CC BY
6
УДК 622.22:622.271
ОЦЕНКА УСТОЙЧИВОСТИ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ СИСТЕМЫ
ВСКРЫТИЯ КАРЬЕРОВ
К.В. Бурмистров, С.Е. Гавришев, А.Н. Рахмангулов
Система вскрытия является одной из самых сложных подсистем горнотехнической системы. Устойчивость функционирования системы вскрытия во многом определяет эффективность горнотехнической системы в целом. Предложен интегральный критерий устойчивости функционирования системы вскрытия при переходе на новый этап или способ разработки. Критерий учитывает приведенную транспортную работу, объемы вскрывающих выработок, время использования системы вскрытия, величину приведенных затрат. Сформулированы эталонные условия функционирования системы вскрытия, сравнение с которыми позволяет выбрать наиболее соответствующий внешним и внутренним факторам деятельности горнодобывающего предприятия вариант.
Ключевые слова: карьер, вскрытие, система вскрытия, устойчивое функционирование, карьерный транспорт, этапы разработки, интегральный критерий
Горнотехническая система (ГТС) золотодобывающего предприятия включает большое количество различных подсистем и элементов, участвующих в процессе разработки месторождения [1]. Важность оценки устойчивости функционирования горнотехнической системы рассматривалась ранее [2]. Однако составные части ГТС по-разному влияют на устойчивость ее функционирования.
Под системой вскрытия авторами предлагается понимать сложную технико-технологическую подсистему ГТС, предназначенную для формирования и транспортирования грузопотоков полезного ископаемого, вскрышных пород, оборудования и материалов и состоящую из вскрывающих выработок, транспортных средств и устройств, а также внутрикарь-ерных пунктов перегрузки горной массы.
Компоновка системы вскрытия карьера во многом определяет возможности развития горнотехнической системы в целом, поскольку в системе вскрытия сосредоточено от 20 до 70 % технических средств и устройств (в зависимости от применяемого вида транспорта); задействовано до 50 % рабочего персонала; приходится до 60 % выбросов загрязняющих веществ (без учета залповых выбросов от взрывных работ); образуется до 50 % отходов (вскрышные породы от размещения вскрывающих выработок и отходы от эксплуатации); расходуется до 70 % эксплуатационных затрат на разработку месторождения и сосредоточено до 60 % капитальных затрат. Место системы вскрытия в структуре ГТС представлено на рис. 1 [3-7].
С
Факторы внешней среды
-Горнотехническая система
Входные
параметры * V \ \ \ ч
- Спрос на сырье \ \ \
- Цена на руду
- Номенклатура
оборудования
- Стоимость
энергоресурсов
- Требования
нормативных
документов
- Прочие
Транспортная подсистема Горнотранспортная система
Внутренние факторы ГТС
_ Выходные
параметры
- Производительность по руде
- Объемы вскрыши
- Себестоимость добычи 1 т руды Объемы выбросов Прочие
( 1 - границы ГТС ' ! - системы ГТС -■*■ - воздействие внешней среды на системы ГТС
- связи между системами ГТС
- влияние внутренних факторов на системы ГТС
Рис. 1. Схема структуры горнотехнической системы
Сравнение и выбор системы вскрытия, а также оценку эффективности ее применения предлагается производить с использованием интегрального критерия устойчивости. Данный критерий основан на гипотезе о том, что устойчивость системы обеспечивается в результате достижения каждым показателем функционирования системы своего наилучшего значения. При расчёте интегрального значения критерия учитывается влияние каждого показателя на устойчивость функционирования системы в целом.
Интегральный критерий устойчивости предлагается рассчитывать с использованием метода анализа иерархий, который получил достаточно широкое распространение при выборе оптимальных проектных решений, в том числе при обосновании транспортных комплексов на карьерах [8-10]. В общем виде критерий устойчивости функционирования системы вскрытия имеет следующий вид:
п
Кэсв = £ К • ^ , (1)
1=1
где п- число оцениваемых показателей; к - приведённое значение 1-го показателя к наилучшему значению; wi - весовой коэффициент 1-го показателя.
В табл. 1 представлен перечень основных показателей оценки устойчивости вариантов системы вскрытия. Обоснование системы вскрытия при переходе с одного этапа или способа разработки на другой будет производиться с учетом параметров и показателей, образующих иерархическую структуру (рис. 2).
Таблица 1
Показатели устойчивости функционирования системы вскрытия
Группа показателей Обозначение Учитываемые показатели
Приведенная транспортная работа Ка - Протяженность трассы; - расположение перегрузочных пунктов; - объемы перемещаемых горных пород
Объемы вскрывающих выработок К - Тип вскрывающих выработок или конструкций; - параметры вскрывающих выработок или конструкций; - форма трассы
Продолжительность использования системы вскрытия К - Период использования сформированной схемы вскрытия в течение этапа разработки
Приведенные затраты по системе вскрытия Кз - Капитальные и эксплуатационные затраты по системе вскрытия
Обоснование системы вскрытия
Транспортная работа
Объемы вскрывающих выработок
Время использования системы вскрытия
Расегоянис Объем
транспортирования перевозки
руды
Приведенные затраты по системе вскрытия
П родолжитсльность создания
схемы вскрытия
П родолжитсльность этапа разработки
Капитальны затраты по системе вскрытия
Эксплуатацнонн затраты по системе вскрыгии
Создание новой схемы вскрытия, старая используется как вспомогательная
Создание новой схемы вскрытия взамен старой
Изменение параметров существующей схемы вскрытия
Рис. 2. Иерархичная структура обоснования параметров системы вскрытия
Таким образом, Кэсв рассматривается как следующая совокупность показателей:
Кэсв = Ка, КV, Кт, КЗ }. (2)
При оценке системы вскрытия расчеты следует выполнять дифференцированно для вскрышных пород и полезного ископаемого, если виды транспорта и вскрывающие выработки, по которым транспортируется порода, отличаются.
Поскольку представленные в табл. 1 и на рис.2 показатели имеют различную размерность, то для расчета интегрального критерия необходимо привести их к максимальным значениям по формуле
kmaxi Ki 1 Kmaxi5 1 I5 • • • (3)
где Ki - i-й показатель оценки системы вскрытия; Kimax - максимальное значение i-го показателя.
Для рассматриваемых показателей (табл.1, рис.1) формула (3) запишется следующим образом
kmax1 КпрА Аф1Атах;
kmax2 КпрУ VфIVmax; (4)
kmax3 КпрТ ^'ТфIТmax;
kmax4 КпрЗ ЗфIЗmax5
где КпрА - коэффициент приведения по транспортной работе; Аф - фактическое значение для оцениваемого варианта; КпрУ - коэффициент приведения по объёмам вскрывающих выработок; Уф - фактическое значение для оцениваемого варианта; КпрТ - коэффициент приведения по продолжительности использования схемы вскрытия; ЛТф= Тmax- Тф, Тф - фактическое время использования новой системы вскрытия в течение этапа разработки; КпрЗ - коэффициент приведения затрат при использовании схемы вскрытия; УЗ -фактическое значение для оцениваемого варианта.
Критерий устойчивости функционирования системы вскрытия (1) запишется следующим образом:
n
Кэсв = Z (1 - kmaxi) ' W ^ maX ■ (5)
i=1
Значение критерия устойчивости будет достигать своего максимального значения, когда каждый их рассматриваемых параметров системы вскрытия будет близок к своему эталонному значению. Эталонными условиями функционирования системы вскрытия предлагается считать следующие:
- по транспортной работе - перемещение горной массы по кратчайшему расстоянию: вскрыша - от условного центра вскрышной зоны до отвала, полезное ископаемое - от условного центра добычной зоны до рудного склада на поверхности или перерабатывающего производства. В расчетах предлагается использовать приведенные значения транспортной работы, учитывающие условия перемещения грузов по схеме вскрытия, представленной в [11]. При использовании комбинированных видов транспорта кратчайшее расстояние обеспечивается в результате транспортировании всей горной массы карьерным подъемником поперек борта карьера. Расстояние транспортирования горной массы складывается из расстояний транспортирования по дорогам в карьере, транспортирования по борту подъемником, если он имеется, и расстояния транспортирования по поверхности. При применении комбинированного транспорта в карьере минимальное
расстояние может достигаться несколькими способами: размещением подъемника на участке борта, расположенном ближе к месту окончания грузопотока (отвал, склад руды); минимизацией расстояния от условного центра добычных или вскрышных работ до подъемника; минимизацией расстояния по поверхности от подъемника до конечного пункта. При этом могут применяться различные варианты компоновки системы вскрытия: расположение подъемника для доставки вскрышных пород и полезного ископаемого на отдельных участках борта; размещение вскрышного и добычного подъемников в одной вскрышной выработке; использование различных видов транспорта для доставки вскрышных пород и полезного ископаемого;
- по объемам вскрывающих выработок - использование крутых траншей, сформированных под углом, равным углу нерабочего борта карьера. При этом основание крутой траншеи соответствует нижней бровке уступа. При расположении подъемника на опорах также принимается угол его наклона, равный углу нерабочего борта, так как при этом объем работ, связанный с сооружением опор подъёмника, будет минимальный. При строительстве подъемников на опорах на борту карьера без проходки крутых траншей необходимо сравнивать объемы горно-строительных работ по возведению удерживающих конструкций;
- по продолжительности использования системы вскрытия - использование системы вскрытия в неизменном виде в течение всего этапа разработки. Изменения, привносимые в систему вскрытия, всегда направлены на оптимизацию процесса транспортирования горной массы. Изменение системы вскрытия может происходить в течение продолжительного периода, составляющего несколько лет. Соответственно, чем быстрее будет она создана, тем больший промежуток времени в течение этапа функционирует новая система вскрытия и тем более эффективна она в течение этапа;
- по величине затрат - обеспечение наименьшей величины удельных приведенных затрат, учитывающих масштаб производства [12, 13].
Стремление к достижению наилучшего значения определённого показателя влияет выбор варианта системы вскрытия. Однако влияние различных факторов, оцениваемых соответствующими показателями, на эффективность функционирования системы вскрытия различна. Поэтому на этапе обоснования вариантов этой системы необходимо определять весовые коэффициенты wi для каждого показателя. Наиболее распространенным методом установления приоритетов является метод аналитической иерархии. В соответствии с данным методом производится попарное сравнение приоритетов (значимости) факторов по формуле [14]
Уу = VI / у I = 1, 2, ..., п,у = 1, 2, ..., п, (6)
где Vу - элемент матрицы парного сравнения; V,, Vу - экспертные оценки значимости факторов (показателей) с использованием условной шкалы отношений.
Весовые коэффициенты /-го показателя wi (1) рассчитываются по формуле [14]
I П / П I п
w=пП ъ ЕпП . (7)
При обосновании варианта системы вскрытия следует также учитывать определенные ограничения, которые могут препятствовать внедрению конкретных решений на карьерах. Ограничения возникают в связи с местными условиями расположения разрабатываемого месторождения, горногеологическими и горнотехническими условиями его эксплуатации. К таким ограничениям могут относиться: ограничения по устойчивости конструкций и бортов карьеров в местах размещения вскрывающих выработок и конструкций подъемников; экологические условия (значительное пыле-образование и выделение выхлопных газов на глубоких карьерах); ограничения по потерям полезного ископаемого (оставление целиков под вскрывающими выработками и специальными сооружениями) и др.
Предлагаемый интегральный критерий устойчивости был использован при оценке вариантов изменения системы вскрытия в результате технического перевооружения карьера. Были рассмотрены шесть вариантов, различающихся моделью и грузоподъемностью автосамосвалов (табл. 2).
Таблица 2
Результаты оценки устойчивости вариантов изменения системы
вскрытия карьера
Вариант выбора автосамосвалов КА К Кз К» Кэсв
1. Грузоподъемность 30 т, ширина 4,3 м, приведенные затраты 3,93 млн руб./ед. в год, срок поставки до 8 мес. 0,5 1 0,73 0,96 0,224625332
2. Грузоподъемность 42 т, ширина 4,6 м, приведенные затраты 4,6 млн руб./ед. в год, срок поставки до 8 мес. 0,5 1 0,85 1 0,155117586
3. Грузоподъемность 35 т, ширина 2,8 м, приведенные затраты 7,2 млн руб./ед. в год, срок поставки до 6 мес. 0,1 0,75 1 0,55 0,275170989
4. Грузоподъемность 30 т, ширина 2,7 м, приведенные затраты 3,1 млн руб./ед. в год, срок поставки до 4 мес. 0,5 0,5 0,45 0,52 0,52040619
5. Грузоподъемность 30 т, ширина 2,8 м, приведенные затраты 3,7 млн руб./ед. в год, срок поставки до 3 мес. 0,5 0,4 0,47 0,55 0,513919035
6. Грузоподъемность 30 т, ширина 2,6 м, приведенные затраты 3,5 млн руб./ед. в год, срок поставки до 3 мес. 0,5 0,4 0,37 0,48 0,580397527
При разработке вариантов учитывались габаритные размеры автосамосвалов, стоимость, эксплуатационные затраты и сроки их поставки автосамосвалов. Для каждого варианта рассчитывались параметры системы вскрытия, обеспечивающие возможность ее безопасного использования в карьере.
Оценка весовых коэффициентов показателей (7) производилась путем анкетирования 4 специалистов - работников карьера, а также 3 специалистов проектной организации, разрабатывающей проектную документацию для предприятия. Результаты расчетов представлены в табл. 2. По результатам оценки был выбран вариант 6, характеризующийся меньшим объемом вскрывающих выработок и сроком ввода системы в эксплуатацию.
Расчёты интегрального значения устойчивости для различных моделей карьеров позволило установить значительное влияние на его величину формы карьера в плане. Для карьеров округлой формы характерно наибольшее приближение значения показателя объемов вскрывающих выработок и приведенной транспортной работы к оптимальному значению, по сравнению с карьерами вытянутой формы. Однако на карьерах округлой формы сложнее изменять существующую схему вскрытия и создавать новую, что приводит к максимальному отклонению времени использования новой схемы вскрытия от оптимального значения. Карьеры вытянутой формы со сложной формой трассы характеризуются наибольшим отклонением показателя объема вскрывающих выработок от эталонных значений, что также отражается в последующем при определении показателя по затратам на создание системы вскрытия. Рассмотрение в структуре системы вскрытия различных видов и типов транспортных средств с соответствующими параметрами их эксплуатации позволяет подобрать такие условия функционирования системы вскрытия, которые положительно повлияют на устойчивость горнотехнической системы в целом.
Список литературы
1. Каплунов Д.Р., Рыльникова М.В. Проектирование формирования и развития горнотехнических систем при комбинированной геотехнологии // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). 2015. № 1-1. С. 229-240.
2. Калмыков В.Н., Петрова О.В., Мамбетова Ю.Д. Оценка устойчивости функционирования горнотехнической системы при подземной разработке медно-колчеданных месторождений // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2017. Т. 15. № 3. С. 5-11.
3. Бурмистров К.В., Осинцев Н.А. Принципы устойчивого развития горно-технических систем в переходные периоды // Известия Томского поли-технического университета. Инжиниринг георесурсов. 2020. Т. 331.
№ 4. С. 179-195.
4. Яковлев В.Л. Транспорт глубоких карьеров: состояние, проблемы, перспективы // Материалы научно-технической конференции с международным участием «Глубокие карьеры», Апатиты, 18-22 июня 2012. С. 67-80.
5. Тарасов П.И. Пути экономии дизельного топлива на карьерном автотранспорте // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). 2008. № 8. C. 359-375.
6.Шпанский О.В. Влияние капитальной схемы вскрытия на конечные контуры карьеров // Горный журнал. 2002. № 11-12. С. 37-42.
7.Кравчук Т.С., Пыталев И.А. Организация безопасного движения транспорта в карьере «Джусинский» в период его доработки // Современные проблемы транспортного комплекса России. 2014. Т. 4. №1. С. 46-49.
8. Saati T. Decision making. Hierarchy analysis method. M.: «Radio and Communication», 1999. 278 p.
9. Komljenovic D., Kecojevic V. Multi-Attribute Selection Method for Mining Trucks // Society for mining, metallurgy, and exploration, 2006 TRANSACTIONS, V. 320. Р. 94-104.
10. Patyk M., Bodziony P. Analysis of multiple criteria selection and application of APEKS method in haul truck mining transport process // XVIII Conference of PhD Students and Young Scientists, 2018. Р. 1-6.
11. Галкин В. А. Технологические основы проектирования и планирования грузопотоков на рудных карьерах с автомобильным транспортом: дис. ... д-ра техн. наук. Магнитогорск, 1987. 206 с.
12. Кумачев К. А., Майминд В. Я. Проектирование железорудных карьеров. М.: Недра. 1981. 464 с.
13. Алтушкин И. А., Череповицын А. Е., Король Ю. А. Практическая реализация механизма устойчивого развития в создании и становлении горно-металлургического холдинга медной отрасли России. М.: Изда-тельскийдом «РудаиМеталлы», 2016. 232 с.
14. Supplier selection using fuzzy AHP and fuzzy multi-objective linear programming for developing low carbon supply chain / K. Shaw, R. Shankar, S. S. Yadav, L. S. Thakur // Expert Systems with Applications. 2012. V. 39. № 9. Pp. 8182-8192. Doi: 10.1016/j.eswa.2012.01.149.
Бурмистров Константин Владимирович, канд. техн. наук, доц., burmistrov_kv@mail.ru, Россия, Магнитогорск, Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова,
Гавришев Сергей Евгеньевич, д-р техн. наук., проф., зав. кафедрой, ormpi-cg@mail.ru, Россия, Магнитогорск, Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова,
Рахмангулов Александр Нельевич, д-р техн. наук, проф., ran@magtu.ru, Россия, Магнитогорск, Магнитогорский государственный технический университет им. Г. И. Носова,
ASSESSMENT OF OPENING-UP SYSTEM OPERA TION STABILITY K. V. Burmistrov, S.E. Gavrishev, A.N. Rakhmangulov
The opening-up system is one of the most complex subsystems of the miningand technical system. The stability of the operation of the opening-up system largely determines the efficiency of the mining and technical system as a whole. An integral criterion for the stability of the opening-up system during the transition to a new stage or method of development is proposed. The criterion considers the reduced transport work, the volume of opening workings, the time of using the opening system, the value of the reduced costs. To assess the open-ing-up system operation stability of the during the transition to a new stage or method of development, an integral additive criterion is proposed that takes into account the reduced transport work, the volume of opening-up workings, the time of using opening-up system, and the reduced costs for the opening-up system. Reference conditions for the operation of the opening-up system have been formulated, comparison with which makes it possible to choose the option most appropriate to the external and internal factors of the mining enterprise.
Key words: open pit, opening-up, opening-up system, sustainable operation, mining transport, development stages, integral criterion.
Burmistrov Konstantin Vladimirovich, candidate of technical science, docent, bur-mistrov_kv@mail. ru, Russia, Magnitogorsk, Nosov Magnitogorsk State Technical University,
Gavrishev Sergey Evgenievich, doctor of technical science, head of chair, ormpi-cg@mail.ru, Russia, Magnitogorsk, Nosov Magnitogorsk State Technical University,
Rakhmangulov Alexander Nelievich, doctor of technical science, professor, ran@magtu.ru, Russia, Magnitogorsk, Nosov Magnitogorsk State Technical University
Reference
1. Kaplunov D. R., Rylnikova M. V. Design of formation and development of mining systems with combined Geotechnology // Mining information and analytical Bulletin (scientific and technical journal). 2015. No. 1-1. Pp. 229-240
2. Kalmykov V. N., Petrova O. V., Mambetova Yu. D. Assessment of the stability of the functioning of the mining system in the underground development of copper-pyrite deposits // Bulletin of the Magnitogorsk state technical University named after G. I. Nosov. 2017. Vol. 15. No. 3. Pp. 5-11.
3. Burmistrov K. V., Osintsev N. A. Principles of sustainable development of mining and technical systems in transition periods // Proceedings of the Tomsk poly-technical University. Engineering of geo-resources. 2020. Vol. 331. No. 4. Pp. 179-195.
4. Yakovlev V. L. Transport of deep quarries: state, problems, prospects // Proceedings of the scientific and technical conference with international participation "Deep careers", Apatity, June 18-22, 2012. Pp. 67-80.
5. Tarasov P. I. Ways to save diesel fuel on quarry vehicles // Mining information and analytical Bulletin (scientific and technical journal). 2008. No. 8. C. 359-375.
6. Shpansky O. V. Influence of the capital opening scheme on the final contours of quarries // Mining journal. 2002. No. 11-12. Pp. 37-42.
7. Kravchuk T. S., Pytalev I. A. Organization of safe transport movement in the "Dzhusinsky" quarry during its completion // Modern problems of the transport complex of Russia. 2014. Vol. 4. No. 1. Pp. 46-49.
8. Saati T. Decision making. Hierarchy analysis method. M: «Radio and Communication», 1999. 278 p.
9. Komljenovic D., Kecojevic V. Multi-Attribute Selection Method for Mining Trucks // Society for mining, metallurgy, and exploration, 2006 TRANSACTIONS, Vol. 320. PP. 94-104.
10. M. Patyk, P. Bodziony Analysis of multiple criteria selection and application of APEKS method in mining haul truck transport process // XVIII Conference of PhD Students and Young Scientists, 2018. PP. 1-6.
11. Galkin V. A. Technological bases of design and planning of cargo flows on ore quarries with automobile transport: Diss. ... Dr. Techn. sciences'. Magnitogorsk, 1987. 206 p.
12. Kumachev K. A., Maimind V. Ya. Design of iron ore quarries. M.: Nedra. 1981.
464 p.
13. Altushkin I. A., Cherepovitsyn A. E., Korol Yu. a. Practical implementation of the mechanism of sustainable development in the creation and establishment of the mining and metallurgical holding of the copper industry of Russia. M.: publishing house "Ore and Metals", 2016. 232 p.
14. Supplier selection using fuzzy AHP and fuzzy multi-objective linear programming for developing low carbon supply chain / K. Shaw, R. Shankar, S. S. Yadav, L. S. Thakur // Expert Systems with Applications. 2012. Vol. 39. No. 9. PP. 8182-8192. Doi: 10.1016/j. eswa. 2012. 01. 149.
УДК 622.271.9
ГИДРОМЕХАНИЗИРОВАННЫЙ СПОСОБ ДОБЫЧИ ТОРФА: СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ
Н. Г. Валиев, Н. В. Гревцев, М. С. Лебзин
Рассмотрены преимущества нового гидромеханизированного способа добычи торфа с механическим обезвоживанием торфяного сырья. Представлены результаты механического обезвоживания торфяного сырья с использованием техногенных отходов производства, процесс сушки композиционных брикетов. Сделаны выводы и сравнительной анализ гидромеханизированного способа добычи торфа с фрезерным способом.
Ключевые слова: гидромеханизированный способ, фрезерный способ, торф, преимущества, схема добычи.
Первый промышленный способ добычи торфа носил название «Гидроторф». Технологический процесс добычи торфа гидравлическим способом включал:
• размыв торфяной залежи с влажностью 89.. .92 % струёй воды высокого давления (1.2 МПа), при котором торф превращается в гидромассу с влажностью 95.97 %;
• транспортирование гидромассы по трубам на поля разлива и распределение её слоем 20.40 см;
