Методические основы нормирования потерь и разубоживания при отработке месторождений строительного сырья подземным способом Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

- © С.А. Вохмин, Ю.П. Требуш,

Г.С. Курчин, Е.С. Майоров, 2013

УДК 622.013.364

С.А. Вохмин, Ю.П. Требуш, Г.С. Курчин, Е.С. Майоров

МЕТОДИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ НОРМИРОВАНИЯ ПОТЕРЬ И РАЗУБОЖИВАНИЯ ПРИ ОТРАБОТКЕ МЕСТОРОЖДЕНИЙСТРОИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ ПОДЗЕМНЫМ СПОСОБОМ

Рассмотрен методический подход к определению нормативных величин потерь и разубоживания при разработке нерудных месторождений строительных материалов подземным способом. В данной работе показаны условия формирования потерь и разубоживания полезного ископаемого при отработке приконтактных зон и приведена последовательность их расчета. А также предложен коэффициент, который характеризует соотношение максимальной возможной площади прихвата примешивающих пород к площади поперечного сечения выработки, обеспечивающее допустимое содержание регламентируемого компонента в конечной продукции. Ключевые слова: потери, разубоживание, методика, классификация, нормирование, планирование, показатели извлечения.

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 горно-геологических условий выемочных единиц. В случае изменения горно-геологических условий залегания полезных 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 разубожива-ние 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 разубожи-вания 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).

ИЗУЧЕНИЕ СИСТЕМЫ РАЗРАБОТКИ

I 1

выделение конструктивных элементов классификация зксалуатааионных потерь и разу&ожнванияруды исследование и характеристика технологических процессов

1 1

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИСХОДНЫХ ДАННЫХ

геолого-маркш ейдерская документация технологические параметры и технические характеристики экономике-стоимостные данные экспериментальные работы и натурные наблюдения

РАСЧЕТ УРОВНЕЙ ПОТЕРЬ И РАЗУБОЖИВАНИЯ

адаптация расчетных величин потерь и рагубожнвазия к технологической схеме отработки

обоснование технологических условий достижения расчетных ровней потерь и £здубоживзвдя

обоснование технических условий достижения расчетных уровней потерь и разубоживания

НОРМАТИВЫ ПОТЕРЬ И РАЗУБОЖИВАНИЯ

Рис. 1. Структура методики нормирования потерь и разубоживания полезных ископаемых

1. Изучение системы разработки, в том числе выделение конструктивных элементов системы, при отработки 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 исходных данных для расчета нормативов потерь и разубоживания на основе изучения геолого-маркшейдерской документации, технологических параметров системы разработки и результатов экспериментальных работ.

3. Расчет уровней потерь и разубоживания полезного ископаемого производится посредством установления взаимосвязей формирования количественных и качественных потерь, а также определения влияния технических и технологических факторов на их величину.

4. Адаптация расчетных величин потерь и разубоживания полезного ископаемого к технологической схеме отработки запасов, заключающаяся в установлении причин рассогласования в работе системы разработки, вызывающие изменение потерь и разубоживания и нахождение решений, обеспечивающих достижение нормативных уровней извлечения полезного ископаемого из недр без ухудшения технико-экономических показателей отработки запасов.

Для технологических схем подземной отработки месторождений Норильского промышленного района наибольшие уровни потерь и разубоживания формируются при отработке запасов в приконтактных 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, 3, 4].

пр = Ц х К х И - С х—- ^ max, (1)

1 О Н С ТОВ К

где пр — средневзвешенная величина прибыли с 1 т погашенных балансовых запасов полезного ископаемого, руб.; ЦО — 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 переработке руды; 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 выше приведенному критерию.

Для условий отработки рудных месторождений, когда цена реализации конечной продукции зависит от содержания в ней полезных компонентов, явно проявляется экономическая взаимосвязь между уровнем потерь руды в массиве и величиной подработки вмещающих пород — снижение экономического ущерба от подработки пород ведет к увеличению ущерба от потерь руды и наоборот. График изменения величины прибыли имеет экстремум на определенном контуре отработки, величины потерь и разубоживания по которому принимаются как нормативные.

Особую сложность при нормировании показателей извлечения из недр представляют месторождения строительного 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, 6, 7]:

— содержание полезных компонентов должно быть не менее допустимого: В х в + Б х с

я — _пол и пол _ о/ /0\

апол - -Б + В- Эдоп/пол, %, (2)

и

— содержание вредных примесей не более допустимого уровня:

В х ВвР + Би х сБ, + В

ар --^^^ > алоп/вр, %, (3)

где апол и авр — содержание компонента в конечной продукции полезного и вредного соответственно, %; алоп — допустимое содержание компонента в конечной продукции, %; впол и ввр — содержание компонента во вмещающих породах полезного и вредного соответственно, %; 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 разубоживать до максимума при обеспечении требуемого содержания в ней вредных примесей и полезных компонентов. При несоблюдении этих требований товарное сырье теряет потребительскую ценность и вся партия становится неликвидной.

При этом величина потерь неотбитого полезного ископаемого в приконтак-ной зоне не влияет на экономическую эффективность отработки запасов. То есть, расчет эффективности отработки запасов в приконтактной зоне производится по величине предельно допустимого разубоживания полезного ископаемого за счет прирезки вмещающих пород.

Рис. 2. Зависимость величины прибыли по контурам отработки

Авторами аналитическим путем обоснован коэффициент оптимального содержания компонентов в конечной продукции (х), который для данных месторождений позволяет определять контур отработки запасов при обеспечении допустимого содержания регламентируемых компонентов в конечной продукции (алоп).

При этом численно величина этого коэффициента соответствует значению предельного истинного объемного разубоживания по выражению [5, 6, 7]:

с - а„

X = -

с - в

(4)

Технологически данный коэффициент определяется соотношением площади прихвата примешивающих пород (Бп, м2) к площади поперечного сечения выработки (5е, м2).

5„

X =

(5)

где Бп — площадь прихвата примешивающих пород на оптимальном контуре отработки, м2; Бе — площадь поперечного сечения выработки (нарезной или очистной), м2.

Отсюда, при известных параметрах выработки (5е) и численного значения коэффициента (х), рассчитывается величина подработки вмещающих пород:

5п = 5в хх, (6)

Величина потерь неотбитого полезного ископаемого определяется прямым расчетом в соответствии с положением рационального контура отработки в приконтактной зоне.

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 рис. 4).

Расчет показателей извлечения предусматривает нахождение оптимального контура отработки в приконтактной зоне на 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.

Рис. 3. Камерно-столбовая система разработки на руднике «Известняков»

Рис. 4. Схема отработки запасов камеры на руднике «Известняков» с расположением нарезной выработки по почве залежи: I, II — стадии отработки запасов камеры: I нарезные работы; II — очистные работы; Пнв, Внв, Пов, Вов — потери полезного компонента в массиве и подработка вмещающих пород соответственно при отработке нарезной и очистной выработок

Расчетные формулы приведены в табл. 2.

В табл. 1 приведен перечень мест и источников эксплуатационных потерь и разубоживания при отработке камерных запасов полезного ископаемого.

Таблица 1

Перечень мест и 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

Потери в 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

Таблица 2

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, -Ь х И ху х Ь ху п/ нв нв нв '^нв нв ' п Ь2, х (яа В - п'ов & хЬ ху ов 2 ов ' п

Потери в массиве при проходке выработки, т П Ьр /ое х Ша х Ь _ П ов - 2 х Ьов х Упи

Потери в отбитом виде на почве выработки, т П. - Иоп х (1 -Р нв) х Ь х Ь хУ о / нв ^ нв нв 1 пи -

Балансовые запасы, погашаемые выработкой, т Б - I 5 х Ь Вп / нв + Пн / нв I х у нв нв нв 1 пи V У п У пи ) Бов = Бк — Бнв

где Ьп/ов — горизонтальная длина породы на оптимальном контуре отработки по ширине очистной выработки, м; Ьр/ов — горизонтальная длина участка полезного ископаемого по ширине выработки, м; а — угол падения пласта, град; уп — объемная плотность вмещающих пород породы, т/м3; упи — объемная плотность полезного ископаемого, т/м3.

2 х х х Ь х tqa + Л 4 ххх Ь х tqa х (ух Ь х tqa + 2 х И, - Ь х tqa)

г* ов \ ов х ов ^ б / ов ов '

2 х /да

г __ов ^ \ ов ^ ов ^ б / ов ов ¿5 / / гу\

Ьп/ов - ^ ; (7)

2Ь х tgа - 2у х Ь х tgа + - 4 х у х Ь х tgа х (ух Ь х tgа + 2 х И , - Ь х tgа)

, О /ч ов ^ \ 'Ч ов ^ ов ^ б / ов ов •-> '

Ьр / ов--2^да-(8)

Ьр/ ов > 0.

Использование коэффициента оптимального содержания 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.

На рис. 5 приведен пример заполнения исходных данных для расчета нормативов потерь и разубоживания полезного ископаемого по выбранному конструктивному элементу отрабатываемого блока.

Наименование блока

Номер сбой ни

Максимально допустимая высота сбойки, м Длина сбойки, м

Примечание (произвольный комментарий)

Технологические параметры по участкам сбойки

Номер Ширина , м Высота, м Длина, м

Расположение сбойки по мощности пласта

Суммарная длина плинтусов , м

Высота подработки полезного ископаемого, м

Блок!|

Вс1 Добавить сбойку

14

9

Бс1 0 " |

4А

4

9

по кровле пласта т

18

0

Добавить участок

Горно-теологические параметры по участкам сбойки

Заполнить средними параметрами по блоку

Средняя мощность продуктивного пласта в пределах блока, м | т\

Средний угол наклона геологического контакта в поперечном сечении по кровле, град Средний угол наклона геологического контакта в поперечном сечении по почве, град Плотность полезного ископаемого, т/мЗ Плотность вмещающих пород кровли, т/мЗ Плотность вмещающих пород почвы, т/мЗ

2,67

1,73

2,70

Содержание в продуктивном пласте, % СаО

Содержание во вмещающих породах кровли, % СаО

Содержание во вмещающих породах почвы, % СаО

Содержание в товарной массе, % СаО

50,51 МдО 1,5 5Ю2 2,37

35,2 МдО 3,5 5Ю2 10

35,2 МдО 3,5 БЮ2 10

50 МдО 2,5 гюг 3

Выбрать блок Назад Печать по сбойке | Выход

Рис. 5. Заполнение данных по выбранному элементу блока

Выводы

1. В результате проведенных исследований авторами разработаны методические основы нормирования и планирования потерь и разубоживания на предприятиях отрабатывающих месторождения строительного сырья подземным способом.

2. Выявлено принципиальное различие в подходах 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 содержания компонентов в конечной продукции (х), который для данных месторождений позволяет определять контур отработки запасов при обеспечении допустимого содержания регламентируемых компонентов в конечной продукции (алоп).

4. Создана программа для ПК для расчета нормативов потерь и разубожи-вания 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 разработке месторождений твердых полезных ископаемых / Госгортехнадзор СССР. — 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 разубожи-вания 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 технологией разработки месторождений и порядком уточнения нормативов при подготовке годовых планов развития горных работ. Распоряжение МПР РФ от 05.02.2003 г. — № 42-р.

5. Вохмин, С.А. Методический подход к определению нормативных величин показателей извлечения нерудного сырья / С.А. Вохмин, Ю.П. Требуш, В.Л. Ермолаев, Е.Г. Малиновский, Г.С. Курчин/ Маркшейдерия и недропользование, № 6 — Москва, 2009.

6. Вохмин, С.А. Расчет показателей извлечения при отработке приконтактных зон месторождений нерудного сырья / С.А. Вохмин, Н.Х. Загиров, Г.С. Курчин, Ю.П. Требуш // Маркшейдерия и недропользование, № 2 — Москва, 2010.

7. Вохмин, С.А. Методические основы нормирования показателей извлечения из недр при отработке рудных и нерудных месторождений подземным способом / С.А. Вохмин, Н.Х. Загиров, Ю.П. Требуш, Г.С. Курчин // Вестник МГТУ им. Г.И. Носова, № 2 — Магнитогорск, 2010.

8. Регламент технологических производственных процессов по применению камерно-столбовой системы разработки с ленточными междукамерными целиками и использованием самоходного оборудования на руднике «Известняков» рудника «Кайерканский» рудоуправления «Норильск-1» ЗФ ОАО «ГМК «Норильский никель» / Норильск 2006. — 30 с. пгтт

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -

Вохмин Сергей Антонович — кандидат технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Шахтное и подземное строительство», e-mail: svokhmin@mai.ru

Требуш Юрий Прокопьевич — доцент, доцент кафедры «Шахтное и подземное строительство», e-mail: trebush@yandex.ru,

Курчин Георгий Сергеевич — кандидат технических наук, старший преподаватель кафедры «Шахтное и подземное строительство», e-mail: KurchinGS@mail.ru,

Майоров Евгений Сергеевич — старший преподаватель кафедры «Шахтное и подземное строительство».

Институт горного дела, геологии и геотехнологий «Сибирский федеральный университет».