CC BY
31
© С.Е. Гаврншсв, К.В. Бурмистров, А.А. Колонюк, 2007
УДК 622.271.32.013.3
С.Е. Гавришев, К.В. Бурмистров, А.А. Колонюк
ПОРЯДОК И ИНТЕНСИВНОСТЬ ОТРАБОТКИ УЧАСТКОВ РАБОЧЕЙ ЗОНЫ КАРЬЕРА ПРИ ИЗМЕНЕНИИ ПОТРЕБНОСТИ В ДОБЫВАЕМОМ СЫРЬЕ
Семинар № 16
В настоящее время эффективное функционирование и развитие горнодобывающих предприятий во многом зависит от гибкого изменения производительности карьера в соответствии с колебанием потребности в минеральном сырье, своевременного формирования в нерабочих бортах карьера подземных горных выработок, размещения в отработанной части карьера отвалов вскрышных пород и отходов металлургического производства. Это требует оперативного управления интенсивностью горных работ на участках рабочей зоны карьера путем оптимальной последовательности их разработки, обоснованного изменения конструкции рабочей зоны и концентрации технологического оборудования на различных ее участках, а также учета факторов, ограничивающих управление интенсивностью.
Для оценки влияния концентрации горных работ и оборудования на интенсивность разработки карьера и отдельных его участков был обобщен комплекс взаимосвязанных показателей, приведенных к величине площади активной части рабочей зоны. Интенсивность горных работ предложено оценивать нагрузкой, приходящейся на 1 м2 рабочей зоны карьера (участка карьера); концентрацию горных работ - отношением активной площа-
ди рабочей зоны к общей площади рабочей зоны; концентрацию оборудования в рабочей зоне - величиной рабочей площади, приходящейся на 1 м3 емкости ковша экскаватора.
Проведенные исследования позволили установить диапазон изменения концентрации горных работ для различных способов формирования рабочей зоны и определить значения предельных величин, до которых целесообразно увеличивать концентрацию оборудования (рис. 1). Увеличение концентрации оборудования
свыше этих значений приводит к снижению интенсивности горных работ. При переходе от непрерывной рабочей зоны к дискретной по фронту и высоте интенсивность горных работ может быть увеличена более чем в 2 раза.
Для достижения расчетных значений интенсивности необходимо при проектировании и планировании
горных работ учитывать факторы, ограничивающие управление интенсивностью разработки, и предусматривать способы снижения влияния данных факторов. Основными факторами, ограничивающими управление интенсивностью разработки участков карьера, являются: снижение производительности экскаваторов в добычной зоне при осуществлении селективной выемки полезного ископаемо-
2, 3
кэ, тгыс.м /м
рабочая зона непрерывная (1Кг=1)
рабочая зона дискретн ая по фронту (к=0,7) рабочая зона дискретн ая по фронту и высоте (к==0,5)
Рис. 1. Зависимость интенсивности горных работ (1г) от концентрации оборудования в рабочей зоне (кэ)
го и при подготовке новых горизонтов; возрастание объемов работ по заоткоске борта карьера при постановке его в нерабочее положение; увеличение взаимовлияния горных работ на смежных горизонтах при повышении концентрации оборудования в рабочей зоне. Способы производства работ, учитывающие влияние данных факторов, предусматривают:
- применение в добычной зоне комплексов оборудования с экскаваторами «обратная лопата»;
- применение комплексов бурового оборудования и способов производства буровзрывных работ по заоткоске борта карьера в зависимости от применяемых способов формирования рабочей зоны;
- детализированное планирование горных работ на основе комплексного использования сетевых и ленточносетевых графиков, позволяющих повысить достоверность планирования до 95-97 %.
Устранение влияния факторов, ограничивающих управление интенсивностью горных работ, обусловливает дополнительные затраты, оказы-
вающие влияние на выбор оптимальной последовательности разработки участков рабочей зоны карьера. При этом целевая функция задачи управления интенсивностью горных работ будет зависеть от условий сбыта горнодобывающим предприятием готовой продукции. В случае, когда предприятие осуществляет продажу добываемой руды, целевая функция максимизирует дисконтированную прибыль
Т N
ЕЕ((Ц, ■ х1,, - ,) - (Ц,-1 • х,-,-1 - 8^,_1)) ^ тах
г=11=1
(1)
Когда карьер является структурным подразделением перерабатывающего предприятия, целевая функция минимизирует приращение затрат при изменении интенсивности горных работ Т N
ЕЕ (81, г - , г-1) ^ тп , (2)
г=11=1
где t=1,2,...,T - период разработки месторождения, лет; 1=1,2,....,М -номер участка карьера; Ц1 - цена на добываемую руду в 1-й период, руб./т; Ц1-1 - цена на добываемую руду в (I-1)-й период, руб./т; х1 - объем
добываемой руды в 1-й период, млн т; х1-1 - объем добываемой руды в (1-1)-й период, млн т; Бц - затраты на разработку месторождения на 1-м участке в 1-й период, руб.; Б,:1-1 - затраты на разработку месторождения на 1-м участке в (1-1)-й период, руб.
Управление интенсивностью отработки отдельных участков рабочей зоны карьера позволяет поэтапно снизить затраты на разработку месторождения и повысить конкурентоспособность горнодобывающего предприятия. Способ поэтапного снижения затрат основан на увеличении угла откоса бортов карьера в конечном положении и сокращении расстояния транспортирования вскрышных пород при формировании внутреннего при-гружающего отвала.
На первом этапе осуществляется снижение объемов вскрышных работ за счет увеличения угла нерабочего борта участка карьера, отрабатываемого с максимальной интенсивностью. Борт карьера при этом ставится во временно устойчивое положение с коэффициентом запаса устойчивости (кз.у), равным 1,1-1,2, обоснованного геомеханически с учетом фактора времени. Объем вскрышных пород, исключаемый из разработки, возрастает при увеличении высоты временно устойчивого борта и величины приращения угла нерабочего борта.
На втором этапе осуществляется формирование отвала, пригружающе-го временно устойчивый борт карьера. При этом снижается приведенное расстояние транспортирования вскрышных пород в 2-5 раз по сравнению с транспортированием во внешние отвалы. При формировании внутреннего отвала происходит восстановление запаса прочности массива с обеспечением его долговременной устойчивости.
Применение данного способа возможно при своевременном формировании внутреннего пригружающего отвала путем обеспечения необходимой интенсивности горных работ на участках рабочей зоны карьера. Условие достижения интенсивности разработки участков карьера от необходимого объема пригружающего отвала и срока стояния сформированного временно устойчивого борта представлено формулой:
N Опд у..„
ЕЕ I,,, а ---------------------------, (3)
,=2 г=1 Е
Е Е8а, 1,г ,=2 г=1
где 1=2,3,...,М - номер участка карьера; VПo - объем отвала, пригружающего временно устойчивый борт, млн м3; Тст - время стояния временно устойчивого борта, лет; Ба,ц - площадь активной рабочей зоны на 1-м участке в 1-й период, м2.
Разработанные мероприятия были использованы при разработке рекомендаций по обеспечению необходимой производительности карьера «Малый Куйбас» ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат». Проектом реконструкции карьера предполагается наращивание объемов добычи руды до 2,5 млн т/год, что требует увеличения производительности по вскрыше, приобретения дополнительного горнотранспортного оборудования и изменения интенсивности горных работ.
На основе проведенных исследований была определена целесообразность первоочередной отработки Южного участка карьера и формирование в отработанной части отвала вскрышных пород. Для обеспечения заданной интенсивности горных работ на Южном участке карьера разработан комплекс мероприятий: переход со способа формирования ра-
Рис. 2. Борт Южной части карьера «Малый Куйбас» на конец отработки: 1 - поверхность скольжения участка борта карьера, кзу=1,1 (Тст до 5 лет); 2 - поверхность скольжения участка борта карьера до отсыпки отвала, кзу=1,2 (Тст до 10 лет); 3 - поверхность скольжения участка борта карьера после отсыпки отвала, кзу=1,2 (Тст более 10 лет)
бочей зоны, дискретного по фронту, на дискретный по фронту и высоте; увеличение концентрации оборудования на 35%; организация каскадного взрывания для снижения влияния горных работ на смежных горизонтах. Управление интенсивностью горных работ в карьере позволит увеличить угол нерабочего борта Южного участка до 55°, снизить объем вскрышных работ на 11,3 млн м3, сформировать в отработанной части карьера внутренний пригружающий отвал объемом 11 млн м и сократить при-
веденное расстояние транспортирования вскрыши в 2,5 раза по сравнению с транспортированием во внешние отвалы (рис. 2).
Сокращение объемов вскрышных работ, снижение приведенного расстояния транспортирования вскрыши, а также меньшее, по сравнению с проектом реконструкции. вовлечение в технологический процесс количества горнотранспортного оборудования позволит получить экономический эффект в размере 404,6 млн руб. за период с 2004 по 2018 гг.
— Коротко об авторах-----------------------------------------------------
Гавришев С.Е., Бурмистров К.В., Колонюк А.А. - ГОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова».
