CC BY
21
УДК 622.271.4:621.879]:622.013.364.2
Аргимбаев Каербек Рафкатович
кандидат технических наук, ассистент, Санкт-Петербургский горный университет, 199106, г. Санкт-Петербург, 21-я линия В.О., 2 e-mail: diamond-arg@mail.ru
Миронова Кристина Владимировна
студент,
Санкт-Петербургский горный университет, e-mail: mironova.k97@bk.ru
Бовдуй Майя Олеговна
студент,
Санкт-Петербургский горный университет, e-mail: m.bovduj@yandex.ru
МЕТОДЫ ЛИКВИДАЦИИ ПОТЕРЬ И ОПТИМИЗАЦИЯ ПРОЦЕССОВ ОТКРЫТЫХ ГОРНЫХ РАБОТ ПРИ ОТРАБОТКЕ ТЕХНОГЕННОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ
DOI: 10.18454/2313-1586.2017.03.019
Argimbaev Kaerbek R.
candidate of technical sciences, assistant,
Saint-Petersburg Mining University, 199106 St Petersburg, 21 line V.O., 2 е-mail: diamond-arg@mail.ru
Mironova Kristina V.
student,
Saint-Petersburg Mining University е-mail: mironova.k97@bk.ru
Bovdyi Maya О. student,
Saint-Petersburg Mining University е-mail: m.bovduj@yandex.ru
METHODS ON THE ELIMINATION OF LOSSES AND OPTIMIZATION THE PROCESSES OF OPEN PIT MINING WHILE MAN-MADE DEPOSITS DEVELOPMENT
Аннотация:
Приведены методы ликвидации потерь, возникающие при отработке сформированного посекционно техногенного месторождения с использованием экскаватора «обратная лопата» или шагающего экскаватора, а также приведена математическая модель, описывающая процессы горных работ.
Ключевые слова: сформированное посекционно техногенное месторождение, экскаватор «обратная лопата», шагающий экскаватор, потери, математическая модель.
Abstract:
Methods of losses elimination arising from man-made deposits mining formed by sections using pull or walking shovel, as well as the mathematical model describing processes of mining opera-tions.are cited.
Key words: man-made deposits, deposit formed by sections, pull shovel, walking shovel,, losses, mathematical model
Разработка сформированного посекционно техногенного месторождения должна вестись с минимальным количеством технологических операций, чтобы улучшить технико-экономические показатели предприятия, занимающегося его освоением.
В ряде случаев потери неизбежны, например, замена амортизированного вые-мочно-погрузочного оборудования, применение различного типа выемочно-погрузоч-ного оборудования, применение одного типа выемочно-погрузочного оборудования, но имеющего различные технические параметры и т. д.
Необходимость ликвидации потерь и полнота извлечения могут быть вызваны различными факторами: разработкой техногенных месторождений, содержащих в себе ценные и редкие полезные компоненты; изменениями требований к качеству и количеству добываемого техногенного сырья, когда забалансовые запасы переходят в рентабельные; изменениями в экономике страны или на международных сырьевых рынках [1, 2]. Поэтому ликвидация потерь приобретает первоочередное значение при освоении сформированного техногенного месторождения.
Следует учитывать, что дополнительные мероприятия требуют привлечения дополнительной техники или изменения параметров формируемого техногенного месторождения, что может привести к увеличению себестоимости добычи техногенного сырья.
Для ликвидации потерь могут применяться следующие методы:
1. Выполаживание углов откоса уступов в отрабатываемой секции до линии забоя шагающего экскаватора (рис. 1).
Рис. 1 - Отработка секции при выполаживании углов откоса перегородок из скальной вскрыши в /-ой секции линии забоя шагающих экскаваторов:
Нс - высота секции, м; ^ш.р.з." радиус рабочей зоны 1-го экскаватора, м; -^ш.р.з. _ радиус рабочей
зоны 2-го экскаватора, м; 2 - безопасное расстояние до бровки уступа, м; V 2 - объемы необходимой насыпи, м3; 1 - исследуемая часть добычных забоев шагающих экскаваторов; ( - угол откоса перегородки из скальной вскрыши, град; а, р - углы исследуемых частей добычных забоев, град
После производства маркшейдерской съемки исследуемого участка добычных забоев шагающего экватора и ее обработки мы получили графики эмпирических линейных уравнений («Восток» - горизонтальное расстояние (I ), что характеризует ось ОХ; «Высота» - глубина вырытого котлована ( Кк ), это ось ОУ) (рис. 2).
а б
К, м 118
850 855
120 118
Кк, м 116
I, м
I, м
I, м
К, м
I, м
Рис. 2 - Графики линейных аппроксимаций добычных забоев шагающего экскаватора а - забой № 1; б - забой № 2; в - забой № 3; г - забой № 4
в
г
К, м
Аппроксимационный анализ проводился с применением программы Mathematica 11 от компании Wolfram.
Анализируя полученные результаты корреляционного и дисперсионного анализов, критерии оценки правдоподобия (AIK BIK, скорректированный коэффициент детерминации (adjusted R2), а также построенные графики, можно утверждать, что характер линейных уравнений в полной мере описывает исследуемую часть добычного забоя, и возможно его принять для дальнейших расчетов.
Таким образом, исследуемая часть представляется линейным уравнением, которое имеет следующий вид:
y = -k ■ x + b, (1)
где k - эмпирический коэффициент, характеризующий угол наклона линии забоя шагающего экскаватора и зависящий от его модели; b - константа уравнения.
Составив и решив систему линейных уравнений забоя шагающего экскаватора и откоса скальной перегородки, можно получить объем необходимой насыпи в i-ой секции:
_ f ■ (f + 2b) 2f ■ (-У2 -b -k2 ■ x2) + f2 (-f) ■ (-y2 -kj, ■ x2) - f2 3
' ( 2kx 2k2 k 1 ' ' ()
"Q
где Ь - константа уравнений; (х, , (х2, у- координаты откосов перегородок из скальной вскрыши в /-ой секции; / =| Ис |; кх, к2 - эмпирические коэффициенты, характеризующие угол наклона линии забоя шагающих экскаваторов 1-го и 2-го, соответственно, которые зависят от модели; Ь - длина /-ой секции по низу, м; у2 - координата
местоположения 2-го шагающего экскаватора по оси ОУ; к ^ - эмпирический коэффициент, характеризующий угол откоса перегородки из скальной вскрыши в отрабатываемой секции.
При использовании одинакового типа выемочно-погрузочного оборудования площадь и объем насыпи в /-ой секции будут равны:
* = 7 • (^ - х2) + (-7) •(-у 2 - к0 •Х2) " 7 2 , м 2; (3)
к1 к0
V = • Ь, м3. (4)
Так как пределы интеграла зависят от высоты секции, то данные формулы площади и объема могут быть использованы как для определения необходимой насыпи в секции для экскаваторов, находящихся на одном уровне стояния относительно друг друга, так и при различных уровнях стояния экскаваторов (выше или ниже по сравнению друг с другом).
2. Создание съездов в секциях и размещение в них бульдозеров для подвигания оставшегося техногенного сырья в рабочую зону выемочно-погрузочного оборудования (рис. 3, 4).
Для применения данного метода, основания секций должны иметь достаточную несущеспособность, чтобы обеспечить движение бульдозеров и безопасность ведения работ.
Подвигание потерь, возникших в результате пересечения рабочих зон экскаваторов, должно осуществляться на расстояние, равное длине основания треугольника потерь, что позволит добыть остаток техногенного сырья (рис. 5).
Рис. 3 - Подвигание оставшегося материала бульдозером в рабочую зону шагающего экскаватора:
Нс - высота секции, м; -^ш.р.з. " радиус рабочей зоны 1-го экскаватора, м; п ..потери
л2ш р з _ радиус рабочей зоны 2-го экскаватора, м; ^ секции- величина потерь при пересечении рабочих зон экскаваторов в /-ой секции; 2 - безопасное расстояние до бровки уступа, м
я,
я
2р.з.
«2-н
МЦЩ^аАА«
^потери г секции
Рис. 4 - Подвигание оставшегося техногенного сырья бульдозером в рабочую зону экскаватора типа «обратная лопата»:
Нс - высота секции, м; Я1Р З - радиус рабочей зоны 1-го экскаватора «обратная лопата», м;
^2р з - радиус рабочей зоны 2-го экскаватора «обратная лопата», м; ^ажщш - величина потерь при
пересечении рабочих зон экскаваторов «обратная лопата» в /-ой секции; 2 - безопасное расстояние до бровки уступа, м
Рис. 5 - Схема потерь, возникающих в результате пересечения рабочих зон экскаваторов: кп - высота потерь, м; Я^.з. - радиус рабочей зоны 1-го экскаватора, м; Я2Р.3. - радиус рабочей зоны 2-го экскаватора, м; М(х2, у2) - координата пересечения рабочих зон экскаваторов, м;
Ь осн. п. - длина основания треугольника потерь, м; Ьпередв - расстояние передвижки потерь техногенного сырья, м; ]1, ]2 - углы наклона поверхностей, формирующих треугольник потерь, м
Длина основания треугольника потерь, возникающих в результате пересечения рабочих зон экскаваторов определяется согласно зависимостям (5) - (8):
для шагающего экскаватора
пРи Л * J2:
£шосн. п. = Ctg ji ■ Н c - Ctg ji ■ J2 + ctg j 2 ■ H c - Ctg j 2 ■ M, (5)
при j = j2 = j (угол естественного откоса техногенного сырья):
¿шосн. п. = 2■ ctg j ■ Нc -2■ ctg j ■ y2, м, (6)
для экскаватора «обратная лопата»:
пРи jl * j2
¿обосн п. = ctg ji ■(Нc + а) -ctg ji ■ y2 + ctg j2 ■(Hc + a) -ctg j2 ■ У2, м, (7) при j = j = j (угол естественного откоса техногенного сырья):
1обосн.п. = 2■ ctg j ■ (Hc + a)-2■ ctg j ■ У2, м. (8)
Тогда расстояние подвигания потерь составит для шагающего экскаватора:
гШ _ гШ /Q\
L передв. = L осн. п., м, (9)
для экскаватора «обратная лопата»:
£°бпередв. = £°босн. п., м. (10)
3. Уменьшение глубины i-ой секции (рис. 6, 7).
При данном методе ликвидации потерь высота i-ой секции меняется на величину hc, которая равняется
hс = y 2, м, (11)
где y2 - координата пересечения рабочих зон экскаваторов по оси OY, м.
Рис. 6 - Отработка секции меньшей глубины экскаваторами типа «обратная лопата»:
Rjp з - радиус рабочей зоны 1-го экскаватора «обратная лопата», м; R2p 3 - радиус рабочей зоны 2-го
, потери ,
экскаватора «обратная лопата», м; ni секции - величина потерь при пересечении рабочих зон
экскаваторов «обратная лопата» в i-ой секции; hc - измененная высота секции, м; z - безопасное расстояние до бровки уступа, м
Рис. 7 - Отработка секции меньшей глубины шагающими экскаваторами:
р з - радиус рабочей зоны 1-го экскаватора, м; ^2ш р з - радиус рабочей зоны 2-го
потери
экскаватора, м; п1 секции- величина потерь при пересечении рабочих зон экскаваторов в /-ой секции, а также недобытый материал в силу ограниченности технических параметров выемочно -погрузочного оборудования; Кс - измененная высота секции, м; 2 - безопасное расстояние до бровки уступа, м 4. Уменьшение ширины г-ой секции (рис. 8, 9).
Рис. 8 - Отработка секции меньшей ширины экскаваторами типа «обратная лопата»: ^1р з - радиус рабочей зоны 1-го экскаватора «обратная лопата», м; ^р з - радиус рабочей зоны 2-го экскаватора «обратная лопата», м; В - ширина секции по низу, м; АВ с'г - величина изменения ширины секции, м; 2 - безопасное расстояние до бровки уступа, м; Н - высота секции, м;
1 - предыдущее положение экскаватора типа «обратная лопата»; 2 - новое положение экскаватора типа «обратная лопата»
Рис. 9 - Отработка секции меньшей ширины шагающими экскаваторами: р з - радиус рабочей зоны 1-го экскаватора, м; ^2ш р з - радиус рабочей зоны 2-го
экскаватора, м; 2 - безопасное расстояние до бровки уступа, м; Н с - высота секции, м;
В - ширина секции по низу, м; АВ - величина изменения ширины секции, м; 1 - предыдущее положение шагающего экскаватора; 2 - новое положение шагающего экскаватора
При условии, что величина, на которую изменяется ширина /-ой секции АВ° п,
равняется длине основания потерь Ь осн. п., получим: при использовании шагающего экскаватора
АВсп = Ьшосн. п., м, (12)
при использовании экскаватора «обратная лопата»
АВсп = Ьобосн. п., м. (13)
Технологическая схема разработки техногенных месторождений значительным образом отличается от традиционных схем, существующих на горнодобывающих предприятиях, и включает стадии от выемочно-погрузочных работ до поставки готового продукта потребителю (рис. 10).
Процессы открытых горных работ
Вспомогательный процесс открытых горных работ
Рис. 10 - Технологическая схема освоения техногенного месторождения
Малостадийность технологической схемы (см. рис. 10) показывает наглядно простоту разработки таких месторождений, а процессы горных работ менее энергоемки по сравнению с процессами, представленными на природных месторождениях, что делает техногенные месторождения привлекательными для их освоения.
Особое внимание на горных работах стоит уделять потерям и разубоживанию. Потери возникают по контуру каждой разрабатываемой секции, в результате производства выемочно-погрузочных работ теряется добываемое техногенное сырье, оставляемое по ряду технических причин горнотранспортным оборудованием. Данный процесс может осуществляться как экскаваторами «обратная лопата», так и шагающими экскаваторами. Процесс горных работ при использовании экскаватора «обратная лопата» может по трудоемкости добычи превосходить шагающий экскаватор, при этом достигается максимальный показатель извлечения.
Трудоемкость выполняемых процессов заключается в количестве проделанных циклов, а также увеличении их продолжительности. Отработка в данном случае ведется с максимального радиуса рабочей зоны и постепенно приближается к верхней бровке насыпи из скальной вскрыши. По мере выборки дальних точек рабочей зоны происходит извлечение техногенного сырья, оставшегося у откоса скальной насыпи.
Для сокращения времени рабочего цикла экскаватора «обратная лопата» и увеличения его производительности необходимо производить подачу автосамосвала под погрузку на расстоянии, равном расстоянию от оси экскаватора до крайней линии зоны добычного забоя (рис. 11).
Рис. 11 - Схема установки автосамосвала под погрузку при отработке техногенного сырья в пределах секции с использованием экскаватора «обратная лопата»: 1, 2, 3, 4, I - установка автосамосвала в зависимости от зоны добычного забоя, в котором работает экскаватор «обратная лопата»; 5 - зоны добычного забоя экскаватора «обратная лопата»;
6 - ось экскаватора «обратная лопата»; I - расстояние между добычными зонами, м
Рекомендуемая установка автосамосвала под погрузку (см. рис. 11) позволит снизить себестоимость добычи за счет увеличения производительности экскаватора «обратная лопата».
При этой схеме установки расстояние транспортирования увеличится на расстоя-
^общ.
ние
/общ. = / ■ п (14)
зон зон "зон , (14)
где пзон - количество отрабатываемых зон без изменения местоположения экскаватора
«обратная лопата», ед.
Загруженный материал транспортируется на переработку, на склад или потребителю.
Процесс горных работ при использовании шагающего экскаватора отличается меньшим количеством рабочих циклов, но в результате его работы возникают потери из-за того, что добычной забой имеет более пологий угол по сравнению с углом естественного откоса насыпи из скальной вскрыши, на котором установлено выемочно-погрузоч-ное оборудование. Длина добычного забоя равна длине стрелы.
Учитывая технические особенности шагающего экскаватора при разработке техногенного месторождения, установка автосамосвала под погрузку должна осуществляться на расстоянии нерабочей зоны, без изменения местоположения до завершения отработки участка (рис. 12).
При указанной установке автосамосвала (/устан = /жн ), как показано на рис. 1, достигается максимальная производительность. При удаленной установке автосамосвала под погрузку (/устан > /жн ) сокращается расстояние транспортирования, но увеличивается время рабочего цикла шагающего экскаватора.
При оптимизации процессов открытых горных работ при необходимости следует учесть мероприятия по ликвидации потерь, возникающих в результате ведения горных работ, которые включают в себя дополнительные выемочно-погрузочные и бульдозерные работы и приводят к увеличению себестоимости добычи.
Целесообразность этих мероприятий зависит от ценности добываемого сырья.
Рис. 12 - Схема установки автосамосвала под погрузку при отработке техногенного месторождения с использованием шагающего экскаватора: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, I - добычная зона шагающего экскаватора; 10 - шагающий экскаватор;
11 - нерабочая зона экскаватора, /устан - расстояние установки автосамосвала под погрузку, м;
/ - минимальное расстояние от оси экскаватора до конечной точки добычного забоя, м
При оптимизации процесса шихтования следует учитывать требования, которые предъявляются к сырью потребителем или технологией обогащения. Транспортируемое сырье может направляться непосредственно к потребителю или на обогащение в том случае, если материал удовлетворяет минимальным требованиям. Сырье с достаточно высоким содержанием полезного компонента или относящееся к сырью, превышающему установленные требования, направляется на усреднение с добытым некондиционным сырьем.
Используя результаты наблюдений и выведенные зависимости, можно составить математическую модель технологического процесса добычи техногенного сырья, включая транспортирование и обогащение с выделением двух концентратов полезного компонента - основного и попутного, а также получение сырья определенного класса, востребованного различными отраслями промышленности. Математическая модель процесса добычи имеет следующий вид:
П = К о + К\х\ + К 2 Х2 + К з Х3 + К 4 Х4 + К 5 Х5 + К 6 у\ + К 7 у 2 -
(Б - 4 - Х2 - Х4 - х5 + У1 + У2) + К8х3-И3' (15)
х3
где Ко = К01Б + К02БС - К03Б - К04 ;
0,01' (Цк1г01 + Цк2/02 + Цк3г03 ) .
V '
0,01 • (Цк1^01 + Цк2^02 + Цк3т03) .
К01 =
К02 =
V
т^ ^шр. + ^пер + ^класс. .
03 V
_ д + д + А3;
К 04 V '
К, = -К01 - К02 а, - К02Р, + К03 ;
, = 1,2,...,5
К6 = К01 - К02 • - К02 • А + К03 ;
К7 — Кт К02 • а2 К02 • $2 + к03, N • T
N р.п тм.э.
к 8 —-;
8 840• r3 •V
ßi, ß2, ..., ßi - выход класса, востребованного в различных отраслях промышленности, %;
Стр, Спер., Сласс. - себестоимость, соответственно, транспортировки, выделения полезного компонента и классификации, руб/т;
xi, Х2, ..., Xi - количественные потери кондиционного техногенного сырья, т;
yi, у2, yi - количество примешиваемого некондиционного техногенного сырья, т;
ai, а2, ..., ai - содержание полезного компонента в некондиционном техногенном сырье, %;
Тм.э. - тарифная ставка машиниста экскаватора, занятого на погрузке, руб.;
№р.п. - число рабочих бригад, занятых на погрузке, чел.;
А1+А2+А3 - суммарные затраты, не зависимые от степени полноты и качества извлечения техногенного сырья, руб.;
Цк1 - цена концентрата 1 рода, руб/т;
Цк2 - цена концентрата 2 рода, руб/т;
Цкз - цена техногенного сырья определенного класса, востребованного в различных отраслях промышленности, руб/т;
гз, тз - постоянные корреляционных уравнений, определяющие параметры добычи;
roi, ro2, гоз, moi, mo2, тоз - постоянные корреляционного уравнений, определяющие параметры обогащения;
V - балансовые запасы, т;
Ko, Ki, ..., Ki - 0, 1, ..., i-ая технологическая операция при добыче техногенного сырья;
Б - объем добываемого сырья, т;
Бс - объем кондиционного добываемого сырья, т.
Естественно, что оптимальное решение лежит в нахождении значений
х1,х2,х3,х4,х5, когда прибыль достигает максимума. После нахождения оптимальных
потерь техногенного сырья по видам определяются коэффициенты извлечения полезного ископаемого из техногенного месторождения и изменения качества при добыче.
Используя вышеперечисленные методы, можно добиться в значительной мере сокращения потерь, но при этом появятся затраты на выполнение дополнительных операций, которые следует учитывать при технико-экономической деятельности предприятия.
Математическая модель технологического процесса будет иметь свои оптимальные параметры с выпуском двух видов продукции - один концентрат с одинаковым содержанием полезного компонента, а также сырье определенного класса, востребованное различными отраслями промышленности.
Литература
1. Пешков А.М. Обоснование требований к качеству руд и техногенного сырья при комплексном освоении медно-колчеданных месторождений: дис. ... канд. техн. наук 25.00.21. / А.М. Пешков; Институт проблем комплексного освоения недр. - М., 2014.
2. Аргимбаев К.Р. Разработка хвостохранилища - запас минерально-сырьевого комплекса России / К.Р. Аргимбаев // Экономика, управление, финансы: материалы меж-дунар. науч. конф. (г. Пермь, июнь 2011 г.). — Пермь: Меркурий, 2011. — С. 8 - ii.
