CC BY
21
© Д.С. Бакуменко, 2015
УЛК 614.8.001.24:532 Д.С. Бакуменко
МОДЕЛИРОВАНИЕ, ОЦЕНКА И УПРАВЛЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ РИСКАМИ ПРИ РАЗРАБОТКЕ ОБВОДНЕННЫХ ПЕСЧАНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ СРЕДСТВАМИ ГИДРОМЕХАНИЗАЦИИ
Изложена методика математического моделирования, оценки и управления технологическими рисками, при разработке обводненных песчаных месторождений средствами гидромеханизации. Методика позволяет принять решение об использовании того или иного комплекса гидромеханизации, при разработке месторождения на стадии проектирования. Ключевые слова: методика, гидравлическая добыча, риски, вероятность, глубина залегания, блоки, эффективность, характеристика, оценка..
ехнологическии риск подразумевает угрозу полной или частичной потери эффективности гидравлической добычи в результате воздействия динамических и статических параметров (рис. 1).
Следовательно, что бы смоделировать технологические риски, возникающие при разработке обводненных песчаных месторождений, необходимо провести анализ горно-геологических данных и параметров комплекса гидромеханизации, участвующего
Динамические параметры
Сяитичеаше параметры
Рис. 1. Динамические и статические параметры, участвующие в определении технологического риска
в добыче. Оценка риска покажет, обеспечивает гидрокомплекс приемлемый уровень эффективности добычи или нет. Управление технологическими рисками включает комплекс мероприятий по изменению параметров гидрокомплекса или технологии разработки месторождения, направленных на уменьшение риска до приемлемого уровня.
Анализ горно-геологических данных месторождения
Первоначально необходимо провести геометрический анализ карьерного поля, а именно определить глубину залегания полезного ископаемого от уровня горизонта воды (УГВ), чтобы установить максимальную глубину разработки для земснаряда. Для этого, по геологическим разрезам находим мощность полезного ископаемого от УГВ до подошвы забоя и рассчитываем вероятность его распределения по каждой разведочной скважине. Данные заносим в табл. 1.
Таблица 1
Вероятность распределения мощности полезного ископаемого от УГВ
Наименование Показатели
X, X: Х2 х1
р, р1 р2 й
где Х - мощность полезного ископаемого от УГВ в Ьтой скважине;
р1 — вероятность распределения мощности полезного ископаемого; (1) 5,-. - площадь поверхности карьерного поля в пределах Ь той скважины; 5 - площадь всего карьерного поля.
При составлении табл. 1 должно выполняться условие Q
Т.Р, = 1,
,=1
где Q - количество разведочных скважин в пределах карьерного поля.
Математическое ожидание мощности полезного ископаемого от УГВ по всему карьерному полю:
М = ^Хр ; (2)
,-=1
Следующий, очень важный этап - деление карьерного поля на блоки отработки. Этот процесс самый трудоемкий и от него будет зависеть принятая система разработки (т.е. порядок и организация производства добычных работ), которая должна обеспечить плановую и безопасную разработку месторождения, максимальное извлечение из недр, высокую производительность труда, выполнение требований по охране окружающей среды и восстановлению земель, нарушенных открытыми горными выработками.
Для этого считаем дисперсию по всему карьерному полю:
й = Х (х,. - м2 Р,. (3)
=1
Далее находим среднее квадратичное отклонение мощности подводной части полезного ископаемого по всему карьерному полю:
а = 4й . (4)
Используя данные инженерно-геологических изысканий, необходимо нанести на план карьера границы блоков отработки. Для этого на геологических разрезах находим отметку скважины, соответствующую наибольшей глубине залегания полезного ископаемого от УГВ и ведем от нее горизонтальные линии влево и вправо, до точки границы в которой глубина уменьшится на величину среднего квадратичного отклонения о. От точки проводим вверх вертикальную линию границы первого блока, которую затем переносим на план карьера. От границы первого блока продолжаем вести горизонтальные линии до точки, в которой глубина изменится на величину среднего квадратичного отклонения о, таким образом, получим линии границ второго и последующих блоков, которые так же переносим на план карьера. На плане объединяем точки соответствующих блоков и получаем границы.
Имея контуры блоков отработки месторождения, необходимо определить порядок и последовательность выполнения горных работ. Для этого считаем математическое ожидание глубины залегания полезного ископаемого от УГВ в каждом единичном блоке. На основании полученных данных будет принята система разработки месторождения.
Горно-геометрический анализ единичных блоков отработки
Мощность полезного ископаемого от УГВ в каждом единичном блоке отличается на величину о, так как это являлось критерием деления. Соответственно можно заключить, что для их разработки потребуются различные типы земснарядов, с разной глубиной разработки и грунтозаборными устройствами, которые при этом должны обеспечить годовую производственную мощность. Так же необходимо определить порядок и организацию отработки - систему разработки месторождения. Для реализации этого необходимо провести анализ каждого единичного блока.
Определяем вероятности распределения полезного ископаемого от УГВ в каждом блоке в зависимости от глубины залегания, для этого вносим данные в табл. 2.
Таблица 2
Вероятность распределения мощности полезного ископаемого от УГВ в единичных блоках
№ блока Наименование Показатели
1 Хц Х1.1 Х1.2 Хи
Р1.1 Р1.1 Р1.2 Р1.1
2 Х2, Х2.1 Х2.2 Х2,
Р21 Р2.1 Р2.2 Р2.1
N ХК1 Х™.1 ХК2 ХК1
Рш Р^31 РК32 Рш
где Х - мощность полезного ископаемого от УГВ в Ьтой сква-
5
жине, И-го блока; = —^ — вероятность распределения
мощности полезного ископаемого в И-ном блоке, по Ьтой скважине; 5ш - площадь поверхности карьерного поля в пределах Ьтой скважины; 5™ - площадь И-го блока отработки.
При составлении табл. 2, должны выполняться условия
я
X р™ = ^
1=1
X ^ = °,
где ц - количество разведочных скважин в пределах Л/-го блока отработки.
Математическое ожидание мощности полезного ископаемого от УГВ в единичном блоке:
Мм = ±Хрм . (5)
/=1
Используя данные табл. 2, для каждого единичного блока, определяем глубину разработки полезного ископаемого земснарядом из условия максимального извлечения недр, т.е. Ьр=Хм.1.тах. Таким образом, получим N значений Ир, которые будут отличаться друг от друга на величину о среднего квадратичного отклонения мощности подводной части полезного ископаемого. Блоки в свою очередь разбиваются на карты, которые представляют собой площадь, отрабатываемую земснарядом от одного подключения плавучего пульпопровода к магистральному. Имея значения Ьр и количество блоков и карт, определяем порядок и последовательность выполнения горных работ в пределах карьерного поля, что и будет являться обоснованием системы разработки месторождения.
В случае, если объем полезного ископаемого сосредоточенный в единичном блоке не позволит обеспечить непрерывную и долговременную работу гидрокомплекса, либо это будет экономически не целесообразно, то необходимо рассмотреть вариант разработки двух и более блоков или всего месторождения одним типом земснаряда и оценить возникающие при этом риски.
Техно логические параметры, характеризующие эффективность работы гидрокомплекса
Технологические параметры, которые определяют вероятность потери эффективности при работе гидрокомплекса, можно разделить на 4 категории:
— технологические процессы ЬгЬ5;
— характеристика забоя Ь6;
— метеорологические условия Ь7,
— энергоснабжение Ь8.
Рх =П Ь (6)
¡=1
где Ь - параметры, определяющие вероятность потери эффективности работы гидрокомплекса.
Структура технологических процессов, при разработке обводненных песчаных месторождений является следующей: по полезному ископаемому или по горной массе при выемке -разрушение массива (гидравлическое, механическое, взрывное) - подъем породы (гидравлический, механический, пневматический) - транспорт от подъемного механизма до установок обогащения (при наличии) - укладка породы в отвал. Если предположить, что каждый механизм, участвующий в процессе добычи является одноэлементным множеством, то такой элемент должен иметь свой вес в зависимости от КПД, что бы оценить технологический риск использования этого механизма.
Обозначим анализируемые множества:
Ь\ - разрушение;
Ь2 - подъем;
Ь3 - транспорт;
Ь4 - обогащение;
Ь5 - укладка в отвал.
Далее представлены коэффициенты, характеризующие структуры технологических процессов. В табл. 3—5, коэффициенты приняты методом экспертных оценок с привязкой к КПД ]-того механизма, что выражено формулой = 2 - ,
где ^ - КПД ]-того механизма. В табл. 6-9, коэффициенты также приняты методом экспертных оценок, но с привязкой к ЕНиР, Сборник Е2 «Земляные работы», Выпуск 2 «Гидромеханизированные земляные работы».
Таблица 3
Параметры, характеризующие разрушение
№ п/п Характеристика разрушения Иг
1 Взрыв (при подготовке мерзлых пород) 2,0
2 Гидравлическое рыхление 1,55
3 Механическое рыхление 1,22
4 Свободный всас 1,0
Таблица 4
Параметры, характеризующие подъем
№ п/п Характеристика подъема и2
1 Эжектор 1,75
2 Эрлифт 1,7
3 Грунтовый насос 1,25
4 Погружной грунтовый насос 1,26
5 Погружной грунтовый пневматический камерный насос 1,3
Таблица 5 Параметры, характеризующие транспорт
№ п/п Характеристика транспорта Ьз
1 Судно 1,5
2 Грунтовый насос (станция перекачки) 1,25
3 Без транспорта, самотечный 1,0
Таблица 6 Параметры, характеризующие обогащение
№ п/п Характеристика обогащения Ы
1 Без обогащения 1,0
2 Грохочение 1,17
3 Обезвоживание 1,30
4 Гидроклассификация 1,35
5 Сгущение с укладкой грунта 1,75
Таблица 7 Параметры, характеризующие укладку в отвал
№ п/п Характеристика укладки в отвал
1 Сброс пульпы в водоем или в отвал без устройства обвалования 1,15
2 Укладка грунта в отвал с устройством обвалования или подводную часть сооружения, односторонний намыв сооружений (штабелей) или намыв свободным откосом 1,15
3 Намыв широкопрофильных частей сооружения, (штабелей) или площадей 1,30
4 Намыв узкопрофильных частей сооружений (штабелей) 1,75
Следующий параметр — характеристика забоя. При разработке грунтов в забоях, поросших камышом или содержащих включения валунов, камней, топляков, пней, деревьев и т.п., засоренность которых превышает 5%, применяются коэффициенты, приведенные в табл. 8.
Таблица 8
Параметры, характеризующие засоренность забоя
Ьб 1,03 1,09 1,16 1,24 1,29 1,35 1,41
Засоренность забоя, % 5-10 10-15 15-20 20-25 25-30 30-35 35-40
Коэффициенты табл. 8, учитывают потери эффективности работы землесосных снарядов как за счет длительности простоев на очистку, так и за счет снижения консистенции пульпы в периоды пусков земснарядов после очистки и остановок перед очисткой.
Не менее важный параметр при разработке месторождения - метеорологические условия. В местностях крайнего севера и приравненных к ним районах в связи с отрицательной температурой воздуха, наличием ледяного покрова в акватории и вечномерзлых грунтов в забое, имеют место параметры, вызывающие усложнение технологического процесса. Коэффициенты, приведенные в табл. 9.
При разработке забоя, содержащего включения мерзлого грунта в периоды с положительной температурой, применяются коэффициенты на разработку засоренного забоя.
При разработке месторождения имеют место параметры, характеризующие энергоснабжение. Коэффициенты, приведенные в табл. 10.
Таблица 9
Параметры, характеризующие метеорологические условия
№ п/п Характеристика метеорологических условий °С и7
1 Среднегодовая температура наружного воздуха >+15 1,15
2 Среднегодовая температура наружного воздуха +7...+15 0,8
3 Среднегодовая температура наружного воздуха +7...0 1,0
4 Среднегодовая температура наружного воздуха 0. — 7 1,13
5 Среднегодовая температура наружного воздуха -7. — 15 1,2
6 Среднегодовая температура наружного воздуха -15. — 20 1,29
Таблица 10
Параметры, характеризующие энергоснабжение
№ п/п Характеристика энергоснабжения
1 Электрические сети, передвижные дизельные электростанции 1,1
2 Дизельные земснаряды 1,0
Моделирование и оценка технологических рисков
Так как карьерное поле разбивается на последовательно отрабатываемые единичные блоки, то технологический риск гм в единичном блоке объемом Уп.и., будет равен произведению вероятности потери эффективности, выраженной через весовую экспоненциальную функцию, чувствительную к разнице мощности п.и. и глубины разработки земснаряда и типу
1 Мг-1)2
добываемого грунта 1 - е * " ' , на технологические параметры, характеризующие эффективность работы гидрокомплекса Рх.
По существу считаем, что вероятность возникновения рисков при работе гидрокомплекса, уменьшается экспоненциально с уменьшением разницы между глубиной разработки земснаряда Ьр и математичесим ожиданием мощности полезного ископаемого от УГВ Мм, с учетом физико-механических свойств грунтов, выраженных через расчетную плотность гидросмеси -
, уо * д + ут *(1 - ш) й .3.3.
У г = ----, где я — удельный расход воды (м /м ),
д + (1 - ш)
т - пористость породы (твердого) (доли ед.), ут - плотность породы (твердого) (т/м3), уо - плотность воды (т/м3).
Применение весовой экспоненциальной функции в виде
-Уг -1]2
1 I )
1 - е * " у при моделировании технологических рисков, обусловлено следующими факторами:
1. Вероятность аварии в технической системе
Р(/") = 1 - е~и имеет экспоненциальное распределение, соответственно можно заключить, что вероятность потери эффективности при работе сложной технической системы, а именно земснаряда, так же имеет экспоненциальное распределение.
2. На всей числовой оси функция распределения принимает только положительные значения и не имеет точек разрыва.
3. При моделировании легко корректируется.
Таким образом, формула для определения технологического риска в единичном блоке, будет иметь вид:
^-1]2
N = Рх(1 - е ^м ) )100% (7)
где Рх - технологические параметры, повышающие или снижающие вероятность потери эффективности при работе гидрокомплекса; уг - расчетная плотность гидросмеси, (т/м3); Ьр
- глубина разработки для земснаряда, (м); М^ - математическое ожидание мощности полезного ископаемого от УГВ в единичном блоке отработки, (м); N - номер единичного блока отработки месторождения.
Технологический риск по всему месторождению:
N
I Цхгх
г = ^-, (8)
х =1
где - объем п.и. в единичном блоке отработки, надводной и подводной части (м3).
Оценка риска дается путем сопоставления критериям приемлемости, которые представлены в табл. 11.
Таблица 11
Критерии приемлемости технологического риска
Оценка риска Критерий Разъяснения
Несущественный риск 0-25 % Нет необходимости в проведении подробного анализа. Гидрокомплекс обеспечивает высокую эффективность работы.
Средний риск 25-50 % Допустимый риск, в случае если эксплуатационные затраты не будут превышать допустимых значений.
Высокий риск 50-75 % Есть необходимость провести дополнительный анализ и изменить структуру существующего гидрокомплекса.
Неприемлемый риск 75-100 % Недопустимый риск. Гидрокомплекс работает не эффективно.
Технологические процессы
Характеристика забоя
М ете о ро ло ги че ские условия
для каждого гидрокоыппекса
Энергоснабжение
Расчетная плотность гидросмеси в единичном блоке
1-е - 2
, -м г„=Рх(1-е )100%
Рис. 2. Сводная диаграмма для определения технологического риска при разработке обводненных песчаньх месторождений средствами гидромеханизации
Методы управления технологическими рисками
Уклонение
ЛОКЙЯЯЩШ Днссшшцня
Рнр^опв
вшяцывввди ЕЕТ"""1
Рис. 3. Методы управления технологическими рисками
Полное определение технологического риска приведено ниже (рис. 2).
Управление технологическими рисками
Управление технологическими рисками включает в себя комплекс мероприятий направленных на уменьшение исходного уровня риска до несущественного. Исходя из классификации методов управления рисками, (рис. 3) существует четыре группы методов: уклонения от риска, локализации риска, диссипации риска, компенсации риска, гттш
КОРОТКО ОБ АВТОРЕ -
Бакуменко Денис Сергеевич - генеральный директор ООО «СТРОЙ-МОНТАЖРЕКОНСТРУКЦИЯ», [email protected]
А
UDC 614.8.001.24:532
TECHNOLOGICAL RISK MODELING, VALUATION AND MANAGEMENT IN HYDRAULIC MINING OF WATER-LOGGED SAND DEPOSITS
Bakumenko D.S., General Director, CMP LLC, [email protected], Russia.
The author describes the procedure of mathematical modeling, valuation and management of technological risks in hydraulic mining of water-logged sand deposits. The procedure enables decision-making on selecting hydraulic mining equipment as early as the mine planning stage.
Key words: procedure, hydraulic mining, risks, probability, occurrence depth, blocks, efficiency, characteristics, valuation.
