CC BY
147
© М. С. Четверик, О. А. Медведева, Е.А. Ворон, 2006
УДК 622.271
М. С. Четверик, О.А. Медведева, Е.А. Ворон
ПРОИЗВОДСТВЕННАЯ МОЩНОСТЬ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ КОМПЛЕКСЫ ПРИ ДОРАБОТКЕ КАРЬЕРОВ, ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ИХ ВЫРАБОТАННЫХ ПРОСТРАНСТВ
Семинар № 16
ш ш ереход к рыночным отношени-
ж. Ж. ям, энергоемкая технология, плата за энергоносители по высоким ценам, изношенность оборудования, повышенные требования к охране окружающей среды, а также низкое качество природного минерального сырья существенно сказывается на экономичность добычи руд в Кривбассе. Экономическое состояние еще больше ухудшилось в связи со снижением производственной мощности карьеров и увеличением части постоянных затрат и их величины в себестоимости концентрата. Поэтому снизились объемы выемки вскрышных пород, а на отдельных карьерах, в связи с уменьшением необходимой вскрытой площади рудной залежи для обеспечения меньшей производительности стали осуществлять внутреннее отвалообразо-вание. Дальнейшее увеличение глубины карьеров (в настоящее время составляет 300-370 м) предопределяет необходимость решения проблем обеспечения производственной мощности карьеров, формирования технологических комплексов, использование пространств отработанных карьеров.
Согласно теории разработки глубоких карьеров, изложенных в работах Н.В. Мельникова, В.В. Ржевского, М.Г. Новожилова, Б.Н. Тартаковского и др., для добычи руды на глубоких горизон-
тах эффективно использовать циклично-поточную технологию горных работ, которая и применяется на данный момент на всех карьерах Кривбасса. Транспортирование вскрышных пород предусматривалось осуществлять железнодорожным транспортом с вводом его на глубокие горизонты (до 250-300 м) путем применения повышенных уклонов железнодорожных путей. Однако последнее не удалось осуществить (максимальная глубина на ЮГОКе составляет 170 м) в связи с отсутствием сформированных нерабочих бортов и ряда других причин. Сложившиеся горнотехнические условия, обусловленные недостаточной выемкой вскрышных пород (по Кривбассу на 1.01.2005 г. около 330 млн м3), могут привести к снижению производственной мощности карьеров.
Производственную мощность глубоких карьеров Q по полезному ископаемому, достижимую по горнотехническим возможностям, определяют исходя из скорости понижения горных работ к площади вскрытой рудной залежи:
О = ц. 5 , (1)
1 - ^
где Q - производственная мощность карьеров, т; к - скорость углубки карьера в рудной зоне, м/год; 5 - запасы
руды в метровом слое, млн.м /м; у -плотность руды, т/м ; в - размер потерь в долях единицы; V - размер засорения в долях единицы.
Скорость углубки определяют исходя из производительности экскаватора и параметров разрезной траншеи, подготовку которой он осуществляет или из опыта работы.
Однако такая скорость понижения горных работ не может быть достигнута, если не будет выполнен соответствующий объем вскрышных пород. Поэтому, для установления производственной мощности карьера, достижимой по горнотехническим возможностям, необходимо определять ту скорость понижения горных работ, которая обеспечит существующий на карьере технологический комплекс по выемке вскрышных пород. Ее можно определить по следующему выражению:
У V ,
"гв = -----Ъвв ,
"у * ^О.В.
(2)
где XV' = V +У2 , где V;, У2 - объемы выемки вскрышных пород, соответственно на железнодорожный и автомобильно-железнодорожный транспорт,
м3; ку - высота уступа, м; Ьав. - общая длина вскрышного фронта гор-ных работ, который будет перемещаться на данный период, м; рВ - угол откоса борта карьера во вскрышной рабочей зоне, град.
Как следует из выражения (2) при постоянной производительности технологического комплекса по выемке вскрыши с увеличением глубины карьера достижимая скорость понижения горных работ снижается (рисунок).
Скорость понижения горных работ кГН, необходимую для обеспечения за-
данной производственной мощности карьера по руде можно определить так:
О 1 -V
или
у(Бв - Бв,о.) 1 -в
, м
К
О
1 -1
(3)
7' Шср • 1о.р 1 -в
где БВ - общая вскрытая площадь рудной залежи, м2; 8В.О, - площадь вскрытой рудной залежи, занятой внутренним отвалом, м2; Шр - ширина рабочей площадки нормативной величины, м; ЬОР. - общая длина рудного фронта при нормативной величине рабочей площадки, м.
С увеличением глубины карьера общая длина рудного фронта сокращается. Поэтому для обеспечения постоянной производственной мощности карьера по руде с увеличением его глубины необходимо увеличение скорости понижения горных работ (см. рисунок). Этого можно достичь путем повышения производительности технологических комплексов по выемке вскрышных пород [1, 2] по следующим направлениям:
- Осуществить вскрытие нижних глубоких горизонтов с применением циклично-поточной технологии на карьерах, которые ее применяют, что позволит снизить расстояния автоперевозок полезного ископаемого, а высвободившиеся автосамосвалы при-менить на вскрыше. Опустить на нижние горизонты железнодорожный транспорт на временные борта карьеров.
- Увеличить уклоны железнодорожных путей до і = 0,045-0,050.
- Ввести дополнительные технологические комплексы в виде конвейерных или скиповых подъемников.
И, м/год
Н, м
Глубокие карьеры достигли таких глубин, которые требуют решения кардинальных вопросов: какая их граничная глубина карьера в сложившихся экономических условиях, как их ликвидировать и использовать отработанные пространства. После установления граничной глубины карьера проектом развития и доработки карьера следует определить вид объектов, которые могут быть созданы в его пространстве после отработки запасов. Это необходимо для того, чтобы одновременно с добычей полезного ископаемого или выемкой вскрышных пород осуществлять горнокапитальные и строительные работы по сооружению запроектированных комплексов. Создание объектов в пространстве отработанного карьера одновременно с его доработкой позволяет существенно сократить капитальные вложения на их сооружение, так как имеется комплекс горной техники (автомобильный транспорт, экскаваторы, буровые
Изменение скоростей понижения горных работ с глубиной карьера при по-стоянной производственной мощности карьера и постоянной производительности вскрышного комплекса:
▲ - достижимая скорость понижения горных работ; • - необходимая скорость понижения горных работ; 1, 2, 3 - при параметрах длины дна карьера по руде Д = 2500; 2000; 1500 м; и 4, 5, 6 - при параметрах соответственно Ь -9800; 9000 и 8000 м.
станки, бульдозеры), проложены линии электро- и водоснабжения, налажено транспортное сообщение между городом (поселком) и карьером, существует обеспеченность трудовыми ресурсами.
Обоснованная конечная глубина карьеров в дальнейшем позволяет проектом предусмотреть размещение в его пространстве объектов различного вида и назначения в соответствии с разработанной классификацией [3].
Объекты в пространстве отработанного карьера выбирают соответственно отрасли хозяйства региона; климатических и горно-геологических условий, параметров карьера; размещение объектов по климатическим зонам в соответствии с микроклиматом карьера.
При добыче и переработке железистых кварцитов актуальным остается вопрос складирования отходов обогащения и вскрышных пород. В горнометаллургическом комбинате «Криво-рожсталь» принято прогрессивное решение о складировании отходов обогащения в отработанный карьер №1. Это месторождение характеризуется тем, что отработанные запасы пятого и четвертого железистых горизонтов относятся к Восточно-Ингулецкой синклинали. В основании карьера и его бортах находятся мощные пласты третьего-четвертого малопроницаемых
сланцевых горизонтов. Восточная часть карьера, (меньшей глубины), заполнена вскрышными породами, а западная (глубиной 250 м) - водой. Карьер использовался для аккумуляции шахтных вод южной группы рудников. Предусматривается воду использовать в технологических процессах, а карьер заполнить отходами обогащения с последующей рекультивацией поверхности. Внедрение данного предложения позволяет не только улучшить экологическое состояние, но и избежать применения станций гидроподъёма шла-мов, которые сейчас используют при эксплуатации наземных хвостохрани-лищ.
Актуальной проблемой является использование пространств отработанных карьеров, особенно со скальными породами (карьеры Кривого Рога, некоторые карьеры по добыче флюсовых известняков Донецкого региона, АР Крым и др.), рациональное проведение горнотехнической и биологической рекультивации; создание биологических моделей образования почвеннорастительного слоя, обеспечивающих нормальный качественный рост древесных и кустарниковых пород.
В ИГТМ НАНУ разрабатывается проект доработки Кадыковского карьера по добыче флюсовых известняков ОАО «БРУ им. А.М. Горького» и создание в его отработанном пространстве туристическо-оздорови-тельной зоны «Феодора». Данное месторождение характеризуется скальными породами (коэффициент крепости по шкале проф. Протодьяконова £=9-12) с жесткими связями между минералами и зернами, с прослойками глинистых пород с включением каолинита и монтмориллонита, кварца, гидрослюд и тонких частичек гумусовых веществ.
В пространстве карьера проектом предусматривается расположить различные объекты, соответствующие профилю хозяйства данного района по климатическим зонам, с учетом особенностей микроклимата карьера. Пространство Кадыковского карьера по высоте условно разделяется на четыре зоны. В первой (верхней) зоне расположить автостоянку, гостиничный комплекс, административные здания, фитнес-клуб. Во второй зоне провести подземные камеры-галереи музея виноделия Крыма и Молдавии, построить теплицы, оранжереи с экзотическими растениями и цветами, солнечно-ветровые установки (СВ), разместить биогазовую установку. В третьей зоне - спортивный комплекс. В четвертой (нижней) - парковую зону с велотреками и водоемом пресной воды.
Для проведения горно-строительных работ предусматривается применить различные технологические комплексы. Так, для создания подземных галерей музея и размещения в них винных погребов, дегустационных залов можно применить камнерезные машины различной модификации (КМГ-2, МКГ-1). Для проложения велотреков, пешеходных дорожек, площадей под автостоянки, которые должны иметь ровную поверхность, возможно использование фрезерных комбайнов Surface Miner фирмы Wirtgen. Обеспечение теплом, освещение помещений, теплиц и др. производится за счет аккумуляции солнечной энергии СВУ.
На всей территории туристическо-оздоровительной зоны предусмотрено проведение озеленительных работ путем посадки почвоукрепляющих, корнеотпрысковых, хвойных и лиственных деревьев, кустарников, цветников (сосна крымская, лох обыкновенный, бирючина, лещина, таволга и др.) по
бортам, откосам уступов, площадкам карьера. На некоторых бортах и площадках карьера на гор. +105 м, гор. +90 м и гор.+75 м и др. наблюдается естественное прорастание растительности, которая представлена лекарственными и луговыми травами (мать-и-мачеха, пустырник и др.), кустарниками (грабиник, палиурус, дрок испанский) и деревьями (тополь обыкновенный и сосна крымская). Для формирования почвенно-раститель-ного слоя предусматривается использовать горные породы из отвалов: осадочно-карбонатные породы (иллито-вая серо-зеленая и красно-бурая глины, мергели, аргиллиты) и хрупкие породы (песчаники и алевролиты), характеризующиеся значительной пластичностью, усадкой, связностью, лип-костью и малыми показателями истираемости. Породы в процессе разработки подверглись механическому воздействию и смешиванию литотипов, что привело к нарушению их естественной структуры и гранулометрического состава. Согласно гранулометрической классификации грунтов по В.В. Охотину, если в грунте содержится более 25 % глинистых частиц, то это свидетельствует о том, что естественные пылеватые и тяжелосуглинистые грунты в процессе экскавации и уплотнении преобразовались в глинистые с низкой высотой капиллярного поднятия [4]. Было установлено, что при обильном увлажнении происходит набухание, повышение вязкости глинистых частиц. А это в конечном итоге приводит к закупориванию пор и снижению роста древесных и кустарниковых пород.
Таким образом, необходима разработка модели почвенно-раститель-ного слоя, который бы обеспечивал накопление осенне-зимней влаги, и высоту ка-
пиллярного поднятия, близкую к естественной.
Выводы
1. Производственная мощность глубокого карьера, достижимая по горнотехническим условиям, определяется скоростью понижения горных работ, которая обеспечивается исходя из производительности технологического комплекса по высоте вскры-шных пород, параметров карьера и его рабочих зон по вскрыше и руде. При увеличении глубины карьера для обеспечения его производственной мощности необходимо повышение скорости понижения горных работ. При постоянной производительности технологического комплекса по выемке вскрышных пород, скорость понижения горных работ уменьшается. Поэтому необходим ввод дополнительных мощностей по выемке вскры-шных пород.
2. При выполнении проектных работ по доработке карьера необходимо предусмотреть объекты, которые могут быть размещены в его пространстве. Это позволит одновременно при добыче полезного ископаемого и выемке вскрышных пород осуществлять сооружение объектов, что позволит сократить затраты на капитальные работы.
3. При проведении технологических процессов (экскавация, транспортирование, отвалообразование) разрушается естественная структура пород. В результате их смешивания изменяется гранулометрический состав, пористость. Поэтому на рекультивированных землях не обеспечивается достаточная высота капиллярного поднятия, соответствующая естественной, не накапливается осенне-зимняя влага.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Четверик М.С., Медведева О.А. Производственная мощность глубоких карьеров и технологические комплексы. // Матеріали
міжнародної конференції “Форум горняків -2005”, том 4. Дніпропетровськ: НГУ - 2005. С. 219-229.
2. Медведева О.А. Производительность по руде и вскрышным породам горнотранспортных комплексов карьера. // Геотехническая механика. Межвед. сб. научн. трудов. - Днепропетровск. - 2003. - №47.- С. 272-277.
3. Четверик М.С. , Ворон Е.А. Создание промышленно-хозяйственных и туристическо-оздоровительных комплексов в пространствах отработанных карьеров. Металлургическая и горнорудная промышленность, 2005, - №1, - С. 89-92.
4. Ворон Е.А. Особенности формирования почвенно-растительного слоя при рекультивации глубоких карьеров.// Геотехническая механика. Межвед. сб. научн. трудов. - Днепропетровск. - 2006. - №62.- С. 113-121.
— Коротко об авторах -------------------------------------------------
Четверик М.С. - доктор технических наук, профессор,
Медведева О.А. - инженер I кат.,
Ворон Е.А. - инженер I кат.,
Институт геотехнической механики им. Н.С. Полякова НАН Украины.
----------------------------------------- © Н.В. Зыков, Г.В. Секисов,
Ю.Н. Резник, 2006
УДК 622.271
Н.В. Зыков, Г.В. Секисов, Ю.Н. Резник
СОЦИАЛЬНЫЕ АСПЕКТЫ ТЕХНОЛОГИЙ ОТКРЫТОЙ РАЗРАБОТКИ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ТВЕРДЫХ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ
Семинар № 16
~П качестве наиболее общей научно-практической категории социального аспекта нами выделяется интегральная категория - «общесоциальная эффективность».
Под общесоциальной эффективностью понимается, в широком смысле, повышение уровня социальности той
или иной полезной деятельности человека - от индивидуума до больших соц-образований, например, те, на которые оказывает воздействие та или иная производственная деятельность и, в частности, - технологии освоения минеральных объектов.
