CC BY
43
СЕМИНАР 15
ДОКЛАД НА СИМПОЗИУМЕ "НЕДЕЛЯ ГОРНЯКА -2001"
МОСКВА, МГГУ, 29 января - 2 февраля 2001 г.
© А.А. Леонтьев, В.Г. Едигарьев, И.И. Бессонов, 2001
УДК 622.272.50
Д.Д. Леонтьев, В.Г. Едигарьев, И.И. Бессонов
ИНФОРМАЦИОННО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩЕЙ ТЕХНОЛОГИИ
ДОБЫЧИ РУПЫ
К
онцепция ресурсосбережения при освоении месторождений основана: во-первых, на изучении тенденций развития способов повышения эффективности систем разработки в отечественной и мировой практике; во-вторых, в наиболее полном использовании имеющейся информации и базы знаний, включающих геологические, технологические и технико-экономические параметры по рудным залежам и технологиям, а также зависимости, установленные между ними. Информационно-методическое обеспечение ресурсосберегающих технологий предполагает наличие методики решения задач оптимизации, баз данных наиболее полно характеризующих объект, графические и математические модели систем разработки, позволяющие через установленные зависимости описать процессы добычи руды и утилизации отходов, комплекс требований и ограничений к применению технологии.
В совокупности все это позволяет обосновать параметры технологий добычи руды и утилизации вторичного минерального сырья с целью создания условий для наиболее эффективного и экологически безопасного освоения рудных месторождений.
Методика обоснования параметров ресурсосберегающих технологий добычи руды на месторождениях Кольского полуострова.
При обосновании параметров систем разработки на рудниках Кольского полуострова существуют объективные сложности, связанные со значительной изменчивостью горно-
геологических условий залежей в пределах шахтного поля, комплексностью месторождений, наличием зон с различными технологическими и геомеханическими ограничениями. Это обусловливает изменение в широком диапазоне конструктивных параметров систем разработки, необходимых свойств искусственных массивов, а, следовательно, технико-экономических показателей технологии. Кроме того, утилизируемое вторичное сырье отличается многообразием свойств и возможностей для их рационального применения. В связи с отсутствием единого экономически обоснованного технического решения для рудника необходим дифференцированный подход к оценке области эффективного применения технологии добычи руды и утилизации отходов на различных участках месторождения и рудных тел. С этим связана и необходимость в совершенствовании методики обоснования параметров ресурсосберегающих технологий освоения минерального сырья.
Методика отличается от известных тем, что позволяет перейти от общих усредненных представлений об эксплуатируемых или перспективных участках месторождения и параметрах технологии к дифференцированным по точкам, применительно ко всему шахтному полю в соответствии с единой системой координат. Особенность методики обоснования технологии заключается в последовательном формировании пространственно-координированной базы данных, характеризующей месторождение, граничные условия применения и конструктивные особенности систем разработки, необходимые свойства искусственных массивов на основе вторичного сырья и экономическую эффективность освоения недр, полученных на основе районирования и последующей дифференциации шахтного поля по совокупности основополагающих факторов (рис. 1). Плотность расчетов по координатной сетке должна соответствовать уровню выполняемой работы (стадии проектирования или техникоэкономической оценки) и может изменяться от сотен метров (ТЭС, инвестиционный проект,
Исследования выполняются при поддержке РФФИ, проект № 00-07-90076.
*
ТЭО) до десятков метров (регламент, рабочее проектирование).
Базы данных формируются в процессе поэтапного районирования и дифференциации месторождения по совокупности определяющих факторов с использованием современных методов прогнозирования. Под районированием здесь понимается последовательное деление геологического объекта на соподчиненные части, характеризующиеся выбранными пределами изменения значений исследуемого параметра. При дифференциации объекта (месторождения, шахтного поля) выделяются зоны с характерными пределами изменения значений одного или нескольких показателей (факторов), в совокупности определяющих технологию добычи руды или параметры системы разработки.
При районировании используется вся пространственно-координированная информация, полученная в пределах шахтного поля и включающая:
• данные геологоразведочного бурения скважин и опробования в горных выработках, маркшейдерских замеров;
• результаты определения физико-механических свойств, структурной нарушенности и категории удароопасности породных и искусственных масси-
вов;
• фактические и расчетные значения параметров систем разработки, технико-эко-номических пока-
Дифференциация по совокупности основополагающих параметров и выбор оптимальной технологии
Районирование по исследуемым параметрам технологии и ТЭП
Программа по выбору систем разработки и расчету параметров технологии
Районирование по структурной нарушенности и удароопасности
Районирование по горно-геологическим факторам ^, a, ^ К..)
Планы горных работ. Планы опробования, планы блокировки запасов
точки опробования
зателей технологии, полученные при использовании специальных компьютерных программ и
электронных таблиц.
Это позволяет формировать базу данных, всесторонне характеризующей объект и выполнять расчеты взаимообусловленных параметров технологии, привязывая их к единой системе координат, что необходимо для последующего анализа результатов и принятия обоснованного решения применительно к конкретному участку месторождения.
Для визуализации результатов расчетов используются схемы районирования, представляющие собой масштабированные планы участка или шахтного поля с изолиниями значений исследуемого параметра.
На основе предлагаемой методики могут определяться:
• область эффективного применения ресурсосберегающих технологий добычи руды и направлений утилизации вторичного сырья на месторождении;
• конструктивные параметры систем разработки, основные характеристики техногенных образований в пределах шахтного поля;
• оптимальная выемочная мощность, полнота и качество извлечения полезного ископаемого из недр на различных участках месторождения в т.ч. и с учетом затрат на утилизацию вторичного сырья.
Комплексное решение геолого-горно-экономических задач по обоснованию параметров ресурсосберегающей технологии добычи руды на различных участках месторождения производится в следующей последовательности:
• формирование пространственно-
координированной базы данных, характеризующей изменчивость горно-геологи-ческих условий залежей и геомеханических ограничений в пределах всего горного отвода (шахтного поля);
• выбор вариантов систем разработки для технико-экономического сравнения и определение перечня решаемых технических или инженерных задач;
• разработка графических и математических моделей систем разработки, описывающих альтернативные варианты технологии добычи руды и утилизации отходов;
• определение безопасных параметров несущих элементов систем разработки, установление ограничений к составу и технологии формирования искусственных массивов с учетом геологических и горнотехнических особенностей участка месторождения;
• определение соотношений объемов техногенных образований различного назначения и составов
технических материалов, обеспечивающих безопасность и экологическую чистоту ведения горных работ;
• расчет технико-экономических показателей технологии добычи руды и утилизации отходов, полноты и качества извлечения полезного ископаемого в пределах горного отвода (шахтного поля);
• обоснование оптимальных схем развития горных работ с учетом принятых вариантов систем разработки, и технологии формирования искусственных массивов различного назначения;
• сравнительная оценка и выбор эффективных вариантов технологии добычи руды и утилизации отходов для конкретных технологических зон месторождения.
На основе предлагаемой методики месторождение разделяется на технологические зоны, где применение той или иной системы разработки наиболее эффективно, а в результате обоснования параметров технологии она удовлетворяет необходимым требованиям и ограничениям. Кроме того, для выделенных технологических зон могут определяться оптимальная выемочная мощность, нормативы потерь и разубоживания руды, решаться задачи усреднения руды, перспективного планирования работ.
Районирование месторождений по горногеологическим условиям.
Наиболее полное представление о месторождении как об исследуемом объекте дает переход от массивов данных единичного опробования различных параметров, полученных при геологических, маркшейдерских и других замерах, к пространст-венно-коорди-нированным базам данных по точкам, равномерно распределенным по всему шахтному полю (участку) в соответствии с общей принятой координатной сеткой. Инструментом для получения таких совмещенных баз данных является поэтапное районирование месторождения с использованием современных методов прогнозирования и электронных таблиц. Информационной основой для этого служит вся имеющаяся координированная информация геологоразведочных организаций, геологической и маркшейдерской служб рудника. Районирование производится как по основным статическим характеристикам месторождений (мощность, угол падения, глубина залегания, содержание полезного компонента и т.д.), так и по динамическим (удароопасность, обводненность, нарушен-ность).
При районировании месторождений, эксплуати-
руемых рудниками ОАО «Севредмег», формирование прогнозной табличной информации с пространственной привязкой данных к единой координатной сетке и их визуализация в виде карт районирования осуществлялась с помощью пакета компьютерной графики Surfer фирмы Golden Software. Для оценки значений анализируемых параметров в узлах координатной сетки использовался метод квадратов обратных расстояний. Высота сечения изолиний выбиралась исходя из масштаба плана и требуемой детальности отображения пространственных и качественных элементов рудных тел. Основные параметры «балансовая мощность рудного тела» и «содержание лопарита в балансовой руде» определялись по планам блокировки запасов и планам опробования подготовительных выработок, «угол падения», «глубина рудных тел до поверхности» и «величина междупластья» - по гипсометрическим планам поверхности и планам горных выработок с изогипсами поверхности рудного тела.
В качестве иллюстрации на рис. 2 приведена прогнозная схема районирования пласта 3-14 участка Умбозеро ОАО «Севредмет» по глубине залегания.
Подобные схемы районирования и соответствующие совмещенные базы данных получены также для других характеристик месторождения. Это позволило оценить весь спектр анализируемых характеристик в любой точке шахтного поля или пласта. Полученная информация может являться основой для выполнения дальнейших работ по обоснованию и прогнозной оценке эффективности технологии при проектировании.
Обоснование параметров системы разработки
Для обоснования параметров технологии добычи руды системой с открытым очистным пространством была разработана графическая модель системы разработки (рис. 3). Ее геометрические параметры наиболее полно отражают имеющиеся технологические решения по конфигурации и порядку отработки запасов единичных блоков. Для оценки не-
обходимых размеров конструктивных элементов систем разработки в графическую модель включены все основные типы целиков, предусмотрено произвольное ориентирование выемочных единиц и восстающих в плане, переменное количество подготовительных и нарезных рудных выработок. Кроме того, параметры, описывающие графическую модель, позволяют рассчитать объемные показатели потерь и разубоживания полезного ископаемого при отработке запасов системами с открытым очистным пространством. Для графической модели были разработаны экономико-математи-ческие модели и прикладные машинные программы, позволяющие оценить эффективность вариантов системы разработки в зависимости от горно-геологических и горнотехнических условий их применения, полноты извлечения запасов полезных компонентов из недр, цен на сырье и конечный продукт [1].
Граничные условия применения системы разработки.
Основные ограничения к параметрам систем разработки связаны с определением безопасных пролетов очистных выработок и размеров целиков.
При инженерных расчетах безопасных пролетов очистных выработок использовалась методика ВНИМИ [2]. Исходные данные по свойствам пород были приняты на основании ранее выполненных исследований лабораторией механики горных пород ГоИ КНЦ РАН. Дополнительная информация, необходимая для расчетов, получена на основании фактических геолого-маркшейдерс-ких данных.
Ширина околоштрековых и внутриблоковых целиков определялась по методике [3]. Расчеты выполнены в пределах всего шахтного поля с учетом горно-геологических условий залежей. Базы данных по результатам районирования формировались с использованием электронной таблиц «Microsoft Excel» и включались в единую пространственно-координированную базу данных для дальнейших расчетов параметров извлечения руды при добыче. На
рис. 4 приведена прогнозная схема районирования пласта 3-14 участка «Умбозеро» по минимальной допустимой ширине целиков. Аналогичным образом были рассчитаны остальные параметры конструктивных элементов системы разработки.
ро» по минимальной допустимой ширине целиков. Аналогичным образом были рассчитаны осталь-
ные параметры конструктивных элементов системы разработки.
Нормативная прочность твердеющей закладки. Нормативная прочность определялась по методике ВНИМИ [4]. Результаты районирования месторождения по нормативной прочности искусственных массивов по всему шахтному полю рудника Умбо-зеро, приведены на рис. 5.
для различных участков шахтного поля отбитой руды. Разубоживание руды за счет под-
При оценке полноты и качества извлечения рывки почвы и отслоений кровли при выемке за-
полезного ископаемого к потерям были отнесены па-
мерений. Расчет технико- экономи- разработки рассчитывали показатели расхода
ческих показателей системы разработки При трудовых, материальных, энергетических ресур-
сов в натуральном и стоимостном выражениях. Обоснование областей эффективного применения системы разработки на различных участках месторождения оценивалось по критерию приведенной прибыли (рис. 7). По всем участкам шахтного поля прибыль на 1 т погашенных балансовых запасов изменяется от 0 до +100 руб./т (южный фланг и центральная часть северного фланга шахтного поля) и от 0 до -100 руб./т (глубокие горизонты северного фланга).
В качестве примера на рис. 6 приведены результаты районирования месторождения по величине потерь.
Расчет технико-экономических показателей системы разработки
При оценке экономической эффективности системы разработки рассчитывали показатели расхода трудовых, материальных, энергетических ресурсов в натуральном и стоимостном выражениях. Обоснование областей эффективного применения системы разработки на различных участках месторождения производилось по критерию приведенной прибыли (рис. 7). По всем участкам шахтного поля прибыль на 1 т погашенных балансовых запасов изменяется от 0 до +100 руб./т (южный фланг и центральная часть северного фланга шахтного поля) и от 0 до -100 руб./т (глубокие горизонты
северного фланга). Следует заметить, что расчет прибыли произведен на конечную продукцию ОАО «Севредмет»— лопаритовый концентрат. При создании металлургического производства на ОАО «Севредмет» показатели эффективности могут изменится.
Результаты исследований вошли в проект института Гиредмет, выполненный в 2000 г.
Таким образом, апробация методики обоснования параметров ресурсосберегающих технологий добычи руды, выполненная для Ловозерского месторождения, позволила перейти от общих усредненных представлений об эксплуатируемых участках месторождения и параметрах технологии к дифференцированным по технологическим зонам. Установлено, что в изменившейся экономической ситуации при сохранении существующих кондиций на сырье, стоимости конечной продукции и уровня налогообложения рентабельность отработки Умбозерского участка вызывает сомнение. Технология добычи руды с твердеющей закладкой так же не решает проблемы. В то же время, в результате проведенных исследований выявлена целесообразность пересмотра кондиций на минеральное сырье, что по нашему мнению позволит повысить эффективность добычи.
1. Бессонов И.И., Едигарьев В.Г., Леонтьев А.А. Еникеева Д.Х., Смирнов Л.А. Элементы информационной технологии ресурсосбережения при подземной разработке недр. В кн.: Информационные технологии в горном деле, ч. 1. Апатиты, 1998. 105-146 с.
2. Методические указания по установлению размеров камер и целиков при камерных системах разработки руд цветных металлов. Ленинград, ВНИМИ, 1972. - 38 с.
3. Временные методические указания по расчету целиков для рудников Ловозерского горнообога-
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
тигельного комбината. Апатиты. 1975. - 26 с.
4. Методические указания по определению нормативной
прочности твердеющей закладки и оценке прочностных свойств искусственных массивов. ВНИ-МИ, Л., 1975. - 42 с.
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ =
У------------------------------------------------------------------------------7
Леонтьев А.А. — кандидат технических наук, Горный институт КНЦ РАН.
Едигарьев В.Г. — кандидат технических наук, Горный институт КНЦ РАН.
Бессонов И.И. - доктор технических наук, Горный институт КНЦ РАН.
