CC BY
52
© В. С. Коваленко, М.Р. Штейнцайг, 2009
УДК 622. 272
В. С. Коваленко, М.Р. Штейнцайг
ОБ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТЕХНОГЕННОГО РЕСУРСА ВЫРАБОТАННОГО ПРОСТРАНСТВА ПРИ УГЛУБОЧНО-СПЛОШНЫХ СИСТЕМАХ РАЗРАБОТКИ УГОЛЬНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ
Семинар № 17
УЪ планируемой перспективе в
А# угольной промышленности характерна тенденция к освоению новых крупных месторождений, что актуализирует проблематику скорейшего вовлечения в хозяйственный оборот их природных ресурсов при неуклонном соблюдении требований рационализации режимов природополь-зования. Последнее обстоятельство приобретает первоочередное значение, принимая к сведению, что прирост объемов угледобычи планируется в основном за счет открытого способа добычи, в первую очередь, - в крупнейшем Кузнецком угольном бассейне. Здесь около 85% природных запасов минерального ископаемого сосредоточено в месторождениях, представленных свитами пластов наклонного и крутого падения с суммарной мощностью угольной залежи до 200,0м.
Как следует из результатов ранее проведенных исследований [1; 2; 3; 4], в характерных горно-геологичес-ких условиях эксплуатации Кузбасских месторождений минерального ископаемого эффективными могут быть углубочно-сплошные системы разработки, предусматривающие на начальном этапе освоения месторождения строительство карьеров первой очереди.
При этом очевидно, что управление параметрами элементов системы разработки и технологическим порядком формирования карьера первой очереди позволяет эффективно реализовать техногенный ресурс создаваемого выработанного пространства, что, в конечном итоге, способствует улучшению результирующих технико-экономических показателей при соблюдении условий рационализации режимов природопользования.
Применение углубочно-сплошных
поперечных систем разработки гарантирует технико-экономическую эф-
фективность и социально-экологическую приемлемость процессов открытой угледобычи при соблюдении следующих основных принципов построения ресурсосберегающих геотехнологий:
ограничение глубины отработки на наименее угленасыщенном фланге (карьер первой очереди) при условии вовлечения в эксплуатацию основных запасов минерального ископаемого у противоположного флан-га на полную расчетную глубину рабочей зоны; управление направлением и темпом углубки и подви-гания фронта горных работ по простиранию с целью создания возможности размещения примерно 80% объемов вскрышных пород во внутреннем отвале;
придание системе разработки технологической гибкости, позволяющей варьировать мощность добывающего предприятия в зависимости от складывающейся конъюнктуры рынка производимой товарной продукции, степени совершенства вновь создаваемой и применяемой горно-траспортной техники и прочих контролируемых факторов.
Применительно к горно-геологическим условиям, характерным для упомянутых выше угольных месторождений Кузбасса, была установлена [5; 6] рациональная глубина карьера первой очереди, которая изменяется в диапазоне от 70 до 120 м, что обеспечивает эффективность освоения инвестиций как на этапе строительства, так и при отработке запасов угля в период эксплуатации карьера.
Сокращение объемов горнокапитальных работ и текущего коэффициента вскрыши, увеличение приемной способности внутренних отвалов и снижение дальности транспортировки вскрышных пород, уменьшение землеёмкости открытой угледобычи и экологической нагрузки на окружающую среду, минимизация капитальных затрат и сроков освоения производственной мощности угледобывающего предприятия представляются возможными за счет управления высотой отрабатываемого уступа Ну, обобщающей технологические параметры элементов углубочно-сплошных систем разработки (априори принимается равенство высот рабочих уступов на этапах строительства и эксплуатации угледобывающего предприятия, что сообразуется с теоретическими основами открытой угледобычи).
[2; 7]
Это актуализирует задачу установления взаимосвязи Ну с результирующими технико-экономическими и социальноэкологическими показателями открытой угледобычи в характерных условиях горного производства при освоении ресурс-
ной базы месторождений Кузбасса, представленных мощными свитами наклонных и крутопадающих угольных пластов.
В качестве критериев оценки целесообразности принимаемых техникотехнологических решений на базе обосновываемой высоты рабочего уступа карьера первой очереди при углубочно-сплошных системах разработки, помимо известных в мировой практике оценок дисконтированной доходности (МРУ) и внутренней нормы дохода (1ИЯ), основанных на принципах Г. Хоскольда, представляется возможным применение надежно апробированного практикой научных изысканий экспресс-метода оценки возможности минимизации удельных суммарных приведенных затрат: Спр = ЕК+Б ^ шт; где Е - нормируемый (задаваемый) коэффициент рентабельности; К и Б - соответственно, капитальные затраты и эксплуатационные издержки, руб/т. Этот метод позволяет с точностью, достаточной для инженерных расчетов (согласно классификации проф. Л. И. Барона, принятой в горном деле), сокращать трудоемкость предпроектных проработок.
Для типовых технологических схем углубочно-сплошных систем разработки, с использованием известных в практике проектирования взаимосвязей параметров их основных элементов, применительно к упоминаемым ранее характерным условиям эксплуатации угольных месторождений Кузбасса установлено, что увеличение высоты рабочих уступов Ну на этапе строительства карьера первой очереди глубиной Н1 позволяет существенно сократить период Тосв = (Нр.з. -Ш)/Уф.1§ в, лет подготовки угледобывающего предприятия к эксплуатации с задаваемой производственной мощностью, достигаемой на определенном этапе разработки при высоте сплошной рабочей зоны равной:
Оп.и (1-п)
Нр.з. =................0,5Уф^в+Ьн, м
МгУф (1-р)уп.и. где Оп.и - задаваемая производственная мощность по добыче угля, т/год; Мг -суммарная горизонтальная мощность вовлекаемых в отработку пластов, м; Ьн
- мощность покрывающих пород, м; Уф
- скорость подвигания фронта горных пород, м/год; в - угол направления уг-лубки карьера в период его эксплуатации, град.; уп.и. - плотность угля, т/м3 ; п и р - коэффициенты потерь и весового ра-зубоживания угля, соответственно.
Вместе с тем, проведенным вычислительным экспериментом установлено, что с увеличением высоты рабочего уступа карьера первой очереди заметно сокращается приемная способность Qо выработанного пространства для последующего формирования здесь внутренних отвалов на этапе эксплуатации строящегося карьера
Qо = 73,07*(Ну)-1’04, млн. м3
(при корреляционном отношении
г=0,87).
Противоположные тенденции изменения численных значений исследуемых параметров Тосв. и Qо, оказывающих решающее влияние на обеспечиваемые результирующие показатели техникоэкономической и социально-
экологической эффективности процессов открытой угледобычи, предполагают наличие некой зоны рациональных значений исследуемого параметра: 12 < Ну < 15, м.
Результаты графо-аналитического
анализа влияния Ну на граничные значения среднего коэффициента вскрыши Квск., понимаемого как отношение объема вскрышных пород в конечных контурах карьера к задаваемому объему извлекаемого при этом минерального ископаемого, позволяют установить соответствующую зависимость Квск. = 21,10*Ну-0’65, м3/т
(при г=0,83).
Исследование этой зависимости методом конечных приращений позволяет укрупнено оценить область рациональных значений Ну > 10,0 м, при которых практически не ощутимо влияние исследуемого параметра Ну на величину Квск.
Одним из основных факторов, влияющих на экономику горного производства, являются затраты Зі, предопределяемые необходимостью перемещения вскрышных пород к местам их складирования. При этом, как известно из практики проектирования и эксплуатации предприятий открытой угледобычи, некая условно-постоянная составляющая этих затрат (примерно 40-50%) не зависит от величины пробега технологического транспорта:
АТ ,
Зтек. = Зо ( 1 + 0,45 т), руб/м ,
где Зтек.; Зо - себестоимость транспортирования горной массы в текущий момент и на начальный период строительства; Ь; ЛЬ - дальность транспортирования горной массы в начальный период строительства и прирост этого показателя на текущий момент времени, соответственно.
Помимо дальности транспортировки на величину Зі заметное влияние оказывают основные параметры рабочей зоны и взаимосвязанный с ней такой линейный параметр системы разработки как
Ну.
Для целей установления совокупного влияния Ь; Нр.з. и Ну на величину затрат, связанных с транспортировкой горной массы к местам складирования во внешние или внутренние отвалы, представляется целесообразным применение инженерного метода оценок, основывающегося на учете величины энергозатрат по процессам открытых горных разработок. Несколько упро-
щенные, известные в изыскательских работах зависимости энергоемкости Э процесса перемещения горной массы, имеют вид:
- при размещении пород во внешних отвалах высотой Ьо:
+АНу(2Ц + Ь0) + Ь,Ь0 ] я, Дж
- при размещении пород во внутренних отвалах:
г 2(Ну + Ь0) _
Эвн.= А • я [2Нр.з.Ьф + Ь +^---^ Дж
$\па
где Ьф; Ь - протяженность фронта горных работ вкрест простирания и по простиранию, соответственно, м; а - средний угол падения пластов в свите), град; А - ширина рабочей площадки, м; Ьо -дальность транспортировки по отвальному ярусу, м; я - ускорение свободного падения.
Анализ приведенных зависимостей позволяет полагать, что технологии, предусматривающие активное использование техногенного ресурса выработанного пространства, в 4-5 раз менее ресурсоемкие в части транспортных затрат, составляющих около 60% производственной себестоимости добычи минерального ископаемого, по отношению к схемам геотехнологий со складированием вскрышных пород во внешних отвалах.
Полагая, что величина Эвн. пропорциональна значениям Зтек., установлена степень влияния Ну на интенсивность снижения затрат при транспортировании вскрышных пород во внутренний отвал:
ЛЗтек = -24,2 1п(Ну) +47,3, %,
(при г= 0,9)
Исследование этой зависимости показывает, что заметное сокращение транспортных расходов возможно при уменьшении Ну до 8-10 м. В то же время,
увеличение этого параметра более чем на 15 м практически не оказывает влияния на Зтек.
Ключевым этапом проектной проработки подготавливаемого нового горного строительства, в соответствии с действующей нормативно-правовой базой
(СНиП 11-105-95), является обоснование инвестиций, позволяющее принять решение о хозяйственной их необходимости, экономической и социальной целесообразности. Для принятия концептуальных решений о предпочтительности того либо иного технико-технологического решения при освоении ресурсной природной базы открытой угледобычи разработана экономико-математическая модель, связывающая приведенные затраты (Спр) с ожидаемыми горно-геологическими условиями производства, задаваемой мощностью угледобывающего предприятия, высотой рабочей зоны, главными параметрами карьера первой очереди и, наконец, с высотой рабочего уступа, обобщающей прочие параметры элементов углубочно-сплошных систем разработки.
Проведение вычислительного эксперимента с использованием разработанной экономико-математической модели подразумевает наличие информаций о стоимостных показателях применяемого горно-транспортного оборудования. Полагая, что в исследуемых альтернативных вариантах затраты на технологический транспорт и вспомогательную технику остаются неизменными, управляемые параметры элементов системы разработки (в частности - Ну) оказывают влияние только на массо-габаритные, а значит, - на стоимостные показатели применяемой экскавационной техники.
В цикличных геотехнологиях, как правило, применяются механические лопаты (ЭКГ) и карьерные гидрофици-рованные экскаваторы (ЭГ). С точностью, достаточной для проведения оце-
ночных расчетов, установлены следующие корреляционные взаимосвязи рабочей массы О различных видов карьерных выемочно-погрузочных машин, оснащаемых
ковшами емкостью с, при осуществлении регламентируемых эффективных и безопасных условий отработки уступов высотой Ну:
Оэкг = 34,03 Ну + 16,79с - 244,7, т (при коэффициенте множественной корреляции Я = 0,83);
ОЭГ = 16,66 Ну + 20,11с - 116,8, т (Я = 0,85)
Весьма высокие значения коэффициентов Я указывают на тесную корреляционную связь между исследуемыми параметрами для экскаваторов, оснащаемых ковшами емкостью от 5-6 до 15-18 м3.
Применительно к упоминаемой ранее характерной горно-геологичес-кой обстановке и при условии, что некоторое условное месторождение Кузбасса эксплуатируется угледобывающим предприятием с производственной мощностью около 2,5 млн т. в год, основные результаты вычислительного эксперимента, проведенного с использованием разработанной экономико-
математической модели, интерпретируются следующими уравнениями связи: Спр стр = - 0,028НУ3 + 1,455Ну2--25,08Ну + 48,2, руб/м3 (при г= 0,87);
Спр эксп = 11,41 1пНу+29,4, руб/м3 (при г= 0,85)
С точностью, достаточной для оценочных расчетов на этапе принятия концептуальных решений, приведенные выше зависимости позволяют обоснованно судить о целесообразности увеличения задаваемой высоты рабочего уступа, сопровождающей понижение горных работ при углубочно-сплошных поперечных системах разработки.
Изложенное, хорошо корреспондируется с известными в теории и практи-
ке открытых горных работ рекомендациями по построению выпуклого профиля нерабочего борта с целью обеспечения длительной его устойчивости и создания благоприятных условий для формирования внутренних отвалов.
Исследование приведенной выше зависимости ^Нр.з. / dНу > 0) указывает на наличие зоны оптимальных значений суммарных удельных приведенных затрат, что в конкретной горно-
технической обстановке обеспечивается формированием рабочей зоны с высотой
тт опт
уступа Ну .
Применительно к рассматриваемым характерным горно-геологичес-ким условиям угольных месторождений Кузбасса, детализация устанавливаемых на основании результатов инженерного метода оценки Спр ^ шт концептуальных принципов построения схем геотехнологий осуществляется поиском частных решений задачи оптимизации параметров элементов системы разработки. Решение такого рода задачи реализуется на основе упоминаемых ранее норм №У и ЖК
С учетом ранее выявленных закономерностей, уравнения связи исследуемых технологических параметров с результирующими технико-эконо-
мическими показателями имеет вид: ОТУ= -0,171 Ну4 + 5,1442 Ну3 --49,028 Ну2 + 266,41 Ну + 1048,6 (при г=0,83);
1ЯЯ= -0,0011 Ну4 + 0,0237 Ну3 -
-0,1493 Ну2 + 1,2744 Ну + 21,916 (при
г=0,87);
Ток= 0,0043 Ну2 - 0,2065 Ну + +8,3801 (при г=0,80)
Разработанная экономико-математическая модель с использованием установленных взаимосвязей основных результирующих технико-экономичес-ких показателей с высотой уступа карьера первой очереди при углубочно-сплошных системах отработки характерных для Куз-
басса угольных месторождений позволяет провести вычислительный эксперимент с целью установления степени влияния Ну на себестоимость добычи минерального ископаемого на этапах строительства и последующей эксплуатации с проектной нагрузкой предприятия открытой бычи (рисунок). Устанавливаемые таким образом расчетные значения текущих
эксплуатационных издержек характеризуются высокой пенью сходимости со
статистическими (отчетными) данными по отдельным ным разрезам ОАО сразрезуголь» с сопоставимыми расчетным условиями горного производства (коэффициент риации не превышает 35%).
Установленные взаимосвязи основных технико-
экономических показателей открытой угледобычи с высо-ну, м той рабочего уступа карьера первой очереди вкупе с рекомендациями по управлению технологическим порядком формирования его бочей зоны позволяют принимать обоснованные технико-технологичес-кие решения при подготовке к эксплуатации характерных для Кузбасса угольных месторождений, представленных свитами пластов наклонного и крутого падения.
1. Томаков П.И., Коваленко В.С. Природоохранные технологии открытой разработки крутых и наклонных угольных месторождений Кузбасса. Уголь, №І І992, -с.16-20.
2. Томаков П.И., Коваленко В.С. Рациональное землепользование при открытых горных работах. - М.: Недра, І984. -2І3 с.
3. Ржевский В.В. Открытые горные работы. Части І-2.- М.: Недра, І985- 549 с..
4. Богданюк В.Е. Влияние схемы отработки карьерного поля на режим горных работ. Горный журнал, І966, №7.
5. Абдибеков Н.К. Обоснование технологии внутреннего отвалообразования при разработке
--------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
крутопадающих и наклонных угольных месторождений Кузбасса. Автореф. канд. дис. - М.: МГИ, 1993.
6. Талант В.В. Обоснование параметров и технологии строительства карьера первой очереди при углубочно-сплошных поперечных системах разработки.
7. Трубецкой К.Н. Пешков А.А., Мацко НА. Определение области применения способов разработки крутопадающих залежей с использованием заранее сформированного выработанного пространства карьера. Горный журнал. -1994. №1. -с. 51-59. ИШ '
— Коротко об авторах --------------------------------------------------------------
Коваленко В.С. - профессор, доктор технических наук,
Штейнцайг М.Р. - аспирант,
Московский государственный горный университет.
Доклад рекомендован к опубликованию семинаром № 17 симпозиума «Неделя горняка-2009».
Файл:
Каталог:
Шаблон:
1т
Заголовок:
Содержание:
Автор:
Ключевые слова:
Заметки:
Дата создания:
Число сохранений:
Дата сохранения:
Сохранил:
Полное время правки: 6 мин.
Дата печати: 24.03.2009 0:13:00
При последней печати страниц: 6
слов: 2 504 (прибл.)
знаков: 14 278 (прибл.)
8_Коваленко_17
Н:\Новое по работе в универе\ГИАБ-2009\ГИАБ-5\9 С:\и8ег8\Таня\АррБа1а\Коатт§\М1сго80й\Шаблоны\Ко1та1.ёо
© В
Пользователь
15.03.2009 19:41:00 4
17.03.2009 14:01:00 Пользователь
