CC BY
25
© М.В. Рыльникова, А.В. Красавин, О.В. Петрова, 2004
УДК 553.3/.4
М.В. Рыльникова, А.В. Красавин, О.В. Петрова
РАЗВИТИЕ МЕТОДИКИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ КОМБИНИРОВАННОГО СПОСОБА ОСВОЕНИЯ МЕДНО-КОЛЧЕДАННЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ
Семинар №13
ТУ настоящее время отработка медноколчеданных месторождений осуществляется преимущественно раздельными проектами на открытый, либо подземный способ. В результате, при переходе с одного способа на другой, на предприятиях наблюдается снижение объемов добычи и рентабельности, связанных с трудностями решения организационных и геомеханических проблем. В первую очередь, это вязано с тем, что часть запасов фактически уже вскрытых и подготовленных к выемке оставляется в целиках для поддержания устойчивого состояния массива и обеспечения безопасности ведения горных работ. Повысить эффективность освоения месторождения возможно за счет проектирования комбинированной геотехнологии на весь срок его эксплуатации с рациональными параметрами -границы перехода с одного способа разработки на другой, последовательностью и сроками их выполнения, структура и объемы добычи, способ управления состоянием массива на различных этапах горных работ.
Определение рациональных параметров комбинированной разработки медно-колчеданных месторождений осуществлялось на базе исследовательской модели «Выбор предпочтительных вариантов горно-техно-логической стратегии освоения месторождения полезных ископаемых комбинированным способом» [1], для условной крутопадающей медесодержащей залежи со следующими параметрами: мощность рудного тела - 75 м, длина по простиранию рудного тела - 1000 м, длина по падению рудного тела - 750 м, содержание меди в руде - 3 %, высота налегающих пород - 100 м, крепость руды и вмещающих пород - 10, угол залегания рудного тела - 75°.
Для выбора стратегии освоения медноколчеданных месторождений комбинирован-
ным способом были определены возможных технологических схем отработки исследуемого месторождения с последовательным и параллельным порядком освоения запасов, предусматривающие применение карьерных и шахтных транспортных коммуникаций, использование систем открытой и подземной разработки и их элементов, таких как закладка выработанного пространства, оставление рудных и породных целиков, обрушение руды и вмещающих пород, внутреннее и внешнее отвалообразова-ние, анкерное крепление массива, пригрузка скальными породами.
Последовательные схемы освоения запасов предполагают первоначальную разработку открытым способом системами разработки с внутренним или внешними отвалообразовани-ем. Последующая отработка осуществляется системами с закладкой выработанного пространства, включая запасы переходной зоны или камерно-целиковыми системами разработки (рис. 1.).
Параллельные схемы освоения запасов предусматривают параллельное ведение работ открытым способом с внутренним или внешним отвалообразованием и возведением искусственной потолочины, далее отрабатываются запасы переходной зоны системами с обрушением руды и вмещающих по род, либо с при-грузкой борта карьера породами отвала или без нее. Подземные работы ведутся параллельно с отработкой переходной зоны системами с закладкой выработанного пространства или с обрушением руды и вмещающих пород и опережением выемки переходной зоны (рис. 2.).
Определение рациональных параметров освоения исследуемого месторождения заключалось в установлении параметров: глубины перехода на открыто-подземный ярус, высота и площадь сечения переходной зоны,
1)
2)
3)
Рис. 1. Технологические схемы последовательного освоения месторождений с первоначальной отработкой открытым способом с внешним (1, 2) и внутренним отвалообразованием (3, 4): 1 - рудопоток, 3 - закладка выработанного пространства, 4 - внешний отвал, 5 - внутренний отвал, 7 - переходная зона. I, II, III, IV - порядок отработки
5)
7)
Рис. 2. Технологические схемы параллельного освоения образованием (7, 8) при открытых горных работах: 1
внешний отвал, 5 - внутренний отвал, 7 - переходная зо] отработки
6)
8)
месторождений с внутренним (5, 6) и внешним отвало-
- рудопоток, 3 - закладка выработанного пространства, 4 -за, 9 - пригрузка породами вскрыши. I, II, III, IV - порядок
Рис. 3. Зависимости совокупного чистого дохода от высоты карьера с постоянным по глубине разработки содержанием меди в руде (с = 3%) для последовательных (1,2,3,4) и параллельных (5,6,7,8) схем комбинированной геотехнологии медно-
колчеданных месторождений
Рис. 4. Зависимости дисконтированного дохода от высоты карьера при различной норме дисконта (й -6 8, 12 %) для последовательных (1, 2, 3, 4) и параллельных (5, 6, 7, 8) схем комбинированной разработки медно-колчеданных месторождений
объемов добычи по способам разработки,
обеспечивающих максимальную эффективность комбинированной геотехнологии.
Моделирование различных технологических схем (1-8) исследуемого месторождения показало, что зависимость совокупного дохода освоения запасов от высоты карьера носит оптимизационный характер с выраженным экстремумом для каждой стратегии освоения запасов (рис. 3.). При глубине карьера (Нк) до 400 м, совокупный доход в большей степени зависит от способа управления состоянием массива на подземных горных работах, а при высоте карьера более 400 м - от способа отва-лообразования открытой разработки.
Наибольшей доход обеспечивается при варианте с первоначальной отработкой месторождения открытым способом системам разработки с внутренним отвалообразованием до глубины 350 м, и последующей доработкой открыто-подземного и подземного ярусов системами с закладкой выработанного пространства. При применении на подземных работах систем с обрушением руды и вмещающих пород, а также с естественным поддержанием очистного пространства расчетная глубина карьера увеличивается до 400-450 м. Это связано с минимальной разницей себестоимости добычи открытой и подземной разработки и повышенными потерями и разубоживанием руды.
Необходимо отметить, что критерий совокупного дохода комбинированной геотехнологии не показывает преимущества параллельного порядка освоения запасов, так как он не учитывает разновременность введения мощностей открыто-подземного и подземных ярусов и соответственно больших капитальных затрат в первоначальный период разработки.
Устранение этого недостатка производилось путем введения в критерий нормы дисконта при ставках ((! = 6,8,12 %) (рис. 4). Анализ полученных зависимостей при различных схемах комбинированной разработки показал, что дисконтирование денежных потоков не оказывает влияния на установление оптимальной глубины перехода на открыто-подземные горные работы, но показывает преимущества параллельных схем освоения запасов перед последовательными ввиду более высокого уровня дохода за счет одновременной добычи открытыми и подземными способами.
В исследовательской модели также произведен учет влияния изменения качества полезного ископаемого по глубине месторождения
на рациональные параметры комбинированной геотехнологии. При увеличении по глубине месторождения содержания меди в руде (2,53,5%) глубина перехода увеличивается на 50 м (по сравнению с вариантом со стабильным качеством руды) за счет максимального объема добычи бедных руд экономичными открытыми горными работами и последующей отработкой запасов более богатых руд системами с закладкой выработанного пространства. При снижении содержания меди в по падению залежи (с = 3,5-2,5%) предпочтительно отработать более богатые руды карьером системами с внутренним отвалообразованием, а оставшуюся часть запасов бедных руд вариантами технологических схем с обрушением руды и вмещающих пород и камерно-целиковыми системами (таблица).
Для определения рациональных параметров комбинированной разработки были поставлены задачи определить высоту открыто-подземного яруса в зависимости от глубины карьера при коэффициенте запаса устойчивости зависящим от выбранной технологии комбинированной разработки. На данном этапе исследования проводились для условий устойчивого состояния массива в системе «карьер - открытоподземный ярус - шахта» с заданными значениями высот карьера и открыто-подземного яруса и коэффициента запаса устойчивости (рис. 6). Определения устойчивой высоты открыто-подземного яруса для заданной высоты карьера проводились на основе решения объемной задачи устойчивости массива горных пород [3].
Используемая методики основана на построении сферической поверхности скольжения, что позволяет рассчитать коэффициент запаса устойчивости с учетом объемных сжимающих сил, определяющих радиусы кривизны поверхностей откоса бортов. Аналитическим методом, основанным на теории предельного состояния изотропного массива, высота открыто-
подземного яруса определена:
Г \
Н к
(1)
у
Установленные по формуле пределы устойчивой высоты открыто-подземного яруса рассмотрены в качестве граничного условия при решении задачи оптимизации дохода от
освоения месторождения комбинированной геотехнологией.
Для условного месторождения с определенными ранее рациональной глубиной карьера 350 м при изменении коэффициента запаса устойчивости 1-1,3 высота открыто-подземной яруса изменяется в пределах 60-130 м, а оптимальная высота переходной зоны составляет 120-140 м, что соответствует коэффициенту запаса устойчивости массива 1,1.
Проведенные исследования показали, что выбор оптимальных параметров разработки медно-колчеданных месторождений комбинирован-
ным способом зависит от горно-геоло-гических характеристик месторождения, выбранной технологической схемы отработки запасов. Параметры комбинированной геотех-нологии: последовательность освоения запасов, границы перехода с одного способа разработки на другой, имеют оптимизационный вид. Определение рациональных параметров комбинированной разработки месторождения позволяют повысить эффективность и полноту извлечения полезного ископаемого при обеспечении безопасности ведения горных работ.
(ИПКОНРАН, г. Москва),
(Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова, г. Магнитогорск)
Рис. 6. Зависимости максимальной высоты открыто-подземного яруса от высоты карьера при различном значении коэффициента запаса устойчивости массива (Кзу -1, -1,3) и совокупного дохода от высоты открытоподземного яруса
Результаты расчетов оптимальной глубины карьера и совокупного дохода при изменении содержания меди в руде
