Конструирование и оптимизация вариантов подземной геотехнологии отработки подкарьерных запасов

Волков Юрий Владимирович; Соколов Игорь Владимирович; Камаев Владимир Дмитриевич

1. Гребенкин С.С., Артамонов В.Н. Исследование изменения свойств угольного пласта в зонах увлажнения. Физико-механические проблемы горного производства. Сборник научных трудов Национальной академии наук Украины, отделение физико-технических горных проблем ДонФТИ, Выпуск 4, Донецк, 2001, с.64-71.

2. Артамонов В.Н, Бондаренко А.Ю., Кузык И.Н, Замай Л.В. Исследование влияния увлажнения краевой части угольного пласта на механические процессы вокруг вы-

емочной выработки // Известия Донецкого горного института, Донецк, ДонГТУ, 1997. - П1(5). - с. 46-50.

3. Артамонов В.Н. Принципы поэтапного гидровоздействия на угольный пласт и эффективность его применения в шахтах //Известия Донецкого горного института, Донецк, ДонГТУ, 1997. - П2(6). - с.73-79.

4. Артамонов В.Н, Николаев Е.Б. Предварительное увлажнение как комплексный метод повышения эффективности и безопасности горных работ. Монография «Геотехнологии на рубеже XXI века», Донецк, До-

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

нГТУ-ДУНПГО, Том 1, 2001. - с.124-129.

5. Артамонов В.Н, Бондаренко

A.Ю. О возможности управления технологическими свойствами угля увлажнением краевой части пласта // Известия Донецкого горного института. - Донецк: ДонГТУ, 1995. - Ш1. -с.21-24.

6. Методика лабораторных исследований изменения физикомеханических свойств угля при гидровоздействии /Сост. Артамонов

B.Н., Николаев Е.Б., Баранов А.В., ДонНТУ, 2001. - 32 с.

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ

Артамонов В.Н, Кузык И.Н, Николаев Е.Б., Баранов А.В. -Донецкий национальный технический университет.

УАК 622.271/.272.06

Ю.В. Волков, И.В Соколов, В.А. Камаев

КОНСТРУИРОВАНИЕ И ОПТИМИЗАЦИЯ ВАРИАНТОВ ПОАЗЕМНОЙ ГЕОТЕХНОЛОГИИ ОТРАБОТКИ ПОАКАРЬЕРНЫХ ЗАПАСОВ

предыдущих работах авторов, Иубкикованных в «Горном информационно-аналитическом бюллетене», произведена систематизация способов подземной геотехнологии при последовательной комбинированной разработке, где в основу разделения на классы положен признак -степень, на группы - способ изоляции подземных выработок от карьерного пространства, а на варианты - способ управления горным давлением [1]. Предложена методика выбора эффективных вариантов и параметров геотехнологии, основанная на их сравнительной оценке с учетом влияния специфических факторов (активные аэродинамические связи (ААС), использование

карьерного бурового оборудования, повышенное горное давление) [2]. Противоречие, обусловленное требованиями, с одной стороны, изолирования подземного очистного пространства и, с другой, полноты отработки месторождения снимается созданием такой геотехнологии, которая способствовала бы использованию полезных специфических факторов и устранению отрицательных.

В данной статье рассмотрено в качестве примера обоснование подземной геотехнологии выемки подкарьерных запасов Учалинского медно-цинкового месторождения.

В соответствии с предложенной систематизацией способов под-

земной геотехнологии [1] были сконструированы альтернативные варианты. В группе 1 с изоляцией подземных выработок рудным целиком - этажнокамерная система разработки основных запасов с твердеющей закладкой и последующей отработкой целика (I = 1; у = 1). В группе 2 с изоляцией искусственным массивом - этажнокамерная система разработки основных запасов с твердеющей закладкой и опережающей отработкой переходной зоны по системе горизонтальных слоев с закладкой (У = 2; у = 1). Данный вариант принят техническим проектом за базовый. В группе 3 с изоляцией инженерными сооружениями - этажно-камерная система разработки основных запасов с твердеющей закладкой под созданным на дне карьера изолирующим перекрытием (У = 3; у = 1). В группе 4 с изоляцией массивом пород в разрыхленном состоянии -этажное принудительное обрушение с отбойкой руды на компенсационное пространство (У = 4; у = 3). В группе 5 без изоляции - этажнокамерная система разработки с закладкой выработанного пространства (У = 5; у = 1).

Изменение прибыли Пр по вариантам геотехнологии (1,]) от ширины камер основных запасов В

Анализ целевой функции (7, [2]) показывает, что добиваться максимума прибыли Прц можно изменяя конструктивные (геометрические) и технологические (комбинация комплекта основного технологического оборудования, способы изоляции) параметры отработки.

Согласно рейтинговой классификации Н. Бартона определена область геомеханических допустимых значений ширины камер основных запасов B в диапазоне 10-17,5 м для всех групп геотехнологии. Установлена необходимая толщина рудного h? = =,7...19,6 м, и искусственного hj= 4,3.30,5 м изолирующего целиков в зависимости от B и прочности материала искусственного целика ап , соответст-

сж

венно. Данные значения конструктивных параметров вариантов геотехнологии являются ограничениями при оптимизации по технологическим и экономическим факторам, а сами параметры -предметом такой оптимизации.

Из теории линейного программирования известно, что целевая функция достигает своего максимума в крайних точках многоугольника допустимых планов [3]. Таким образом, необходимо в области геомеханически допустимых значений B°j определить координаты всех вершин многоугольника и с помощью подстановки полученных координат в (7, [2]) выбрать оптимальный план, соответствующий максимуму ПрjJ. Решение оптимизационной задачи было реализовано на ПК Pentium 166 MMX путем экономико-математичес-ого моделирования с использованием программы, разработанной под руководством д.т.н. Волкова Ю.В.

При разработке моделей, имитирующих различные варианты геотехнологии, приняты следующие исходные данные. Руда является ценной; мощность рудного тела - 60 м (средняя по месторождению); глубина распространения запасов под дном карьера H = 80 м (южный фланг месторождения); использование на бурении станков СБШ-

190/250-62 и СОЛО - 1006РА, на выпуске и доставке ПДМ ТОРО - 400; коэффициент использования карьерного станка по площади блока в = 0,7; способ проветривания - всасы-вающе-нагнета-ельный. Стоимостные показатели, используемые при моделировании, даны в ценах на 1.01.98 г. Величину прибыли можно считать условной, т.к. в моделях учитывались только затраты на основные технологические

процессы.

Были получены следующие результаты. В группе 1 максимальное значение Пр11 достигается при минимально допустимых по геомеханическим ограничениям параметрах рудного изолирующего целика (высоте переходной зоны И'11) и максимально допустимой Во11. Коэффициент изменения рудничной себестоимости от влияния специфических факторов Круд по сравнению с отработкой без такого влияния в варианте 1.1 составляет 1,051,06.

В группе 2 максимум Пр21 достигается при В°21 = 14.15 м и параметрах искусственного изолирующего целика (высоте переходной зоны Н21), соответствующих [а псж] = 5 МПа. Круд в варианте 2.1 равен 1,24-1,29. Анализ расчетных данных позволяет сделать вывод о том, что наибольший эффект в этой группе достигается при отработке переходной зоны двумя слоями (подэтажами), когда без изоляции вынимается только верхний, непосредственно прилегающий к карьеру, слой.

В группе 3 максимальное значение Пр31 достигается при параметрах искусственного изолирующего перекрытия (высоте переходной зоны Н1ер31), соответствующих [ап ] = 7 МПа и В °31 =

= 12,5.15 м. Круд в варианте 3.1 составляет 1,04-1,06.

В группе 4 максимум Пр43 достигается при значении высоты изолирующего массива разрыхленных пород Н1ор43 = 80 м и ширине компенсационных камер и междукамерных целиков В43= 12,5.15 м. Круд в варианте 4.3 равен 1,37-1,51. Минимальное его значение соответствует Нор43 = 80 м, максимальное - Нор43 = 0 м.

В группе 5 наибольшее значение Пр51 достигается при максимально геомеханически допустимой В51 = 17,5 м и технически возможной глубине бурения карьерных станков Н<арбур. Круд при этом изменяется от 1,15 до 1,21. Меньшее его значение соответствует максимальной технически возможной глубине бурения Нкарбур= 62 м, большее -Н%,= 32 м.

Результаты расчетов Прі], получаемой от добычи 1 т балансовых запасов на уровне ГОКа, по группам и вариантам геотехнологии в зависимости от Воі] представлены на графиках (рисунок). Анализ показывает, что при В= = 10.14 м наиболее эффективным является вариант геотехнологии 3.1. Оптимальная Н1ер31 при этом составляет 4,3; 6,7; 8,5 м при В31 равной 10; 12,5; 14 м, соответственно. При В=

15.17,5 м наиболее эффективным становится вариант геотехнологии 1.1. Оптимальная И'11 при этом составляет 14,9 и 19,6 м при В11 равной 15 и 17,5 м, соответственно. Но даже эти -

наиболее эффективные - варианты имеют худшие по сравнению с отработкой без влияния специфических факторов техникоэкономические показатели (ТЭП) (Круд > 1,04). То есть, можно утверждать, что эффект от применения карьерных буровых станков не перекрывает ухудшение ТЭП от влияния ААС.

В связи с вышесказанным авторами был создан новый вариант отработки подкарьерных запасов 1.1в, позволяющий использовать положительный фактор применения карьерных буровых станков и в наибольшей степени снизить влияние отрицательного фактора ААС. С дна карьера

производится разбуривание основных запасов карьерным буровым станком СБШ-190/250-62. Нкарбур = 62 м, диаметр скважин 200 мм. Одновременно с этим оформляется подсечная траншея высотой 18 м, служащая компенсационным пространством при отбойке. Руду в камере отбивают горизонтальными секциями в направлении снизу вверх (метод VCR). Запасы изолирующего целика отрабатывают аналогично варианту геотехнологии 1.1, но с использованием для отбойки имеющихся скважин. На данный способ разработки получено авторское свидетельство

№1767178А1.

По варианту геотехнологии 1.1 в максимум целевой функции достигается при максимуме глубины бурения карьерного станка Нкарбур = 62 м и ширине камер В11 = 12,5 ... 15 м. При этом величина Круд составляет 0,88-0,93. Эффективность данного варианта очевидна во всем диапазоне геомеханически допустимых значений В= 10.17,5 м. Так, величина прибыли Пр11в на 7 и 9% выше по сравнению с наиболее конкурентоспособными вариантами 1.1 и 3.1, соответственно, и на 25% -базовым вариантом 2.1.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Волков Ю.В, Соколов И.В. Систематизация вариантов подземной геотехнологии отработки подкарьерных запасов при комбинированной разработке медноколчеданных месторождений// Горн. информ.-аналит. бюл. - М.: Изд-во МГГУ, - 2000. - № 10. - С. 121-123.

2. Волков Ю.В, Соколов И.В. Методика выбора эффективного варианта геотехнологии отработки подкарьерных

запасов// Горн. информ.-аналит. бюл. - М.: Изд-во МГГУ, -2001.- №4.- С.124-127.

3. Монахов В.М, Беляев Э.С., Краснер Н.Я. Методы оп тимизации. Применение математических методов в эконо мике. - М.: Просвещение, 1978. - 175 с.

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ --------------------------------------------------------------------

Волков Юрий Владимирович- профессор, доктор технических наук, зав. лабораторией, Институт горного дела УрО РАН. Соколов Игорь Владимирович- кандидат технических наук, ст. научный сотрудник, Институт горного дела УрО РАН. Камаев Владимир Дмитриевич - горный инженер, ст. научный сотрудник, Институт горного дела УрО РАН .

УAK 622.271/.272.06

fi.B. Bолков, О.B. Славиковский, А.А. Смирнов К ОЦЕНКЕ ЭКОНОМИЧЕСКОГО ПОТЕНЦИАЛА О—ОЕНИЯ МЕСТОРОЖЛ^ЕНИЙ РУA ШЕтЫХ МETAЛЛОB УРАЛА

один из наиболее богатых минеральным сырьем регионов, в кетором стоимость разведанных запасов минерального сырья,

приходящихся на единицу площади, на порядок выше, чем в среднем по России. Однако с переходом от плановой к рыночной эко-

номике в горно-

металлургическом комплексах Урала отчетливо проявляются негативные экономические и социальные тенденции, требующие изменения стратегии геологоразведочных работ, добычи и переработки минерального сырья.

Перспектива развития сырьевой базы горнодобывающих предприятий цветной металлургии Урала связана с разработкой медноколчеданных, золоторудных и бокситовых месторождений. Свинец и цинк в основном являются попутными

Текст научной работы на тему «Конструирование и оптимизация вариантов подземной геотехнологии отработки подкарьерных запасов»