Нормирование готовых к выемке запасов при формировании рабочей зоны карьера Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

удовлетворительно согласуются с данными практики [2], то предлагаемая методика дает завышенные значения критического давления на крепь.

Список литературы

1. Айвазов Ю.Н., Сивцов А. А. Алгоритм решения контактной задачи для тоннельных обделок, обжатых в породу Автомобильные дороги и дорожное строительство. Киев: Будивельник, 1992. Вып. 50 С.81-87.

2. Булычев Н.С. Механика подземных сооружений. М.: Недра. 1994.

382 с.

3.Мусхелишвили Н.И. Некоторые основные задачи математической теории упругости. М.: Наука, 1966. 707 с.

А.А. Sivtsov

ANALYTICAL METHOD OF CALCULATING VERTICAL SHAFT LINING STIFFNESS

Calculation dependences for calculating critical pressure to vertical shaft lining were gotten. Comparing results of calculating by proposed algorithm and existing methods was shown.

Key words: lining, mine, critical pressure, contact interaction, stability.

Получено 12.11.12

УДК 622.271.3

С.И. Фомин, д-р техн. наук, проф., 8-951-655-75-30, [email protected] (Россия, Санкт-Петербург, Горный университет),

A.И. Пономарёв, асп., 922-48-27, Лпёгеу9999 [email protected] (Россия, Санкт-Петербург, Горный университет),

B. А. Шевелев, асп., 8-904-631-47-52, [email protected] (Россия, Санкт-Петербург, Горный университет)

НОРМИРОВАНИЕ ГОТОВЫХ К ВЫЕМКЕ ЗАПАСОВ ПРИ ФОРМИРОВАНИИ РАБОЧЕЙ ЗОНЫ КАРЬЕРА

Рассмотрен способ повышения надежности работы карьера за счет создания резервной полосы рабочих площадок, позволяющей осуществлять оптимальное формирование рабочей зоны.

Ключевые слова: готовые к выемке запасы, рабочая зона карьера, резервная полоса, коэффициент вскрыши.

Регулирование шириной рабочих площадок, а, следовательно, и объемами готовых к выемке запасов на уступах при соблюдении закономерностей формирования карьерного пространства позволяет создавать

определенную форму рабочего борта, соответствующую максимуму надежности работы горнотехнической системы «карьер».

Опережение уступов характеризуют ширина резервной полосы рабочей площадки и объемы готовых к выемке запасов, которые определяют степень зависимости работы уступов друг от друга. Повышение надежности работы карьера может быть достигнуто путем сокращения числа звеньев в последовательном соединении (между подготовкой горной массы к выемке, экскавацией, транспортированием, путевыми работами, отва-лообразованием; между вскрышными и добычными работами), повышения надежности работы каждого звена карьера, резервирования оборудования, создания запасов полезного ископаемого и опережения вскрышных работ.

Для таких звеньев карьера, как смежные уступы, а также вскрышные и добычные работы, резервирование оборудования невозможно из-за большого их количества. Резервирование оборудования эффективно при повышении надежности производственных процессов. Наиболее реальной возможностью повышения надежности горнотехнической системы «карьер» является создание резерва готовых к выемке полезных ископаемых и опережения вскрышных работ. Горнотехническая система «карьер» состоит из подсистем вскрышных и добычных работ, имеющих самостоятельные цели и задачи, направленные на выполнение единой функции - добычи полезного ископаемого. Резерв готовых к выемке запасов (ГВЗ) на каждом горизонте позволяет вести горные работы независимо от вышележащего горизонта в течение некоторого промежутка времени. Коэффициент готовности технологической цепи соответствует надежности работы верхнего рабочего горизонта, а надежность работы других горизонтов будет зависеть не только от коэффициента готовности уступов, но и от запаса между ними. Коэффициент готовности характеризует вероятность работоспособности горнотехнической системы «карьер» в произвольно выбранный момент времени, определяет готовность этой системы к работе и позволяет оценивать эксплуатационные качества системы.

Риск отказа работы вскрышных уступов (подсистемы вскрышных уступов) в течение года

= 1 - к

п-1

Пк*

Щ в Ц2в К

ДЯ Ц к

1е 1е 1в

т^э1в п-1

п-1

П

+

+_2^2в п кв +.

э2в 3

ДВ(п-2)вЦ(п-2)вк(п-2)е £

т( п-2)в2э( п-2)в

(п-2)в

+

ДВ( п-1)в Ц( п-1)в к( п-1)в т( п-1)в2э(п-1)в

(1)

1

2

где ш - количество экскаваторов на 1-м вскрышном горизонте; К - коэффициент готовности 1-го вскрышного уступа; Ь - длина фронта работ на 1-м вскрышном горизонте, м; А - высота 1-го вскрышного уступа, м; ДВ^ - ширина резервной полосы рабочей площадки 1-го вскрышного уступа, м; О ¡в - производительность экскаватора на 1-м вскрышном уступе, м /год.

Риск отказа работы добычных уступов (подсистемы добычных работ) в течение года с учетом надежности работы подсистемы вскрышных работ

КР = 1 - к

пр

п-1

Рпр п к

ДВЬк

+

ор ор ор

шо°

п-1

п к

+

орх-'эор

п-1

+

ДВ Ь hл -п-

Ш1рОэ1р 2

к. +

ДВ( п-2) рЬ( п-2) р h(n-2) р , +

К(п-2)р +

ш,

< э(п-2

(п-2) р^э( п-2) р ДВ( п-1) р Ь(п-1) р п-1) р

(2)

где т

о

ДВ Ь А _ ор ор ор

ш О ор эор

Ш(п-1) р<э(п-1) р

- обеспеченность запасами верхнего добычного ус-

тупа (характеризует запас между нижним вскрышным и верхним добычным уступами); ш;п - количество экскаваторов на 1-м добычном горизон-

1р

те, необходимое для выполнения годового объема работ; Ь. - длина

1р

фронта работ на 1-м добычном горизонте, м; ДВ р - ширина резервной по-

1р

лосы рабочей площадки 1-го добычного уступа, м; А. - высота уступа 1-го

1р

добычного уступа, м; Оэр - производительность экскаватора на 1-м до-

Д В •Ь^уъА^у!

бычном уступе, м3/год; тр = —- обеспеченность запасами 1-го

ш1рОэгр

добычного уступа.

Анализ полученных зависимостей (1) и (2) позволяет сделать вывод: надежность работы уступа определяется коэффициентом готовности технологической цепи на данном уступе, надежностью работы вышележа-

1

1

щего уступа, а также величиной запаса (объем готовых к выемке запасов и опережение вскрыши) между этими уступами.

Горнотехническая система «карьер» является системой со смешанным соединением звеньев, риск недостижения проектной производительности которой определяется как средневзвешенная величина

0 , 21к1 (рпв + то) + 22к2 (Р + т) + к + ОА (Рп-1) + т(п-1))

К = 1--, (3)

с 21 + 22 + 2з + к + Оп

где Р. - надежность работы 1-го добычного горизонта; О; - годовые объе-

1 1

з

мы добычи полезного ископаемого на 1-м горизонте, м .

Рассмотрение вариантов распределения величины запаса на карьере для различной геологической структуры месторождений, определяющей длину фронта добычных работ на уступах, показало, что наименьшее значение величины риска недостижения проектной производительности карьера (0,26) соответствует варианту превышения объемов ГВЗ вышележащих добычных уступов над нижележащими.

Результаты расчета величин резервной полосы рабочих площадок для четырех вариантов распределения длины фронта добычных работ на уступах (при общей по карьеру, для всех вариантов, длине фронта работ 1250 м) представлены в таблице.

Анализируя результаты, представленные в таблице, можно отметить увеличение величины резервной полосы площадок при повышении объема готовых к выемке запасов на горизонте для различных вариантов распределения длины фронта работ на уступах.

Изменение с глубиной величины готовых к выемке запасов ДР ;,

длины фронта работ Ц на уступе, резервной полосы рабочих площадок ДВ ; для четырех вариантов представлено на рис. 1.

Снижение риска недостижения проектной производительности системы «карьер» может быть достигнуто в том случае, когда объем готовых к выемке запасов вышележащего добычного уступа больше, чем нижележащего; для вскрышных уступов - опережение вскрыши (аналог объемов готовых к выемке запасов для вскрышных уступов) вышележащего уступа должно быть меньше, чем нижележащего.

Таким образом, рабочий борт карьера в разрезе должен принять вогнутую форму во вскрышной части и выпуклую - в добычной. При этом риск недостижения проектной производительности системы «карьер» может быть снижен на 10...20 % для карьеров, разрабатывающих крутопадающие рудные месторождения. На рис. 2 представлен график V = /(Р) зависимости нарастающих объемов вскрыши V от нарастающих объемов руды (Р) для рудного карьера, разрабатывающего крутопадающее рудное месторождение.

250 175 100 50 25

Объем готовых к выемке запасов на горизонте, тыс.м3

У///Л1 вариант ШШШ 2 вариант КУЛХЛ13 вариант Е5Э 4 вариант ^^ 1 вариант — 2 вариант ■ а - з вариант ■ 4 вариант

Рис. 1. График изменения с глубиной величины готовых к выемке запасов АР„ резервной полосы рабочих площадок АД для четырех вариантов распределения длины фронта работ I/ на уступе

На графике, представленном на рис. 2, имеются кривые для следующих вариантов:

1 - рабочий борт карьера в разрезе имеет вогнутый вид в подсистеме вскрышных работ и выпуклый вид - в подсистеме добычных работ; 2 -прямолинейная форма рабочего борта (при равной по высоте борта ширине рабочих площадок); 3 - рабочий борт карьера имеет выпуклый вид во вскрышной части и вогнутый - в добычной.

Величина резервной полосы рабочих площадок карьера

Наименование показателей Номер горизонта (добычного)

1 2 3 4 5

Объем готовых к выемке запасов на 3 горизонте, млн м 0,25 0,175 0,1 0,05 0,025

Длина добычного фронта на гори-

зонте Ьь м:

1 -й вариант 400 300 250 200 100

2 -й вариант 100 200 250 300 400

3 -й вариант 150 250 450 250 150

4 -й вариант 350 200 150 200 350

Величина резервной полосы рабо-

чей площадки на горизонте АВЪ м:

1 -й вариант 62,5 58,3 40 25 25

2 -й вариант 250 87,5 40 16,6 6,25

3 -й вариант 166 70 22,2 20 16,6

4-й вариант 71,4 87,5 66,7 25 7,1

Перечисленные варианты формы рабочего борта являются наиболее представительными и характерными для карьеров, разрабатывающих крутопадающие месторождения.

На графике V = /(Р) самое низкое положение будет занимать кривая 3, характеризуемая наибольшим значением величины риска недостижения проектной производительности горнотехнической системы «карьер» среди рассмотренных случаев.

Кривая 1 соответствует наименьшему значению риска недостижения проектной производительности системы «карьер», т. е. выпукло-вогнутой форме рабочего борта, при которой обеспечивается и повышение устойчивости рабочих бортов карьеров [1].

Определение положения рабочего борта карьера, объемов, готовых к выемке запасов, резерва работы карьера на момент окончания подготовки любого горизонта, соответствующего минимально возможному в данных условиях риску недостижения проектной производительности горнотехнической системы «карьер», может быть осуществлено с использованием динамического программирования - метода выбора оптимального решения как функции ранее предпринятых действий.

Оптимизация проводится в два этапа. Первый этап относится к добычным работам. На первом этапе признаком оптимальности принимается максимум объема готовых к выемке запасов на верхнем добычном уступе при поддержании готовых к выемке запасов на всех рабочих уступах по

высоте борта карьера и при соблюдении условия превышения величины этих запасов на вышележащем добычном уступе по сравнению с нижележащим с учетом ряда ограничивающих факторов.

5 300

ч

> 260 220 180 140

100

60

20

31< р г" 3 15

2 1 к , ¡/265 300

ш 0 230 / // г * Г

н II с/190 /

// /У ]

/7 /4/ /7 А в а —*ва —— в а рпант 1 рпант2 рпантЗ

70 / / / ///,00 / \—

Ж по Е

50 100 150 200 250

Р. МЛН. м

300 3

Рис. 2. График зависимости нарастающих объемов вскрыши от нарастающих объемов руды

Установление распределения величин готовых к выемке запасов и опережения вскрыши на момент окончания подготовки ряда или всех горизонтов в процессе разработки карьера, обеспечивающее низкий уровень риска недостижения проектной производительности системы «карьер», позволяет осуществлять оптимальное планирование развития горных работ и формирования рабочего борта карьера.

Результаты расчетов величин готовых к выемке запасов и опережения вскрыши для рудного карьера, разрабатывающего крутопадающую залежь сложного строения, представлены на рис. 3.

Горизонт выемки

Горизонт 40 подготовки

Рис. 3. Распределение объемов готовых к выемке запасов и опережения вскрыши по высоте рабочего борта карьера на момент окончания подготовки горизонтов 40, 25 и 10 м

Объем готовых к

выемке запасов.

з

тыс м

Таким образом, возможно формирование рабочего борта карьера, обеспечивающего минимально возможную в данных условиях величину риска недостижения проектной производительности горнотехнической системы «карьер», на момент окончания подготовки любого горизонта за весь срок отработки карьера.

Список литературы

¡.Фомин С.И. Производительность карьеров и спрос на минеральное сырье. Санкт-Петербург: Изд-во «Тема», 1999. 169 с.

S.I. Fomin, A.I. Ponomarev, V.A. Shevelev

STANDARDIZING RESERVES DURING THE BUILDING OF QUARRY WORKING

AREA

The method for improving the reliability of open pit mines by backing reserve strip of worksites that permits building of an optimum working area is considered.

Key words: reserves, working area of quarry, reserve strip, stripping ratio.

Получено 12.11.12