CC BY
40
Науки о Земле
УДК 504.55.06: 622
Рязанцев Степан Сергеевич Stepan Ryazantsev
ОПТИМИЗАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ ГОРНОТЕХНИЧЕСКИХ СООРУЖЕНИЙ ПРИ РАЗРАБОТКЕ РУДНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ
PARAMETER OPTIMIZATION OF MINING FACILITIES IN DEVELOPING ORE DEPOSITS
Представлен анализ критериев, позволяющих эффективно использовать земельные отводы, при проектировании месторасположения отвалов на рудных карьерах. При анализе особое внимание уделяется горно-геологическим и природным условиям, а также социально-экологическим ограничениям. Выявлены приоритетные факторы, влияющие на расположение объектов горнодобывающего предприятия, а именно: затраты на отчуждение земельного участка; работы по планировке отвалов; транспортные расходы; затраты на рекультивацию земель. На основе выявленных факторов предлагается целевая функция, минимальное значение которой определяет оптимальное месторасположение объектов горнодобывающего предприятия. Приведены расчеты с использованием данной целевой функции в авторской методике для Жирекенского рудного карьера, определяющей наиболее экономичный вариант технологии открытой разработки месторождения с учетом ценности земель, режима их нарушения и восстановления
Ключевые слова: критерии выбора, оптимальное месторасположение объектов ГДП, оптимизация схем отвалообразования, рекультивация
The paper presents an analysis of the criteria for the effective use of land challenges, the design of the location of ore dump pits. In the analysis mining, geological and environmental conditions as well as social and environmental constraints are focused on. The priority factors influencing the location of mining enterprises, namely the costs of: alienation of land, work on planning dumps, transportation costs, and cost of land restoration are identified. On the base of the mentioned factors the objective function is suggested, the minimum value of which determines the optimal location for mining companies. The calculations using the objective function in the author's method of determining the most cost—effective technology option open field development with the value of land, mode of violation and recovery methods for Zhireken ore mine
Key words: selection criteria, optimal location of the ODS objects, optimization of stacking, reclaiming
Работа выполнена при поддержке ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 гг. (гос. контракт № 14.740.11.0211)
В настоящее время горнорудная промышленность развивается значительными темпами. При этом все больше вни-
мания уделяется на прибыль предприятия, зачастую не обращая внимания на влияния горных работ на окружающую природную среду. Забайкальский край является регионом, где широко развита горнодобывающая промышленность, одной из отраслей которой является разработка рудных месторождений. Разработка месторождений ведется
в основном открытым способом, который предусматривает отчуждение значительных по площади земельных отводов.
При проведении анализа состояния использования земельных отводов на рудных карьерах Забайкалья были исследованы территории горнодобывающих предприятий(ГДП) и прилегающие к ним земельные участки. В частности, проведены исследования на действующем предприятии ОАО «Жирекенский ГОК». Анализ выполненных исследований позволил определить приоритетные направления на снижение нарушения земель, а именно — разработку и внедрение методики оптимизации параметров горнотехнических систем и эффективных технологий ведения горных работ, учитывающей рациональное использование земель. Поэтому при формировании и развитии горнотехнических систем освоения недр снижение негативного воздействия на земельные ресурсы, применяемых геотехнологий на рудных месторождениях, следует считать весьма актуальной научной задачей [3, 4, 5].
Подход к проблеме размещения объектов ГДП с использованием анализа решений носит рекомендательный характер. Он может существенно помочь лицу, принимающему решение, выбрать площадки для объектов ГДП и аргументировать этот выбор.
Анализ существующих критериев, позволяющих эффективно использовать земельные отводы, показал, что большое значение имеет технология разработки месторождения [2]. Эффективность использования земель в первую очередь будет зависеть от системы разработки. Экономические показатели с увеличением глубины работ ухудшаются из-за увеличения расстояния транспортирования горной массы с глубоких горизонтов, роста текущего коэффициента вскрыши ( до определенного момента) и других негативных факторов. Кроме этого, способ вскрытия будет значительно влиять на месторасположения объектов и интенсивность нарушения земель, так как именно в период строительства отчуждается большая часть земель и
создаются условия для рекультивации на перспективу [10]. При этом определяющими параметрами выбора способа ведения горных работ будут являться объем горной массы, расстояние транспортирования и площадь отчуждаемых земель. В связи с этим, названные параметры предложено вывести в стоимостную оценку, которая будет определять наилучшую технологию ведения горных работ с наименьшим ущербом на земельные ресурсы [6].
По каждой группе критериев определены основные факторы, влияющие на расположение объектов горнодобывающего предприятия, а именно затраты на: 1) отчуждение земельного участка (Яз); 2) работы по планировке отвалов (Япл); 3) транспортные расходы (Ятр); 4) затраты на рекультивацию земель(Яр) (рис. 1).
Исходными данными для вычисления затрат, связанных с отчуждением, являются координаты участков земли различной ценности и удельные показатели стоимости ее изъятия: норматив освоения новых земель целевого назначения взамен изымаемых (у1); компенсация выбытия основных фондов и объектов инженерной инфраструктуры, потери производства на землях целевого назначения (у2); ущерб от изъятия или ухудшения качества земель, ценных в природном и социально-экономическом отношении (уЗ). В случае приобретения земельного участка в собственность к затратам по отчуждению добавляется ежегодный земельный налог (у4). По полученным значениям площадей (£) 1-х участков различной ценности, попадающих в зону отчуждениями удельной стоимости их изъятия рассчитывается общая стоимость отведения земельных фондов (Я ) с учетом дисконтирования за расчетный период (Т):
Т М1
^ =ХХ Л (У1+ У 2 + + У 4 ,
(=1 1=1
где М1 — количество участков;
а! — коэффициент дисконтирования.
Если данный участок земли ГДП берет в аренду, то за пользование землей взимается арендная плата (у5), исчисляемая в
процентах к нормативу стоимости освоения новых земель, и стоимость изъятия земельного фонда будет определяться как
Т М1
8 = Ц Л (у + А- + у 5, .
г=1 г=1
Стоимость инженерной подготовки территории площадки определяется для каждого варианта размещения объектов ГДП в зависимости от вида строительной техники; группы грунта по трудности разработки и мощности его слоя; с учетом следующего положения проектные планировочные плоскости площадок приняты с учетом угла рельефа местности. Общая стоимость планировочных работ на отвалах определяется по формуле
Т М 2 М 3
г=1 z=1 у=1
где Ун — объемы земляных работ насыпи;
Рн — укрупненные показатели стоимости земельных работ по насыпи;
М2 — количество /-х участков с одинаковым геологическим строением;
МЗ — количество ]-й группы грунта.
Для определения объемов земляных работ методикой предусматривается использование цифровой модели рельефа местности (ЦМР). ЦМР представляет собой аналитическую модель реальной поверхности земли, создаваемую по совокупности характерных точек рельефа путем аппроксимации. Затраты на транспортировку выражаются следующей зависимостью:
Т М 4
= ££(А * Ь * Гк )а,
г=1 к=1
где и Ьк — соответственно укрупненный показатель стоимости транспортировки и дальность к-й трассы;
Гк — грузооборот;
М4 — количество инженерных коммуникаций.
Эффективность рекультивационных работ в значительной степени зависит от
срока проведения последних. Поэтому ущерб от задержки рекультивации земель необходимо определять с учетом фактора времени [7].
У горных предприятий нет достаточных средств для проведения ликвидационных работ и работ по рекультивации на завершающем этапе разработки. Поэтому на ГДП, ведущих разработку МПИ в течение 20...30 лет и более, зачастую рекультивация не проводится, так как не созданы условия для ее проведения. Из этого следует, что рекультивационные работы необходимо проектировать до окончания срока эксплуатации месторождения [3].
Если земли площадью Б1 оставляются невосстановленными на год, то в будущем году приведенная площадь невосстановленных земель будет равна 2Б. Тогда приведенная площадь невосстановленных земель в течение двух лет будет равна 2Б1+Б2, а в течение трех лет — 351 + 2Б2+Б3 и т.д.
Затраты на рекультивацию представлены следующей зависимостью:
Т
8 = V - 8,
— о+£»У
где Т — расчетный период, исчисляется от года проведения оценки до года отработки месторождения;
— ценность продукции за год, исчисленная в замыкающих затратах го года;
— сумма капитальных и эксплуатационных затрат, получаемая к году освоения;
8н .п — норматив для приведения разновременных затрат.
Таким образом, основными факторами, определяющими местоположение объектов строительства горнодобывающих предприятий, ведущих и проектирующих разработку открытым способом, будут являться затраты на транспортирование, планировку отвалов, рекультивацию и отчуждение земель. Выявленные факторы позволяют ГДП контролировать воздействие на земельные ресурсы и избежать неверных управленческих решений, а также на стадиях проектирования и разработки
месторождения рационально и эффективно использовать участки земельных отводов. Целевая функция (ЦФ) в математической
ЦФ = 0,428з(х1, у1) + 0,128пл(х1,у1,л) +
Разработанный критерий позволяет наглядно регулировать затраты, связанные с нарушением и восстановлением земель.
Для решения поставленной задачи целесообразно воспользоваться методами поиска, в которых направление минимизации полностью определяется на основании последовательных вычислений целевой функции. Алгоритм решения представлен в виде обобщенной блок-схемы (рис. 2) и являет-
постановке задачи оптимизации размещения площадок имеет вид:
»,23STp(xi .yi) + 0,23Sp(xi, yi, zi) ^ min.
ся основой для составления программы [1].
Кроме того, в начальные годы работы карьера будет иметь место перепробег автотранспорта на нижние ярусы отвала. Вариант с одновременной отсыпкой всех ярусов отвала создает условия для ускорения рекультивационных работ и не требует создания складов почвы и потенциально плодородных пород.
Природные условия
Социально-экологические ограничения
Рис. 1. Факторы, определяющие местоположение объектов ГДП
Рис. 2. Обобщенная блок-схема оптимизации размещения объектов строительства с учетом рационального использования земель
Отсыпка отвала с верхних отметок сов требует осуществления мероприятий
склона позволяет уменьшить расстояние по обеспечению устойчивости отвала или
транспортирования вскрыши в начальные изыскания эффективных способов по уп-
годы эксплуатации месторождения. Однако равлению оползневыми процессами отвала
вариант одновременной отсыпки всех яру- [9].
Данная методика позволяет выбрать наиболее экономичный вариант технологии открытой разработки месторождения с учетом ценности земель, режима их нарушения и восстановления.
Нами произведены расчеты по обоснованию схемы формирования отвала на
Жирекенском ГОКе. По рассчитанным данным получены зависимости (рис. 3-4). Результаты расчета по обоснованию схемы отвалообразования с одновременной отсыпкой всех ярусов представлены в таблице.
Результаты расчета по обоснованию схемы отвалообразования с одновременной отсыпкой всех ярусов на примере Жирекенского ГОКа
Периоды разработки Площадь нарушенных земель, га Площадь рекультивированных земель, га Sз, тыс. руб. Sпл, тыс. руб. Sтр, тыс. руб. Sр, тыс. руб. Экономический эффект
Строительствo 417 0 40162,7 39774,7 89003,2 0,0 1861,3
Пуск 180 24 10553,4 12520,9 81733,0 16159,2 482,4
Эксплуатация 790 421 25165,8 21828,1 399797,3 73971,9 1125,0
Доработка 76 171 9570,7 9348,9 81504,8 38627,6 437,5
Итого 1464 616 85452,7 83472,7 652038,3 128758,7 3906,3
Экономический эффект 1689,3 12598,9 1300,1 15588,3
Установлено, что этот вариант отсып- меньших на 12598,8 тыс. руб. затратах на
ки, отвала является наиболее эффектив- транспортирование, меньшими затрата-
ным и обеспечивает, по сравнению с вари- ми на рекультивацию на 1300,1 тыс. руб.,
антом поярусной отсыпки, экономический меньшем на 1689,2 тыс. руб. ущербе от от-
эффект в размере 15588,5 тыс. руб. при чуждения земель.
^ 80000000
60000000
50000000 40000000 30000000 20000000 10000000 0
у = -10450х4 + 2Е+06х3 - 2Е+07х2 + 5Е+07х + 3Е+07 _К2 = 0,934
у = 63197x4 - 56244x3 - 38236x2 + 1E+07x - 1Е+07 К2 = 0,872
у = 19624^ - 4Е+06^ + 3Е+07х - 9E+07x + 1Е+08 К2= 0,996
1985-1990 1990-1995 2000-2005 2005-2010 2010-2015 2015-2020 2020-2025 2025-2030
-•-Бр
-А-Бтр
-Полиномиальный (Бз)
-■-Бз
-Полиномиальный (Бр)
-Полиномиальный (Бтр)
Рис. 3. Схема изменения основных показателей целевой функции при одновременной отсыпке всех ярусов
140000000 120000000 100000000 80000000 60000000 40000000 20000000 0
-20000000
y = -39274x4 + 7E+06x3 - 4E+07x2 + 1E+08x + 3E+06
R2 = 0,994
y = -16520x4 + 3E+06x3 - 2E+07x2 + 5£-07x - 3E+07 R2 = 0,965
y = 12651x4 - 3E+06x3 + 2E+07x2 - 6E+07x + 57 R2 = 0,992
1985-1990 1990-1995 2000-2005 2005-2010 2010-2015 2015-2020 2020-2025 2025-2030
-•-Sp STp
-Полиномиальный (S3)
-■-S3
-Полиномиальный (Sp)
-Полиномиальный (STp)
Рис. 4. Схема изменения основных показателей целевой функции
при поярусной отсыпке
По приведенным данным видно, что рекультивацию следует проводить на стадии разработки месторождения, совмещая ее с процессом отвалообразования, тем самым создавая условия для самозарастания и снижения затрат на биологическую рекультивацию [8].
Таким образом, выбор оптимального
Литература
варианта размещения площадки под конкретные объекты ГДП и срока рекультивации осуществляется при минимальном значении целевой функции. Площадки, соответствующие оптимальному варианту, расположены на почвах с наименьшей природной ценностью и с самыми низкими значениями бонитетов насаждений.
1. Дурманова Е.В. Оптимизация размещения производственной базы строительства с учетом охраны и рационального использования земельного фонда: дис. канд. экон. наук: СПб.: гос. техн. ун-т, 160 с.
2. Мельников И.Т., Кутлубаев И.М., Суров А.И. [и др.] Разработка методики определения рациональных параметров намывных хвостохранилищ и отвалов вскрыши // Вестник МПУ им. Г.И. Носова. 2011. № 1. С. 9-13.
3. Овешников Ю.М., Рязанцев С.С. Особенности использования земельных отводов Жирек-енскким горно-обогатительным комбинатом // Вестник РАЕН. Чита: ЧитГУ, 2009. № 1. С. 81-85.
4. Овешников Ю.М., Рязанцев С.С. Оценка и перспектива нарушения земель Жирекенским Горно-обогатительным комбинатом // Вестник ЧитГУ. Чита: ЧитГУ, 2011. № 3. С. 46-52.
5. Овешников Ю.М., Рязанцев С.С. Состояние и перспективы освоения земельных ресурсов на Жирекенском горно-обогатительном комбинате // Горный журнал. М., 2011. № 3. С. 41-44.
6. Рязанцев С.С. К вопросу о критериях эффективности использование земельных отводов при открытой разработке месторождений // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал) Mining informational and analytical bulletin (scientific and technical journal). 2012. № 4. С. 403-407.
7. Рязанцев С.С., Овешников Ю.М. Методика оценки ущерба от нарушения земель с учетом фактора времени: матер. 7 Междунар. науч. школы молодых ученых и специалистов. 15-19 ноября 2010 г. // Проблемы освоения недр в XXI веке глазами молодых. М., 2010. С. 116-118.
8. Рязанцев С.С. Технико-экономическая оценка восстановления земель на Жирекенском ГОКе // Вестник ЗабГК Чита: ЗабГК, 2009. № 2. С. 95-98.
9. Рязанцев С.С. Овешников Ю.М. Об эффективности использования земельных отводов Жирекенским ГОКом: матер. IX Всеросс. конф. // Кулагинские чтения. Ч. VII. Чита, 2009. С. 81-85.
10. Томаков П.И., Коваленко В.С. Рациональное землепользование при открытых горных работах. М.: Недра, 1984. 213 с.
Коротко об авторе
Briefly about the author
Рязанцев С. С., ст. преподаватель, каф. «Открытые горные работы», Забайкальский государственный университет (ЗабГУ) stepansr@mail.ru
S. Ryazantsev, Senior teacher, Open cast mining department, Zabaikalsky State University
Научные интересы: исследование рекультивации нарушенных земель открытыми горными работами, охрана окружающей среды, оптимизация параметров горнотехнических сооружений
Scientific interests: revegetation open pit mining study, environment, optimization of parameters of mining facilities
