CC BY
27
УДК 622.271.3 М.Л. Медведев
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГРАНИЦ КАРЬЕРА НА КРУТОПАДАЮЩЕМ МЕСТОРОЖДЕНИИ:
ВЫДЕЛЕНИЕ КРИТИЧЕСКОЙ ЧАСТИ КАРЬЕРНОГО ПОЛЯ
Семинар № 18
В области проектирования открытой разработки крутопадающих месторождений установить рациональные глубину и положение контуров карьера удаётся редко. В связи с чем по большей части карьеров граничные глубина и положение контуров неоднократно пересматриваются. Основные причины специалисты называют следующие: недостаточное информационное обеспечение, изменение конъюнктуры рынка и цен на продукцию горнодобывающих предприятий, энергоносители, оборудование, материалы и др. Однако не следует замалчивать несовершенство методов проектирования и практики их применения.
Существует множество критериев и методов определения границ. Критерии в своей большей части построены на принципе сравнения эффективности открытой и подземной разработки месторождений или затрат на добычу единицы полезного ископаемого с предельно допустимыми. Соотношение эффективности или затрат принято выражать граничным коэффициентом вскрыши (кд) - относительным показателем эффективности, в котором механизмом его расчёта взаимно исключаются погрешности исходных данных, особенно стоимостных. Поэтому при одинаковой достоверности исходной информации
он, как инструмент, надёжнее других. Другое дело, применение кд.
В практике проектирования чаще всего используют метод сравнения контурного коэффициента вскрыши (кк) с ка, кк < кд. Основное замечание специалистов по нему сводится к следующему: модель отработки месторождения по кк не соответствует моделям отработки месторождений в практике, исключает возможность решения задачи с учётом технологи и её параметров. Метод, основанный на принципе ке < кд, где ке - эксплуатационный коэффициент вскрыши, позволяет соблюсти условие адекватности и при соответствующем информационном обеспечении [1] - определить максимальную по условию экономичности добычи полезного ископаемого глубину карьера, отразить динамику ке и кд в развитии горных работ. Предельной глубине карьера, установленной на основе принципа ке
< кд, соответствует и максимум суммарной дисконтированной прибыли. Свойство динамики открывает возможность не только охарактеризовать картину эффективности разработки месторождения в граничных контурах, но и установить в ней критическую область, которая является следствием метода, и соответствует разработке некоторой части карьерного поля.
Рис. 1. Профиль карьера: 1 - залежь полезного ископаемого; 2, 3, 4 - граничный, промежуточный и перспективный контуры; 5, 6 ,7, 8, 9, 10 - характерные положения рабочей зоны
Сущность задачи и её решение.
Равенство показателей сравниваемого и критериального обнаруживается не на отметке граничного дна карьера, а задолго до её достижения. На рис. 1 ему соответствует положение рабочей зоны карьера 8, а на рис. 2, а - общая точка «с» линий kg (1) и ke (2). При нахождении карьера в этом состоянии показатели прибыль и рентабельность равны нулю (рис. 2, б). По выходу из него показатели уве-ли-чиваются до значений, достаточных для обеспечения воспроизводства горных работ в условиях рынка. Однако работать с рентабельностью ниже необходимой предприятие не будет и не сможет.
Следование принципу ke < kg, то же max THt, где nt - дисконтированная прибыль по году t, способствует формированию в нижней части карьерного поля некоторой конфигурации объёма вмещающих пород, при отработке которого издержки приобретают тенденцию приближения к доходам, достигают равенства, затем отстают на достаточную величину, вследствие появления тенденции уменьшения экс-
плуатационного коэффициента вскрыши. Назовём этот объём критической частью карьерного поля и рассмотрим, каким образом нежелательное развитие горных работ в означенной части можно предотвратить.
Примем, как достаточную, рентабельность предприятия 20 %. Скорректируем на эту величину значения граничного показателя (на рис. 2, а линия 3) и соотнесём их со значениями эксплуатационного коэффициента вскрыши. Линия граничного коэффициента по условию рентабельной работы предприятия пересекается с линией эксплуатационного коэффициента вскрыши в точках «а» и «б», которые выделяют область «нерентабельного» коэффициента вскрыши и, следовательно, часть карьерного поля, отработка которой по данной вскрышной нагрузке на добычу полезного ископаемого неэффективна. Эта критическая часть на рис. 1 ограничена положениями рабочей зоны 9 и 10, характеризуемыми отметками дна карьера 360 и 435 м. Продолжительность её отработки, если не изменять ситуацию, составит пять лет.
а.
к
&
с
3
и
л
§
и
ю
&
Глубина карьера, м
Рис. 2. Динамика оценочных показателей как результат установления граничного контура на основе принципа ке < к„ : а - граничный (1), эксплуатационный (2) и гранич-
ный по условию рентабельности (3) коэффициенты вскрыши; прибыль (1) и рентабельность^
удельная приведенная
Упреждение негативного развития горных работ возможно уменьшением вскрышной нагрузки на извлечение полезного ископаемого в пределах выделенного этапа. Часть породы должна быть извлечена с опережением или её извлечение должно быть отложено на более позднее время. Первое решение предполагает увеличение вскрышной нагрузки на добычу полезного ископаемого на предшествующем этапе, что нежелательно. Второе - консервацию извлечения части вмещающих пород с момента достижения дном рабочей зоны карьера (РЗК) отметки 360 м. Его можно осуществить по двум вариантам:
- временно отложить извлече-
ние объёмов породы, обеспечивающее равенство эксплуатационного и граничного по условию рентабельности коэффициентов вскрыши, Ке = КдН, КдП = Кд/(1 + Н), где Н -
рентабельность, достаточная для воспроизводства горных работ, отн. ед.;
- то же, по условию выделения этапа горных работ с еопэ^ в течение времени т > 1, V - годовой объём породы, 1 - интервал времени, равный году.
Решение по первому варианту представлено на рис 3. Эксплуатационный коэффициент вскрыши имеет равные значения с граничным коэффициентом по условию рентабельности на интервале углубления карьера 90 м (рис. 3, а, точки 'У и "в"), не превышает его на последующем интервале.
Второй вариант предполагает отработку оставшейся части карьерного поля - от положения рабочей зоны карьера 9 - с выделением этапов. Продолжительность её отработки -пятнадцать лет, большой период и в его пределах можно выделить 1 - 2 этапа. Попытаемся осуществить этот вариант. Если считать, что два этапа уже выделено при определении границ карьера (рис. 2, а), то это будут третий и четвёртый этапы. Выделим третий этап, исходя из принятой минимальной продолжительности его отработки 7 лет, в течение которой Ке не должен превысить3 Кд3Н. Величина Ке составила 2,89 м3/м , на седьмом году отработки этапа КдН достигает значения 2,89 м3/м3 - условие Ке
< КдН выполняется. Извлечение породы осуществляется в части карьерного
Глубина карьера, м
&
ю
я
Л В 1
Я *
£
Рис. 3. Динамика оценочных показателей по варианту 1: а - граничный (1), эксплуатационный (2) и граничный по условию рентабельности (3) коэффициенты вскрыши; б -удельная приведенная прибыль (1) и рентабельность (2)
а б
к
§
-е
о
Г лубина карьера, м
Рис. 4. Динамика оценочныгх показателей по варианту 2 - два этапа: а - граничный (1), эксплуатационный (2) и граничный по условию рентабельности (3) коэффициенты вскрыши; б - удельная приведенная прибыль (1) и рентабельность (2).
поля, ограниченной положениями рабочей зоны 9 и 10 (рис. 1). Решение задачи демонстрируется в графической форме на рис. 4. Решение не проходит, отработка запасов на последующем этапе нерентабельна (рис. 4, б), уменьшить вскрышную нагрузку путем консервации требуемого объёма пород в его завершающей части не представляется возможным.
В данном случае требование соблюдения минимального срока суще-
ствования этапа не достижимо. Необходимо уменьшить объём породы, извлечение которого приходится
на четвёртый этап, путем перераспределения вскрышной нагрузки на третий этап. В результате такого решения задачи по варианту 2 разработки рассматриваемой части карьерного поля получилось не два, а три этапа. Их продолжительность составила соответственно три, четыре и четыре года. Эксплуатационный ко-
Г лубина карьера, м
о
а
£
Рис. 5. Динамика оценочных показателей по варианту 2 - три этапа: а - граничный (1), эксплуатационный (2) и граничный по условию рентабельности (3) коэффициенты вскрыши; б - удельная приведенная прибыль (1) и рентабельность (2)
эффициент вскрыши по выделенным этапам составил 4, 2.89 и 1.71м3/м3, не превышает значения граничного, а прибыль и рентабельность удовлетворяют требуемым (рис. 5).
Анализ результатов
Трудности добычи полезного ископаемого в нижней части карьерного поля известны давно. Связываются, обычно, с отставанием производства вскрышных работ относительно добычных и снижением производительности горных машин с глубиной. Для их преодоления предложено достаточно много разработок. Критическая область развития горных работ в расчёт не принимается, она неявная, её существование не предполагается.
Нельзя не обратить внимания на сложность решения поставленной задачи. Критическая область находится в нижней части карьерного поля, в которой, в рассматриваемом случае, сосредоточена треть всех запасов полезного ископаемого, подлежащих извлечению открытым способом, возможности в управлении горными работами ограничены. Период её отработки в глубоких карьерах, как показывают исследования, может состав-
лять более 15 лет. Отнести работу карьера на таком временном интервале к «стадии доработки», по-видимому, нецелесообразно, слишком большой период.
Предложенные варианты решения задачи по упреждению снижения до нуля прибыли и рентабельности, обусловленного критической областью горных работ, являются, пожалуй, единственными, если не идти на уменьшение объёма добычи полезного ископаемого. Первый вариант прост в поиске решения, не предполагает большой консервации извлечения вскрышных пород, но переводит карьер практически в стадию длительной доработки и делает сложным на протяжении всего периода достижение оптимального обеспечения производства горных работ техническими средствами, транспортными, энергетическими коммуникациями и другими ресурсами. В этой части второй вариант предпочтительнее. Правда, классического решения, когда продолжительность существования этапов соответствует срокам амортизации основных средств или окупаемости инвестиций, не получа-
ется, по крайней мере, не получилось в рассмотренном случае разработки крутопадающего месторождения. Однако периоды работы карьера от трёх до четырёх лет со стабильными объёмами извлечения вмещающих пород являются более приемлемой основой для достижения эффективного результата, нежели равные оному году.
Величина критической части карьерного поля, применительно к разработке крутопадающего месторождения, зависит от уровня рентабельности, что можно судить по рис. 2, а. Выше требуемый уровень рентабельности (линия 3 будет проходить ниже)
- больше критическая часть. И наоборот. А также от состояния горных работ. На практике, вследствие экономии средств, в ущерб вскрышным работам, верхняя граница критической части карьерного поля находится выше расчётной и, следовательно, по объёму эта часть поля больше расчётной. И тем самым выше опасность оставления значительного количества запасов полезного ископаемого в недрах путём пересмотра границ, вслед-
ствие нерентабельности их извлечения. Решение задачи по варианту 2, когда вскрышная нагрузка на добычу была установлена по условию соответствия временного параметра этапа сроку амортизации основных средств, показало высокую степень реальности такого исхода.
Заключение
Существование критической зоны или области в нижней части карьерного поля обусловлено методами определения границ карьера и управления развитием горных работ. Её положение следует определять при установлении границ карьера или в процессе разработки месторождения, но до достижения горными работами её верхнего контура, чтобы вовремя устранить задолженность по извлечению вскрышных пород, если такая образуется. Отработку нижней части карьерного поля, включающего критическую зону можно и целесообразно вести поэтапно, обеспечивая требуемую рентабельность и полное извлечение запасов в контурах карьера.
------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Научно-методические вопросы определения границ карьера при поэтапной разработке крутопадающего месторождения / М.Л. Медведев, В.Г. Васильева, А.Н. Акишев, Ю.И. Колдырев // Горно-информационный аналитический бюллетень, 2003. - № 11.
— Коротко об авторах------------------------------------------------------
Медведев Михаил Лазаревич - ведущий научный сотрудник, кандидат технических наук, Институт химии и химической технологии СО РАН.
