CC BY
46
Методика обоснования параметров бортов карьеров при выемке.
Гавришев С.Е., Кузнецова Т.С., Некерова Т.В.
лит увеличить дожды от разработки месторождений соответственно на 14,7 и на 3,8 млн руб. (табл. 3).
Применение предложенной методики позволит с достаточной сте-пенью точности определять оптимальные параметры открытых горных работ при комбинированной разработке месторождений.
Таблица 3
Сравнение проектной и оптимальной глубины открытых горных работ
Месторож- дение Средняя мощность рудного тела, м Проектная глубина карьера, м Оптимальная глубина карьера, м Существующая глубина карьера, м Экономический эффект, млн руб.
Весеннее 50 2 СО О 255 - 14,7
Молодежное 50 248 260 248 3,78
Список литературы
1. Каплунов Д.Р., Калмыков В.Н., Рыльникова М.В. Комбинированная геотехнология. М.: Издательский дом «Руда и металлы», 2003. 560 с.
2. Агошков М.И., Гопьдман Е.Л., Кривенков Н.А. Экономика горнорудной промышленности: учеб. пособие для вузов. М.: Недра, 1986. 264 с.
3. Хохряков В.С. Проектирование карьеров. М.: Недра, 1992.
4. Красавин А.В. Разработка методики математического моделирования технологических схем перехода к комбинированной геотехнологии при освоении рудных месторождений: ав-тореф. дис. ... канд. те<н. наук. Магнитогорск, 2005. 19 с.
5. Кузнецова Т.С., Мещеряков Ю.Б., Некерова Т.В. Предельная высота подработанного откоса подземными выработкам при действии объемных сил // Вестник МГТУ. Магнитогорск, 2009. № 3. С. 5-8.
List of literature
1. Kaplunov D.R., Kalmykov V.N., Pyl'nikova M.V. Combined geotechnology. M.: «Ore and metals», 2003. 560 p.
2. Agoshkov M.I., Gol'dman E.L., Krivenkov NA. Economic of mining. M.: Depths, 1986. 264 p.
3. Hohryakov V.S. Projecting of an opencast. M.: Depths, 1992.
4. Krasavin A .V. Work out of method mathematic model of technology schemes of conversion by combined geotechnology for mining ore deposits: Avtoref. thesis. cand. of techn. sciences. Magnitogorsk, 2005. 19 p.
5. Kuznetsova T.S., Mesheryakov YU.B., Neckerova T.V. The Limit height of flank of an opencast, which work up underground headings at action of three-dementional powers // Vestnik MGTUI. Magnitogorsk, 2009. № 3. P. 5-8.
УДК 622.272
Калмыков В.Н., Григорьев В.В., Волков П.В.
ИЗЫСКАНИЕ ВАРИАНТОВ СИСТЕМ РАЗРАБОТКИ ДЛЯ ВЫЕМКИ ПРИБОРТОВЫХ ЗАПАСОВ ПРИ КОМБИНИРОВАННОЙ ГЕОТЕХНОЛОГИИ
Крутопадающие рудные месторождения, с большой глубиной распространения, осваиваются с использованием комбинированных геотехнологий. За предельными контурами карьеров остаются значительные запасы, которые дорабатываются подземным или открыто-подземным способом. Наибольшие сложности возникают при выемке прибортовых запасов, поскольку их отработка вызывает нарушение устойчивости бортов карьеров, сопровождается разлетом отбитой руды в выработанное пространство, имеют место проблемы с вентиляцией подземных выработок, транспортом и подъемом рудной массы.
Вопросам отработки запасов, наждящижя за пределами контура карьеров, посвящено много исследований и накоплен достаточно большой опыт в отечественной и зарубежной практике. С достаточной детальностью изучены особенности геомеханических процессов в массивахпород в процессе открытых и подземных работ, составлены методики прогноза напряженного состояния несущих элементов горных конструкций, формируемых в прибортовой зоне, предложены методики обоснования параметров систем разработки, рекомендовано большое количество конструкций систем разработки на примере конкретныхместорождений.
Несмотря на большой объем исследований по этой тематике, предлагаемые типовые технологические схе-
мы выемки прибортовых запасов не учитывают всего многообразия горно-геологических условий. Не оценено влияние различных факторов на конструкции и показатели систем разработки, не в полной мере определены эффективные области применения прогрессивных технологических схем для запасов, характеризующихся различными технологическими, морфологическими и геомеханическими параметрами, не обоснован рациональный порядок извлечения таких запасов.
Конструкции систем разработки для выемки запасов прибортовой зоны имеют ряд особенностей, вызванных нестандартной морфологией отрабатываемых участков залежей, спецификой силовых полей в рудном массиве, наличием карьерной выемки, которая может рассматриваться как вскрывающая, а иногда как подготовительная, повышенной нарушенно-стью массива руд и пород в приконтурной области.
При конструировании вариантов систем разработки для прибортовых запасов, наряду с обеспечением требований безопасности и охраны недр, исждили из следующих соображений:
- использование по возможности оборудования и элементов технологии открытых горных работ, а также карьерного пространства для подготовки и нарезки блоков, выдачи породы и руды, доставки оборудования и материалов;
- использование внешних и внутренних отвалов вскрышных пород для формирования берм площадок для подземных работ, управления устойчивостью массива бортов карьеров;
- учет особенностей местоположения и морфологии отрабатываемых участков и напряженно-деформированного состояния рудо-породного массива при обосновании параметров систем разработки и порядка выемки.
Несмотря на многообразие и специфичность горно-геологических и горнотехнических условий переходных зон, представляется возможным разработать типовые конструкции систем разработки и обосновать рациональные области их применения, составить рекомендации по выбору рациональных вариантов систем разработки и определению их технологических параметров - геометрических и порядка отработки.
Известно, что технико-экономические показатели по вариантам систем разработки существенно зависят от пространственных размеров выемочной единицы, величины запасов, поэтому при выборе типовых условий моделирования ориентировались на наиболее распространенные варианты геометрии переходных зон Уральских медноколчеданных месторождений, для которых характерно наличие в бортах обособленных участков с невыдержанными элементами залегания, рудных залежей, простирающихся на достаточное удаление, протяженных разделительных целиков между открытыми и подземными работами.
Горнотехническая обстановка после или на период завершения открытых работ может быть представлена следующими вариантами, когда приконтурные запасы, дорабатываемые подземным способом, находятся в центральной и торцевой части борта карьера в виде выклинок, примазок, изолированных участков, массивных рудных тел, с различной глубиной расположения от поверхности (рис. 1).
В зависимости от ценности руды, морфологических особенностей залежей, расположения запасов относительно контура, геологических условий залегания рассмотрены следующие технологические схемы их освоения (рис. 2) с использованием:
1. Камерных и слоевых систем разработки с закладкой выработанного пространства и созданием или без создания изолирующих горных конструкций.
2. Систем разработки с обрушением руды и вмещающих пород и образованием породных отвалов и без ихобразования.
3. Сочетания вариантов подземной выемки приконтурных запасов и элементов технологии открытых горныхработ.
4. Вариантов отработки барьерных целиков, выемки приконтурных запасов после отхода фронта подземных очистных работ.
Для удобства рассмотрения технологические схемы дифференцированы по состоянию подрабатываемого массива на две группы:
- с сохранением прибортового массива в устойчивом состоянии;
- без сохранения прибортового массива в устойчивом состоянии.
Технологические схемы освоения прибортовых запасов: а - камерными системами разработки с закладкой твердеющими смесями под защитой барьерного целика; б - открытыми в карьер камерами; в - слоевыми заждками с твердеющей закладкой и оставлением изолирующего целика; г - с формированием породного отвала; д - выемка слоевыми заждками с закладкой ведется из карьера с формированием породного отвала; е - камерными системами разработки с оставлением неизвлекаемыхцеликов; ж - открытым способом; з - то же с упрочнением массива борта; и - этажно или подэ-тажно-камерными систем разработки с погашением МКЦ и сооружением или без сооружения изолирующего породного отвала; к - системами разработки подэ-тажного обрушения без устройства пригрузки породами; л - то же с образованием породного отвала; м - системами разработки с обрушением руды и вмещающих пород, порядок отработки от массива на карьер.
Экономическая оценка вариантов систем разработки проводилась по критерию максимальной прибыли [1, с. 33]. Целевая функция имеет вид
П
П} = Цизв; “Е С ^ таХ, (1)
1
где Цизв:- - извлекаемая ценность 1 т погашенных балансовых прибортовых запасов по вариантам с учетом обогатительного передела, руб./т.
в г
Рис. 1. Приконтурныезапасы, осваиваемые подземным или открыто-подземным способами: примазки (а), выклинки (б), локальные участки (в), протяженные залежи (г)
Рис. 2. Технологические схемы освоения прибортовыхзапасов: а-з - с сохранением массива бортав устойчивом состоянии; и-м - с нарушением устойчивости прибортового массива
Извлекаемая ценность 1 т по гашенных запасов
Цизв _ Ц ■ а ■ ■ £об , (2)
где Ц - цена полезного компонента, руб./т; а - содержание или приведенное содержание полезного ком -
понента в балансовых запасах, %; К„ =-------- - коэф-
д ! _ р *
фициент добычи, дол. ед.; П - коэффициент потерь при добыче, дол. ед.; Р - коэффициент разубоживания при добыче, дол. ед.; еъб - коэффициент извлечения
при обогащении, дол. ед.; ^ С - суммарные удельные затраты на добычу и обогащение 1 труды, руб./т.
В суммарные удельные затраты на добычу и переработку включаются только те, которые влияют на показатели систем разработки.
У с = с + с + с + с +
А-! І ^ПНР ^^ОТБ ^ВД ^^УГД ^
+с + с + с + с
^^И3 ^^ВЕН т(^ПОД>
(3)
где Спнр, С0ТБ, СВд, Сугд, Cиз, СВЕН, Стр, Спод соот-
ветственно удельные затраты на: подготовительнонарезные работы в блоке, отбойку, выпуск и доставку до рудоспуска, управление горным давлением, изоляцию очистного пространства, вентиляцию блоков, транспорт, подъем рудной массы, руб./т.
При расчете удельных затрат на добычу учитывалось влияние негативных факторов - наличие аэродинамических связей, проявления горного давления при подработке бортов, изолированность и удаленность подрабатываемых участков. Дополнительные затраты, связанные с влиянием близости карьерного пространства, находились по аналогии с другими предприятиями или прямым расчетом, где это возможно. В остальных случаях использовались коэффициенты удорожания по статье вентиляция, предложенные вработе Волкова Ю. В [1].
Камерная система Слоевая система разработки разработки
Система разработки с обрушением
Рис. 3. Минимальное содержание, при котором прибыль больше нуля
250000
200000
150000
100000
50000
0
А
*
♦ Камерные системы разработки
Слоевые системы с п ригрузкой
—Системы с обрушением и при грузкой
1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400
Запасы, тыс. м3
Рис. 4. Зависимость условной прибыли от объема запасов
Для каждого типа дорабатываемых прибортовых запасов составлялись экономико-математические модели, реализующие целевую функцию максимума прибыли. Выбор рационального варианта системы разработки производился из числа конкурирующих в их наилучшем конструктивном и технологическом исполнении.
Для определения себестоимости добычи и выявления закономерностей влияния различных факторов в качестве объекта исследований приняты приконтур-ные запасы блоков, месторасположение которых варьируется по глубине и положению в плане карьера. Пространственные параметры извлекаемых прибортовых запасов: мощность залежи, протяженность, содержание полезного компонента, глубина расположения от поверхности, угол наклона, величина запасов изменяются в широком диапазоне, охватить который при расчетах не представляется возможным. Поэтому для получения сопоставимых технико-экономических показателей были приняты для исследования в качестве базовых условия, характерные для Уральских медноколчеданных месторождений.
С целью обеспечения корректности получаемых технико-экономических показателей проведена группировка технологических схем по морфологическому типу прибортовых запасов: выклинки, примазки, локальные участки, пластообразные разделительные целики большой протяженности. Местоположение залежей относительно контура карьера учитывалось при определении параметров несущих элементов систем разработки, что позволяет отразить особенности геомехани-ческого состояния приконтурного массива.
Для каждого морфологического вида прибортовых
Камерная
система
разработки
сгвердеющей
закладкой
Слоевая система разработки сгвердеющей закладкой и восходящим поря дком отработки
Ширина залежи, м
Рис. 6. График зависимости себестоимости добычи 1 т руды от ширины залежи
Системы
разработки
собрушением
Слоевые систем ы разработки с закладкой и восходящим поря дком отработки
Высота расположения блока, м
Рис. 5. График зависимости себестоимости добычи 1 т руды с образованием навала пород от удаления блока от дна карьера
2100
1С ^ 1800
£ 1500
Щ 1200
Є
8 900
Ю О
и 600
20 30 40 50 60 70 80
Высота расположения блока от основания карьера, м
Рис. 7. График зависимости себестоимости добычи 1 т руды системами разработки с обрушением и пригрузкой борта породами от высоты расположения блока от дна карьера
-50000
-100000
запасов рассматривались возможные варианты их освоения. Параметры конструктивных элементов и другие исждные данные по применяемым системам разработки: размеры барьерные изолирующих, междукамерных, опорных целиков, пролеты обнажений, прочность закладки, высота подэтажей, ширина заходки, площади сечений выработок, показатели БВР обосновывались расчетами по техническим и геомеханическим факторам или принимались по аналогии с другими рудниками.
В вариантах с формированием барьерных (изолирующих) целиков учитывался либо ущерб от потерь для случаев их оставления, либо затраты на выемку в случае их последующей отработки другими системами разработки.
Параметры отвала скальных пород определялись в зависимости от его назначения в технологии добычи: при применении слоевых систем разработки -конструктивно из условий работы оборудования на очистных работах, для систем с обрушением руды и вмещающих пород - по фактору создания зажимающей среды и обеспечения регулируемого процесса сдвижения подрабатываемого массива бортов; при использовании открытых горных работ — для поддержания борта в устойчивом состоянии.
При экономической оценке рассматривались два режима формирования отвала: из внутреннего отва-лообразования и из внешнего [2, с. 435].
Выводы:
■ Определены минимальные значения содержания полезного компонента в прибортовых запасах, обеспечивающие получение прибыли (рис. 3).
■ Установлены графические зависимости влияния на себестоимость (прибыль) одной тонны руды из прибортовых запасов таких факторов, как: объем запасов (рис. 4), удаление от дна карьера (рис. 5), ширина залежи (рис. 6), объем навала (РИС. 7), ширина барьерного целика (рис. 8), вариант систем разработки (рис. 9).
■ Отработку локальных участков и примазок целесообразно проводить с использованием систем подэ-тажного обрушения без образования породной при-грузки или комбинацией открытых и подземныхработ.
■ Использование пригружающих отвалов пород для обеспечения изоляции целесообразно только при расположении прибортовых запасов вблизи дна карьера и внутреннем отвалообразовании.
■ В связи с ограниченными размерами приборто-
750
700
& 650 13 600
§
І 550
С
й 500
(и
^ 450
и
400
10
30
Рис.
15 20 25
Ширина це лика, м
График зависимости себестоимости добычи 1 т руды от ширины барьерного целика
вых запасов, необждимостью освоения запасов изолирующих целиков, специфичной морфолэгией рудных участков существенно увеличивается удельный объем подготовительно-нарезных работ (в 1,5-2,0 раза) по сравнению с традиционными условиями применения систем подземной разработки, что ведет к удорожанию добычи, особенно в вариантах камерных и слоевых систем разработки.
■ Оставление барьерных целиков ведет к росту себестоимости добычи одной тонны погашаемых запасов, недополучению прибыли, сокращению извлекаемой ценности, повышению затрат на погашение запасов барьерных целиков с применением специальных технологий. Увеличение размеров барьерных целиков сопровождается ростом себестоимости добы-
Прибыль,
ты е. руб
Запасы, ты с.т.
и-400000-300000 ■ 0-100000 ■ 400000-500000
□-300000-200000 □ 100000-200000 □ 500000-600000
□ -200000-100000
□ 200000-300000
□ 600000-700000
□-100000-0 □ 300000-400000
Система разработки с обрушением
Запасы, тыс.т.
■ -300000-200000 ■ -200000-100000 □ -100000-0 □ 0-100000 ■ 100000-200000
а 200000-300000 ■ 300000-400000 □ 400000-500000 «500000-600000
Рис. 9. Зависимость прибыли от запасов и содержания полезного компонента
чи в пересчете на 1 тонну погашаемых запасов.
■ Технологические схемы с образованием отвалов из вскрышных пород в карьере, используемых в качестве изолирующих массивов, для формирования транспортных съездов и площадок для работы оборудования, пригрузки подрабатываемых бортов, характеризуются значительным удорожанием (30-50%) добычи, наибольшее влияние на себестоимость одной тонны руды оказывают дальность расположения внешних отвалов, удаление блока от основания карьера, его запасы.
■ Объем запасов в прибортовой зоне сказывается на величину получаемой прибыли, зависимость прибыли от объема запасов близка к прямолинейной. В большей мере это влияние проявляется при системах разработки с обрушением руды и вмещающих пород, а также при слоевых системах разработки с закладкой и формированием пригрузки.
■ Удаление прибортовых запасов от дна карьера мало отражается при камерных и слоевых системах разработки с закладкой.
Список литературы
1. Волков Ю. В., Соколов И. В., Камаев В. Д. Выбор систем подземной разработки рудных месторождений. Екатеринбург: УрО РАН, 2002. 124 с.
2. Каплунов Д. Р., Калмыков В. Н., Рыльникова М. В. Комбинированная геотекнопогия. М.: Издательский дом «Руда и металлы», 2003. 560 с.
List of literature
1. Volkov U. V., Sokolov I. V., Kamaev V. D. Choice of systems of underground mining of ore deposits. Ekaterinburg: UrD the Russian Academy of Sciences, 2002. 124 with.
2. Kaplunov D. R., Kalmykov V. N., Ryl'nkova M. V. Combined geotechnology. Moscow: «Ore and metals» Publishing House, 2003. 560 p.
УДК 621.879:622.271.4
Бурмистров К.В., КолонюкА.А., Аргимбаев К.Р.
ВЫБОР КОМПЛЕКСОВ ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ВЫЕМОЧНО-ПОГРУЗОЧНЫХ РАБОТ В СТЕСНЕННЫХ УСЛОВИЯХ НИЖНИХ ГОРИЗОНТОВ КАРЬЕРОВ
Современное состояние открытых горных работ характеризуется значительным усложнением горногеологических условий отработки месторождений в связи с увеличением глубины действующих карьеров и вовлечением в эксплуатацию новых, более сложных по своему геологическому строению, запасов. Кроме того, в последнее время все больший интерес для горнодобывающих предприятий представляют небольшие и трудно разрабатываемые рудные месторождения, которые ранее оставались невостребованными. Для того чтобы освоение таких запасов было целесообразным , необждимо обеспечивать высокую интенсивность их отработки, а также минимальные текущие и общие объемы вскрышных работ.
При разработке нижних горизонтов глубоких
DAEWOO
3%
ATLAS-TEREX Прочие
GMBH 12%
1% LIEBHERR 1%
J.CB.
4%
VOLVO
NEW HOLLAND
KOMASTU LTD 15%
жг№А1 11%
Рис. 1. Доля импорта карьерных гидравлических экскаваторов основных зарубежных производителей
карьеров, а также при интенсивной отработке малых месторождений условия производства горных работ можно характеризовать, как стесненные, которым присущи следующие особенности: снижается площадь рабочей зоны, возрастают интенсивность и годовые объемы работ по подготовке новых горизонтов, вследствие чего снижается производительность горного оборудования.
Традиционно применяемые на карьерах канатные мехпопаты не могут эффективно эксплуатироваться в таких условиях Доля их достигает 80°% от общего объема карьерного выемочно-погрузочного оборудования, применяемого в нашей стране.
В работе было проведено сравнение эффективности применения в стесненных условиях экскаваторов-мехлопат и гидравлических, так как рост уровня надежности гидравлических экскаваторов с некоторых пор позволяет им успешно конкурировать с механическими лопатами.
Для сравнения эффективности применения в стесненных условиях был принят экскаватор ЭКГ-5А как один из самых распространенных на отечествен -ных карьерах. При выборе гидравлического экскава-тора руководствовались следующим: аналогичная
емкость ковша; модель экскаватора, широко используемая на территории РФ. Так как отечественные карьерные гидравлические экскаваторы не получили широкого применения на открытых горных работах, выбор осуществлялся на основе статистических дан -ных импорта экскаваторов в нашу страну (рис. 1). В соответствии с этим был принят гидравлический экскаватор НйасЫ ЕХ 1200-5.
