CC BY
310
РАЗРАБОТКА ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ
УДК 622.013.364
Вохмин С.А., Требуш Ю.П., Курчин Г.С., МайоровЕ.С.
МЕТОДИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ НОРМИРОВАНИЯ ПОТЕРЬ И РАЗУБОЖИВАНИЯ ПРИ ОТРАБОТКЕ МЕСТОРОЖДЕНИЙ СТРОИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ ПОДЗЕМНЫМ СПОСОБОМ
Горными предприятиями, входящими в состав ЗФ ОАО «ГМК «Норильский никель», наряду с рудными месторождениями разрабатываются подземным способом и месторождения строительного сырья, продукция которых (ангидрит и известняк) используется в качестве компонентов закладочных смесей.
Рудные месторождения отрабатываются сплошными системами с закладкой выработанного пространства твердеющими смесями, а месторождения строительного сырья - камерно-столбовыми системами с поддержанием выработанного пространства ленточными целиками.
Согласно требованиям ЕПОН [1] горные предприятия обязаны вести учет состояния и движения запасов, потерь и разубоживания полезных ископаемых При этом применяемые системы разработки, технологические схемы подготовительных и очистных работ должны обеспечивать исключение или сокращение потерь полезного ископаемого. Для чего нормативы потерь и разубоживания полезных ископаемых рассчитываются и устанавливаются с учетом конкретных горногеологических условий выемочных единиц. В случае изменения горно-геологических условий залегания по -лезных ископаемых в пределах выемочной единицы или технологии добычных (очистных) работ, а также технико-экономических показателей, учитываемых при нормировании потерь и разубоживания, должны быть своевременно пересмотрены.
Особо отмечено, что для каждой выемочной единицы должен составляться проект на ее отработку, в котором обосновывают извлечение из недр (коэффициент извлечения из недр), разубоживание или изменение качества полезного ископаемого при добыче (коэффициент изменения качества), а также методы определения и учета показателей извлечения полезных ископаемых, обеспечивающие необходимую полноту, достоверность и оперативность установления фактических показателей извлечения.
Показатели извлечения полезных ископаемых при добыче оказывают особое влияние на экономические результаты деятельности горнодобывающих предприятий и результаты освоения месторождений. Потери и разубоживание полезного ископаемого отражают полноту и качество извлечения полезных ископаемых из недр, зависят от технологического уровня ведения горных работ, обоснованности технических решений и применяемых технологий освоения месторождений.
В уровне фактических потерь и разубоживания полезных ископаемых на рудниках комплексно отражаются геологические, технологические, экономические и организационные факторы горного производства.
Авторским коллективом под руководством С.А. Вохмина на протяжении более 20 лет проводятся научно-исследовательские работы на горных предприятиях ЗФ ОАО «ГМК «Норильский никель» по общей тематике «Планирование и нормирование показателей извлечения из недр».
На основе проведенных исследований авторами сформулирован общий методический подход нормирования показателей извлечения, который предполагает проведение следующих этапов (рис. 1).
1. Изучение системы разработки, в том числе выделение конструктивных элементов системы, при отработке которых формируются потери и разубоживание; составление перечня эксплуатационных потерь и разубоживания, а также исследование влияния технологических процессов добычи на формирование потерь и разубоживания.
2. Определение исждных данных для расчета нормативов потерь и разубоживания на основе изучения геолого-маркшейдерской документации, технологических параметров системы разработки и результатов экспериментальных работ.
3. Расчетуровнейпотерьиразубоживания полезного ископаемого производится посредствомустановления взаимосвязей формирования количественных и качественных потерь, а также определения влияния технических и технологических факторов на ихвеличину.
4. Адаптация расчетных величин потерь и разубоживания полезного ископаемого к технологической схеме отработки запасов, заключающаяся в установлении причин рассогласования в работе системы разработки, вызывающих изменение потерь и разубоживания и нахождение решений, обеспечивающих достижение нормативных уровней извлечения полезного ископаемого из недр без ухудшения техникоэкономических показателей отработки запасов.
Для технологических схем подземной отработки месторождений Норильского промышленного района наибольшие уровни потерь и разубоживания формируются при отработке запасов в приконтакгных зонах вследствие несовпадения контура отработки и поверхности геологического контакта - потери неотбитого
полезного ископаемого по границам контуров залежи и разубоживание вмещающими породами. Данные величины потерь и разубоживания взаимосвязаны друг с другом - при изменении положения контура отработки в приконтактной зоне меняются значения потерь и прирезки вмещающих пород, вследствие чего они влияют на количество извлекаемых балансовых запасов и величину конечной продукции.
В настоящее время основным действующим критерием технико-экономической оценки эффективности технологий добычи и переработки полезных ископаемых является величина прибыли с 1 т погашенных балансовых запасов [2-4].
пр = ЦбКнИс - Са
К
_н
К
(1)
тельного сырья, таких как, например, гипс, ангидрит и известняк. Качество товарного сырья на подобных месторождениях не влияет на его реализационную стоимость - оно либо устраивает потребителей (при соответствии содержания компонентов), либо нет (если содержание какого-либо компонента не соответствует требованиям).
При этом величина прибыли линейно возрастает по мере прирезки вмещающих пород (рис. 2).
Однако максимум прибыли должен соответствовать контуру отработки по условиям [5-7]:
- содержание полезных компонентов должно быть не менее допустимого:
Вв + Б с
п пол_____и пол . (2)
пол |—I т~ъ — доп/пол 5 ^ '
Б + В
выделение конструктивных элементов
где пр - средневзвешенная величина прибыли с 1 т погашенных балансовых запасов полезного ископаемого, руб.; Цб - средневзвешенная ценность полезных компонентов в 1 т погашаемых балансовых запасов, руб.; Кн, Кк - коэффициенты извлечения из недр и изменения качества полезного ископаемого;Ис - сквозной коэффициент извлечения полезных компонентов при перера-боткеруды; Стов - полная себестоимость добычи, транспортировки и переработки 1 т товарной руды, руб.
Расчет величин потерь и разубоживания сводится к определению по геологическим контактам контура отработки, обеспечивающего максимальную экономическую эффективность отработки запасов по вышеприведенному критерию. _______
Для условий отработки |
рудных месторождений, когда ценность полезных компонентов в 1 т погашаемых балансовых запасов зависит от содержания полезных компонентов, а себестоимость от уровня разубоживания вмещающими породами, то явно проявляется экономическая взаимосвязь между потерямирудывмассивеи подработкой вмещающихпород То есть снижение экономического ущерба от подработки пород ведет к увеличению ущерба от потерь руды и наоборот. График изменения величины прибыли имеетэкстремум на определенном положении контура отработки запасов в приконтактной зоне, а величины потерь и разубоживания по данному контуру отработки принимаются как нормативные.
Особую сложность при нормировании показателей извлечения из недр представляют месторождения строи-
- содержание вредных примесей не более допустимого уровня:
+ Б с
“ > а
Б, + В
(3)
где апол и авр - содержание компонента в конечной продукции полезного и вредного соответственно, %; а^оп -допустимое содержание компонента в конечной продукции, %; впол и вер - содержание компонента во вмещающих породах полезного и вредного соответственно, %;
ИЗУЧЕНИЕ СИСТЕМЫ РАЗРАБОТКИ
классификация эксплуатационных потерь и разубоживания руды
исследование и характеристика технологических процессов
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИСХОДНЫХ ДАННЫХ
геолого-маркш ей дер ская документация технологические параметры и технические характеристики экое ом ико- стой м о стны е данные экспериментальные работы и натурные наблюдения
РАСЧЕТ УРОВНЕЙ ПОТЕРЬ И РАЗУБОЖИВАНИЯ
адаптация расчетных величин потерь и разубоживания к технологической схемеот£аботки_
обоснование технологических условий достижения расчетных уровней потерь и разубоживания
обоснование технических условий достижения расчетных уровней потерь и разубоживания
НОРМАТИВЫ ПОТЕРЬ И РАЗУБОЖИВАНИЯ
Рис. 1. Структура методики нормирования потерь и разубоживания полезных
ископаемых
с - содержание компонента в балансовых запасах, %; В -величина подработанных вмещающих пород, т; Би - величина извлеченных балансовых запасов, т.
Это позволяет сформулировать систему ограничений - конечную продукцию допустимо разубожи-вать до максимума при обеспечении требуемого содержания в ней вредных примесей и полезных компо-нентов. При несоблюдении этих требований товарное сырье теряет потребительскую ценность и вся партия становится неликвидной.
При этом величина потерь неотбитого полезного ископаемого в приконтакной зоне не влияет на эко-номическую эффективность отработки запасов. То есть расчет эффективности отработки запасов в при-контактной зоне производится по величине предельно допустимого разубоживания полезного ископаемого за счет прирезки вмещающих пород.
Авторами аналитическим путем обоснован коэф-фициент оптимального содержания компонентов в ко -нечной продукции х, который для данныхместорожде-ний позволяет определять контур отработки запасов при обеспечении допустимого содержания регламентируемых компонентов в конечной продукции а^оп.
При этом численно величина этого коэффициента соответствует значению предельного истинного объемного разубоживания по выражению [5-7]
Рассмотрим нормирование потерь и разубоживания полезного ископаемого в условиях подземной добычи известняка Каларгонского месторождения на руднике «Известняков» ЗФ ОАО «ГМК «Норильский никель» [8]. Пласты имеют достаточно выдержанную среднюю мощность ~6,2 м и углы наклона контактов 5-7°. Отработка месторождения производится камерно-столбовой системой разработки (рис. 3 и 4).
Расчет показателей извлечения предусматривает нахождение оптимального контура отработки в при-контактной зонена условия:
- при проходке нарезной выработки — на фиксированные конструктивные параметры выработки (ширина, высота, площадь поперечного сечения выработки);
- при оформлении очистной выработки — на фиксированную величину балансовых запасов, погашаемых очистной выработкой.
Расчетные формулы приведены в табл. 1.
В табл. 2 приведен перечень мест и источников эксплуатационных потерь и разубоживания при отработке камерных запасов полезного ископаемого.
с - а ..
(4)
с - <
Технологически данный коэффициент определяется соотношением площади прихвата примешивающих пород к площади поперечного сечения выработки.
Х =
Б
__п_
Б
(5)
Рис. 2. Зависимость величины прибыли по контурам отработки
где Бп — площадь прихвата примешивающих породна оптимальном контуре отработки, м2; Бе — площадь поперечного сечения выработки (нарезной или очистной), м2.
Отсюда, при известных параметрах выработки (Бе, м2) и значении коэффициента х, рассчитываются величина подработки вмещающих пород (5И, м2) и численное значение положения оптимального контура отработки (корі, м) в приконтактной зоне:
Рис. 3. Камерно-столбовая система разработки на руднике «Известняков»
= Л. ж;
Кр, = \128вХ1ёа
(6)
(7)
Вов —$ п/ов По*
\ І | \ І * \ і П / 1 /
Ьр/нв I в Ьп/нв т
~/пне . Ьк=Ьу /Вт =$п!м к =Ьое _
где а - угол падения пласта, град.
Величина потерь неотбитого полезного ископаемого определяется прямым расчетом в соответствии с положением рационального контура отработки в приконтактной зоне.
Рис. 4. Схема отработки запасов камеры на руднике «Известняков» расположением нарезной выработки по почве залежи:
I, II - стадии отработки запасов камеры: I - нарезные работы;
11 - очистные работы; Пнв, Внв, Пов, Вов - потери полезного компонента в массиве и подработка вмещающих пород соответственно при отработке нарезной и очистной выработок
Таблица 1
Расчет показателей извлечения из недр при нарезных и очистных работах (на выработки одной камеры)
Наименование Расчетная формула
Нарезная выработка Очистная выработка
Подработка пород при проходке выработки, т В . = b h у L у п / не не не™ не не> п b2, tg a D nfoe © T Boe - 2 Loey„
Потери в массиве при проходке выработки, т ( b2 tg a I ^ Пи/«. “ Жяв + Яв 2 " b„W2*«.S«s tg“ LnJnu V 2 ) b2, tga j-j pfoe & у ш Ов 2 oeY nu
Примечания. b„/os - горизонтальная длина породы на оптимальном контуре отработки по ширине очистной выработки, м; bp/os - горизонтальная длина участка полезного ископаемого по ширине выработки, м; уп - объемная плотность вмещающж пород породы, т/м3; у™,- объемная плотность полезного ископаемого, т/м3.
Таблица 2
Перечень мести источников эксплуатационных потерь и разубоживания
Наименование мест потерь (П) и источников разубоживания (В) Условные обозначения Стадия очистных работ
Нарезные работы Очистные работы
Потери полезного ископаемого
Потерив массиве (в неотбитом виде)
На контактах с породой при отбойке Пн Пн/нв Пн/ов
Потери в отбитом виде
На почве нарезной выработки после ее зачистки По По/нв -
Разубоживание
Первичное разубоживание породой
На контактах с полезным ископаемым при отбойке Вп Вп/нв Вп/ов
К,ое = (2%Ъов • tga +
+ 2И^^Ь^\%а) )х (8)
1
х-----;
2tga
Ър,ое =( 2Ъ 2ХЪое ^« +
б/ое Ъов
tg«) )х
< 1 ■ (9)
х-----;
2tga
Ъ , > 0.
р / ое
Использование коэффициента оптимального со -держания компонентов в конечной продукции х позволило создать программное обеспечение расчета показателей извлечения при добыче. Данное программное обеспечение внедрено на руднике «Известняков» ЗФ ОАО «Горно-металлургическая компания «Норильский никель» в 2009 г.
Выводы:
1. В результате проведенных исследований авто-
рами разработаны методические основы нормирования и планирования потерь и разубоживания на предприятиях, отрабатывающих месторождения строительного сырья подземным способом.
2. Выявлено принципиальное различие в подж-дах к нормированию потерь и разубоживания на рудных и нерудных месторождениях полезных ископаемых, заключающееся в том, что для месторождений строительного сырья расчет эффективности отработки запасов в приконтактной зоне производится по величине предельно допустимого разубоживания полезного ископаемого.
3. Обоснован коэффициент оптимального содер-жания компонентов в конечной продукции /, который для данных месторождений позволяет определять контур отработки запасов при обеспечении допустимого содержания регламентируемых компонентов в конечной продукции а^оп-
4. Создана программа для ПК для расчета нормативов потерь и разубоживания при подземной добыче нерудного строительного сырья камерно-столбовой системой разработки. Данная программа внедрена на предприятиях ЗФ ОАО «ГМК «Норильский никель».
Список литературы
1. Единые правила охраны недр при рафаботке месторождений твердых полезных ископаемых / Госгсрте<надзорСССР. М.: Недра, 1987. 60 с.
2. Технико-экономическая оценка извлечения полезных ископаемых из недр / под общ. ред. М.И. Агошкова. М.: Недра, 1974. 312 с.
3. Отраслевая инструкция по определению, нормированию и учету потерь и разубоживания руды и песков на рудниках и приисках Министерства цветной металлургии СССР. М., 1975. 127 с.
4. Временные методические рекомендации по подготовке и рассмотрению материалов, связанных с расчетом нормативов потерь твердых полезных ископаемых при добыче технологически связанных с принятой системой и тех нологией разработки месторождений и порядам уточнения нормативов при подготовке годовых планов развития горных работ: распоряжение МПР РФ от 05.02.2003 г. № 42-р.
5. Методический псд<од к определению нормативных величин показателей извлечения нерудного сырья / СА Всхмин, Ю.П. Т реЕуш, В.Л. Ермолаев, Е.Г. Малиновский, Г.С. Курчин // Маркшейдерия и недропользование. 2009. № 6.
6. Расчет показателей извлечения при отработке приюнгакгных зон месторождений нерудного сырья /С.А. Вохмин, Н.Х. Загиров, Г.С. Курчин, Ю.П. ТреЕуш// Маркшейдерия и недропользование. № 2. М., 2010.
7. Методические основы нормирования показателей извлечения из недэ при отработке рудных и нерудных месторождений подземным способом / С.А. Вохмин, Н.Х. Загиров, Ю.П. ТреЕуш, Г.С. Курчин // Вестник МГТУ им. Г.И. Носова. 2010. № 2.
8. Регламент технологически производственных процессов по применению камерно-столбовой системы разработки с ленточными мевдкамерны ми целиками и использованием самоходного оборудования на руднике «Известняков» рудника «Кайфканский» рудоуправления «Норильск-1» ЗФ ОАО «ГМК «Норильский никель». Норильск, 2006. 30 с.
