Оптимизация вместимости внутреннего отвала на наклонном месторождении Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

© А.А. Зайцева, 2003

УАК 622.271.:519.6

А.А. Зайцева

ОПТИМИЗАЦИЯ ВМЕСТИМОСТИ ВНУТРЕННЕГО ОТВАЛА НА НАКЛОННОМ МЕСТОРОЖЛЕНИИ

Размещение породы в выработанном пространстве карьера на месторождении с наклонным залеганием пластов возможно только при делении карьерного поля на блоки. Размеры блоков и последовательность их отработки могут быть различными: одиночные блоки, когда начало отработки последующего блока совпадает с окончанием работ в предыдущем; спаренные блоки -последующий блок включается в работу в некоторое время t (0 < t < Т, где Т - время полной отработки предыдущего блока). Возможны и другие варианты. Очевидно, что основные характеристики вариантов, режим горных и отвальных работ и приемная

способность внутренних отвалов, значительно отличаются друг от друга. Выбор варианта отработки не тривиальная задача, поэтому

настоящая работа посвящена одному из аспектов выбора - определению длины блоков карьера, обеспечивающей размещение максимальных объемов вскрышных пород в выработанном

пространстве карьера, и установлению ее влияния на режим вскрышных работ.

Поскольку критерием рациональности длины блока выбрана вместимость внутреннего отвала, возведенного на площади выработанного пространства предыдущего блока, то методика расчета предполагает, что задача решается на моделях отработки карьера и формирования

внутреннего отвала в динамике их развития, [1]. Модели строятся с учетом данных о конкретном месторождении и параметрах карьера и отвала.

Месторождение задается количеством угольных пластов, их мощностью и углом падения, а также усредненной отметкой рельефа.

Карьер - длиной (-к), глубиной (Нк), направлением отработки, углами откосов торцевых (аТ) и рабочего (а) бортов и борта погашения работ (ар), рис. 1.

Отвал задается количеством ярусов (к), их высотной отметкой (¿¡), углом естественного откоса яруса, (ае), шириной площадки на ярусе (ер,-), коэффициентом разрыхления пород, а также зависимостью устойчивого угла откоса отвала (;к) от его высоты (Н) и угла подотвальной поверхности (ап). Следует отметить, что величина егр, рассчитывается с учетом ширины дорог, площади разгрузки и величины бермы безопасности, которая может достигать 30-60 м, [2].

На модели карьера рассчитываются объемы вскрыши и угля ( УУ, УБ, У = 1,..п) для различных его

длин, рис. 1, т.е., например, для Ц = Ц ....,

Цк-Цп.1, Цк, где Ц Цк- соответственно, длина блока и конечная длина карьера, п- количество его блоков.

На рис. 2. представлена зависимость УВ(Ь), полученная для карьера с параметрами: Ьк = 5 км, Нк = 250 м, направлением отработки - по падению пласта, ат = 45о, аг = 20о, ар=32о и суммарной мощностью пластов -40 м. Модель отвала, [2],

строится для ряда положений нижней бровки его рабочего

борта. При этом шаг подвигания бровки изменятся от минимального в начале

развития до максимального в конце, что позволяет уловить значимые изменения рабочего борта и повысить точность расчетов. Вместимость отвала УО(Ь) с учетом коэффициента разрыхления породы, в зависимости от удаления его рабочего борта от начала отсыпки представлена на рис. 2.

Методика расчета оптимальной длины блока (отработка одиночными блоками) состоит из

следующих шагов:

1) Для заданной длины Ь1 пионерного блока В} с использованием зависимости УО(Ь) расчитывается вместимость отвала УО1, расположенного на его территории. Используя зависимость УВ(Ь) рассчитывается объем вскрышных пород пионерного блока - УВ1.

2) Длина В2 рассчитывается на основании данных УВ}, УО1 используя обратную функцию ЦУВ

Таблица 1

ПАРАМЕТРЫ БЛОКОВ КАРЬЕРА

N блока м УОп млн м3 УВп млн м3 НтУВ-УО* млн м3

Вариант 1 (О = 66.2%, Р=4.4%)

1 1250 110.56 170.01

2 1250 138.50 135.78 25.23

3 1250 138.49 135.78 -3.02

4 1250 138.49 135.78 -3.02

X 5000 526.06 577.35

Вариант 2 (О = 63.2% , Р=15.8%)

1 800 60.70 121.13

2 1400 155.11 152.07 91.38

3 1400 155.11 152.07 -3.04

4 1400 155.11 152.08 -3.04

X 5000 526.03 577.35

Вариант 3 (О = 55.0%, Р=7.1%)

1 1700 160.41 218.89

2 1100 121.88 119.49 40.9

3 1100 121.87 119.49 -2.4

4 1100 121.88 119.49 -2.4

X 5000 526.04 577.34

Вариант 4 (О = 67% Р=0.0%)

1 1420.0 129.39 189.36

2 1191.1 131.97 129.09 -0.3

3 1214.9 134.60 131.67 -0.3

4 1173.9 130.68 127.23 -7.37

X 5000 526.04 577.34

Здесь О- доля вскрышных пород на внутренний отвал, Р-

процент вскрышных пород на внешний отвал из блока 2

(отрицательный объем - избыток вместимости отвала в предыдущем блоке)

по формуле Ц2 = Ц(УБ1+ УО1) - Ц.

3) Процесс повторяется до полного использования длины карьера.

Разработан комплекс программ, позволяющий автоматизировать построение моделей, расчет объемов вскрыши, вместимости отвала, длины блоков и режима горных работ.

Данные таблицы 1 подтверждают, что случайное назначение длины блоков (варианты 1-3) приводит к дополнительным потерям объемов вскрыши, складируемой на внутреннем отвале, К = 25.23, 91.38, 40.9 млн.м3. То есть помимо вскрыши из пионерного блока, дополнительно направляется на внешний отвал вкрыша из последующих блоков, которая не вмещается в отвале предыдущего блока, в табл. 1 Р = 4.4 - 15.8%. В то же время отвал, расположенный в пространстве следующих блоков может иметь избыточную вместимость (в таблице К со знаком минус). Если длина блоков выбрана оптимально, вариант 4, то на внешний отвал направляется только вскрыша из пионерного блока.

Расчетами установлено, что с уменьшением длины пионерного блока, табл. 2, растет количество блоков карьера и доля вскрышных пород (П), размещаемых на внутреннем отвале.

Режим горных работ при отработке карьера одиночными блоками, рис. 3, характеризуется неравномерной кривой, амплитуда колебаний которой достаточно велика, но уменьшается с ростом числа блоков. Расчеты режима горных работ проводились для вышеописанного карьера с оптимальной длиной блоков, табл. 2.

Частично сгладить неравномерность режима горных работ и обеспечить размещение вскрышных пород в первые годы развития внутреннего отвала, когда длина фронта отвальных работ мала, возможно применив отработку карьера спаренными блоками, которая предполагает, что второй блок используется частично. С целью конкретизации этой части, в качестве ее меры вводится понятие коэффициента использования блока (КИБ) - к<1. КИБ показывает, какая часть горной массы из второго блока добывается параллельно с разработкой основного. Следовательно, размещать во внутреннем отвале необходимо суммарно извлеченную вскрышу. Алгоритм расчета предусматривает поиск не только собственно длины блока, но и КИБ последующего. То есть, в процессе решения задачи производится поиск таких Ц, к, (I = 1,..,п), для которых выполняется равенство:

УО- = (1 - к)УБ, + к+1- УБ+1

где УО-1 - вместимость отвала, расположенного на территории блока Б; УБ, УБ,+1 - объем вскрышных пород в блоках Б, Б1+1; к, к1+1 - коэффициенты использования блоков.

Длина блока (м)

Рис. 2 Объемы вскрышных пород (1) и вместимость отвала (2) в зависимости от длины блока карьера.

Годы

Годы

Рис.2. Режим отработки карьера продольной системой: 1 - без внутреннего отвала, 2 - с внутренним отвалом и делением поля на блоки в количестве а)—3, Ь) — 4, с) — 6, ф — 9.

Рис.3. Режим горных работ при отработке карьера: 1 - одним блоком, 2.а - единичными блоками, 2.б -спаренными блоками.

а)

Ь)

с)

к!

20

25

Таблица 2

РАЦИОНАЛЬНАЯ АЛИНА БЛОКОВ КАРЬЕРА (ОТРАБОТКА ОАИНОЧНЫМИ БЛОКАМИ)

N Nблока

варианта 1 2 3 4 5 6 7 8 9 D (%)

1 1820.0 1599.1 1580.9 59.8

2 1420.0 1191.1 1214.9 1173.9 67.4

3 1050.0 813.7 830.0 846.6 863.5 596.2 74.3

4 740.0 497.6 507.5 517.6 528.0 538.5 549.3 560.3 561.3 80.1

Таблица 3

РАЦИОНАЛЬНАЯ АЛИНА БЛОКОВ И КИА ПРИ ОТРАБОТКЕ КАРЬЕРА СПАРЕННЫМИ БЛОКАМИ

N Nблока

варианта 1 2 3 4 5 6 7 8 9 D (%)

1 1820.0 1001.0 1997.6 181.4 50.4

0.50 0.55 0.50

2 1420.0 852.0 1530.3 230.8 966.9 59.3

0.50 0.50 0.45 0.55

3 1050.0 787.5 845.9 751.1 899.4 666.1 67.6

0.45 0.45 0.45 0.50 0.45

4 740.0 518.0 530.2 526.1 502.8 570.5 505.7 552.4 554.3 75.3

0.50 0.45 0.45 0.50 0.50 0.45 0.55 0.45

Результаты расчета оптимальных длин спаренных блоков и их КИБ представлены в табл. 3. Расчеты проводились для того же карьера, что и длины одиночных блоков. Следует отметить, что не для каждого набора кУ, У = 1, ,9 имеется решение, обеспечивающее максимальное размещение вскрыши в выработанном пространстве. Однако в интервале изменения к,- = 0.2 - 0.5 находится много вариантов деления карьера на блоки для различных наборов. С целью отбора наилучших были введены ограничения по разбросу длин блоков (минимум среднеквадратичных отклонений) и минимизации избытка выработанного пространства, что должно привести к снижению транспортной составляющей.

Расчеты показали, что Л = П - П для вариантов 1-4 составляет 9.4, 8.1, 6.7, 4.8. То есть с

уменьшением длины блоков не только растет абсолютная величина П, но и стирается грань между отработкой единичными и спаренными блоками. На рис. 3 представлен режим горных работ, рассчитанный для варианта 4 (табл. 2 - а и табл. 3 -

б). На рис. 3б наблюдается более равномерный график вскрышных работ, при этом падение коэффициента вскрыши в год начала внутреннего отвалообразования позволяет обеспечить ее полное размещение в стесненных условиях начала формирования отвала.

Выводы.

1. Увеличить долю внутреннего отвалообразо-вания на 5-15% при отработке наклонных месторождений можно за счет выбора количества и рациональных длин блоков карьера.

2. Разработан программный инструмент, позволяющий автоматически рассчитывать рациональное количество и длины блоков как при отработке единичными, так и спаренными блоками.

3. Предложен алгоритм сглаживания режима горных работ при отработке спаренными блоками, обеспечивающий более равномерное извлечение вскрышных пород за счет варьирования длин подвигания горных работ в разных блоках.

------------ СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Зайцева А.А. Об оптимизации режима внутреннего отвалообразования при отработке месторождения с разделением на блоки // ФТПРПИ. - 1996. - № 5.

2. Справочник. Открытые горные работы / К.Н. Трубецкой, М.Г. Потапов, К.Е. Виницкий, Н.Н. Мельников и др. - М.: Горное бюро, 1994.

3. Ржевский В.В. Открытые горные работы, часть2. -М.:: Недра, 1985.

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ

Зайцева А.А.- кандидат технических наук, Институт горного дела СО РАН, г. Новосибирск.

Файл:

Каталог:

Шаблон:

Заголовок:

Содержание:

Автор:

Ключевые слова: Заметки:

Дата создания:

Число сохранений: Дата сохранения: Сохранил:

Полное время правки: Дата печати:

При последней печати страниц: слов: знаков:

ЗАЙЦЕВА

G:\По работе в универе\2003г\Папки 2003\GIAB5_03 C:YUsers\Таня\AppData\Roammg\Micшsoft\ШаблоныYNoImaLdotm Сравнительная оценка двух систем отработки наклонных месторождений

Alla A

21.04.2003 16:42:00 6

21.04.2003 17:09:00 Гитис Л.Х.

27 мин.

08.11.2008 0:57:00

3

1 492 (прибл.)

8 510 (прибл.)