CC BY
43
© С.Е. Гавришев, И.А. Пыталев, 2015
УДК 622.06
С.Е. Гавришев, И.А. Пыталев
ПЕРСПЕКТИВЫ МНОГОЦЕЛЕВОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТЕХНОГЕННЫХ ПРОСТРАНСТВ КАРЬЕРОВ И ОТВАЛОВ
Представлена концепция многоцелевого использования техногенных пространств карьеров и отвалов, формируемых в процессе ведения открытых горных работ. Систематизированные перспективные направления целенаправленного формирования горнотехнических сооружений для последующего их использования в качестве самостоятельной продукции открытой геотехнолонии в зависимости от стадии функционирования горного предприятия. Определены основные свойства и качества техногенных пространств, позволяющих произвести их оценку в денежном выражении. Предложены способы формирования карьеров и отвалов с целью освоения их потенциала как техногенных георесурсов. Обоснован метод контроля качества выполнения всех видов работ по созданию и использованию техногенных пространств, предполагающий использование современных средств позиционирования мобильных объектов горнотранспортного оборудования.
Ключевые слова: георесурсы, техногенные пространства, карьер, отвал, альтернативная продукция открытой геотехнологии, комплексное освоение недр.
уществующий на сегодняшний день принцип проек-
тирования горнотехнических систем, реализуемый на практике, зачастую сводится к установлению границ проектирования таких горнотехнических сооружений как — карьер, отвал, хвостохранилище и подземный рудник. Каждый обозначенный объект, как правило, проектируется в соответствии с критериями эффективности, предъявляемыми для конкретного горнотехнического сооружения, а также указанными в техническом задании параметрами, при обеспечении допустимых значений в части их воздействия на окружающую среду.
В настоящее время на этапе проектирования каждое горнотехническое сооружение, рассматривается как источник минерально-сырьевого потока, либо в качестве преобразователя
301
или накопителя техногенного сырья, критерием эффективности которого является — максимальное извлечение полезных компонентов с минимальными затратами при обеспечении требований экологической и промышленной безопасности. При этом, сегодня отсутствует единый критерий позволяющий определяющий эффективность комплексного освоение недр Земли, подразумевающий не только максимальное освоение минерально-сырьевой составляющей, но и использование полезных свойств горнотехнических сооружений, сформированных в процессе добычи, и позволяющий не рассматривать их в качестве объектов негативно влияющих на экологическую обстановку в регионе и требующих значительных затрат на их рекультивацию, а реализовывать потенциал георесурса. В связи с этим, исследования связанные с формированием и освоением техногенных пространств карьеров и отвалов в качестве георесурсов являются весьма актуальным.
В соответствии с классификацией академика М.И. Агошкова использование выработанного пространства карьера и отвалов относится к направлению реализации потенциала шестой группы георесурсов — Природных и техногенных полостей в недрах земли [1].
В результате анализа опыта функционирования горнодобывающих предприятий, ведущих на протяжении нескольких десятилетий в различных горно-технологических, социально-экономических и экологических условиях освоение запасов месторождений твердых полезных ископаемых, выявлено, повышение эффективности добывающей отрасли возможно только при комплексном подходе к определению параметров открытых горных работ с учетом перспектив многоцелевого использования техногенных полостей горнотехнических сооружений.
В качестве основных потенциальных направлений формирования отвалов и выработанного пространства карьеров выделены следующие:
- формирование объектов культурного, бытового, спортивного и оздоровительного назначения;
- воспроизводство возобновляемой энергии на основе использования разности геодезических отметок начала и конца перемещения движущихся масс, конфигурации насыпи и иных свойств сооружений;
302
- проходка вскрывающих выработок, при освоении законтурных запасов при комбинированной геотехнологией;
- использование техногенных полостей для размещения отходов добычи и переработки полезных ископаемых с последующей рекультивацией территории.
В качестве основных потребителей вновь создаваемых сооружений горнодобывающими предприятиями в процессе добычных работ следует отметить непосредственно горное производство, а также сторонние промышленные предприятия и организации социально-культурной сферы.
Зарубежными и отечественными примерами использования выработанных пространств карьеров и отвал в соответствии с обозначенными перспективными направлениями являются:
- создание ботанического сада в отработанном карьере строительного камня, а также парка на месте карьеров по добыче золотосодержащих руд [2];
- формирования емкостей для воспроизводства возобновляемой энергии на основе разности геодезических отметок начала и конца перемещения движущихся масс является гидроаккумулятор электростанции Таум Саук (Taum Sauk) в штате Миссури [3];
- использование пространства и коммуникаций, сформированных в процессе добычи полезных ископаемых открытым способом для проходки вскрывающих выработок [4];
- использования техногенных полостей для размещения промышленных отходов и отходов добычи полезных ископаемых [5];
- использование техногенных полостей для размещения отходов переработки полезных ископаемых в рамках горнообогатительного комплекса [6].
Следует отметить, что сформированные с заданными технологическими характеристиками техногенные пространства карьеров и отвалов обладают потребительскими свойствами, потенциал которых определяется месторасположением и спросом на них. Количественно оценить потенциал возможно на основе ценности техногенных георесурсов [7]. Оценка количественно-качественных характеристик потенциала техногенных георесурсов осуществляется на основе понятия их ценности,
303
под которым понимается денежное выражение стоимости всех полезных свойств, качеств или компонентов, содержащихся в техногенных объектах, формированных в результате горных работ, с учетом затрат на использование георесурсов или извлечение из них полезных компонентов (табл. 1).
В общем виде концепция определения параметров открытых горных работ при многоцелевом использовании техногенных пространств карьеров и отвалов предполагает распределение запасов между различными способами добычи твердых полезных ископаемых с целью комплексного освоения недр земли, за счет минимизации негативного воздействия горных работ на окружающую среду и затрат на восстановление земель. При этом, должны быть учтены потребности в техногенных пространствах с заданными потребительскими свойствами со стороны промышленного и социального сектора. Мероприятия по формированию и последующему использованию техногенных пространств карьеров и отвалов должны осуществляться при условии постоянного контроля качества выполняемых работ. Принципиальная схема концепции многоцелевого использования техногенных пространств, представлена на рис. 1.
Следует отметить, что адаптация существующего подхода к определению параметров открытых горных работ в соответствии Таблица 1
Характеристика ценности техногенных пространств карьеров и отвалов в зависимости от направления их формирования и использования
Цели использования Полезные свойства (качества) Затраты
Воспроизводство возобновляемой энергии Разность геодезических отметок начала и конца перемещения движущихся масс, конфигурация насыпи Затраты на обеспечение заданных параметров горнотехнических сооружений
Сооружения (выработки, площадки, ландшафт) Обеспечение функциональности самостоятельного объекта. Выполнения функций альтернативного сооружения или объекта Затраты на строительство сооружений и ввод их в эксплуатацию
Техногенные полости для размещения отходов добычи и переработки полезных ископаемых Вместимость данных емкостей, а также их способность принимать к размещению отходы различных классов опасности и агрегатного состояния Затраты на формирование приемных емкостей, транспортирование отходов и их размещение
304
Рис. 1. Концепция многоцелевого использования техногенных пространств карьеров и отвалов
с предложенной концепцией требует наличие следующих дополнительных минимально-необходимых элементов:
- на этапе изучения участка недр Земли: цифровую модель местности и геологическую модель месторождения;
- на этапе проектирования горнодобывающего предприятия: технические условия, регламентирующие параметры техногенных пространств, а также методику определения параметров открытых горных работ при многоцелевом использовании карьеров и отвалов;
- на этапе разработки месторождения: программно-аппаратные комплексы контроля параметров выемки и перемещения горной массы, а также технологические схемы формирования и использования техногенных пространств.
При этом должны быть учтены такие дополнительные факторы как:
- характеристика горных пород в каждой точке горного массива;
- экологическая, промышленная и социальная характеристика района ведения горных работ;
- планирование горных работ с учетом управления минерально-сырьевым потоком с использованием систем позиционирования объектов горнотранспортного комплекса;
- достижение плановых объемов добычи при обеспечении заданных показателей и параметров формируемых техногенных пространств карьеров и отвалов.
Не зависимо от выбранного направления многоцелевого использования техногенных пространств карьеров и отвалов, необходимо на стадии их проектирования предусматривать управление параметрами и режимом горных работ. При этом планирование и обеспечение надлежащего качества выполнения работ и объемов перемещаемых материалов должно осуществляться на основе применения современных систем позиционирования выемочного и транспортного оборудования. Схема реализации работ по контролю качества выполняемых работ и достижению заданных технологических характеристик техногенных пространств с использованием систем позиционирования мобильных объектов горнотранспортного комплекса представлена на рис. 2.
306
Потребитель
Датчики, системы диагностики
ГЛОНАСС
Стабилизация качества полезного ископаемого
Горно-транспортное оборудование
Участок недр Земли
Геологическая модель месторождения
Полезные ископаемые
Вскрышные и вмещающие породы
Минимальный срок ввода в эксплуатацию
Выработанное пространство карьера
Формирование техногенных пространств с заданными технологическими свойствами
Реализация потребителю
Породы пригодные для использования в момент разгрузки транспортного средства
Селективное складирование ^
Ландшафтостроение
Породы не востребованные в настоящее время
Система передачи данных
Сервер Системы
Горно-транспортное оборудование
Рис. 2. Схема реализации работ по контролю качества выполняемых работ при формировании техногенных пространств карьеров и отвалов
При планировании и регулировании режима горных работ необходимо осуществлять согласование целей, выбор методов и средств их достижения при постоянном сопоставлении результатов, удовлетворяющих общество и производство при имеющихся технологиях в части технологических и потребительских свойств формируемых техногенных пространств карьеров и отвалов.
Таким образом, предлагаемый подход многоцелевого использования техногенных пространств карьеров и отвалов обеспечивает реализацию комплексного освоения недр за счет того, что предусматривает использование соответствующих ресурсов и технологий при разработке месторождений твердых полезных ископаемых с целью не только добычи полезных компонентов, но и формирование горнотехнических сооружений в виде техногенных пространств с заданными технологическими свойствами. Данные свойства регламентируются на основе потребности социального и промышленного сектора соответствующих сооружениях. Это позволит значительно снизить объемы отходов производства и потребления в районе ведения горных работ, а также существенно повысить полноту освоения участка недр Земли.
- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Агошков М.И. Развитие идей и практики комплексного освоения недр. — М.: ИПКОН АН СССР, 1982. — С. 3-25.
2. Масляк П.О. Рекреационная география. — К.: Знание, 2008, — 343 с.
3. Электронный ресурс: http://tka-ch-34.livejournal.com/239175.html
4. Рабочий проект «Проходка опытно-промышленного карьера по Западному рудопроявлению Вишневского месторождения медьсодержащих руд» ООО «МАГГЕОПРОЕКТ». — Магнитогорск, 2011.
5. Формирование и освоение техногенных георесурсов. Технологические схемы размещения промышленных отходов в карьерах и отвалах: монография / А.А. Зубков, И.А. Пыталев, А.А. Козловский, И.И. Мельников. — Магнитогорск: Изд-во Магнитогорск. гос. техн. ун-та им. Г.И. Носова, 2014. — 176 с.
6. Формирование и освоение техногенных георесурсов. Теоретические основы проектирования хвостовых хозяйств для условий разнородной сырьевой базы: монография / Мельников И.Т., Пыталев И.А., Мельников И.И., Васильев К.П. — Магнитогорск: Изд-во Магнитогорск. гос. техн. ун-та им. Г.И. Носова, 2014. — 114 с.
7. Определение ценности техногенных георесурсов / Гавришев С.Е., За-ляднов В.Ю., Пыталев И.А., Павлова Е.В. // Вестник МГТУ им. Г.И. Носова. — 2010. — № 2. — С. 5-8.
308
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ
Гавришев Сергей Евгеньевич — д-р техн. наук, проф., ректор Института горного дела и транспорта, зав. кафедрой «Разработка месторождений полезных ископаемых», Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова, Магнитогорск, e-mail: ormpi-cg@mail.ru Пыталев Иван Алексеевич — канд. техн. наук, доцент кафедры «Разработка месторождений полезных ископаемых», Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова, г. Магнитогорск, e-mail: vehicle@list.ru
UDC 622.06
OUTLOOK FOR MULTI-PURPOSE UTILIZATION OF PRODUCTION-MADE AREAS OF OPEN PIT MINES AND DUMPS
Gavrishev Sergey I., Doctor of Engineering Sciences, Professor, Institute of Mining and Transport, Head of Mineral Mining Department, Nosov Magnitogorsk State Technical University, Magnitogorsk, e-mail: ormpi-cg@mail.ru. Pytalev Ivan A., Candidate of Engineering Sciences, Assistant Professor, Mineral Mining Department, Nosov Magnitogorsk State Technical University, Magnitogorsk, e-mail: vehicle@list.ru
The article describes the conception of multi-purpose utilization of areas generated by production at open pit mines and dumps. Systematized promising trends of targeted formation of mine-technical structure for use later on as an independent product of opencast geotechnology depending on mining stage are listed. The main properties and characteristics of the production-made areas are determined for their evaluation in terms of money. The article puts forward methods of open pit mining and dumping in order to utilize their potential as the production-generated georesources. The substantiated method of quality control for all kinds of work connected with generation and utilization of the production-made areas includes modern techniques of positioning of mobile mining-and-haulage machinery.
Key words: georesources, production-formed areas, open pit mine, dump, alternative product of opencast geotechnology, comprehensive subsoil development.
References
1. Agoshkov M.I. Development of Theory and Practice of Comprehensive Subsoil Development, Moscow, IPKON AN SSSR, 1982, pp. 3-25.
309
2. Maslyak P.O. Recreational Geography, Moscow, Znanie, 2008, 343 p.
3. http://tka-ch-34.livejournal.com/239175.html
4. Development project: Pilot opencast mining of Zapadny ore occurrence at Vishnevskoe copper-bearing ore deposit, Magnitogorsk, MAGGEOPROEKT, 2011.
5. Zubkov A.A., Pytalev I.A., Kozlovsky A.A., Mel'nikov I.I. Formation and Utilization of Anthropogenic Georesources. Technological Flowsheets of Industrial Waste Placement in Open Pits and Dumps: Monograph, Magnitogorsk, MGTU, 2014, 176 p.
6. Mel'nikov I.T., Pytalev I.A., Mel'nikov I.I., Vasil'ev K.P. Formation and Utilization of Anthropogenic Georesources. Theory of Design of Tailings Storages for Various Resources, Monograph, Magnitogorsk, MGTU, 2014, 114 p.
7. Gavrishev S.E., Zalyadnov V. Yu., Pytalev I.A., Pavlova E.V. Nosov Magnitogorsk State Technical University Bulletin, 2010, no. 2, pp. 5—8.
310
