CC BY
33
УДК 622.271.322.2
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ОТКРЫТОЙ РАЗРАБОТКИ МЕСТОРОЖДЕНИЙ С ГОРИЗОНТАЛЬНЫМ И ПОЛОГИМ ЗАЛЕГАНИЕМ ПЛАСТА
1 9
© Ф.В. Дудинский', К.Б. Нечаев2
Иркутский государственный технический университет, 664074, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
На примере конкретного месторождения рассмотрена реализация методических положений для определения параметров технологии его разработки. Показана возможность использования аналитических методов расчетов, которые позволяют получить большое число расчетных промежуточных и конечных показателей технологической схемы при снижении затрат времени на стадии предварительной подготовки технического решения. Ил. 2. Табл. 2. Библиогр. 3 назв.
Ключевые слова: технология; границы технологий; технологическая схема; параметры схемы; вскрышные работы; конструкция отвалов; отвалообразование.
DETERMINING MAIN PARAMETERS OF OPEN PIT MINING OF A DEPOSIT WITH HORIZONTAL AND LOW DIPPING STRATA
F.V. Dudinskiy, K.B. Nechayev
Irkutsk State Technical University 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074, Russia.
On the example of a particular field, the paper considers the implementation of methodological provisions in order to determine its development technology parameters. The article also demonstrates the possibility of using analytical calculation methods, which allow to obtain a large number of estimated intermediate and final indicators of the process flow sheet while reducing the time spent at the stage of preliminary preparation of a technical solution. 2 figure. 2 tables. 3 sources.
Key words: technology; technology boundaries; flow sheet; flow sheet parameters; stripping operations; waste dump construction; dumping.
При выполнении технико-экономических оценок и подготовке технических решений по разработке месторождений, а также бизнес-планировании необходимы объемные и граничные показатели горных работ, которые можно использовать в оценочных расчетах. Предварительное обоснование исходных параметров элементов системы разработки целесообразно выполнять во взаимосвязи с параметрами технологических схем горных работ, что возможно при использовании математических методов и моделей с их реализацией в современных графических редакторах для компьютерного моделирования.
Месторождение золотоносной россыпи р. Угахан (Иркутская область) относится к долинным залежам, полезное ископаемое которого приурочено к глубокому тальвегу и нескольким террасам. Породы представлены аллювиальными отложениями, мощности которых изменяются, м: торфов - от 10,0 до 15,3 м (среднее - 13,6), пласта полезного ископаемого - от 1,17 до 2,25 (среднем 1,7). Месторождение состоит из трех террасовых глубоких участков с мощностью торфов от 19 м до 32 м (средние 13,6 м, 22,2 м, 22,8 м, 29,0 м) и мощностью пласта песков от 0,5 м до 4,5 м.
По исходным горногеологическим условиям и горнотехническим факторам месторождение подходит для разработки открытым способом с применением
продольной системы разработки. Пологое залегание пласта, значительная мощность вскрыши, изменчивость промышленного контура по ширине месторождения и ограниченное количество запасов предполагает применение комбинированной технологии на вскрышных работах. Во втором случае верхняя часть наносов отрабатывается по бестранспортной технологии с использованием драглайна ЭШ-10/70, а нижняя -с использованием экскаваторно-транспортного комплекса в составе карьерных экскаваторов ЭКГ-5А и автосамосвалов БелАЗ-7522.
На первом этапе оценок целесообразно обосновать границы применения технологий. При разработке месторождений с горизонтальными и слабонаклонными пластами эффективность совместного применения транспортных и бестранспортных технологий будет определяться шириной промышленной части месторождения и мощностью вскрыши. Для установления границы применения бестранспортной технологии по глубине в качестве критерия оценки принимается чистый дисконтированный доход и индекс доходности. Результаты расчетов показывают, что при изменении ширины контура в диапазоне от 100 до 200 м удаление вскрышных пород целесообразно выполнять по бестранспортной технологии соответственно до глубины 10-25 м.
1Дудинский Федор Владимирович, доктор технических наук, профессор кафедры разработки месторождений полезных ископаемых.
Dudinskiy Fedor, Doctor of technical sciences, Professor of the Department of Mineral Deposit Development.
2Нечаев Константин Борисович, научный сотрудник научно-исследовательской части, тел.: (3952) 405104 Nechayev Konstantin, Researcher of the Research Division, tel.: (3952) 405104.
Для принятия решения по конструкции комплекса внешних отвалов и борта карьера целесообразно построить график взаимосвязи коэффициента запаса устойчивости Кзу от высоты борта и отвала. В качестве примера показаны зависимости, полученные по результатам моделирования свойств пород россыпи (рис 1).
лообразованием весьма разнообразны [1-3], но в основном сводятся к решению задач по определению размеров вскрышных заходок, отвалов, мест установки экскаватора, длины пути при перемещении экскаваторов и количества ходов. В качестве критериев оптимальности используются минимальный коэффициент переэкскавации, максимальная производительность и
1,8 т
03 О cd С
03
со
1,6 --
Н К
<и
Я ^ К о jg о
3
1,4 --
1,2 --
А \ \
\ \ \
\ ч —.
"V —!
>- —1- -1- -1-1— —>н
-Отвал 37 град.
— ■ -Борт 45 град. --Борт 38 град.
10,0
15,0
25,0
35,0 Высота, м
Рис. 1. Расчетная зависимость коэффициента запаса устойчивости от высоты
Принимая предельные значения коэффициента запаса устойчивости отвала, # , можно установить
граничные значения элементов и конструкцию схемы. Например, по значению до Кзу = 1,1 получим высоту группового отвала не более 33 м, что с учетом уклона поверхности позволяет применять одноярусное отва-лообразование. Углы откосов бортов карьера при мощности вскрыши до 25 м (безбермовый борт с углом откоса 45 град.) и 32 м (борт с нарезной бермой с углом откоса 38 град.) соответственно по бестранспортной и комбинированной технологиям обеспечиваются при Кзу =1,1.
Для определения конструкции и параметров схем вскрышных работ на практике часто используют графические методы, предполагающие значительное количество построений разрезов с границами технологий и разработку схем вскрышных и добычных работ, при которых производится подбор параметров для получения приемлемого результата.
Исходя из условия ограничения отвалов по высоте принимаем одноярусную схему отвалообразования с последовательной отсыпкой промежуточных отвалов в групповой. При укладке промежуточных отвалов на наклонную поверхность необходимо учитывать изменение высоты отвала в месте разгрузки. Соответственно высота промежуточных отвалов также должна быть не больше высоты группового отвала. Ограничения по высоте промежуточных и конечных отвалов определяют требования к параметрам заходки. Методики расчета технологических схем с внешним отва-
наименьшая себестоимость вскрышных работ.
В зависимости от поставленной цели параметры схемы могут быть задаваемыми и расчетными в различных сочетаниях. Установим целевое назначение -максимальная по ширине заходка при максимально высоком устойчивом промежуточном отвале.
Задаваемые параметры для расчета: Ну - высота уступа; Нр - высота разгрузки экскаватора; х - место размещения оси хода драглайна по отношению к верхней бровке уступа; 11о - высота установки экскаватора относительно поверхности; - радиус разгрузки экскаватора; - конструктивный радиус черпания драглайна; К - расстояние от нижней бровки отвала до верхней бровки уступа; ао - угол откоса отвала; ау -угол откоса уступа или наклона борта карьера; ап -угол откоса поверхности в месте отвалообразования.
Для построения технологической схемы минимально необходимы следующие расчетные параметры: высота отвала, Но; расстояние от нижней бровки отвала до верхней бровки уступа, К; ширина заходки, А; количество заходок, Ы, а также шаг отвалообразо-вания, размер карьерного поля в поперечном сечении, расстояние перемещения заходки, количество ходов для перемещения промежуточных отвалов, объем перевалок.
При расчете технологической схемы учитывается взаимосвязь ширины заходки, места размещения оси хода драглайна по отношению к верхней бровке уступа, расстояние между нижней бровкой внешнего отвала и верхней бровкой уступа с устойчивыми углами
откосов уступа и отвала.
Повышение точности расчетов и приближение их к реальным условиям реализации технологической схемы целесообразно выполнять с контролем расчетных параметров, полученных графическим построением.
Приведем последовательность расчетов для наиболее сложных условий по конкретному разведочному сечению.
1. При известной высоте вскрышного уступа Ну и месте размещения оси хода драглайна х устанавливается предельная высота промежуточного отвала, которая должна быть не более высоты разгрузки драглайна Нр, высоты устойчивого отвала Нуо, и учитывается уклон поверхности в месте разгрузки драглайна. Максимальная высота отвала
Но< - К - х) tgaо < Нр.
2. Далее устанавливается отработка первой за-ходки торцевым забоем, что позволяет одновременно создать разрезную выработку при выемке пород первой заходки. Широкая заходка при торцевом забое может достигаться размещением драглайна внутри нее с учетом того, что размещение оси хода драглайна должно обеспечивать возможность заоткоски уступа. Промежуточный отвал от пород первой заходки имеет треугольное сечение. Расстояние от нижней бровки отвала до верхней бровки уступа с учетом размещения на наклонной поверхности рассчитывается как
K=Rр-НоCtg(aо-an)-х.
3. Определяется необходимый (фактический) радиус черпания драглайна. Если расчетный радиус черпания больше конструктивного, то уменьшается высота отвала до значения, когда радиус черпания будет равен конструктивному. При этом производится пересчет х с учетом размещения отвала на наклонной поверхности.
4. Рассчитывается сечение промежуточного отвала для полученных параметров и определяется необходимая ширина заходки. Максимальная по ширине заходка должна удовлетворять условию А < х + RЧJf.
Далее рассчитываются другие параметры технологической схемы: ширина основания промежуточного отвала при отсыпке в групповой отвал, размер карьерного и отвального полей, расстояние перемещения
заходки, количество ходов для перемещения заходки, объем перевалки пород заходки.
Параметры второй заходки (трапециевидный отвал) определяются из условия ее наибольшей ширины и размещения без переэкскавации.
Отработка третьей и четвертой заходок производится торцевым забоем с размещением пород отвалов за границей контура карьера под уклон. Ширину вскрышных заходок определяем из условия возможности отсыпки максимально высокого отвала с учетом уклона, то есть высота отвала будет больше высоты разгрузки драглайна и ограничивается допустимой величиной по фактору устойчивости. В расчете принимаем одинаковый уклон поверхности отвальной площадки (фактически часть поверхности отвальной площадки имеет выемку и подъем, что примерно компенсирует друг друга). Отвал от четвертой заходки формируется в виде трапециевидного сечения.
С учетом конструкции технологической схемы обосновывается возможная производительность карьера по вскрыше.
Результаты расчетов (табл. 1), разработанная и построенная по расчетным параметрам технологическая схема ведения вскрышных работ (рис. 2) и их сравнение с графическим построением схемы по этому же сечению при проектировании говорят о возможности применения аналитических методов в инженерных построениях.
Для выполнения технико-экономических обоснований и предварительных проработок технического решения необходимо оперировать показателями разработки месторождения при изменении горнотехнических параметров отрабатываемых блоков. В этом случае можно основываться только на расчетных показателях технологии без графических построений по конкурирующим вариантам (табл. 2).
Таким образом.
Использование в оценочных работах аналитических методов на стадии подготовки исходных данных и предварительных расчетов позволяют получить основные исходные параметры системы и технологии разработки.
Аналитические методы расчета параметров технологических схем в сочетании с графическим контролем при построении позволяют достаточно точно определять показатели технологии, даже при сложном рельефе местности.
Таблица 1
Результаты расчетов и графических построений технологической схемы _для ширины промышленного контура месторождения 214,0 м_
Аналитический Графические
расчет построения
Параметр Правый Левый Правый борт Левый
борт борт борт
Номер заходки 1 2 3 4 1 2 3 4
Высота уступа, м 14,6 19,2 17,1 16,3 18,8 18,8 18,6 12
Уклон поверхности отвалообразования, град. 6 6,0 -3,5 -3,5 6 6,0 -3,5 -3,5
Высота разгрузки экскаватора, (высота отвала до горизонта стоянки экскаватора), м 27,5 27,5 27,5 27,5 27,5 27,5 27,5 27,5
Ограничение высоты отвала из-за уклона поверхности, м 20,5 20,5 31,6 31,6 22,7 24,8 25,8 32,2
Угол отвала, град. 37 37,0 37,0 37,0 37 37 37 37
Угол забоя (борта), град. 45 45,0 45,0 45,0 45 45 45 45
Радиус черпания конструктивный, м 66,5 66,9 66,5 66,6 65,0 65,0 65,0 65,0
Фактический радиус черпания, м 37,1 57,3 66,5 66,5 65 65,3 65 65
Радиус разгрузки конструктивный, м 66,5 66,5 66,5 66,6 65,0 65,0 65,0 65,0
Берма, м 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0
Место размещения оси хода драглайна по отношению к верхней бровке уступа, м 6,86 6,9 10,5 8,8 3,8 -15,8* -6,9* 17,7
Необходимое сечение заходки, м2 438,1 863 1024 991 - - - -
Расстояние от нижней бровки отвала до верхней бровки уступа, м 28,0 3,0 16,9 3,0 3,0 113,6 72,4 3,0
Ширина заходки, м 44,6 49 60,0 60,7 68,8 33,8 41,7 67,4
Ширина трапециевидного отвала по верху, м 0,0 25 0,0 16,7 21,8 0,0 27,8 4,2
Количество заходок 2 1 2 1 1 2 2 1
Ширина основания промежуточных отвалов, м 55,8 81 84,5 83,1 0,0 69,1 72,7 0,0
Высота промежуточного отвала, м 20,5 21 31,5 31,6 - 24,6 25,6 32,2
Шаг отвалообразования, м 46,6 81 84,5 48,0 - - - -
Размер карьерного поля в поперечном сечении, м 0,0 234 0,0 278,8 155,4 299,6 0,0 0,0
Шаг перемещения промежуточных отвалов, м 77,0 97 91,4 91,2 - - - -
Количество ходов для перемещения первой заходки, м 2 1 2 1 1 2 2 1
Объем первой перевалки первой заходки, м2 438,1 0 1023,5 0 - 654,0 770,0 -
Общий объем перевалки заходки, м2 438,1 0 1023,5 0,3 - 654,0 770,0 -
Коэффициент переэкскавации на один борт - 0,34 - 0,51 - - - 0,63
Коэффициент переэкскавации в схеме - - - 0,44 - - - 0,45
Примечание. * - обозначенная ось хода экскаватора расположена за пределами вскрышной заходки.
Таблица 2
Результаты расчетов параметров технологии для минимальных и средних значений ширины _промышленного контура месторождения_
Параметр Минимальная ширина промышленного контура, м
100 159
Левый борт Правый борт Левый борт Правый борт
Номер заходки 1 2 3 1 2 3
Мощность вскрыши, м 25 25 25 16 16 16
Высота отвала по условиям устойчивости, м 30 30 30 30 30 30
Ограничение высоты отвала из-за уклона поверхности, м 27,5 27,5 27,5 27,5 27,5 27,5
Угол отвала, град. 37 37 37 37 37 37
Угол забоя (борта), град. 45 45 45 45 45 45
Радиус черпания, м 66,5 66,5 66,5 66,5 66,5 66,5
Фактический радиус черпания, м 31,3 49,1 49,1 46,5 57,4 57,4
Берма, м 10 10 10 3 3 3
Координата Х, м 6,8 6,8 6,8 6,8 6,8 6,8
Ширина заходки, м 38,2 30,9 48,3 53,4 48,2 48,2
Количество заходок 2 1 1 2 1 1
Ширина основания промежуточного отвала, м 47,6 73,0 73,0 64,2 73,0 73,0
Высота промежуточного отвала, м 17,9 27,5 27,5 24,2 27,5 27,5
Размер карьерного поля, м - 159,8 72,9 - 210,9 103,4
Коэффициент переэкскавации на один борт - 0,3 - 0,44 - -
Коэффициент переэкскавации в схеме - 0,18 - 0,28 - -
К) СП
го гп
0 ч
1
тз —1 н
■г.
ю
СО
ю о
750,0
Мшцносгьторфов, м
Мощность песков, м
Технологическая схема вскрышных работ по БЛ 90 - 2004 г.
V ход ЭШ-10/70 57,8 I 54,0
III ход ЭШ-10/70 66,5 I 66,5
VI ход ЭШ-10/70 57,5
66,5
I ход ЭШ 10/70
ч ЭШ-10/70
27,0 28,0 29,0 30,0 31,5 30,0 30,0 29,0
0.5 3.5
3.0 3.5
1.0 5.0 4.0 2.0
Среднее С1 на пласт.
: одержан г/м
0,424 5,348 3,042 2,516 2,122 4,992 1,390 1,273
Отметка поверхности, м
688,0 688,0 696 0 696,0 688,7 696,0 697,9 699,4 700,5 701,8 703,0 704,5 706,6 708,2 710,0 _690.0 690.0 688.7_
715,0
719,0
СО
со
Примечание: 1. Коэффициент переэкскавации Кпер. = 0,43 м3/м3;
£ - Граница лицензии £ - Контур подсчета запасов
00
Рис. 2. Технологическая схема ведения вскрышных работ экскаватором драглайном ЭШ-10/70
со сл
К)
о
Сравнение результатов расчетов и построений с параметрами графически построенной схемы говорят о возможности применения аналитических расчетов и их использовании для поиска рациональных параметров технологических схем.
Для предварительных технико-экономических обоснований разработки месторождений, несмотря на потерю точности, использование аналитических мето-
дов позволяет обеспечить единую базу для сравнения вариантов и сократить время выполнения данных работ. Именно аналитические методы могут служить основой для разработки варианта с рациональными параметрами без значительного перебора вариантов при графическом построении.
Статья поступила 10.09.2014 г.
Библиографический список
1. Дудинский Ф.В. Методические основы определения параметров технологии вскрышных работ с формированием внешних отвалов драглайнами // Вестник ИрГТУ. 2013. № 12. С. 149-153.
2. Кудряшев В.А., Потемкин С.В. Основы проектирования
разработки россыпных месторождений: Учебное пособие для вузов. М.: Недра, 1998. 199 с.
3. Лысков В.М., Костромитинов К.Н. Оценка освоения месторождений золота. Иркутск: Изд-во БГУЭП, 2004. 396 с.
