно в 1,5-2 раза и достигают, например , при А-.- = 400 тыс.м3 соответственно 2,5 и 40 лет.і ид.
Анализ выражений (1.5)-(1.6) и (3.1)-(3.3), данные рисунков 1.4-1.6 и 3.2 показывают на необходимость объединения целого ряда карьеров, расположенных в непосредственной близости друг от друга с целью увеличения их годовой производственной мощности.
При этом, улучшаются технико-экономические показатели разработки сырья, уменьшается удорожание себестоимости добычи за счет рекультивационных работ (раздел 2 настоящей работы), объемы и время пребывания плодородного слоя почвы и вскрышных пород в отва -лах, где с течением времени они теряют свои первоначальные свойства / 18 /. Однако, увеличение производственной мощности приводит к повышению темпов нарушения земель (рис.2.5), что может быть компенсировано, как установлено нами ранее, выбором рациональных параметров системы разработки и порядка отработки полезного ископаемого.
Высота уступа, высота рабочей зоны и технико-экономические показатели рекультивационных работ связаны следующим образом.
Рассмотрим последовательную отработку месторождений одним или несколькими уступами, общая высота которых менее мощности полезного ископаемого. В этом случае, весь объем вскрышных пород , по мере разработки месторождения, перемещается во внешние отвалы и в последующем обратно вьгеозится на рекультивируемые участки в контуре карьера.
Объем вскрышных пород, перемещаемый в отвалы с последующей перевозкой на рекультивируемые участки, находим из выражения
Выбор переменных величин и технико-экономических показателей для производства расчетов
На основании проведенных исследований (главы 1-3) установлена необходимость перебора методом вариантов следующих переменных величин:1. Глубины отработки.2. Порядка отработки месторождений.3. Высоты добычного уступа и рабочей зоны.4. Угла откоса уступа.5. Ширины рабочей площадки на вскрышном и добычном горизонтах.6. Угла выполаживания борта карьера.7. Длины фронта работ.8. Производственной мощности карьера.9. Технической характеристики оборудования.10. Расстояния транспортирования и местоположения отвала вскрышных пород.11. Периметра карьера.
При этом учитывается ценность отчуждаемых для несельскохозяйственных нужд земель, виды применяемого горно-транспортного оборудования, экономико-географическое положение данного месторождения, горногеологические и горнотехнические условия отработки по -лезного ископаемого.
В связи с тем, что рассматриваемые месторождения эксплуати -руемые, принимается существующее оборудование и производственная мощность карьера, глубина отработки и периметр карьера, установ ленным в период геологоразведочных работ.
Установление рациональных параметров системы разработки производится методом перебора вариантов с условием обеспечения в конкретных условиях наилучших технико-экономических показателей горных и рекультивационных работ.
Расчеты по рассматриваемым карьерам строительных горных по -род выполнены на ЭВМ EC-I020 по предлагаемой методике. Технико -экономические показатели (табл.4.1), необходимые для расчета,приняты по проектным и фактически сложившимся данным по месторожде -ниям. а) Порядок отработки полезного ископаемого
Рассматриваются два варианта отработки, одноуступная и многоуступная на полную мощность полезного ископаемого.
Как показали исследования (глава 3 настоящей работы) в сравниваемых вариантах будут учитываться сроки начала рекультивацион-ных работ, затраты на разработку полезного ископаемого на рекультивацию карьера, показатели экономического ущерба от изъятия зе -мель и экономической отдачи рекультивированного карьера, стой -мость вторичного перемещения вскрыши из отвала на восстанавливаемую поверхность.
В таблице 4.2 сопоставлены затраты при различных вариантах отработки для наивыгоднейшей комбинации параметров системы разработки.,5 б 7 0 Q3 8 9 J757J 4,8
Анализ таблицы 4.2 подтвердил целесообразность многоуступ -ной отработки, когда затраты на разработку полезного ископаемого снижаются на 6-11%. Стоимость рекультивационных работ уменьшается в 8-Ю раз на карьерах, где предусмотрено выполаживание бор -тов и в 25-30 раз там, где данные работы не производятся.За счет фактора времени и пространства экономический ущерб от изъятия земель сокращается до 100 и более раз, экономическая отдача восстановленной поверхности увеличивается в 2-2,5 раза.
В сравниваемых вариантах рассматривается зависимость затрат на разработку полезного ископаемого, рекультивацию карьера, сроков начала восстановительных работ, объемов вскрыши, вывозимых во внешние отвалы, объемов работ по выполаживанию бортов карьера, экономического ущерба от изъятия земель и экономической отдачи восстановленной поверхности для наиболее рационального сочетания параметров элементов системы разработки и порядка отработки. В таблице 4.3 сопоставлены затраты при различных высотах уступа.
Данные таблицы 4.3 показывают целесообразность выбора пара -метров уступа методом перебора вариантов. С увеличением высоты уступа затраты на рекультивацию изменяются по параболической за -висимости, там где предусмотрено выполаживание бортов карьера и уменьшаются по прямолинейной зависимости, где эти работы не планируются. При этом экономический ущерб от изъятия земель и затраты на вторичные работы по вскрыше уменьшаются в 2-3 раза, эконо -мическая отдача карьера изменяется по гиперболической зависимое -ти. Затраты на выполаживание бортов карьера возрастают в 4-7 раз.В таблице 4,4 сопоставлены затраты при различной ширине рабочей площадки.Технико-экономические показатели по месторождениям, тыс.руб.Наименование 1 месторождения : :ки,
