CC BY
26
© М.А. Земляной, Ю.И. Разоренов, С.А. Земляной, В.М. Земляной, 2016
М.А. Земляной, Ю.И. Разоренов, С.А. Земляной, В.М. Земляной
ОБОСНОВАНИЕ РЕЖИМА ГОРНЫХ РАБОТ В УСЛОВИЯХ ПРОВЕДЕНИЯ ДОБЫЧИ МЕРГЕЛЯ В ТРЕХ НАПРАВЛЕНИЯХ В ПЛАНЕ И ПО НАПРАВЛЕНИЮ В УГЛУБКЕ (НА ПРИМЕРЕ НОВОРОССИЙСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ МЕРГЕЛЯ)
Выполнено обоснование режима горных работ на нагорном месторождении мергеля в условиях подготовки запасов при помощи штолен в границах добычного блока. В рабочей зоне карьера формируют добычные блоки, позволяющие добывать полезное ископаемое заданного качества и в необходимом объеме. По окончании отработки первого блока появляется возможность отрабатывать запасы в трех направлениях в плане и по направлению в углубке. Управление режимом горных работ позволяет повысить динамику отработки запасов, позволяет достичь оперативного варьирования производительностью карьера по добытому полезному ископаемому, а также повышает интенсивность горных работ за счет концентрации горного оборудования на добычных блоках отработки.
Ключевые слова: режим горных работ, добычной блок, направление фронта горных работ, штольня, динамика отработки запасов, календарный план горных работ.
В горной и в других отраслях промышленности режим работы принимается по нормам технологического проектирования. Некоторые авторы рекомендуют режим работы принимать в зависимости от климатических и горно-геологических условий, масштаба работ, вида и мощности горнотранспортного оборудования и режима работы обогатительных фабрик [3]. В большинстве случаев режим горных работ определяется по критерию минимальных коэффициентов вскрыши. С учетом
УДК 622.271.8
этого производится выбор направления развития горных работ как в плане так и по направлению в углубке.
Такой подход к определению режима горных работ для условий нагорного месторождения мергеля при отсутствии вскрышных пород и наличии разнокомпонентного сырья для производства цемента не достаточно эффективен.
Обоснование режима горных работ на карьерах цементной промышленности без учета разброса качества полезного ископаемого в границах карьерного поля приводит к существенным экономическим потерям. На основании традиционно составленных и включенных в проекты строительства или реконструкции карьеров режимов горных работ составляются календарные планы горных работ для отработки запасов минерального сырья. В свою очередь это приводит к разбросу горных работ по карьерному полю, низкой интенсивности горных работ, снижению коэффициента эксплуатации горных машин. Кроме того, на основании указанных критериев при определении режима горных работ и составлении календарных планов горных работ, определяется порядок развития рабочей зоны карьера и ее конструкция как в плане, так и по глубине карьера.
В результате применения проектной конструкции рабочей зоны и порядка ее развития на Новороссийском карьере цементного завода «Пролетарий» образовался нерабочий борт (сдвоенные добычные уступы), что потребовало проведение реконструкции карьера.
Цяитра/ьное наггчьлечие- »рента гоонше оаыгг
Рис. 1. Схема расположения штолен с учетом развития горных работ в центральном и фланговых направлениях
Принимая во внимание вышесказанное, обоснование режима горных работ для карьера нагорного месторождения мергеля необходимо выполнять на основании параметров рабочей зоны карьера с учетом способа подготовки и отработки запасов карьерного поля как в плане, так и по направлению в углубке.
Для управления режимом горных работ нами разработан способ подготовки запасов мергеля в трех направлениях в плане и по направлению в углубке при помощи штолен и последующей их отработки.
Схема развития фронта горных работ в трех направлениях при помощи штолен представлена на рис. 1.
Параметры рабочей зоны карьера определяются местом заложения и количеством в борту карьера и на естественном склоне нагорного месторождения подготовительных выработок (штолен), а также их параметрами. Исходной информацией для определения места заложения подготовительных выработок в пространстве служит картина пространственной изменчивости породообразующих элементов в телах полезного ископаемого, которую устанавливают по данным предварительной и детальной разведки месторождения и представляют в цифровом или графическом виде.
Для обоснования рационального и безопасного места заложения подготовительных выработок в борту карьера и на естественном склоне нагорного месторождения для развития горных работ в трех направлениях установлена зависимость крепости пород от содержания СаСО3 в телах полезного ископаемого (рис. 2) и зависимость содержания глиноземного и силикатного модулей в теле полезного ископаемого от величины содержания СаСО3 в мергеле (рис. 2).
Рис. 2. Зависимость крепости горных пород от величины содержания СаСО, в телах полезного ископаемого
Рис. 3. Зависимость содержания глиноземного и силикатного модулей в мергеле от СаСО3
Исследования, проведенные для Новороссийского месторождения мергеля, выявили полиномиальную зависимость содержания глиноземного и силикатного модулей в теле полезного ископаемого от величины содержания СаСО3 в мергеле показанных на рис. 3.
Для обеспечения быстрого достижения требуемой производительности по полезному ископаемому и надежное ее поддержание, а также повышения интенсивности горных работ в границах карьерного поля формируют добычные блоки, позволяющие добывать полезное ископаемое заданного качества и в необходимом объеме (рис. 4).
Границы добычного блока устанавливаются с учетом полученных зависимостей крепости пород (рис. 2), глиноземного и силикатного модулей от содержания СаСО3 (рис. 3). Интен-
Рис. 4. Добычной блок с размещением штолен в борту карьера и на естественном склоне нагорного месторождения
Рис. 5. Схема для определения параметров рабочей зоны карьера посредством вариации параметрами штолен: а — угол добычного уступа, град.; Р — угол падения тел полезного ископаемого, град.; Ь — ширина транспортной бермы, м; Ь — ширина транспортной бермы после отработки мергеля при новом варианте подготовки запасов, м; Lшт — длина штольни, м; — высота добычного уступа, м; Вр — ширина рабочей площадки после отработки запасов при новом варианте подготовки запасов, м
сивность горных работ по каждому из трех направлений определяется по критерию
ЁI у Косо, -Усосо3 тт,
1=1
где i — 1, 2, 3, ... , п — число элементарных этапов горных работ;
Уг
— единичный показатель качества полезного ископаемо-
го по СаСО3 в объеме, извлекаемом за i-й элементарный этап горных работ, доли ед.; уСоСОз — заданное содержание СаСО3, доли ед.
Пространственное заложение штолен и их параметры в границах добычного блока формирует параметры рабочей зоны карьера в заданном направлении развития фронта горных работ (углы откоса добычных уступов, высоты добычных уступов, транспортные и предохранительные бермы, параметры рабочих площадок) для традиционной схемы разработки запасов при открытом способе (рис. 5).
Для определения параметров рабочей зоны по направлению в углубке в границах добычного блока при помощи штолен формируют рабочую площадку для размещения горнодобывающего и транспортного оборудования и выполняют отработку запасов мергеля традиционной технологией.
Для этого на сформированной площадке проводят капитальную и разрезную траншеи и производят селективную отработку мергеля при буровзрывном способе подготовки запасов к выемке.
Параметры подготовительных выработок для традиционной технологии определяются на основании информации о распределении породообразующих элементов в телах полезного ископаемого.
Информация о распределении породообразующих элементов в телах полезного ископаемого и интеграция параметров технологических схем добычи и ценности минерального сырья определяет параметры рабочей зоны карьера и интенсивность понижения горных работ.
Для обоснования рациональных параметров рабочей зоны карьера, требуемой производительности карьера по мергелю, уровня интенсивности отработки тел полезного ископаемого при понижении горных работ разработан метод определения направления углубки на основе трапециевидно-блочной геолого-промышленной модели месторождения, который позволяет производить интегрированную оценку ценности сырья и параметров технологических схем добычи мергеля. Основным элементом модели является ячейка с поперечным сечением в виде трапеции. Трапециевидную форму ячейке придают высота уступа и угол залегания тела мергеля с учетом вмещающих породных прослоек. На основании корреляционно-регрессионного анализа для каждой трапециевидной ячейке рассчиты-
Рис. 6. Трапециевидно-блочная модель распределения уровня содержания СаСО,
вают содержание СаСО3, Fe2O3 и А1203 в мергеле по трем и более скважинам, расположенным внутри элементарного трапециевидного блока.
Информация о распределении содержания комплекса компонентов (СаСО3, А1203, SiO2, Fe2O3) в мергеле при трапециевидно-блочной модели представлена на рис. 6.
Поскольку каждая трапециевидно-блочная ячейка характеризуется различным по величине составом породообразующих элементов и горнотехническими условиями отработки тел полезного ископаемого, то в качестве критерия повышения интенсивности горных работ в направлении углубки принят показатель извлекаемой ценности добываемого мергеля (рис. 7).
Однако S2, S3 имеют ограничения по величинам, влияющим на качество сырья, идущего на обжиг. Оптимальные параметры глиноземного и силикатного модулей определяются критерием
I
¿=1
I У ад - Уад тт,
Рис. 7. Зависимость извлекаемой ценности сырья от содержания в нем силикатного, глиноземного модулей и СаСО3: ц — извлекаемая ценность минерального сырья от содержания СаСО3; п — глиноземный модуль; p — силикатный модуль; S1, S2, S3 — площадь, ограниченная зоной оптимальности по извлекаемой ценности, глиноземного и силикатного модулей соответственно, ед.2
Рис. 8. Схема к определению параметров рабочей зоны при понижении горных работ
где i — 1, 2, 3, ... , п — число элементарных этапов горных работ; уя я — единичный показатель величины глиноземного и силикатного модулей соответственно в объеме, извлекаемом за i-й элементарный этап горных работ, м2; У — заданная величина глиноземного и силикатного модулей соответственно для изготовления качественного цемента, м2.
Рис. 9. Календарный график режима горных работ на карьере нагорного месторождения: низкие — мергель с содержание СаСО3 45—54%, натура-лы — мергель с содержанием СаСО3 55—74%, высокие — мергель с содержанием СаСО, 75-89%
Величины Sv S2, S3 определяются следующей формулой
где а. и bi — отрезок с границами ai и bi в i-й зоне оптимальности; m — количество участков в i-й зоне оптимальности, шт.
Таким образом, производится формирование параметров рабочей зоны карьера при понижении горных работ, рациональное управление интенсивностью горных работ по направлению углубки, обеспечивающее заданную извлекаемую ценность добываемого мергеля и производственную мощность карьера (рис. 8).
Анализ проведенного исследования показал, что обоснование режима горных работ на основе критерия минимальных коэффициентов вскрыши приводит к ошибочным выводам. Происходит завышение экономической эффективности работы карьеров. В результате повышаются затраты на переработку полезного ископаемого, вводятся дополнительные активные и минеральные добавки в цементную шихту, удорожая стоимость цемента.
Для обоснования режима горных работ проведем сравнительную оценку. Существующий вариант на карьере цементного завода «Пролетарий» Новороссийского месторождения мергеля примем за базовый, предложенный нами за новый вариант. Результаты сравнительной оценки вариантов отражены на рис. 9.
Анализ календарного графика показывает, что разработанный новый вариант режима горных работ позволяет обеспечить быстрое (за три года) достижение заданной производительности по мергелю с различным содержанием полезных компонентов и планомерное ее поддержание на всем периоде отработки запасов. Базовый вариант имеет множество пиковых значений, что является результатом рассредоточения горных работ по карьерному полю, наличие шихтовки из разных добычных уступов мергеля, большое количество перегонов экскаваторов и т.д.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Ржевский B.B. Режим горных работ при открытой добыче угля и руды. - M., 1957.
2. Ржевский B.B. Открытые горные работы, 4 изд., ч. 2. — M., 1985.
3. Хохряков B.C. Проектирование карьеров, 2 изд. — M., 1980.
4. Косолапое А.И., Пташник А.И. Технология разработки крутопадающих месторождений при интенсификациипроизводственной мощности карьера // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2011. — № 9. — С. 75—79.
5. Земляной М.А., Разоренов Ю.И. Обоснование способа вскрытия отдельных пластов мергеля в условиях проектирования решения по выбору направления развития фронта горных работ (на примере Новороссийского месторождения мергеля) // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2011. — № 9. — С. 41—45.
6. Земляной М.А., Разоренов Ю.И. Обоснование параметров горно-технических сооружений при вовлечении в эксплуатацию запасов временно нерабочей зоны рабочего борта карьера (сдвоенных, строенных добычных уступов) (на примере Новороссийского месторождения мергеля) // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2011. - № 10. - С. 47-51.
7. Земляной М.А., Разоренов Ю.И., Земляной С.А., Возженников В.С., Денисов А.В. Направления развития технологии разработки месторождений минерального сырья в современных экономических условиях и разработка конкретных рекомендаций для группы карьеров ОАО «Новоросцемент» // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2012. - № 8. - С. 72-74.
8. Земляной МЛ, Разоренов Ю.И., Денисов А.В. Патент РФ 2453700, 2012.
9. Земляной М.А., Разоренов Ю.И., Копач С.Н. Патент РФ 2521987, 2014. EES
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ
Земляной Михаил Александрович - кандидат технических наук, докторант кафедры,
Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова, e-mail: ifio@npi-tu.ru, Разоренов Юрий Иванович - доктор технических наук, профессор, и.о. ректора, Северо-Кавказский горно-металлургический институт (государственный технологический университет), e-mail: rector@skgmi-gtu.ru,
Земляной Сергей Александрович - кандидат технических наук, ассистент кафедры,
Институт энергетики и машиностроения ДГТУ,
e-mail: reception@donstu.ru,
Земляной Владлен Михайлович - инженер,
ООО «Проектно-строительная компания «Гидрострой»»,
e-mail: ooo.nis@mail.ru.
M.A. Zemlyanoy, Yu.I. Razorenov, S.A. Zemlyanoy, V.M. Zemlyanoy
VALIDATION OF OPERATING REGIME IN CHALK CLAY MINING IN THREE DIRECTIONS LATERALLY AND DEPTHWARDS (FOR EXAMPLE, NOVOROSSIYSK CHALK CLAY DEPOSIT)
Justification of the mode of mining operations on a mountain field of marl in the conditions of preparation of stocks by means of adits in borders of the mining block is executed. In a
UDC 622.271.8
working zone of a pit form the mining blocks allowing to extract mineral of the set quality and in necessary volume. Upon termination of working off of the first block there is an opportunity to fulfill stocks in three directions in the plan and for the direction in deepening. Management of the mode of mining operations allows to increase dynamics of working off of stocks, allows to reach an operational variation pit productivity on the extracted mineral, and also increases intensity of mining operations due to concentration of the mountain equipment on mining blocks of working off.
Key words: mine operating regime, extraction block, mining front advance direction, mining dynamics, mining schedule.
AUTHORS
Zemlyanoy M.A., Candidate of Technical Sciences, Doctoral Candidate, M.I. Platov South-Russian State Polytechnic University (NPI), 346428, Novocherkassk, Russia,
Razorenov Yu.I., Doctor of Technical Sciences, Professor, Acting Rector,
North Caucasus Mining-and-Metallurgy Institute (State Technological University),
362021, Vladikavkaz, Republic of North Ossetia-Alania, Russia,
Zemlyanoy S.A., Candidate of Technical Sciences, Assistant of Chair,
Institute of Power Engineering and Mechanical Engineering,
Don State Technical University, 344023, Rostov-on-Don, Russia,
Zemlyanoy V.M., Engineer, Gidrostroi Design and Construction Company LLC,
Novorossiysk, Russia.
REFERENCES
1. Pzhevskiy B.B. Rezhim gornykh rabot pri otkrytoy dobyche uglya i rudy (Operating regime in open pit mining of coal and ore), Moscow, 1957.
2. Pzhevskiy B.B. Otkrytye gornye raboty, 4 izd., ch. 2 (Open pit mining, 4th edition, part 2), Moscow, 1985.
3. Khokhryakov B.C. Proektirovanie kar'erov, 2 izd. (Open pit mine planning, 2nd edition), Moscow, 1980.
4. Kosolapov A.I., Ptashnik A.I. Gornyy informatsionno-analiticheskiy byulleten'. 2011, no 9, pp. 75-79
5. Zemlyanoy M.A., Razorenov Yu.I. Gornyy informatsionno-analiticheskiy byulleten'. 2011, no 9, pp. 41-45.
6. Zemlyanoy M.A., Razorenov Yu.I. Gornyy informatsionno-analiticheskiy byulleten'. 2011, no 10, pp. 47-51.
7. Zemlyanoy M.A., Razorenov Yu.I., Zemlyanoy S.A., Vfozzhennikov V.S., Deni-sov A.V. Gornyy informatsionno-analiticheskiy byulleten'. 2012, no 8, pp. 72-74.
8. Zemlyanoy M.A., Razorenov Yu.I., Denisov A.V. Patent RU2453700, 2012.
9. Zemlyanoy M.A., Razorenov Yu.I., Kopach S.N. Patent RU2521987, 2014.
A
