CC BY
11
УДК 622.272.06:622.341
МОДЕЛИРОВАНИЕ И ЭКОЛОГО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ГЕОТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СТРАТЕГИИ ОСВОЕНИЯ ПЕРЕХОДНЫХ ЗОН РУДНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ
И.В. Соколов, И.В. Никитин, Ю.М. Соломеин
Создана экономико-математическая модель геотехнологической стратегии освоения переходных зон при последовательной схеме комбинированной разработки рудных месторождений, представляющая собой совокупность методики определения параметров и показателей горнотехнической системы, алгоритма ее оценки и соответствующей компьютерной программы. В результате моделирования разработанных вариантов геотехнологической стратегии, отличающихся состоянием карьера, порядком отработки, способом и схемой вскрытия, системой разработки, способом изоляции выработанного пространства от карьера, способом утилизации отходов горно-обогатительного производства, выбран оптимальный вариант по предложенному комплексному эколого-экономическому критерию.
Ключевые слова: меднорудное месторождение, геотехнологическая стратегия, переходная зона, подземная геотехнология, вскрытие, система разработки, экономико-математическое моделирование, комплексный критерий.
Комбинированный способ разработки рудных месторождений широко используется в практике горного производства, а его научные основы развиваются уже на протяжении более чем полувека. Однако, по-прежнему актуальным остается вопрос обоснования оптимальной геотехнологической стратегии (ГС) освоения переходных зон (ПЗ) -участков месторождения, формирующихся при переходе от открытого к подземному способу разработки. Особенностью освоения таких ПЗ подземным способом является не только необходимость всестороннего учета специфических горно-геологических, горнотехнических и эколого-экономических факторов и условий, образованных в процессе отработки верхней части месторождений открытыми геотехнологиями, но и требование в создании оптимальных условий для эффективной и безопасной отработки основных запасов (ОЗ) в стабильном периоде подземных горных работ. При этом разнообразие условий и большое количество факторов предопределяют необходимость исследования множества вариантов. Следовательно, задачу обоснования и выбора оптимальной ГС освоения ПЗ, вследствие ее комплексности и многофакторности, целесообразно решать методом компьютерного экономико-математического моделирования (ЭММ) с применением эколого-экономического критерия.
Таким образом, целью настоящих исследований является разработка, ЭММ и эколого-экономическая оценка вариантов ГС освоения ПЗ с учетом условий и целей переходного процесса.
Разработка вариантов геотехнологической стратегии освоения переходных зон с учетом геотехнологии основных запасов
Научно-обоснованный выбор ГС комплексного освоения недр различными способами или их рациональным сочетанием во времени и пространстве должен базироваться на методологии проектирования, всесторонне учитывающей и адекватно отображающей проектируемый объект с прогнозными показателями извлечения полезных ископаемых и технического прогресса [1, 2]. Неверный учет или игнорирование значимых факторов при проектировании комплексного освоения недр является причиной принятия стратегически неверных решений [3 - 7].
При обосновании ГС центральным моментом является определение рациональных технологических процессов добычи и методов обогащения руды с учетом их взаимосвязи, что невозможно сделать без привлечения системного подхода [8]. Следовательно, для исследования ГС освоения ПЗ подземным способом целесообразно представить ее в виде горнотехнической системы (ГТС), включающей порядок отработки, способ и схему вскрытия, технологию очистной выемки, способ погашения выработанного пространства, схему транспорта горной массы и способ утилизации отходов горно-обогатительного производства (ГОП), объединенных общей целью обеспечения экологической безопасности и максимального экономического эффекта от эксплуатации запасов месторождения, предназначенных для подземной разработки. При последовательной схеме комбинированной разработки - это суммарные запасы ПЗ и ОЗ, для эффективного освоения которых и проводятся организационно-технические мероприятия в пределах ПЗ [9].
Перспективными направлениями проектирования комбинированной разработки рудных месторождений, в рамках которых целесообразно формирование вариантов ГС и соответствующих им подземных геотехнологий, в настоящее время являются:
1. Использование преимуществ открытого способа разработки (технологических процессов и оборудования), детерминированность границ его рационального применения и создание благоприятных условий перехода на подземные горные работы;
2. Ресурсосбережение природного минерального сырья, в частности минимизация потерь и разубоживания, и воспроизводство его запасов;
3. Использование всех техногенных и природно-техногенных георесурсов, включая отходы ГОП, внутри ГТС с целью создания безотходного (малоотходного) производства.
Сконструировано 4 перспективных варианта ГС, учитывающих особенности освоения ПЗ подземным способом и отличающихся состоянием карьера, порядком отработки, способом и схемой вскрытия, системой разработки ПЗ и ОЗ, способом изоляции выработанного пространства от карьера, способом утилизации отходов ГОП.
Горно-геологические и горнотехнические условия, принятые для конструирования, соответствуют условиям последовательной схемы комбинированной разработки мощного (40 м), крутопадающего (50°), глубоко-залегающего (500 м) медноколчеданного месторождения, эксплуатируемого подземным рудником с производственной мощностью 400 тыс. т руды в год при глубине карьера 260 м и высоте этажа 60 м [10].
Вариант 1 ГС. Карьер обрушен или на его дне создан внутренний отвал. Порядок отработки - этажный нисходящий, начиная с ПЗ (рис. 1, а).
Вскрытие ПЗ и ОЗ осуществляется двумя вертикальными центрально-расположенными стволами с поверхности - скиповым и вентиляцион-но-вспомогательным, этажными квершлагами и одним концентрационным горизонтом с оборудованием в районе ствола дробильно-дозаторного комплекса. Внутришахтный транспорт руды по концентрационному горизонту
- электровозный. Доставка руды по доставочным ортам и штрекам эксплуатационных горизонтов до капитальных рудоспусков - погрузо-доставочными машинами (ПДМ) типа ЬИ 307. Спуск самоходного оборудования (СО) - по вспомогательному стволу, между горизонтами - по участковым наклонным съездам.
Система разработки ПЗ - этажное принудительное обрушение под массивом разрыхленных пород, образуемым на дне карьера, ОЗ - этажное принудительное обрушение под массивом разрыхленных пород.
Место утилизации отходов ГОП - карьер.
Вариант 2 ГС. Карьер в устойчивом состоянии. Порядок отработки
- этажный нисходящий, начиная с ПЗ (рис. 1, б).
Вскрытие ПЗ и ОЗ производится автотранспортным уклоном (угол наклона 8°) из карьера и вентиляционно-вспомогательным наклонным съездом с поверхности и заездами на этажи. Внутришахтный транспорт руды по эксплуатационным горизонтам и автоуклону до перегрузочного пункта в карьере - автосамосвалами типа ТИ 550, на поверхность - по карьерным съездам автосамосвалами типа БелАЗ-75145. Перегрузочный пункт оборудуется на нижнем уступе карьера, применяется экскаватор типа ЭКГ-5. Доставка руды по доставочным ортам и штрекам эксплуатационных горизонтов до мест погрузки в автосамосвалы - ПДМ типа ЬИ 307. Спуск СО - по вспомогательному уклону, перемещение между горизонтами - по участковым наклонным съездам.
Система разработки ПЗ - этажно-камерная с закладкой под рудным целиком, формируемым в пределах ПЗ, ОЗ - этажно-камерная с закладкой под закладочным массивом.
Место утилизации отходов ГОП - подземное выработанное пространство.
Вариант 3 ГС. Карьер обрушен или на его дне создан внутренний отвал. Порядок отработки - этажный восходящий, ПЗ отрабатывается в последнюю очередь (рис. 1 , а).
Вскрытие и транспорт руды аналогичны варианту 1 ГС. Отличие состоит в том, что сначала осуществляется вскрытие и отработка нижнего этажа, затем других этажей последовательно снизу-вверх. Система разработки ПЗ - этажное принудительное обрушение без изоляции, ОЗ - этаж-но-камерная с закладкой под рудным массивом.
Место утилизации отходов ГОП - подземное выработанное пространство.
Вариант 4 ГС. Карьер в устойчивом состоянии. Порядок отработки - этажный восходящий, ПЗ отрабатывается в последнюю очередь (рис. 1, б).
Вскрытие и транспорт руды аналогичны варианту 2 ГС. Отличие состоит в том, что сначала осуществляется вскрытие и отработка нижнего этажа, затем других этажей последовательно снизу-вверх. Система разработки ПЗ - этажно-камерная с закладкой под рудным целиком, формируемым в пределах ПЗ, ОЗ - этажно-камерная с закладкой под рудным массивом.
Место утилизации отходов ГОП - подземное выработанное пространство.
а б
Вертикальные стволы Наклонный съезд
Рис. 1. Варианты ГС освоения ПЗ и ОЗ: а -1 и 3; б - 2 и 4
Создание экономико-математической модели и эколого-экономическая оценка вариантов геотехнологической стратегии. При
оценке и выборе вариантов ГС необходимо учитывать не только производственно-экономический, но и экологический эффект от реализации стратегических решений [11 - 12]. Следовательно, следует применять комплексный эколого-экономический критерий.
Для оценки экономического эффекта целесообразно в качестве критерия принять максимум чистого дисконтированного дохода (ЧДД), учитывающий динамику развития подземных горных работ в переходный и последующий стабильный периоды. Методика определения ЧДД при освоении ПЗ и ОЗ описана в работе [13].
Для оценки экологического эффекта от реализации ГС предложено в качестве критерия принять степень замкнутости, соответствующей ГТС. При этом под замкнутой понимаем такую ГТС, за пределы которой выходит только реализуемый продукт, а образующиеся твердые отходы утилизируются внутри данной ГТС [14]. Факторами, влияющими на замкнутость ГТС, являются: объем образуемого выработанного пространства, объем пустой породы из подготовительно-нарезных работ (ПНР) и объем хвостов обогащения, используемых в качестве закладочного материала [15 - 16]. Тогда показатель замкнутости ГТС п равен отношению суммарного объема отходов V к объему пустот V", образующихся в 1-м варианте ГС,
п = V 0 / Vй ^ 1. (1)
Если 0 < п < 1, то ГТС замкнута, если п >1, то ГТС не замкнута. Для нахождения п необходимо определить следующие показатели. 1. Содержание металла в добытой руде
еи (100 - Р /), %, (2)
ау
где] - извлекаемые металлы (для медноколчеданных руд - медь и цинк); сг-
- содержание 7-го извлекаемого металла в балансовых запасах в 1-м варианте ГС, %; Рг- - разубоживание руды в 1-м варианте ГС, %.
2. Извлечение металла в концентрат (по эмпирическим данным обогатительной фабрики Учалинского ГОКа [17]):
- меди: е Си { = -12,76аг2 + 55,73аг- + 27,16, % (3)
- цинка: е2п > = -8,84 + 78,14аг- - 26,42аг2, % (4)
3. Выход концентрата
у = ае , в ,% , (5)
I ] 1] ] Г 7 ' ' \ /
где в] - содержание ]-го извлекаемого металла в концентрате, %. По данным Учалинского ГОКа для медного концентрата в=17,5%, для цинкового
- в=49,01 %.
4. Выход хвостов обогащения
Ухв 1 = 100 -г У], % (6)
где Иуу - суммарный выход концентратов извлекаемых металлов, %.
5. Суммарный объем отходов (порода ПНР и хвостов обогащения), производимых в рамках ГТС и используемых в качестве твердеющей закладки,
V0 = V 1 Ухв/ + ^НР 1 )*р хв, м3 , (7)
где VР 1 - суммарный объем рудной массы (в массиве), извлеченной в ПЗ и ОЗ в 1-м варианте ГС, м ; VПНР 1 - объем пустой породы ПНР, извлеченной в ПЗ и ОЗ в 1-м варианте ГС, м ; кр хв - коэффициент разрыхления хвостов в твердеющей закладке, доли ед.
6. Объем рудной массы (в массиве), извлеченной в ПЗ или ОЗ,
Vпз(оз) 1 = [& пз(оз)(1 - ппз(оз) 1) / (1 - рпз(оз) 1)] /Tр, м3. (8)
где QБ ПЗ (ОЗ) - балансовые запасы ПЗ (ОЗ), т; ППЗ (ОЗ) t - потери руды в ПЗ (ОЗ) в i-м варианте ГС, доли ед.; РПЗ (ОЗ) t - разубоживание руды в ПЗ (ОЗ) в i-м варианте ГС, доли ед.; ур - плотность рудной массы, т/м3.
7. Суммарный объем рудной массы, извлеченной в ПЗ и ОЗ
VP i = VP ПЗ i + VP ОЗ i, м3 (9)
8. Объем закладываемых пустот:
- для варианта 1 ГС V/1 = 0; (10)
- для вариантов 2 и 4 ГС V2"4) = VP 2(4) ; (11)
- для варианта 3 ГС V3H = VP ОЗ 3. (12)
Методика (1)-(12) позволяет определить величину показателя
замкнутости ГТС п.
Для выбора лучшего варианта ГС выдвинут комплексный эколого-экономический критерий в виде глобального показателя принятия компромиссного решения R, рассчитываемого как сумма баллов по обоим критериям с учетом их веса [14, 18],
R = кЧДД i ГЧДД i + kn i rn i ^ min, (13)
где гчдд, rn - рейтинг по критериям ЧДД и п, соответственно, баллов; кЧдд, кп - весовые коэффициенты критериев ЧДД и п, изменяющиеся от 0 до 1 с условием, что их сумма равна 1, доли ед.
Более высокий рейтинг получает вариант ГС с лучшим значением (минимальным количеством баллов) критерия R, при условии, что ЧДД^-max, а п^1.
На основе методик [13] и (1)-(13) разработан алгоритм, описывающий последовательность действий по определению основных ТЭП для выбора оптимального варианта ГС по комплексному эколого-экономическому критерию (рис. 2). Алгоритм оценки заключается в нахождении рейтингов вариантов ГС отдельно по экономическому и отдельно по экологическому критериям, их взвешивании и суммировании.
программы в приложении Excel пакета Microsoft Office представляет собой ЭММ, позволяющая определить необходимые параметры и показатели рассматриваемой ГТС, а также выбрать оптимальный вариант ГС освоения ПЗ рудных месторождений подземным способом. Выполнена оценка сформированных вариантов 1 -4 ГС с использованием созданной ЭММ. Исходные данные приняты в соответствии с результатами выполненного нами ЭММ для условий последовательной открыто-подземной разработки уральского медноколчеданного месторождения с аналогичными параметрами [13].
На первом этапе моделирования определены показатели ЧДД по вариантам 1-4 ГС.
Создание информационных массивов для реализации модели
Ввод исходных данных
Формирование рациональных вариантов р
_11_
Оценка варианта /-1 из общего числа вариантов р
Формирование локальной экономической модели
Присвоение значения параметру n^rii
12
Вывод показателей экономической модели
Формирование локальной экологической модели
Присвоение значения параметру
—V
Нет
19 / Вывод показателей экологической модели ,
1
20 Оценка варианта /=?+]
\ 21 / Да / 1 < V -->
23
24
Нет
Синтез локальных моделей и полученных показателей
Ранжирование вариантов р по показателям и ;•
ЧЩ п
I
Выбор оптимального варианта по критерию R —> min
Рис. 2. Блок-схема алгоритма выбора оптимального варианта ГС освоения ПЗ по комплексному эколого-экономическому критерию
В результате ЭММ по критерию ЧДД установлено (рис. 3):
- наиболее эффективным является вариант 2 ГС. ЧДД составляет 1428 млн руб., срок окупаемости - 7 лет, срок строительства - 3 года, срок отработки - 29 лет. Эффект достигается за счет быстрого (на 3 год) ввода рудника в эксплуатацию для освоения ПЗ, отсрочки во времени капитальных вложений на вскрытие ОЗ (10, 17 и 24 год) и более низких капитальных затрат даже при более высоких эксплуатационных затратах;
- вторым по эффективности является вариант 4 ГС. При этом ЧДД составляет 750 млн руб. (меньше на 47 % по сравнению с вариантом 2 ГС), срок окупаемости - 14 лет (выше в 2 раза), срок строительства - 5 лет (больше на 40 %);
- варианты 1 и 3 ГС значительно уступают по эффективности вариантам 2 и 4 ГС. Причиной является большой срок строительства рудника (7 и 8 лет, соответственно) и вследствие этого удлинение срока окупаемости (25 и более лет). Эти результаты подтверждают нецелесообразность вскрытия вертикальными стволами с поверхности при комбинированной разработке медноколчеданных месторождений с относительно небольшими запасами (до 20 млн т), предназначенными для подземной разработки [19].
Вариант 1
Период освоения ПЗ по варианту 1
Вариант 2
Период освоения ПЗ д по варианту 2
- Вариант 3
Период освоения ПЗ по варианту 3
- Вариант 4
. Период освоения ПЗ по варианту 4
Рис. 3. Динамика изменения ЧДД по вариантам ГС
На втором этапе моделирования определены показатели замкнутости ГТС по вариантам 2-4 ГС и установлены их зависимости от содержания меди и цинка в руде. Вариант 1 ГС не рассматривался, так как геотехнология на которой он основан - системы разработки ПЗ и ОЗ с обрушением руды и вмещающих пород - не обеспечивает замкнутость ГТС, при этом Моделирование проводилось при фиксированных ба-
зовых значениях содержания одного из металлов (Си=1,8 % или 7и=0,6 %). В результате ЭММ по критерию п установлено (рис. 4):
- варианты 2 и 4 ГС позволяют утилизировать в выработанном пространстве наибольшее количество хвостов обогащения и породы ПНР и погасить все образованные в рамках ГТС пустоты. При базовых значениях содержания Си и п=1,1467. Это означает, что в рамках ГТС образуются излишки отходов ГОП в размере 14,67 % (по объему);
ЧДД, млн. руб
- вариант 3 ГС позволяет утилизировать меньшее по сравнению с вариантами 2 и 4 ГС количество хвостов обогащения, ц=1,6263. При этом погашаются все образованные в рамках ГТС пустоты, однако объем излишек достаточно велик - 62,63 % (по объему);
- с повышением содержания Си в руде от 0,4 до 3,2 % показатель замкнутости существенно (до 15 %) улучшается во всех вариантах ГС вследствие увеличения извлечения металла и уменьшения выхода хвостов, а с повышением содержания от 0,6 до 2 % - практически не меняется.
а
11, доли сд.
1,8
1.7
1,6 1,5 1.4 1,3 1,2 и 1.0
0,4
1,8
2.5
3,2
Содержание Си, %
б
I], ДОЛИ сд.
1,7
1,6 1,5 1,4 1,3 1,2 1,1 1,0
-Варианты 2 и 4 ■Вариант 3
0,6 0,95 1,3 1,65 Содержание Хп, %
Рис. 4. Зависимость показателя замкнутости ГТС от содержания в добытой руде: а - меди (при содержании 1п = 0,6 %); б - цинка
(при содержании Си = 1,8 %)
На заключительном этапе моделирования выполнена сравнительная оценка всех 4 вариантов ГС по комплексному эколого-экономическому критерию Я. При этом веса критериев ЧДД и ц изменялись от 1 до 0, исходя из условия, что их сумма равна 1.
Результаты моделирования приведены в таблице и на рис. 5.
Основные показатели вариантов ГС, полученные в результате ЭММ
Показатель Ед. изм. Вариант ГС
1 2 3 4
ЧДД млн руб. -93 1428 270 750
Г ЧДД балл. 4 1 3 2
п доли ед. ю 1,15 1,63 1,15
Гп балл. 4 1 3 1
Веса кчДД / кц доли ед. 1/0 0,5/ 0,5 0/1 1/0 0,5/ 0,5 0/1 1/0 0,5/ 0,5 0/1 1/0 0,5/ 0,5 0/1
Я балл. 4 4 4 1 1 1 3 3 3 2 1,5 1
Выводы по результатам ЭММ по комплексному критерию Я
1. Сравнение вариантов ГС показало преимущество варианта 2 ГС при всех соотношениях весов кЧдд и кп, что обусловлено лучшими показателями ЧДД и п, благодаря применению схемы вскрытия из карьера, обеспечивающей быстрый ввод подземного рудника в эксплуатацию, и системы разработки с закладкой, позволяющей утилизировать наибольший объем отходов ГОП в подземном выработанном пространстве.
2. По степени замкнутости ГТС (к Чдд=0) варианты 2 и 4 ГС равны.
3. Варианты 1 и 3 ГС проигрывают по обоим показателям, как вследствие низкой извлекаемой ценности, так и из-за невозможности (вариант 1 ГС) или ограниченности (вариант 3 ГС) утилизации отходов ГОП при системах разработки с обрушением руды и вмещающих пород.
Рис. 5. Комплексный эколого-экономический критерий Я по вариантам ГС при различных весах кЧдд и кп
В развитие научно-методологических основ проектирования комбинированной разработки рудных месторождений:
1) сконструированы перспективные варианты ГС освоения ПЗ, отличающиеся состоянием карьера, порядком отработки, способом и схемой вскрытия, системой разработки, способом изоляции выработанного пространства от карьера и способом утилизации отходов ГОП;
2) разработана методика определения параметров и показателей ГТС при освоении ПЗ, отличающаяся учетом специфических факторов, образованных на предыдущей стадии освоения месторождения открытым способом, и динамики развития подземных горных работ в переходный и последующий стабильный периоды;
3) создана экономико-экономическая модель ГС освоения ПЗ, состоящая из методики, алгоритма и компьютерной программы, позволяю-
щая исследовать параметры и показатели ГТС и выбрать оптимальный вариант ГС по предложенному комплексному эколого-экономическому критерию, который представляет собой глобальный показатель принятия компромиссного решения и включает критерии максимума ЧДД и оптимума степени замкнутости ГТС с учетом их веса;
4) В результате ЭММ установлено, что по комплексному эколого-экономическому критерию вариант ГС, основанный на первоначальном вскрытии ПЗ автоуклоном из карьера и наклонным съездом с поверхности и ее разработке этажно-камерной системой с твердеющей закладкой под рудным целиком, последующем вскрытии и отработке ОЗ этажно-камерной системой с закладкой под сформированным в пределах ПЗ закладочным массивом, является оптимальным при всех соотношениях весов ЧДД и степени замкнутости ГТС, за счет применения схемы вскрытия из карьера, обеспечивающей быстрый ввод подземного рудника в эксплуатацию, и системы разработки с закладкой, позволяющей утилизировать наибольший объем отходов ГОП в подземном выработанном пространстве.
Работа выполнена в рамках государственного задания №07500581-19-00 по теме №0405-2019-0005.
Список литературы
1. Комплексное освоение месторождений и глубокая переработка минерального сырья / К.Н. Трубецкой, В.А. Чантурия, Д.Р. Каплунов, М.В. Рыльникова. М.: Наука, 2010. 437 с.
2. Каплунов Д.Р., Радченко Д.Н. Принципы проектирования и выбор технологий освоения недр, обеспечивающих устойчивое развитие подземных рудников // Горный журнал. 2017. № 11. С. 52 - 59.
3. Яковлев В.Л., Корнилков С.В., Соколов И.В. Инновационный базис стратегии комплексного освоения ресурсов минерального сырья / под ред. член-корр. РАН В.Л. Яковлева. Екатеринбург: ИГД УрО РАН, 2018. 360 с.
4. Сашурин А.Д. Геомеханические процессы и явления, определяющие безопасность и эффективность недропользования, закономерности их развития // Проблемы недропользования [Электронный ресурс]. 2018. № 3. С. 21 - 31. URL: http://trud.igduran.ru (дата обращения: 18.12.2018).
5. Wang N., Wan B.H., Zhang P., Du X.L. Analysis on deformation development of open-pit slope under the influence of underground mining // Legislation, Technology and Practice of Mine Land Reclamation: Proceedings of the Beijing International Symposium on Land Reclamation and Ecological Restoration (LRER 2014), Beijing, China. - London: Taylor & Francis Group, 2015. Р. 53 - 59.
6. Sebutsoe T.C., Musingwini C. Characterizing a mining production system for decision-making purposes in a platinum mine // The Journal of the
Southern African Institute of Mining and Metallurgy. 2017. Vol. 117. No. 2. P. 199 - 206.
7. Strategic mining options optimization: Open pit mining, underground mining or both / E. Ben-Awuah, O. Richter, T. Elkington, Y. Pourrahimian // International Journal of Mining Science and Technology. 2016. Vol. 26. No. 6. P. 1065 - 1071.
8. Исследование переходных процессов при комбинированной разработке рудных месторождений / В.Л. Яковлев, И.В. Соколов, Г.Г. Сакан-цев, И.Л. Кравчук // Горный журнал. 2017. № 7. С. 46 - 50.
9. Соколов И.В. Антипин Ю.Г., Никитин И.В. Принципы формирования и критерий оценки геотехнологической стратегии освоения переходных зон рудных месторождений подземным способом // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2017. № 9. С. 151 - 160.
10. Волков Ю.В., Соколов И.В. Оптимизация подземной геотехнологии в стратегии освоения рудных месторождений комбинированным способом // Горный журнал. 2011. № 11. С. 41 - 44.
11. Erzurumlu S. S., Erzurumlu Y. O. Sustainable mining development with community using design thinking and multi-criteria decision analysis. Resources Policy. 2015. Vol. 46. No. 1. P. 6 - 14.
12. Rosa J.C.S., Sanchez L.E. Advances and challenges of incorporating ecosystem services into impact assessment // Journal of Environmental Management. 2016. Vol. 180. P. 485 - 492.
13. Методология выбора подземной геотехнологии освоения переходных зон при комбинированной разработке рудных месторождений / И.В. Соколов, А.А. Смирнов, Ю.Г. Антипин, И.В. Никитин // Горный журнал. 2018. № 1. С. 22 - 26.
14. Стратегия освоения железорудных месторождений эколого-ориентированной подземной геотехнологией / И.В. Соколов, Н.В. Гобов, Ю.Г Антипин, Ю.М. Соломеин // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. 2018. Вып. 2. С. 282 - 295.
15. Matani A.G., Doifode S.K. Effective industrial waste utilization technologies towards cleaner environment // International Journal of Chemical and Physical Sciences. 2015. Vol. 4. No. 1. P. 536 - 540.
16. Комащенко В.И. Эколого-экономическая целесообразность утилизации горнопромышленных отходов с целью их переработки // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. 2015. Вып. 4. С. 23 - 30.
17. URL: http://www.ugok.ru/ru/activity/primary_production/ (дата обращения: 02.10.2018).
18. Соломеин Ю.М., Никитин И.В. Определение эколого-экономической эффективности освоения железорудных месторождений на основе экономико-математического моделирования // Проблемы недро-
пользования 2017. № 1. С. 146 - 153. [Электронный ресурс]. URL: http://trud.igduran.ru (дата обращения: 22.10.2018).
19. Выбор варианта вскрытия подземных запасов при комбинированной разработке месторождений на основе экономико-математического моделирования / И.В. Соколов [и др.] // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2013. № 9. С. 357 - 362.
Соколов Игорь Владимирович, д-р техн. наук, зав. лабораторией, geotech@igduran. ru, Россия, Екатеринбург, Институт горного дела Уральского отделения Российской академии наук,
Никитин Игорь Владимирович, науч. сотрудник лаборатории подземной геотехнологии, geotech910@yandex. ru, Россия, Екатеринбург, Институт горного дела Уральского отделения Российской академии наук,
Соломеин Юрий Михайлович, науч. сотрудник лаборатории подземной геотехнологии, geotech@igduran.ru, Россия, Екатеринбург, Институт горного дела Уральского отделения Российской академии наук
MODELING AND ENVIRONMENTAL-ECONOMICAL EVAL UA TION OF GEOTECHNICAL STRATEGY FOR THE MINING OF TRANSITION AREAS
OF ORE DEPOSITS
I. V. Sokolov, I. V. Nikitin, Yu.M. Solomein
The economic-mathematical model of geotechnological strategy for the mining of transition areas at the consecutive scheme of the combined mining of ore deposits, representing a set of the methods for determining the parameters and indicators of the mining technical system, the evaluation algorithm and the corresponding computer program, was created. In the result of modeling the developed options of geotechnical strategy with different the condition of quarry, sequence of mining, method and scheme of opening, mining system, method of isolation goaf from quarry, method of utilization of wastes from mining and mineral processing, the optimal option was selected on proposed complex environmental and economical criterion.
Key words: copper ore deposit, geotechnological strategy, transition area, underground geotechnology, opening, mining system, economic-mathematical modeling, complex criterion.
Sokolov Igor Vladimirovich, doctor of technical sciences, head of a laboratory, geotech@, igduran.ru, Russia, Yekaterinburg, Institute of Mining, Ural Branch of the Russian Academy of Sciences,
Nikitin Igor Vladimir ovich, scientific researcher, geotech910@yandex. ru, Russia, Yekaterinburg, Institute of Mining, Ural Branch of the Russian Academy of Sciences,
Solomein Yuri Mikhailovich, scientific researcher, geotech@,igduran. ru, Russia, Yekaterinburg, Institute of Mining, Ural Branch of the Russian Academy of Sciences
Reference
1. Complex development of deposits and deep processing of mineral raw materials / K. N. Trubetskoy, V. A. Chanturia, D. R. Kaplunov, M. V. Rylnikova. Moscow: Nauka, 2010. 437 p.
2. Kaplunov D. R., Radchenko D. N. design Principles and selection of subsurface development technologies that ensure sustainable development of underground mines. Gorny Zhurnal. 2017. no. 11. Pp. 52-59.
3. Yakovlev V. L., kornilkov S. V., Sokolov I. V. Innovative basis of the strategy of integrated development of mineral resources / ed. member-Corr. Of RAS V. L. Yakovlev. Yekaterinburg: IGD Uro RAS, 2018. 360 p.
4. Sashurin A.D. Geomechanical processes and phenomena that determine the safety and efficiency of subsurface use, patterns of their development // Problems of subsurface use [Electronic resource]. 2018. no. 3. Pp. 21-31. URL: http://trud.igduran.ru (accessed: 18.12.2018).
5. N. Wang, B. H. Wan, P. Zhang, X. L. Du, Analysis on deformation development of open-pit slope under the influence of underground mining // Legislation, Technology and Practice of Mine Land Reclamation: Proceedings of the Beijing International Symposium on Land Reclamation and Ecological Restoration (LRER 2014), Beijing, China. - London: Taylor & Francis Group, 2015. R. 53 - 59.
6. Sebutsoe T.C., Musingwini C. Characterizing a mining production system for decision-making purposes in a platinum mine // The Journal of the Southern African Institute of Mining and Metallurgy. 2017. Vol. 117. No. 2. P. 199 - 206.
7. Strategic mining options optimization: Open pit mining, underground mining or both / E. Ben-Awuah, O. Richter, T. Elkington, Y. Pourrahimian // International Journal of Mining Science and Technology. 2016. Vol. 26. No. 6. P. 1065 - 1071.
8. Research of transition processes in the combined development of ore deposits / V. L. Yakovlev, I. V. Sokolov, G. G. Sakantsev, and I. L. Kravchuk // Gorny Zhurnal. 2017. no. 7. Pp. 46-50.
9. Sokolov I. V. Antipin Yu. G., Nikitin I. V. Principles of formation and evaluation criteria of geotechnological strategy of development of transition zones of ore deposits by underground method / / Mining information and analytical Bulletin. 2017. No. 9. Pp. 151 - 160.
10. Volkov Yu. V., Sokolov I. V. Optimization of underground geotechnologies in the strategy of development of ore deposits by a combined method. Gorny Zhurnal. 2011. no. 11. Pp. 41-44.
11. Erzurumlu S. S., Erzurumlu Y. O. Sustainable mining development with community using design thinking and multi-criteria decision analysis. Resources Policy. 2015. Vol. 46. No. 1. P. 6 - 14.
12. Rosa J.C.S., Sanchez L.E. Advances and challenges of incorporating ecosystem services into impact assessment. Journal of Environmental Management. 2016. Vol. 180. P. 485 - 492.
13. Methodology for selecting underground geotechnologies for the development of transition zones in the combined development of ore deposits / I. V. Sokolov, A. A. Smirnov, Yu. G. Antipin, I. V. Nikitin / / Mining journal. 2018. no. 1. Pp. 22-26.
14. Strategy of development of iron ore deposits by ecological-oriented underground geotechnologies / I. V. Sokolov, N. V. Gobov, Yu. g. Antipin, Yu. M. Solomein // Izvestiya of the Tula state University. earth science. 2018. Vol. 2. Pp. 282-295.
15. Matani A.G., Doifode S.K. Effective industrial waste utilization technologies towards cleaner environment // International Journal of Chemical and Physical Sciences. 2015. Vol. 4. No. 1. P. 536-540.
16. Komashchenko V. I. Ecological and economic expediency of utilization of mining waste for the purpose of their processing // Izvestiya of the Tula state University. earth science. 2015. Issue 4. Pp. 23-30.
17. URL: http://www.ugok.ru/ru/activity/primary_production/ (accessed: 02.10.2018).
18. Solomein Yu. M., Nikitin I. V. Determination of ecological and economic efficiency of development of iron ore deposits on the basis of economic and mathematical modeling // Problems of subsurface use [Electronic resource]. 2017. no. 1. Pp. 146-153. URL: http://trud.igduran.ru (accessed: 22.10.2018).
19. the Choice of the option for opening underground reserves in the combined development of deposits based on economic and mathematical modeling / I. V. Sokolov [et al.] // Mining information and analytical Bulletin. 2013. No. 9. S. 357 - 362.
УДК 681.3
АНАЛИТИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА ТЕРМОГРАММ ПРИ ТЕПЛОВИЗИОННОМ ОБСЛЕДОВАНИИ ТЕПЛОПРОВОДОВ ШАХТ И РУДНИКОВ
В.А. Соколов, С.С. Соколова, В.Ф. Рожков
Рассматриваются вопросы исключения из компьютерного анализа неэффективных для решения задачи обнаружения температурных аномалий уровней квантования исходного тепловизионного сигнала. Поиск исключаемых из рассмотрения интервалов осуществляется через вычисление ширины зоны перекрытия гистограмм искомого и фонового сигналов на термограмме участка теплопровода.
Ключевые слова: термография, гистограммный анализ, распределение яркости, производительность анализа, энергоэффективность.
Термография является современным методом изучения состояния тепловых сетей с помощью тепловизионного оборудования. Процесс инфракрасного сканирования нужного участка выполняется дистанционно, и полученные данные позволяют осуществлять комплексную диагностику состояния теплопроводов непосредственно в эксплуатационном режиме.
В основу метода положено свойство тепловизионного наблюдения бесконтактно регистрировать распределение радиационной температуры на поверхности, находящейся в поле зрения тепловизионной камеры.
Аналитическая обработка термограмм, которая осуществляется с использованием специализированного программного обеспечения [1-3], позволяет с достаточно высокой точностью определять места, требующие ремонта теплоизоляции или теплопровода, а также участки теплотрасс с максимальными теплопотерями [4].
Обработка распределенных измерений при решении задачи классификации элементов тепловизионного изображения основана на вычисле-
