CC BY
40
© С.Е. Гавришев, К.В. Бурмистров, 2015
УДК 622.271.32.013.3
С.Е. Гавришев, К.В. Бурмистров
ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СХЕМ ВСКРЫТИЯ ЗАПАСОВ И ТРАНСПОРТИРОВАНИЯ ГОРНОЙ МАССЫ ПРИ ОТКРЫТО-ПОДЗЕМНОМ СПОСОБЕ РАЗРАБОТКИ МЕСТОРОЖДЕНИЯ
Обоснована целесообразность применения крутонаклонных подъемников в карьере при комбинированном способе разработки месторождений. Авторами предлагается изменение схемы вскрытия с устройством карьерных подъемников с целью повышения эффективности комбинированной отработки месторождений.
Ключевые слова: комбинированная разработка, доработка карьера, конвейерный подъемник, скиповой подъемник
величение текущей глубины действующих карьеров при-
водит к росту расходов на транспортирование горной массы, которые могут достигать 80% и более от общих затрат на разработку месторождения. Максимальные значения затрат характерны для карьерного автомобильного транспорта, которым в настоящее время транспортируется более 70% горной массы на карьерах России [1]. Строительство подземных рудников нередко ведется с использованием выработанного пространства карьера, имеющихся в нем коммуникаций и транспорта.
Целесообразность использования карьерных транспортных коммуникаций для вскрытия запасов за контуром карьера и транспортирования рудной массы по карьерным автодорогам доказана научными исследованиями и практикой разработки месторождений комбинированным способом [2, 3, 4]. Преимуществом таких решения является снижение сроков строительства подземного рудника и относительно низкими капитальными затратами в сравнении со вскрытием запасов с поверхности. Недостатком же являются высокие затраты на транспортирование горной массы на заключительном этапе функционирования карьера, которые в последствии переносятся на подземный способ разработки.
291
Сократить затраты на заключительных этапах функционирования карьера и при последующей разработке месторождения подземным способом возможно за счет перехода на комбинированные виды транспорта с добавлением в транспортную цепь таких энергоэффективных видов транспорта как конвейерный или скиповой подъемники [5, 6, 9, 10]. Возможность и целесообразность внедрения данного вида транспорта учитывается горнотехническими, горно-геологическими и экономическими факторами [11].
Нами были выделены следующие дополнительные факторы, определяющие возможность и целесообразность применения подъемников при комбинированном способе разработки: соотношение производительностей открытого и подземного рудников; возможность оставления целиков в местах расположения подъемников; схема размещения поверхностных сооружений открытого и подземного рудников; наличие площадок или возможности их размещения для создания перегрузочного пункта; расположение дорабатываемых запасов относительно контура карьера.
Изменение схемы вскрытия карьеров традиционно рекомендуется осуществлять в процессе эксплуатации карьера. При этом многие глубокие карьеры, сохраняя принятый вид транспорта, находятся на данный момент на стадии доработки или близки к ней. Стадия доработки характеризуется существенным ростом расстояния транспортирования при одновременном снижении объемов транспортируемой горной массы. Изменение схемы вскрытия на данном этапе до настоящего времени не рассматривалось ввиду ограниченности сроков эксплуатации и невозможностью обеспечить окупаемость капитальных вложений в карьере.
Нами была рассмотрена целесообразность изменения схем вскрытия карьеров на данной стадии с учетом использования карьерных транспортных коммуникаций для транспортирования руды с подземных рудников.
В ходе исследований решались две основные задачи:
- доказать целесообразность изменения схемы вскрытия на заключительных этапах разработки месторождений открытым способом;
- обосновать область применения технологических схем с крутонаколонными подъемниками при открыто-подземном способе разработки месторождений.
292
Анализ литературных источников и практики разработки месторождений показывает, что зона рационального перехода на комбинированный автомобильно-конвейерный и автомобильно-скиповой транспорт для открытой разработки месторождений находится в диапазоне 0,2^0,75 долей от конечной глубины карьеров [7, 8]. При этом, изменение схемы вскрытия на заключительных этапах открытой разработки с соответствующим изменением вида карьерного транспорта для целей открытого и подземного рудников не рассматривалось.
Нами было проведено сравнение 3-х схем вскрытия карьеров при открыто-подземной разработке месторождений. Наиболее распространенная на карьерах схема вскрытия наклонными траншеями с петлевой или спиральной формой трассы и автотранспортом сравнивалась с предлагаемыми комбинированными схемами вскрытия: наклонными и крутой траншеей с размещенным скиповых подъемников; наклонными и крутой траншеей с размещенным конвейерным подъемником [4].
В процессе исследований было установлено, что при одинаковом объеме транспортирования с карьера и, впоследствии, с подземного рудника через карьер целесообразность изменения схем вскрытия зависит от высоты подъема горной массы по карьеру, объемов и сроков перемещения горной массы с открытого и подземного рудников карьерными подъемниками [4, 13].
На рис. 1 представлены зависимости изменения приведенных затрат на транспортирование автомобильным и автомобильно-конвейерным транспортом по годам применения технологической схемы. При объеме транспортирования до 1 млн т (рис. 1, а) переход на автомобильно-конвейерный транспорт нецелесообразен. При объеме транспортирования от 2 млн т (рис. 1, б) изменение схемы вскрытия целесообразно.
При большем объеме транспортирования разница в среднегодовых затратах растет и соответственно увеличивается величина экономического эффекта.
Аналогичные исследования были выполнены для условий изменения схемы вскрытия и внедрения на карьере автомобильно-скипового транспорта. Результаты расчета экономического эффекта по транспортированию автомобильным и автомобильно-скиповым транспортом показали, что эффективным является из-
293
Рис. 1. Изменение приведенных затрат на транспортирование по годам отработки при расположения концентрационного горизонта в карьере на глубине 300 м и объемах транспортирования: а — 1; б — 2 млн т
менение схемы вскрытия при годовом объеме транспортирования 2 млн т с высотой подъема более 350 м; а при объеме транспортирования более 3 млн т на автомобильно-скиповой транспорт целесообразно переходить при высоте подъема более 200 м.
В связи с тем, что на большинстве разрабатываемых месторождений производительность карьеров по горной массе, значительно больше, чем производительность подземных рудников [13] нами была рассмотрена целесообразность полного использования эксплуатационной производительности подъемника при перемещении внутрикарьерных запасов и частичного использования — при транспортировании запасов с подземного рудника. Целесообразность изменения схем вскрытия определялась для соотношений объемов транспортирования с подземного рудника к объемам транспортирования из карьера 0,2; 0,3 и 0,4.
Вариант с соотношением объемов транспортирования 0,2 оказался неэффективен, так как приведенные затраты на комбинированный транспорт в период подземной разработки месторождений превышают затраты на автотранспорт (рис. 2, а).
Эффективное использование конвейерного подъемника на протяжении всего срока эксплуатации достигается при соотношении объемов транспортирования 0,3 и более, что видно из рис. 2, б.
Аналогичные исследования были выполнены для условий применения скипового подъемника. Эффективным является
294
Рис. 2. Изменение приведенных затрат на транспортирование по годам отработки при QК = 5 млн т/год и расположении концентрационного горизонта в карьере на глубине 300 м: а — QП/Qк = 0,2; б — QП/Qк = 0,3
вариант использования скипового подъемника при соотношении объемов транспортирования Qп/Qк = 0,3 и более, глубине расположения концентрационного горизонта в карьере — 300 м. При больших соотношениях объемов транспортирования величина экономического эффекта растет.
Таким образом, использование конвейерного и скипового подъемников при работе в период подземной разработки месторождений более чем на 30% от производительности подъемника при работе в карьере является эффективным.
Также был рассмотрен вариант изменения схем вскрытия для транспортирования запасов с подземного рудника при практически доработанных запасах в контуре карьера. Окончание строительства подъемника приходится на ввод подземного рудника в эксплуатацию. Результаты исследований показали, что строительство конвейерного подъемника целесообразно при объеме транспортирования с подземного рудника более 2 млн т при высоте подъема более 200 м, скипового подъемника — более 3 млн т при высоте подъема более 200 м.
Проведенные исследования позволили расширить границу перехода на автомобильно-конвейерный и автомобильно-скиповой транспорт и расширить зону перехода при открыто-подземной разработке месторождений от 0,75 долей от конечной глубины до конечной глубины карьера. Таким образом изменение схем
295
вскрытия целесообразно как на заключительных этапах открытой разработки, так и при доработанных запасах в контуре карьера с использованием подъемника только для целей подземного рудника.
Далее нами была исследована область применения карьерных подъемников для разработки запасов за контурами карьеров по сравнению со вскрытием данных запасов с поверхности. Для этого был расширен диапазон исследуемых технологических схем использования карьерных подъемников с учетом применения современных перспективных видов подъемников [13, 14, 15, 16].
В результате были выделены четыре базовые схемы, применимые для открыто-подземных работ. Данные схемы разделены на 2 класса. К I классу относятся месторождения, на которых горизонты карьера вскрыты наклонными и крутыми траншеями, с размещенными в них конвейерным транспортном или скиповым подъемником, ко II классу относятся месторождения, на которых горизонты карьера вскрыты подземными горными выработками [12]. Данными технологическими схемами предусматриваются следующие способы транспортирования горной массы: схема 1.1 — подземный автосамосвал (ПА) в наклонном съезде — карьерный конвейерный подъемник; схема 1.2 — ПА в наклонном съезде — карьерный скиповой подъемник; схема 11.1 — ПА в наклонном съезде — конвейер в наклонном стволе; схема 11.2 — ПА в наклонном съезде — скиповой подъемник в вертикальном стволе. На рис. 3 представлены результаты расчетов эффективности применения данных технологических схем по сравнению со вскрытием запасов с поверхности. Сравнение перечисленных вариантов схем производилось со следующими технологическими схемами: 3 — ПА в наклонном съезде — перегрузочный пункт — карьерный автосамосвал; 4 — ПА (ж.д. транспорт или конвейер) в квершлаге — перегрузочный пункт — скиповой подъемник в шахтном стволе, пройденном с поверхности; 5 — ПА (ж.д. транспорт или конвейер) в квершлаге — перегрузочный пункт — скиповой подъемник в существующем шахтном стволе после углубления.
В ходе исследований также учитывалось расположение запасов относительно контуров карьера и место расположения подъемника с учетом перехода на подземную разработку. В результате выполненных исследований установлено, что при разработке приконтурных запасов применение предложенных схем обеспечивает снижение стоимостных показателей транс-
296
а запасы ниже дна 260 230 j 200 470 ; 140
I" 1Ю 80
170
® о >£140
с га о >, > с;
1110
5 80
50
запасы ниже дна 260 ш 230 | ^ 200 § £170 I з 140 110 80
.2 — I*- 5
о
CN Cr
5.
550
600 650 700 750 Глубина шахты, м
800
1 2 3 4 5 6 Производственная мощность рудника, млн т/год
в запасы в бортах
—♦■ — я 1.1. I.2. у
-11.1. -4 к г ^ о
Г- ' "* V
_ _ 1 _- - г Г- ■ '
запасы в бортах 160
1 2 3
Протяженность штольни,
1 2 3 4 5 Производственная мощность рудника, млн т/год
Рис. 3. Зависимость условных эксплуатационных затрат на добычу руды от:
а — глубины шахты; б — производственной мощности рудника; в — протяженности штольни; г — производственной мощности рудника
портирования руды до 40%, при разработке удаленных от контуров карьера запасов — до 20%.
Таким образом, результаты выполненных исследований позволяют расширить ранее установленную область использования карьерного пространства и существующего карьерного транспорта при разработке законтурных запасов подземным способом.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Косолапов А.И., Малофеев Д.Е, Кузнецов Д.В. К вопросу оценки интенсивности горных работ при разработке месторождений в суровых климатических условиях // ГИАБ. — 2013. — № 2. — С. 35-41.
2. Рыльникова М.В., Калмыков В.Н., Ивашов Н.А. Вскрытие при комбинированной разработке медно-колчеданных месторождений // Горная промышленность. — 2003. — № 2. — С. 38.
3. Калмыков В.Н., Гоготин А.А., Яркеев А.Р. Обоснование способа выдачи рудной массы на поверхность при отработке запасов переходной зоны железорудного месторождения Малый Куйбас // ГИАБ. — 2015. — № S4-15. — С. 122-130.
297
4. Гавришев С.Е., Бурмистров К.В., Кидяев В.А. Использование преимуществ карьерного комбинированного транспорта при открыто-подземной разработке месторождений // Вестник МГТУ им. Г.И. Носова. — 2010. — № 3. — С. 25-28
5. Шешко Е.Е., Картавый А.Н. Эффективный транспорт для глубоких карьеров // Горный журнал. — 1998. — № 1.
6. Васильев М.В. Транспорт глубоких карьеров. — М.: Недра, 1983. — 295 с.
7. Васильев М.В. Комбинированный транспорт на карьерах. М.: Недра, 1975. — 360 с.
8. Яковлев В.Л. Теория и практика выбора транспорта глубоких карьеров. — Новосибирск: Наука, 1989. — 240 с.
9. Лель Ю.И. Теоретические основы выбора карьерного транспорта рудных карьеров. — Дис. д-ра техн. наук / ИГД им. Скочинского. — М., 1978. — 421 с.
10. Лель Ю.И, Мусихина О.В. Энергетика карьерного транспорта // Инновационный транспорт. — 2011. — № 1. — С. 34-39.
11. Гавришев С.Е., Бурмистров К.В., Томилина Н.Г. Обоснование факторов, обусловливающих применение крутонаклонных подъемников при комбинированном способе разработки месторождений // Вестник МГТУ им. Г.И. Носова. — 2012. — № 4. — С. 5-10.
12. Гавришев С.Е. Классификация технологических схем вскрытия глубоких горизонтов с применением крутонаклонных подъемников при комбинированном способе разработки месторождений // С.Е. Гавришев, К.В. Бурмистров, Н.Г. Томилина // Известия вузов. Горный журнал. — 2013. — № 7. — С. 9-15.
13. Гавришев С.Е. Оценка эффективности схем вскрытия законтурных запасов с применением карьерных подъемников [Текст] / С.Е. Гавришев, В.Н. Калмыков, К.В. Бурмистров, Н.Г. Томилина, В.Ю. Заляднов // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. — 2014. — № 1. — С. 8-12.
14. Николаев Е.Д., Дмитрин В.П., Костерин Л.С. и др. Анализ конструкций крутонаклонных конвейеров для глубоких карьеров // Горный журнал. — 1998. — № 11-12.
15. Яковлев В.Л, Тюлькин А.П., Кармаев Г.Д. Технологические аспекты применения крутонаклонных конвейеров в горнодобывающей промышленности // ГИАБ. — 2002. — №10. — С. 211-217.
16. Бахтурин Ю.А. Современные тенденции развития карьерного транспорта // ГИАБ. — 2009. — № 7. — С. 403-414.
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -
Гавришев Сергей Евгеньевич — д-р техн. наук, проф., директор Института горного дела и транспорта, зав. кафедрой «Разработки месторождений полезных ископаемых» ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова», Магнитогорск, e-mail: ormpi-cg@mail.ru
298
Бурмистров Константин Владимирович — канд. техн. наук, доцент кафедры «Разработки месторождений полезных ископаемых» ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова», Магнитогорск, e-mail: burmistrov_kv@mail.ru
UDC 622.271.32.013.3
THE DESIGN OF TECHNOLOGICAL SCHEMES OF OPENING INVENTORY AND TRANSPORTATION OF THE ROCK MASS IN THE OPEN-UNDERGROUND METHOD OF DEVELOPMENT OF THE FIELD
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. Burmistrov Konstantin V., Candidate of Engineering Sciences, Assistant Professor, Mineral Mining Department, Nosov Magnitogorsk State Technical University, Magnitogorsk, e-mail: burmistrov_kv@mail.ru
In article the expediency of application steeply lifts in quarry is proved at the combined way of working out of deposits. Authors change of the scheme of opening with the device open-pit lifts in quarry for the purpose of increase of efficiency of the combined working off of deposits is offered.
Key words: combined development, completion quarry, conveyor lift, skip.
References
1. Kosolapov A.I., Malofeev D.E., Kuznetsov D.V. Mining Informational and Analytical Bulletin, 2013, no. 2, pp. 35-41.
2. Ryl'nikova M.V., Kalmykov V.N., Ivashov N.A. Mining Industry Journal, 2003, no. 2, p. 38.
3. Kalmykov V.N., Gogotin A.A., Yarkeev A.R. Mining Informational and Analytical Bulletin, 2015, no. S4-15, pp. 122-130.
4. Gavrishev S.E., Burmistrov K.V., Kidyaev V.A. Nosov Magnitogorsk State Technical University Bulletin, 2010, no. 3, pp. 25-28.
5. Sheshko E.E., Kartavyi A.N. Mining Journal, 1998, no. 1.
6. Vasil'ev M.V. Deep Open Pit Mine Transport, Moscow, Nedra, 1983, 295 p.
7. Vasil'ev M.V. Intermodal Transport in Open Pit Mines, Moscow, Nedra, 1975, 360 p.
8. Yakovlev V.L. Theory and Practice of Transport Selection for Deep Open Pit Mines, Novosibirsk, Nauka, 1989, 240 p.
299
9. Lel' Yu.I. Theoretical grounds to select transport for open pit metal mines, Doctor of Engineering Sciences Dissertation, Moscow, IGD, 1978, 421 p.
10. Lel' Yu.I., Musikhina O.V. Innovative Transport, 2011, no. 1, pp. 34-39.
11. Gavrishev S.E., Burmistrov K.V., Tomilina N.G. Nosov Magnitogorsk State Technical University Bulletin, 2012, no. 4, pp. 5-10.
12. Gavrishev S.E., Burmistrov K.V., Tomilina N.G. Mining Journal, 2013, no. 7, pp. 9-15.
13. Gavrishev S.E., Kalmykov V.N., Burmistrov K.V., Tomilina N.G., Zalyadnov V. Yu. Nosov Magnitogorsk State Technical University Bulletin, 2014, no. 1, pp. 8-12.
14. Nikolaev E.D., Dmitrin V.P., Kosterin L.S. et al. Mining Journal, 1998, no. 11-12.
15. Yakovlev V.L., Tyul'kin A.P., Karmaev G.D. Mining Informational and Analytical Bulletin, 2012, no. 10, pp. 211-217.
16. Bakhturin Yu.A. Mining Informational and Analytical Bulletin, 2009, no. 7, pp. 403-414.
300
