CC BY
23
- © И.Э. Богуславский, C.B. Кирюков,
Т.А. Проломова, A.A. Баринов, 2015
УДК 622.015; 622.013.3
И.Э. Богуславский, С.В. Кирюков, Т.А. Проломова, А.А. Баринов
ОПЫТ ЗАО «ПИТЕРГОРПРОЕКТ» B ЧАСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ГЛУБОКИХ КАРЬЕРОВ В УСЛОВИЯХ СОВРЕМЕННОЙ РОССИИ
Описаны процессы и результаты проектирования двух глубоких карьеров с упором на применение программ-оптимизаторов для определения направления развития горных работ. Представлен опыт применения программы-оптимизатора горных работ для сквозной оптимизации добычных и обогатительных процессов на крупном железорудном карьере. Направление ведения горных работ определяется с учетом показателей обогатимости руды. Ключевые слова: опыт проектирования глубоких карьеров, обогатимость, добыча, компьютерное моделирование, оптимизация, направление развития открытых горных работ.
В статье предлагается краткий обзор опыта проектирования горной части двух глубоких карьеров:
• на золоторудном месторождении «Наталка», Магаданская область.
• на железорудном месторождении «Собственно-Качканарское», Урал.
Оба проекта выполнены «ПитерГОРпроектом» в период с
2009 по 2014 гг.
Наталкинский карьер расположен в центральной части Магаданской области. Месторождение отрабатывалось подземным способом в течение 50 лет, законсервировано в 2004 г. Помимо старых горных выработок отработка осложняется следующими факторами:
• сложный нагорный рельеф с большими перепадами высотных отметок;
• удаленность от промышленных центров, слабая инфраструктура;
• наличие мощного слоя вечной мерзлоты и подмерзлотных напорных вод;
• необходимость поддерживать высокую годовую производительность.
Общие запасы руды на месторождении - более 850 млн. По формуле Тейлора годовая производительность должна составлять 36 млн т/год. Проектом предполагается выход на 40 млн т/год.
Месторождение планируется отрабатывать последовательным вводом очередей.
На начальном этапе отработки предполагается недостаток электроэнергии, поэтому планируется использование дизельного выемоч-но-погрузочного и бурового оборудования с последующей заменой на электрическое исполнение с сохранением выбранных типоразмеров.
Особенности рельефа в рассматриваемом регионе делят карьер на нагорную и глубинную части (ниже достигаемого замкнутого контура по поверхности), что предусматривает разные варианты вскрытия. Оптимальным способом вскрытия нагорной части карьера является вскрытие внешними полутраншеями через каждые 30м по вертикали. Полутраншеи примыкают к основной автодороге, по которой осуществляется связь карьера с отвалами и промп-лощадкой, каждая внешняя полутраншея, примыкающая к карьеру, используется для вскрытия рабочих горизонтов вверх и вниз относительно отметки примыкания к технологической дороге.
Вскрытие глубинной части карьерного поля, осуществляется траншеями внутреннего заложения. С развитием горных работ, увеличением глубины и понижением дна карьера (ниже замкнутого контура) дальность и высота транспортирования горной массы резко возрастает, соответственно, увеличивается объем грузовой работы, возникает необходимость увеличения парка большегрузных автосамосвалов.
На рис. 1 и 2 (см. Приложение, с. 439) представлены положения горных работ на 7 год и на конец отработки. К 7 году карьер только на отдельных участках выходит на конечный контур. В это время необходимо резко повысить производительность по породе для обеспечения будущего скачка по руде до 40 млн т/год.
Наступает период, когда необходимые объемы транспортирования горной массы превышают границу экономически эффективного применения на открытых горных работах только одного вида транспорта - автомобильного. Возникает необходимость рассмотрения другой транспортной составляющей — конвейерной. Автомобильный транспорт выступает как сборочный, а конвейерный - как магистральный, выполняя основную грузовую работу по подъему горной массы и транспортированию до окончательного места разгрузки.
При выходе на проектную производительность 40 млн тонн руды в год производительность по вскрыше составляет 45 млн м3. При вывозе этой вскрыши по двум съездам в торцах карьера частота движения самосвала грузоподъемностью грузоподъемностью 300 тонн составляет 1 машину каждые 1,5 минуты.
В рассматриваемых условиях в проекте реализована конвейерная технология с использованием:
• наклонных конвейерных стволов в торцах карьера для транспортирования породы в отвалы;
• наклонных конвейерных стволов в средней части карьера для транспортирования рудных потоков.
В наклонных стволах располагаются конвейерные линии. Трассировка наклонных стволов выбрана таким образом, чтобы посредством коротких штолен иметь возможность выхода в карьер на различных высотных отметках, где устанавливаются полустационарные дробильные комплексы и далее руда и порода транспортируется на фабрику и в отвалы. По мере опускания горных работ дробилки пошагово переносятся с верхних горизонтов на нижележащие.
Работы по реализации проекта были начаты, но впоследствии приостановлены по следующим причинам:
• балансовые запасы по месторождению не подтвердились;
• упали мировые цены на золото
Проект Собственно-Качканарского карьера выполнен для Кач-канарского ГОКа, на смену выбывающим запасам Гусевогорского месторождения. Календарный план отработки построен до 2045 г. Особенность этого проекта - карьер и фабрику разделяет «бутылочное горло» — дамба, по которой транспортируется руда.
Собственно-Качканарское месторождение представляет собой крупную железорудную залежь, протяженность которой достигает 5200 м при максимальной ширине 3000 м. Особенности рельефа по абсолютным отметкам условно делят карьер на нагорную (выше отм. +475 м. до отм. +830 м) и глубинную части (ниже отм. +475 м). Определились два возможных направления вскрытия и отработки месторождения:
«Западный вариант» - от западной границы конечного контура карьера (по рельефу сверху вниз). Этот вариант основан на определении направления открытых горных работ с применением блочного компьютерного моделирования по программному комплексу NPV Scheduler;
«Восточный вариант» - от восточной границы конечного контура карьера (по рельефу снизу вверх). Этот вариант основан на обеспечении минимального расстояния транспортирования руды до перегрузочного пункта.
По принятому проекту развитие начинается южнее центральной части в конечном контуре с дальнейшим развитием в западном направлении с понижением и постановкой части борта карьера в конечное положение. На рис. 3 и 4 (см. Приложение, с. 440) приведены положения карьера на 2045 год и на конец отработки балансовых запасов.
По результатам технико-экономических расчетов был принят для проектирования «Западный вариант» вскрытия месторожде-
ния с автомобильно-конвейерным способом транспортирования руды и использованием конвейера Эорре1тауг (НореСоп).
В таблице приведено сравнение основных параметров Натап-кинского и Собственно-Качканарского карьеров. Эти два карьера удачно представляют крайние типы глубоких карьеров;
• Наталка - крутопадающая рудная залежь со сравнительно небольшой мощностью, большой коэффициент вскрыши, контрастная граница руда - вскрыша.
• Собственно Качканарское - Изометрическое рудное тело, вскрыша относительно невелика, граница руда - вскрыша только по содержанию.
При проектировании глубоких карьеров определились несколько условий, накладываемых на проект как требованиями заказчиков к качеству проектов, так и формальными требованиями контролирующих органов:
• Выполнение горно-геологической части проекта с использованием компьютерной модели месторождения. Модель используется на всех стадиях проектирования, начиная от различного рода ТЭО до рабочей документации. Позволяет оперативно и точно определять объемы руды и породы и качество руды в различных контурах карьеров. Обычно представляется заказчиком проекта в составе исходных данных. Задача проектировщика - адаптировать модель с учетом тоннажа и содержания поставленных на баланс запасов.
• Использование программ-оптимизаторов карьера. Позволяет определить предельный контур карьера и промежуточные контуры по периодам отработки. Для использования оптимизаторов необходимо наличие модели месторождения. При сложном рельефе
Таблица
Основные параметры глубоких карьеров в проектах, выполненных ЗАО «ПитерГОРпроект»
Название карьера Наталка Собственно-Качканарский
Запасы по балансовой руде, млн т 840 6870 (до 2045 г - 936)
Максимальная проектная производительность, млн т/год 40 45
Глубина карьера, м (по замкнутому контуру) 950 (500) 450 (60)
Длина и ширина карьера, м 5000x2000 5350x3730
Коэффициент вскрыши, м3/т 1,12 0,08
Высота рабочего уступа, м 15 15
и сложном характере залегания рудных тел или невыдержанном содержании полезного компонента правильно определить контуры карьера по периодам отработки без использования оптимизаторов крайне затратно - необходимо просчитывать до экономических показателей десятки вариантов.
• Сложилась следующая практика - на начальной стадии проектирования определяются с использованием оптимизатора несколько вариантов развития карьера (не более десяти) с примерно равными экономическими показателями, по ним делается предварительный выбор оборудования, и совместно с заказчиком выбирается до 3 вариантов для детальной проработки.
Поясним на примере особенности использования программы-оптимизатора с моделью, содержащей данные по обогатимости магнетитовых руд.
Работа оптимизатора основана на сравнении извлекаемой из руды стоимости с затратами для каждой ячейки компьютерной модели месторождения. При проектировании отработки одного из железорудных месторождений мы столкнулись с желанием Заказчика учитывать в проекте не только извлекаемую ценность, но и обогатимость железной руды, фактор который не имеет прямой взаимосвязи с извлекаемой ценностью, но сильно влияющий на экономику переработки и как следствие, на экономику всего ГОКа. Для определения направления развития горных работ в модель месторождения было добавлено поле эффективного содержания железа. Понятие эффективное содержание учитывает не только количество извлекаемой ценности содержащейся в добываемой руде, но и эффективность её переработки:
где Аэф — эффективное содержание извлекаемой ценности; А -расчетное содержание извлекаемого железа общего; аРМ - содержание железа магнитного в руде в весовых %; аРО - содержание железа общего в руде в весовых %; К3 - коэффициент захвата слабомагнитных минералов железа; В - коррелирующий коэффициент; от 1,7 до 2,0; аРО - содержание железа общего в руде в весовых %; ем - коэффициент извлечения магнитного железа из руды; 0,97-0,98; рд - обогатимость по Девису, содержание Ре общего в концентрате, в весовых %; рк - содержание железа общего в стандартизованном товарном концентрате, %; р - коэф-
А^ = А[1 + Р(рл-рк)] ,
А = а тКз е
'РМ з м >
фициент эффективности; назначаемая величина, определяющая степень влияния качественного фактора оптимизации;
Выполнено несколько вариантов учета обогатимости руды.
Вариант нупевой Р = 0,
В расчете извлекаемой ценности обогатимость не учитывается вообще. При этом варианте принимается допущение, что обога-тимость не влияет на экономическую эффективность работы обогатительного передела.
Вариант первый Р = 0,1.
При таком значении Р, в расчете извлекаемой ценности, влияние обогатимости имеет величину, которая примерно соответствует изменению экономической эффективности работы ГОКа на ±10^15 %, при реальных, имеющихся на сегодняшний день, колебаниях обогатимости перерабатываемой на ОФ руды.
Вариант второй Р = 0,2.
При таком значении Р в расчетах извлекаемой ценности учитывается максимально возможное реальное влияние обога-тимости в существующих условиях отработки месторождения, которое примерно соответствует ±20^25 % изменения экономической эффективности работы ГОКа, при теоретически максимально возможных колебаниях обогатимости в добываемой и перерабатываемой руде.
При моделировании, с учетом обогатимости, следует понимать, что при значении обогатимости выше, чем значение содержание железа общего в стандартизованном концентрате (было принято 66,3 %), значения дополнительных полей повышаются, относительно содержания железа общего в руде, а при значении обогатимости ниже 66,3 % - понижаются.
Среднее значение обогатимости по Девису для проб, входящих в базу геологических данных полученных из разведочных скважин, составляло 68,71 %, а по модели, с учетом экстраполированных данных 68,88 %, что существенно превышает содержание железа общего в стандартизованном концентрате и приводит к тому, что Аэф практически по всей модели > А.
Определение влияния обогатимости на направление ведения горных работ проводилось путем сравнения отстроенных в НРУ-БсЬеСи1ег контуров карьера, на одинаковый объем руды по вариантам.
Из анализа разреза на рис. 5 (см. Приложение, с. 440) видно, что контура с учетом обогатимости (Р = 0; Р = 0,1; Р = 0,2) и без обогатимости в верхней части месторождения имеют существенные различия.
Необходимо уточнить, что полученные в программе ЫРУ-БсЬеСи1ег контура представляют собой сечения условного конуса,
в котором полностью отсутствует внутренняя конфигурация, присущая каждому карьеру, т.е. данные контура не учитывают технологические элементы карьера, такие как: уступы, бермы, транспортная структура, которые существенным образом влияют на реальные проектные контура карьера.
Предложенный подход позволяет:
• учесть влияние принципиально любого количества разно-лодных показателей качества руды, при разных значениях извлекаемой ценности, с учетом их взаимного влияния на суммарную извлекаемую ценность;
• повысить точность определения ЫРУ по периодам, за счет учета изменения качества руды в расчетных контурах и сквозной оптимизации расходов на основных технологических переделах;
• создать алгоритм реального, экономически обоснованного управления качеством добываемой руды;
• снизить инвестиционные риски, связанные с недооценкой качественных параметров руды. гагста
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -
Богуславский Игорь Эмильевич - генеральный директор, [email protected], Кирюков Сергей Владимирович - директор по развитию - эксперт, [email protected], Баринов Алексей Александрович - главный обогатитель, [email protected], Проломова Татьяна Александровна - главный специалист по моделированию ОГР, ЗАО «Санкт-Петербургская горная проектно-инжиниринговая компания».
UDC 622.015; 622.013.3
PITERGORPROJECT EXPERIENCE IN DEEP OPEN PITS DESIGN UNDER MODERN RUSSIAN CONDITIONS
Boguslavskiy I.E., General director, St.-Petersburg prodject and engineering company «PiterGORproject» design, Russia,
Kirjukov S.V., Development director, expert, St.-Petersburg prodject and engineering company «PiterGORproject», Russia,
Barinov A.A., Chief process engineer, St.-Petersburg prodject and engineering company «PiterGORproject», Russia,
Prolomova T.A., Chief Specialist in Open-Cut Mining, St.-Petersburg prodject and engineering company «PiterGORproject», Russia.
The paper describes processes and results on two deep open-pits design, focusing on applying software-optimizers in order to determine open mining direction. The work shares an experience concerning applying such mining software-optimizer for mutual optimizing production and benefication processes on a large iron open-pit. Directions of mining operations are specified taking into account ore benefication ability indicators.
Key words: experience in deep open pits design, benefication ability, extraction, computer modeling, optimization, open mining trends.
