Эколого-экономическая оценка способов вскрытия горизонтальных месторождений Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

-------------------------------------- © И.Л. Гуменик, А.И. Панасенко,

В.В. Летучий, 2009

УДК 622.271

И.Л. Гуменик, А.И. Панасенко, В.В. Летучий

ЭКОЛОГО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА СПОСОБОВ ВСКРЫТИЯ ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

Установлена закономерность изменения размеров нарушаемых площадей земли, а так же степени и качества их восстановления по мере роста мощности вскрыши и глубины карьеров.

Ключевые слова: карьер, горный и земельный отводы, восстановление нарушенных земель.

Семинар № 8

I.L. Gumenik, A.I. Panasenko,

V. V. Letuchij

ECOLOGICAL AND ECONOMIC ESTIMATION OF HORIZONTAL DEPOSITS OPENING WAYS

It is established appropriateness of changes of broken earth areas sizes, and also the degrees and qualities of their restoration in process of capping capacity growth and depths of open-cast mines.

Key words: open-cast mine, mining and ground setting aside, restoration of the broken acres.

ЖЭыбор рационального способа Вв скрытия месторождения является сложной задачей проектирования карьеров, от успешного решения которой в значительной степени зависит экономичность разработки месторождения. Эта задача решается как на стадии проектирования новых, так и при реконструкции действующих карьеров. Сложность задачи заключается в том, что способ вскрытия нельзя рассматривать изолировано, в отрыве от системы разработки, вида транспорта, условий залегания месторождения, режима горных работ. В связи с этим при установлении эффективного способа вскрытия необходимо учитывать влияние большого количества факторов: естественные

(природные), технологические, организационно-технические и экономические. На выбор способа вскрытия карьеров наибольшее влияние оказывают естественные, технологические и экологические факторы, но при определенных условиях решающими могут быть и другие.

Принимаемые с учетом приведенных факторов принципиальные решения по выбору рационального способа вскрытия носят в известной мере субъективный характер. Они в значительной степени зависят от опыта и умения проектанта принять оптимальные решения, приближающиеся в большей или меньшей степени к объективно необходимым.

Качественная оценка предусматривает анализ условий залегания месторождения и выбор соответствующего им способа вскрытия. Затем намечаются наиболее вероятные варианты, т.е. формируются технически возможные схемы вскрытия.

Для горизонтальных и пологих месторождений (угол наклона < 10-12°) характерным является относительно небольшая глубина и значительные размеры карьеров в плане. Вскрытие подобных карьерных полей может осуществ-

ляться различными способами и соответствующими им технологическими схемами.

Вскрытие горизонтальных месторождений традиционно осуществляется наклонными внешними общими капитальными траншеями. Однако, как показали результаты экологической оценки технологических схем вскрытия [1], существенно большей степенью экологичности (Ксв) обладают схемы вскрытия внутренними траншеями (съездами). В связи с этим при выборе рациональной схемы вскрытия необходимо этот фактор учитывать, т.е. производить эколо-го-экономическое сравнение технологических схем.

Основными эколого-

технологическими параметрами, определяющими выбор рациональных технологических схем вскрытия горизонтального месторождения являются:

1) коэффициент экологичности схемы вскрытия (Кае);

2) объем горнокапитальных работ по проведению вскрывающих выработок («

3) расстояние транспортирования полезного ископаемого (т).

Методические принципы определения первого показателя приведены в работе [1].

Объем горнокапитальных работ, в общем случае, определяется из следующего выражения:

Vгкр = Vк.т+Vр.т, м ? (1)

где Vк.т и Vр.т - соответственно, объемы строительных работ по проходке капитальной и разрезной траншеи, м .

Формула (1) приемлема при вскрытии месторождения внешними капитальными траншеями.

При вскрытии месторождения внутренними общими траншеями необходимо учитывать то, что для их размещения требуется разнос нерабочего борта гори-

зонтальной выездной траншеи (Ур.б), а также дополнительный объем горнокапитальных работ по проведению первоначального котлована ^пк) с целью обеспечения проходки разрезной траншеи, т.е.:

Vгкр = Vр.б+Vп.к+Vp.т, м3, (2)

Формула (2) применима для простой формы трассы (ПФТ) и допущении, что при большой мощности вскрыши отдельные нерабочие уступы с нерабочими (транспортными) площадками представляются одним откосом нерабочего борта высотой Н.

Для сложной формы трассы (СФР) движения транспортных средств более точный результат может быть получен при расчете Vр.б по следующей установленной формуле:

V . = п¥ +(п -і)>

р.б у с \ у /

Н

21 +-+ 2Н аяу + ь + ь

п у о / у п т

Н ь +

у с

+ (п -2)Г2Н іїру + Ь + Ь ЛНЬ +

\ у / |_ у о / у п тр J ус

+0,5(п -і)Н Ь (Ь + Ь ),м3 (3)

у у с п тр

Vс = 0,5 НуЬ с

Н }

21 п + Ну С%Уу + —

, (4)

где Vс - объем горно-строительных работ по проведению внутренней траншеи (съезда), м3; Ну -высота нерабочего уступа, м; уу - угол откоса нерабочего уступа, град; пу - число нерабочих уступов на борту выездной траншеи; Ьп и Ьтр -соответственно ширина предохрани-

тельной и транспортной площадок, м;

Ьс

- ширина съезда, м.

Формула (3) учитывает разделение общей толщины вскрыши (Нв) на вскрышные уступы определенной высоты (Ну), которая определяет число съездов (пу), влияющих на величину Vр.б. При п=1, т.е. Ну=Нв, Vpб=Vc.

>

3

м

млн.м3

/ V

/ // /

/

А /

// // // //

// // /

/У

тр

тр

На рис. 1 приведены графики зависимости Ур.в=£(НВ) для простой формы трассы (штриховая линия) и сложной (сплошная линия).

Как видно из приведенных графиков объем горно-капитальных работ по разносу нерабочего (транспортного) борта выездной траншеи при ПФТ несколько меньше объема Урб, соответствующему сложной форме трассы (СФТ) до глубины Нв=105-110 м. При возрастании мощности вскрыши свыше 110 м СФТ движения транспортных средств более предпочтительна. Так для Нв=120 м сокращение объема Ур.б при СФТ состав- где ляет 100-150 тыс. м .

Одним из главных параметров вскрытия месторождения является внутрикарь-ерное расстояние транспортирования полезного ископаемого (¡тр).

В качестве внутрикарьерного транспорта чаще всего применяется автотранспорт, эффективность которого зависит, прежде всего, от величины 1тр. Поэтому для каждой из сравниваемых технологических схем вскрытия необходимо как можно точнее определять этот параметр.

Рис. 1. Графики зависимостей объемов горнокапитальных работ по разносу борта от мощности вскрыши

Для технологических схем вскрытия месторождения внутренними траншеями (наклонными съездами) величина 1тр зависит от места и стационарности расположения на нерабочем (транспортном) борту выездной (горизонтальной) траншеи, а также от количества переносов (переустройств) этих съездов (пс).

Так, в случае стационарного размещения наклонных съездов с левого фланга карьерного поля (пс=1) средневзвешенное расстояние транспортирование полезного ископаемого будет определяться по формуле:

! _ /i_ 1д + h(LK - 1д)

L

км.

(5)

При полустационарном размещении системы наклонных съездов (ис>1) средневзвешенная величина ¡тр определяется как:

Пс +1 Т - /

/ • h

=----------------—, км,

Lk

п +1 V/. = п 1 с i =2 f В , + / [ 2 “

пс +1 Т I +V (1 - 2 )

4 - 1д

2п

(6)

км, (7)

где ¡1 - среднее расстояние транспортирования полезного ископаемого от забоя до устья наклонного съезда на поверхности, км; ¡н - расстояние транспортирования по борту, т.е. по наклонным съездам, км; /=2, 3, 4... пс - количество переносов съездов, шт.

_ (Кк ~ 1д)/

пс, =

шт,

(8)

1=2

Рис. 2. Схема вскрытия месторождения внутренними траншеями (полу стационарными съездами): 1 - наклонные съезды; 2 - первоначальный котлован; 3 - разрезная траншея; 4 - внешняя капитальная траншея (как базовый вариант для сравнения); 5 - горизонтальная выездная траншея; 6 - контур карьерного поля на поверхности

формуле:

li' l. +

l = -

тр

В,

+н+

2n„„

км,

L

(9)

где ¡1 - расстояние транспортирования полезного ископаемого при вскрытии месторождения внутренними общими траншеями на момент отработки части карьерного поля длиной ¡д (рис. 2), км;

, км,

(10)

¡д - длина первоначального котлована (по дну), км; ппп - число перегрузочных пунктов, шт.; ¡н - расстояние транспортирования по борту карьера, км;

Рис. 3. Графики зависимости внутрикарьер-ного расстояния транспортирования полезного ископаемого от числа перегрузочных пунктов: 1, 2, 3, 4 - соответственно при Нв=35, 70, 105 и 140 м

I. = Ив + ni.

км,

(11)

где Нв - мощность вскрыши, м; г - уклон внутренних капитальных траншей (съездов), отн. ед.; п - число участков примыкания (горизонтальных вставок), шт; ¡п -длина участков примыкания; при автотранспорте I = 50

пшт

Н

м;

n =

где НСу - средняя высота вскрышного где

уступа на нерабочем борту выездной (горизонтальной) траншеи, м; г - уклон съездов, отн. ед.

Средневзвешенное внутрикарьерное расстояние транспортирования полезного ископаемого при применении комбинированного транспорта, когда сборочным внутрикарьерным транспортом являются автосамосвалы, определяется по

— ср

—ур.

(12)

средняя высота вскрышного

уступа, м.

По вышеприведенным формулам выполнены расчеты по определению величины 1тр. Данные расчеты выполнены для типичных размеров карьерного поля Вк=2 км, Ьк=5 км.

Результаты расчетов представлены на рис. 3.

Как видно из приведенных результатов расчетов с увеличением числа переносов перегрузочного пункта (ПП) в случае применения комбинированного транспорта расстояние транспортирования существенно сокращается, что необходимо учитывать при выборе рациональной схемы вскрытия месторождения.

Максимальное значение ппп, исходя из размеров карьерного поля определяется по формуле:

Ь„

п„,„ = ■

И,

і

(13)

- + ni

При обосновании выбора рациональных технологических схем вскрытия ме-

2

д

Рис. 4. Блок-схема выбора рациональной технологической схемы вскрытия месторождения

и применении комбинированного транспорта для доставки п.и. на ОФ следует учитывать приращение расстояния транспортирования магистральным транспортом (А^), в качестве которого может применяться железнодорожный, конвейерный и гидравлический.

Среднее значение величины А¡м не зависит от числа переустройств (переносов) перегрузочного пункта (ппп) и определяется по формуле:

Ым = , м. (14)

Выбор рациональной технологической схемы вскрытия месторождения следует производить в определенной последовательности (рис. 4). Как видно из приведенной блок-схемы последовательности расчетов вопросы установления рациональной схемы подготовки карьерного поля (СПКП), направления развития фронта горных работ, а также длины разрезной траншеи должны решаться первоначально (блоки 2 и 3).

Для каждого из “т” сравниваемых способов вскрытия месторождения (СВJ) и соответствующих ему технологических схем (ТСji) устанавливаются главные их параметры: Vгкрij, ¡трц, Кс.вц (блоки 8-11, 15, 16 и 13)

Выбор рациональной (экономически и экологически приемлемой) схемы вскрытия производится по минимуму

суммарных затрат на производство горно-капитальных работ (блок 12), эксплуатационных затрат на транспортирование полезного ископаемого до ОФ (блок 17) и ущерба, наносимого окружающей среде за счет изъятия земель из сельскохозяйственного производства (блок 14).

Отличительной особенностью приведенной методики установления рациональной технологической схемы вскрытия месторождения является то, что сравнение способов и соответствующих им схем производится после установления рациональных схем ПКП, направления развития горных работ и определения оптимальной длины фронта разрезной траншеи. Следует, также, подчеркнуть, что поскольку объем работ по проходке разрезной траншеи (Ур.т.) не зависит от способа вскрытия, то его учет в общем объеме горнокапитальных работ может не производиться.

Изложенные методические принципы технологического и экологоэкономического обоснования схемы вскрытия карьерных полей позволяют более точно производить расчеты основных параметров вскрытия месторождения с учетом степени экологичности каждой из рассматриваемых технологических схем.

----------------------------------------------------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Выбор и обоснование экологических показателей оценки технологических схем

подготовки и вскрытия карьерного поля. Гуменик И.Л., Панасенко А.И., Летучий В.В. (Вісник Кременчуцького державного політехнічного університету, квітень 2006 р.). Ш

— Коротко об авторах --------------------------------------------------------------------

Гуменик И.Л. - доктор технических наук, зав. кафедрой открытых горных работ, gume-пікі@пти. оиа,

Панасенко А.И. - кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник, рапазепкоа@ nmu.org.ua,

Летучий В.В. - научный сотрудник, ассистент, vladimirlet@gmail.com Национальный горный университет, Днепропетровск, Украина, rector@nmu.org.ua