К вопросу о переходе на подземное транспортирование руды при разработке глубоких карьеров Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

удк 622 68 Г.О. Наговицын

К ВОПРОСУ О ПЕРЕХОДЕ НА ПОДЗЕМНОЕ ТРАНСПОРТИРОВАНИЕ РУДЫ ПРИ РАЗРАБОТКЕ ГЛУБОКИХ КАРЬЕРОВ

В настоящее время многие предприятия, отрабатывающие месторождения комбинированным способом, используют подземные горные выработки для транспортирования добываемой карьером руды. Данное решение позволяет уменьшить расстояние транспортирования руды на фабрику, а также длину внутрикарьерных перевозок и тем самым улучшить технико-экономические показатели. На примере рудника «Железный» Ковдорского ГОКа рассчитан оптимальный момент перехода от автомобильного транспорта руды к перепуску через подземную транспортную схему. Разработан алгоритм определения границы перехода от одного вида транспорта к другому с помощью средств горно-геологической информационной системы, который позволяет наиболее точно учитывать изменение длины транспортирования с развитием карьерного пространства. Применение компьютерного моделирования позволило провести расчет множества вариантов за сравнительно небольшой промежуток времени. Определены затраты на транспортирование, а также извлекаемая ценность месторождения при различных вариантах ввода в эксплуатацию карьерных рудоспусков. Решение задач выполнено с использованием программного комплекса MINEFRAME, разработанного в Горном институте КНЦ РАН. Ключевые слова: карьерные рудоспуски, подземный транспортный комплекс, карьерный транспорт извлекаемая ценность, затраты на транспорт, блочная модель.

Введение

Для всех предприятий, осуществляющих разработку мощных крутопадающих месторождений открытым способом, характерно увеличение глубины ведения горных работ в среднем на 10^15 м в год [1]. С увеличением глубины карьера увеличивается и расстояние транспортирования, что приводит к необходимости применения менее затратных видов транспорта.

Характерным примером предприятия, где в перспективе возможен переход с автомобильного транспорта на карьерные рудоспуски с подземным транспортным комплексом (ПТК), является

ISSN 0236-1493. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2017. № 4. С. 218-228. © 2017. Г.О. Наговицын.

Ковдорский ГОК, отрабатывающий месторождение бадделеит-апатит-магнетитовых руд (БАМР). В настоящее время транспортировка руды к обогатительной фабрике осуществляется с использованием циклично-поточной технологии. Существенное влияние на снижение транспортных затрат окажет своевременный ввод в эксплуатацию карьерных рудоспусков. Определение момента перехода с одного вида транспорта на другой, выполнено с помощью средств горно-геологической информационной системы (ГГИС) MINEFRAME [2, 3, 4].

В настоящее время многие предприятия используют подобные ГГИС, которые позволяют не только обрабатывать большие массивы данных, но и делать это гораздо быстрее в сравнении с ручными методами. Например, ручной расчет извлекаемой ценности для маломощного угольного пласта с размерами в плане 2x2 км займет около 5^7 рабочих дней, в тоже время средствами ГГИС данная задача может быть решена в течение 1^2 дней.

Расчет извлекаемой ценности месторождения и затрат

на транспортирование

Определение границы перехода от одного вида транспорта к другому является задачей, решаемой в несколько этапов — от подготовки исходных данных до анализа рассчитанных параметров ведения горных работ. Суть решения состоит в расчете множества вариантов отработки месторождения с учетом капитальных и эксплуатационных затрат при разных отметках ввода в строй карьерных рудоспусков. Критерием оптимальности при выборе варианта сочетания разных видов транспорта является максимальная извлекаемая ценность.

Первым этапом в предлагаемом алгоритме нахождения оптимального решения является подготовка исходных данных и построение блочной модели запасов полезного ископаемого (ПИ). Применительно к Ковдорскому ГОКу — это БАМР. Для расчета затрат на транспортирование и извлекаемой ценности руды задаются следующие показатели добычи и обогащения (табл. 1).

Далее создается блочная модель месторождения, для каждого блока которой рассчитывается ценность и затраты на транспортирование. Блочное моделирование является распространенным приемом для представления пространственного распределения различных свойств и признаков пород, слагающих массив. Сущность блочно-модельного представления заключается в разбиении исследуемого участка недр на достаточно мелкие области (блоки), которым назначаются какие-либо признаки.

Таблица 1

Показатели проекта разработки месторождения

Показатель Размерность Значение

Цена товарной продукции (Д^) руб./т 5424

Коэффициент к цене (кц) дол.ед. 1

Коммерческие затраты (Зк) руб./т 465

Общекомбинатские затраты (Зок) руб./т 106

Содержание ПК в концентрате (ак) % 64

Содержание ПК в хвостах (ах) % 4

Потери (П) % 1,3

Разубоживание (Р) % 0,78

Содержание ПК в разубоживающих породах % 6

Стоимость транспортирование руды автосамосвалами (Сас ) руб./т*км 8,6

Стоимость транспортирования руды через подземный транспортный комплекс (ПТК) (Сптктрр) руб./т*км 7,5

Длина ПТК (¿птк) м 5000

Уклон съездов (г) %% 80

Стоимость обогащения руды (Соб) руб./т 215,6

Стоимость добычи руды (Сд) руб./т 128

Налог на добычу полезных ископаемых (НДПИ) руб./т 60

Плотность руды (ур) т/м3 3,1

Блоки, как правило, имеют форму прямоугольных параллелепипедов, размер их зависит от требований точности моделирования, а их количество ограничивается возможностями вычислительной техники и особенностями алгоритмов. Компромиссом между точностью моделирования и количеством блоков является применение блочных моделей с субблоками, когда основные блоки дробятся на более мелкие в местах, где имеются границы переходов от одних пород к другим, к выработанному пространству и пр. Таким образом, происходит сгущение сети блочной модели для более точного описания геометрических особенностей моделируемых объектов [5].

В нашем случае, каждый блок представляет собой куб с размерами 30x30x30 м, с известными координатами центра блока и качественными характеристиками содержания полезных компонентов.

Следующим этапом составляем набор вариантов, в зависимости от горизонта ввода рудоспусков в эксплуатацию. Верхняя часть блоков каждого варианта транспортируется с использованием автосамосвалов, нижняя — при помощи карьерных рудоспусков (рис. 1).

- Блоки, транспортируемые с использованием автосамосвалов

- Блоки, транспортируемые с использованием рудоспусков

Рис. 1. Варианты блочной модели в зависимости от отметки ввода рудоспусков в эксплуатацию

Рис. 2. Схема транспортирования руды автосамосвалами

Расчет каждого варианта осуществляется по формулам [6]: • Фабричная цена товарной продукции:

Цф = Ц * k - З - З , руб/т

'ф 'тп ц к ок7 * '

• Извлечение в концентрат:

Рис. 3. Схема транспортирования руды через карьерные рудоспуски и ПТК

Рис. 4. Затраты на транспортирование руды автосамосвалами до конца отработки

• Извлечение из недр:

Рис. 5. Затраты на транспортирование руды при использовании карьерных рудоспусков

U 20

| 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 о.

i= Годы разработки месторождения

Рис. 6. Приобретение новых автосамосвалов с увеличением глубины разработки

Валовая ценность:

Ц _ Цф * — * И * Ин , руб/т а

• Затраты на транспортирование 1 т руды в блоке: для автомобильного транспорта: каждый блок транспортируется к точке начала съезда на соответствующем горизонте и далее по внутрикарьерной трассе до обогатительной фабрики (рис. 2).

çac _ sac *

тр.р тр.р

(\Z - Z

^К 6л

1 JJ

руб/т

для транспортирования руды с помощью ПТК: каждый блок перемещается по горизонтали к ближайшему устью рудоспуска и далее по выработкам ПТК до фабрики (рис. 3).

Qnmê _ sac ^

тр.р тр.р

гптк* j ,руб/т,

тр.р птк

25 -35 -95 -155 -215 -275 -335 -395 -455 -515 -575 -635 Горизонт ввода рудоспусков в эксплуатацию, ivi

Рис. 7. Зависимость извлекаемой ценности от отметки ввода рудоспусков в эксплуатацию

• Извлекаемая ценность 1 м3 горной массы:

Ц = (Ц - Сб - С - НДПИ- З ) * у, руб./м3

^гм об др тр.р7 'р' '

• Извлекаемая ценность блока:

Цбл = Цгм * йХ* й7* йг, млн руб.,

где Хс1, Т.1 - координаты начала съезда /'-го горизонта; Zк - отметка выезда на поверхность; Хбл, 7бл, Zбл - координаты центра блока; Хрс, 7рс - координаты устья ближайшего рудоспуска; йХ, йТ, dZ - размер блока по оси Х, У, Z.

Результаты расчета затрат на доставку руды, применительно к Ковдорскому ГОКу, представлены на рис. 4, 5. Для варианта с использованием автосамосвалов себестоимость транспортирования изменяется в пределах от 15 руб./т (для верхних горизонтов) до 105 руб./т (для нижних). При использовании карьерных рудоспусков затраты на транспорт любого блока в среднем равны 46 руб./т и изменяются в пределах 2-3 руб. в зависимости от удаленности блока от устья рудоспуска (рис. 4).

В состав капитальных затрат для варианта с карьерными рудоспусками входит стоимость строительства комплекса подземных выработок и затраты на конвейерное оборудование. Как показали расчеты, ввод ПТК потребует капитальных вложений в размере около 10 млрд руб. [7, 8]. Для варианта с автосамосвалами капитальными затратами будут являться приобретение новых машин с увеличением глубины разработки, которые составляют до 17 ас/год, согласно проработкам Горного института КНЦ РАН (рис. 6) [9]. Капитальные затраты вводятся в расчет, посредством амортизационных отчислений, влияющих на величину себестоимости транспортирования и добычи полезных ископаемых.

По результатам расчета построена кривая графика зависимости извлекаемой ценности блоков от горизонта ввода в эксплуатацию рудоспусков (рис. 7), которая достигает своего максимума в отметке -155 м и является оптимальным вариантом сочетания автосамосвалов и карьерных рудоспусков с общей извлекаемой ценностью блоков 716 млрд руб.

Своевременный переход на транспортирование с использованием ПТК позволит сэкономить порядка 66,5 млрд руб. по сравнению с применением автомобильного транспорта до конца разработки, и порядка 42,1 млрд руб. по сравнению с вариантом перемещения всех блоков через выработки ПТК.

Затраты оптимального варианта на доставку 1 т руды изменяются для автомобильного транспорта от 18 до 54 руб. (гори-

Таблица 2

Сравнение вариантов расчета

Варианты Извлекаемая ценность, млн руб. Средние затраты на транспортирование 1 т руды, руб. Разница в ценности по сравнению с оптимальным вариантом, млрд руб.

Оптимальный вариант (-155) 716015,3 41,5

Ввод рудоспусков с отметки 205 673954,8 45,6 42,1

Автосамосвалы до конца отработки 649539,7 62 66,5

зонт -155) и далее, после ввода в строй карьерных рудоспусков, варьируются в пределах 44 руб/т.

Без учета капитальных затрат, переход на перепуск руды с помощью карьерных рудоспусков, при условии минимума затрат на транспортирование, должен быть осуществлен с отметки -65 м. Однако, при учете капитальных затрат, данная отметка сместилась ниже на 90 м, за счет того, что в первые годы разработки затраты на приобретение новых автосамосвалов, значительно меньше чем стоимость строительства ПТК и приобретения конвейерного оборудования.

Заключение

Таким образом, установлено, что ниже отметки дна карьера -155 м, эксплуатация подземной транспортной схемы выгоднее, чем автомобильный транспорт. Срок существования ПТК составит более 45 лет. В табл. 2 представлены основные результаты расчета.

Использование ГГИС при выборе момента перехода с одного вида транспорта на другой позволяет обрабатывать большие массивы данных, учитывать расстояние транспортирования каждого отдельного блока, провести расчет множества вариантов и визуализировать результаты исследований.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Анистратов Ю. И. Объемно-поэтапный компьютерный анализ месторождений при определении главных параметров карьера и расчета комплекта оборудования для производства горных работ. Учебное пособие. - М.: РГГРУ, 2009. - 43 с.

2. Лукичев С.В., Наговицын О.В. Автоматизированное решение задач горного производства в системе MINEFRAME // Горная техника. - 2014. - № 2 (14). - С. 38-42.

3. Наговицын О. В., Лукичев С. В, Алисов А. Ю. Объектная структура данных системы автоматизированного проектирования, планирования и сопровождения горных работ MINEFRAME // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2013. — № 7. — С. 179—183.

4. Наговицын О. В., Алисов А. Ю. Средства автоматизированного планирования открытых горных работ в системе MineFrame // Вестник МГТУ. - 2009. - Т. 12. - № 4. - С. 609-613.

5. Наговицын О.В., Лукичев С.В. Горно-геологические информационные системы - история развития и современное состояние. - Апатиты: Изд-во КНЦ РАН, 2016. - 196 с.

6. Лукичев С. В., Билин А.Л., Торопов Д. А. Сравнение методов формирования экономической модели месторождения при определении границ карьера // Вестник МГТУ. - 2016. - Т. 19. - № 1/1. - С. 5-12.

7. Леонтьев А. А., Белогородцев О. В., Громов Е. В., Казачков С. В. Вскрытие глубоких горизонтов карьера «Железный» Ковдорского ГОКа подземными выработками // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2013. - № 4. - С. 212-220.

8. Леонтьев А. А., Белогородцев О. В., Громов Е. В. Вскрытие глубоких горизонтов карьера «Железный» ковдорского месторождения комплексных руд транспортными выработками подземного рудника // Горное дело. - 2016. - № 2(8). - С. 26-29.

9. Лукичев С. В., Леонтьев А. А., Билин А. Л. Регламент на разработку системы вскрытия подземного рудника наклонными стволами с выделением первой очереди для отработки запасов руды в контуре карьера до отметки минус 660 м (в составе «Технико-экономического обоснования (ТЭО) проектных решений по V очереди расширения карьера «Железный» Ковдорского ГОКа с отработкой запасов до абс. отм. минус 660 м в увязке со строительством карьера по добыче АШР»). Договор № 2263/1602-127 с ОАО «Гипроруда». - Апатиты: Горный институт КНЦ РАН, 2013. - 163 с. ЕЛЗ

КОРОТКО ОБ АВТОРE

Наговицын Григорий Олегович - младший научный сотрудник,

e-mail: NagovitsynGO@goi.kolasc.net.ru,

Горный институт Кольского научного центра РАН.

UDC 622.68

Gornyy informatsionno-analiticheskiy byulleten'. 2017. No. 4, pp. 218-228. G.O. Nagovitsyn

TRANSITION TO UNDERGROUND ORE HAULAGE IN DEEP OPEN PIT MINES

Currently, many companies are developing deposits in a combined way use underground mine workings for transporting quarry mined ore. This solution allows to reduce the distance of transporting the ore to the factory, as well as the length of quarry traffic and thereby improve the technical and economic parameters The optimal moment of transition from automobile transport of ore to the underground transport scheme have been calculated on the

case study of the open cast mining on the quarry «Zhelezniy» Kovdorskiy mining plant. The algorithm for determining the boundaries of transition from one mode of transport to another by means of mining and geological information system, which is the most accurate method to take into account changes in the transportation length of quarry development space, has been developed. The use of computer modeling has allowed to calculate a variety of options in a relatively short period of time. Determined costs for transportation, as well as the recoverable value of deposits with various input options for use of quarry ore passes. The solution of problems is performed using software package MINEFRAME, developed at the Mining Institute KSC RAS.

Key words: quarry ore passes, underground transport complex, quarry transport, recoverable value, costs for transportation, block model.

AUTHOR

Nagovitsyn G.O., Junior Researcher, e-mail: NagovitsynGO@goi.kolasc.net.ru, Mining Institute of Kola Scientific Centre of Russian Academy of Sciences, 184209, Apatity, Russia.

REFERENCES

1. Anistratov Yu. I. Ob"emno-poetapnyy komp'yutemyy analiz mestorozhdeniy pri opre-delenii glavnykh parametrov kar'era i rascheta komplekta oborudovaniya dlya proizvodstva gornykh rabot. Uchebnoe posobie (3D stage-wise computer-aided analysis of deposits to determine basic parameters and equipment for open pit mining. Educational aid), Moscow, RGGRU, 2009, 43 p.

2. Lukichev S. V., Nagovitsyn O. V. Gornaya tekhnika. 2014, no 2 (14), pp. 38-42.

3. Nagovitsyn O. V., Lukichev S. V., Alisov A. Yu. Gornyy informatsionno-analiticheskiy byulleten'. 2013, no 7, pp. 179-183.

4. Nagovitsyn O. V., Alisov A. Yu. Vestnik Murmanskogo gosudarstvennogo tekhnich-eskogo universiteta. 2009, vol. 12, no 4, pp. 609-613.

5. Nagovitsyn O. V., Lukichev S. V. Gorno-geologicheskie informatsionnye sistemy istori-ya razvitiya i sovremennoe sostoyanie (Geological information systems: history and state-of-the-art), Apatity, Izd-vo KNTs RAN, 2016, 196 p.

6. Lukichev S. V., Bilin A. L., Toropov D. A. Vestnik Murmanskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta. 2016, vol. 19, no 1/1, pp. 5-12.

7. Leont'ev A. A., Belogorodtsev O. V., Gromov E. V., Kazachkov S. V. Gornyy infor-matsionno-analiticheskiy byulleten'. 2013, no 4, pp. 212-220.

8. Leont'ev A. A., Belogorodtsev O. V., Gromov E. V. Gornoe delo. 2016, no 2(8), pp. 26-29.

9. Lukichev S. V., Leont'ev A. A., Bilin A. L. Reglament na razrabotku sistemy vskrytiya podzemnogo rudnika naklonnymi stvolami s vydeleniem pervoy ocheredi dlya otrabotki z,a-pasov rudy v konture kar'era do otmetki minus 660 m (v sostave «Tekhniko-ekonomicheskogo obosnovaniya (TEO) proektnykh resheniy po V ocheredi rasshireniya kar'era «Zheleznyy» Kovdorskogo GOKa s otrabotkoy zapasov do abs. otm. minus 660 m v uvyazke so stroitel'stvom kar'era po dobyche AShR») (Procedural rules for getting access to underground mine using inclined shafts with the first stage of mining within the open pit mine down to the level -660 m (in the framework of the Feasibility Study into Design Solutions for Expansion Stage V at Zhelezny Open Pit Mine of Kovdor Mining and Processing Works down to Elevation of -660 m in Combination of Open Pit Mining of Apatite-Shtaffelite Ore)). Apatity, Gornyy institut KNTs RAN. 2013, 163 p.