Методика выбора эффективного варианта геотехнологии отработки подкарьерных запасов Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

СЕМИНАР 7

ДОКЛАД НА СИМПОЗИУМЕ "НЕДЕЛЯ ГОРНЯКА -2001"

МОСКВА, МГГУ, 29 января - 2 февраля 2000 г.

© Ю.В. Волков, И.В. Соколов, 2001

УДК 622.271/.272.06

Ю.В. Волков, И.В. Соколов МЕТОДИКА ВЫБОРА ЭФФЕКТИВНОГО ВАРИАНТА ГЕОТЕХНОЛОГИИ ОТРАБОТКИ ПОДКАРЬЕРНЫХ ЗАПАСОВ

И

звестно, что нарушение изоляции подземных очистных выработок от карьерного пространства при выемке подкарьерных запасов вызывает существенное ухудшение технико-экономи-ческих показателей(ТЭП) подземной геотехнологии. Ухудшение ТЭП вызвано действием таких отрицательных специфических факторов как повышенное горное давление, активные аэродинамические свя-зи(ААС) между подземными выработками и карьером. Использование карьерного бурового оборудования не компенсирует действие отрицательных факторов при применении традиционной геотехнологии.

Применение таких способов изоляции подземных очистных выработок, как формирование естественных или искусственных монолитных массивов, практически полностью устраняет влияние фактора ААС. Его влияние на показатели отработки подкарьерных блоков в условиях разделения выработанных пространств массивом разрыхленных пород установлено исследованиями Н.Б. Ошмянского, В.А. Щелканова, М.Ф. Шнайдера. Фактор ААС проявляется в виде двух отрицательных моментов: увеличение участковой себестоимости добычи и увеличение рудничной себестоимости вентиляции. При этом соответствующие коэффициенты изменения себестоимости принимают следующие значения К уч=1,35...2,0 (по В.А. Щел-канову), КААСвент =1,4... 1,7 - при всасывающем способе (В) проветривания и КААСвент = =1,2...1,35 - при нагнетательно-всасывающем (НВ) [1, 2].

Количественным критерием степени изоляции может служить количество воздуха Q, проходящего через изолирующий массив накоротко. Если представить материальные сители (массивы или ния) форм разделения в виде вентиляционных перемычек, то утечки через них Qут но определить по известной формуле

^2ут — К, •Р •

(1)

где

Кі

- коэффициент хопроницаемости перемычки, м3’5/(Н0’5-с); Р - периметр перемычки, м; Н - депрессия, обусловленная перемычкой, Па; Ь - толщина перемычки, м.

Не зная фактического объёма утечек Qут, можно вычислить для любой Ь относительное изменение объёма утечек Кут по (1), приняв за базовое значение Кут = 1 при Ь = 40 м (средняя толщина слоя отбитой руды в подкарьерном блоке). Допуская, что фактор ААС влияет на себестоимость только в части ее приращения, можно представить коэффициенты изменения себестоимости в виде КААСуч= =1+0,7Кут и КААСвент = 1+0,5(0,25) Кут и проследить их изменение от Ь (табл. 1).

Таким образом, участковая себестоимость добычи С/уч должна определяться с учетом коэффи-

циента КА

Уч,

а себестоимость рудничной вен-

тиляции С вент - коэффициента К '

вент-

Суч - К

ААС

уч ^ уч ААС

Суч - К

ААС

Уч

С

(3)

где Суч, Спн, Сотб, Свып - удельные эксплуатационные затраты на добычу руды по участку, проходку, отбойку, выпуск и доставку, соответственно, без учёта влияния фактора ААС; Свент -себестоимость рудничной вентиляции без учёта увеличения дебита вентиляторов главного проветривания на утечки воздуха через ААС.

Таблица 1

КОЭФФИЦИЕНТЫ ИЗМЕНЕНИЯ УЧАСТКОВОЙ СЕБЕСТОИМОСТИ ДОБЫЧИ И РУДНИЧНОЙ СЕБЕСТОИМОСТИ ВЕНТИЛЯЦИИ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ТОЛЩИНЫ МАССИВА ПОРОД

Коэффициент Толщина массива разрыхленных пород, м

10 20 40 80 120 160 240 320

Кут 2,0 1,41 1,0 0,71 0,58 0,5 0,41 0,35

КААС К У4 2,4 1,99 1,7 1,5 1,41 1,35 1,29 1,24

іААС К вент (В) 2,0 1,71 1,5 1,36 1,29 1,25 1,21 1,17

^А4 вент (НВ) 1,5 1,35 1,25 1,18 1,14 1,12 1,1 1,09

При разделении двух выработанных пространств естественными или искусственными мо-

нолитными массивами К

ААС

Уч

Фактор использования карьерного бурового оборудования оказывает положительное влияние в части снижения себестоимости отбойки С'отб и удельных эксплуатационных затрат на проходку выработок С'пн (за счёт исключения буровых подэтажей).

Применение карьерной буровой техники для целей подземной геотехнологии ограничено технически возможной глубиной бурения (1т.в.) и коэффициентом использования карьерного станка по объему подземного блока Ккар

* ^ исп

КкаР — В-

А^исп У

И кар икар

бур а — бур икар < і

бур — т.в.

(4)

И и

где В — коэффициент использования карьерного станка по площади подземного блока. Для Учалинского рудника В = 0,6... 0,8; Сибайского В = 0,3 ... 0,4; а — коэффициент использования карьерного станка по высоте подземного блока; Н - высота подкарьерного блока; И карбур - часть блока по высоте, обуриваемого карьерным станком.

Таким образом, удельные эксплуатационные затраты на бурение С'бур и проходкуС‘пн при отработке подкарьерного блока с использованием карьерных буровых станков может быть определена по формулам

с' — к кар скар , (і — кшр) сп°д3

сбур — Кисп * Сбур + (1 Кисп ) * Сбур

с' — Ккар * Скар + (1 — Ккар ) * С

^пн 11исп ^пн 1 Vа А^исп /

п°дз пн ,

(5) (6)

где Скарбур ,Сподзбур - удельные эксплуатационные затраты на бурение при использовании только карьерных или только подземных станков, соответственно; Скар , Спо 3 - удельные эксплуата-

’ пн пн *

ционные затраты на проходку при использовании на бурении только карьерных или только подземных станков, соответственно.

авто

геот

опр

рож

обе

ных

ства

вар

ется

пос

сти

П„

где мых талл И0 и вс груп

плу

т р

осн

му

руд

осн

му

бож

осн

му в

оводствуясь положениями предложенной ми систематизации способов подземной нологии выемки подкарьерных запасов и елением переходной зоны как части место-ния, отработка или оставление которой ечивает высокую степень изоляции подзем->рных выработок от карьерного простран-3], создана методика выбора эффективного [та геотехнологии. Критерием оценки явля-ункция цели максимума прибыли П (для нных мощности рудного тела т , плотно-ды ур и ширины блока В) вида

т 1

И0■

Цп°т *в° *(И0 Щ + ип *Щ)

1 — г0

- + Сп * ип-

1—г[;

(7)

и и

°т - потенциальная ценность 1 т погашае-1лансовых запасов, руб.; є° - извлечение ме-в концентрат при обогащении, доли ед.; Ипу , И - высота переходной зоны, основной части запасов соответственно, извлекаемые по 7-й и /-му варианту геотехнологии (7, /- в соот-

вет іи с систематизацией), м; С

С

- экс-

ционные затраты на добычу и обогащение 1 ой массы при отработке переходной зоны и ых запасов, соответственно, по 7-й группе и у-

ианту геотехнологии, руб.; Щ

потери

в недрах при отработке переходной зоны и ых запасов, соответственно, по 7-й группе и у-ианту геотехнологии, доли ед.; Г'у, г°..- разу-

ние руды при отработке переходной зоны и ых запасов, соответственно, по 7 -й группе и у-ианту геотехнологии, доли ед.

Себестоимость добычи и обогащения 1 т руды, в общем случае, по каждой 7 -й группе и у-му варианту геотехнологии рассчитывается как сумма

удельных затрат на проходку горных выработок Спн, отбойку Сотб, выпуск и доставку Свып, транспортирование Ск, вентиляцию Свент, закладку (или профилактическое заиливание) Сзакл, подъём Спод, транспорт до обогатительной фабрики Стр, обогащение Соб и изолирование подземных горных выработок Сиз:

SC _ С + С + С + С + С + С + С + С +

^пн' ^отб '^вып ~^вент к~ ^закл' ^под ' ^тр '

+ Соб + Сиз, руб (8)

При применении геотехнологии с изоляцией рудным или искусственным монолитным массивом ( = 1, 2) себестоимость выемки основных запасов определяется по (8). Для переходной зоны удельные эксплуатационные затраты рассчитываются по следующему выражению:

(п-1) + Ку

С1Л2; :

ААС г 1

УЧ____|ккар (Скар + с^р ) + (1 - ктр )(сподз + сподз) + с I

{^испу^пн ^~^отб'^^ ^исп )\—пн ‘1_ ^отб^вып \

.ААС

(п - 1) + Квент С +^Г С* + С

^вент ^°1 у,2у ьи.

(9)

где п - количество подэтажей (слоев), отрабатываемых в переходной зоне. Предполагается, что выемка без изоляции осуществляется только в пределах верхнего, непосредственно контактирующего с карьером, подэтажа (слоя); 2С*и2. - суммарные удельные эксплуатационные затраты на процессы подземной добычи, не подверженные влиянию специфических факторов.

При применении геотехнологии с изоляцией специальным инженерным сооружением (г = 3) себестоимость отработки основных запасов, также как в предыдущем способе, определяется по (8). При этом Н о = Н, Н п = 0. Себестоимость создания искусственного изолирующего сооружения на дне карьера рассчитывается по

С _ Спер Р-Нпер(т + Нпер со8«1)

'111> ' О/"( !/• Г7 ч

(10)

■Гр

где Нпер - высота изолирующего перекрытия , м;

Сперзакл - себестоимость процесса закладки при

формировании изолирующего перекрытия, руб/м3; а г - угол откоса нижнего уступа карьера, град.

При применении геотехнологии с изоляцией массивом пород в разрыхленном состоянии (г = 4) основные запасы отрабатываются со средней степенью изоляции, а переходная зона не образуется. Тогда

С° _ К ААС (С + с + С ) + кААС с + Х-1 С * + С

4у уч ' пн ^ отб ^ вып ) вент ^ вент ^4у ^ ^ из

Сиз (Спогр + Стр - Х)

р- Нпор(т + Нпор ^а2) -гп

т-Но

■Гр

(12)

где Спогр - себестоимость погрузки руды на отвале, руб/т; Стр - себестоимость транспортирования породы, руб/ткм; X - длина транспортирования, км; уп

- плотность пород в разрыхленном состоянии, т/м3; б2 - средний угол откоса бортов карьера, град; Нпор - высота изолирующей толщи пород, м.

При применении геотехнологии (г = 5) основные запасы отрабатываются с низкой степенью изоляции, а переходная зона не образуется. Н о = Н, Н п =

0:

по тгААС\тгкар,г'кар, г<кар ч , (Л т^кар \/г<подз , г<подз\ , п

С5 у _ Куч -Кисп (Спн + Сотб ) + (1 - Кисп )(Спн + Сотб ) + Свып ]+

+ к ААС с + С* + С (13)

вент ' ^ вент ^ / , ^5 у из ? V /

На последнем этапе определяется значение целевой функции Пу по (7) для каждого сконструированного в рамках систематизации варианта геотехнологии (при фиксированных значениях ширины блока В, являющейся геомеханическим ограничением реализации технологии),и выбирается оптимальный.

Данная методика была применена при выборе оптимального варианта подземной геотехнологии отработки подкарьерных запасов Учалинского месторождения (табл. 2). Установлены оптимальные геометрические параметры блока, соответствующие максимуму прибыли от добычи 1 т (балансовых запасов. При ширине камер основных запасов Во = 10...14 м наиболее эффективен вариант (3.1) геотехнологии с выемкой основных

п

т-Но

Таблица 2

ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ВАРИАНТОВ ГЕОТЕХНОЛОГИИ ВЫЕМКИ ПОДКАРЬЕРНЫХ ЗАПАСОВ УЧАЛИНСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ

Параметры, показатели Варианты геотехнологии

2.1 1.1.а 3.1 4.3 5.1 1.1.б

Оптимальные размеры блока, м:

- ширина 15 17,5 12,5 15 17,5 15

- высота камер основных запасов 66,5 60,4 80 80 80 65,1

- высота переходной зоны (перекрытия, массива 13,5 19,6 6,7 80 - 14,9

пород)

Себестоимость 1т руды, руб:

- основных запасов 68,03 65,70 68,17 62,54 75,32 54,83

- переходной зоны 163,48 79,74 1,87 3,94 - 83,62

- всех запасов 84,14 69,14 70,04 66,48 75,32 60,19

Потери при добыче, %:

-основных запасов 3,4 3,1 2,6 9,4 3,1 2,8

-переходной зоны 1,5 3,1 - - - 2,8

-всех запасов 3,08 3,1 2,6 9,4 3,1 2,8

Разубоживание при добыче, %

-основных запасов 5,4 5,2 5,7 9,6 5,2 5,4

- переходной зоны 4,0 5,2 - - - 5,4

- всех запасов 5,16 5,2 5,7 9,6 5,2 5,4

Прибыль, руб/т 102,99 118,3 117,35 107,78 112,24 127,61

запасов по этажно-камерной системе разработки с твердеющей закладкой и изоляцией искусственным перекрытием. При Во = 15... 17,5 м более эффективно применение варианта (1.1.а) геотехнологии с выемкой основных запасов по этажно-камерной системе разработки с твердеющей закладкой под рудным изолирующим целиком и последующим обрушением его на отработанную камеру; толщина целика (высота переходной зоны) составляет Нп=14,9...19,6 м. Увеличение прибыли по сравнению с базовым вариантом (2.1) отработки переход-

ной зоны горизонтальными слоями с закладкой достигает 13,9 и 14,9 %, соответственно.

Создан новый вариант (1.1 .б) отработки под-карьерных запасов, который эффективен во всём диапазоне геомеханически допустимых значений за счет применения карьерного бурового оборудования и современных методов отбойки руды (VCR) (А.с.№1767178). Его внедрение в производство позволит увеличить прибыль по сравнению с базовым вариантом на 23,9 %.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Щелканов В.А. Комбинированная разработка рудных месторождений. - М.: Недра, 1974. - 232 с.

2. Шнайдер М.Ф., Вороненко

В.К. Совмещение подземных и от-

крытых разработок рудных месторождений. - М.: Недра, 1985. - 132 с.

3. Волков Ю.В., Соколов И.В. Систематизация вариантов подземной геотехнологии отработки

подкарьерных запасов при комбинированной разработке медноколчеданных месторождений. - Горный информационно - аналитический бюллетень. - 2000. - № 10. -

С. 121 - 123.

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ

Волков Юрий Владимирович - доктор технических наук, заведующий лабораторией подземной геотехнологии, Институт горного дела УрО РАН, г. Екатеринбург.

Соколов Игорь Владимирович - кандидат технических наук, научный сотрудник лаборатории