Развитие теории установления конечных контуров карьерных полей при разработке пологопадающих залежей полезных ископаемых Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

© И.Л. Гумсник, А.И. Панасснко, А.М. Масвский, 2007

УДК 622.271

И.Ё. Гуменик, А.И. Панасенко, А.М. Маевский

РАЗВИТИЕ ТЕОРИИ УСТАНОВЛЕНИЯ КОНЕЧНЫХ КОНТУРОВ КАРЬЕРНЫХ ПОПЕЙ ПРИ РАЗРАБОТКЕ ПОЛОГОПАДАЮЩИХ ЗАЛЕЖЕЙ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ

Семинар № 16

овременное развитие открытых горных работ характеризуется возрастанием их глубины. Это приводит к существенному ухудшению технико-экономических показателей работы горных предприятий и снижению техногенной безопасности. Таким образом, наносится значительный экономический и экологический ущерб от ведения горных работ. Этот ущерб может быть существенно снижен, если решения о целесообразности разработки крупноплощадных месторождений с большой мощностью вскрышных пород будут приниматься на основе современного теоретикометодологического обоснования способа и глубины разработки, а так же экологически безопасной технологии открытых горных работ, которая отвечает требованиям общей концепции устойчивого развития.

Анализ научно-исследовательских работ по теории и методологии создания экологически безопасной технологии открытых горных работ при разработке крупноплощадных месторождений с большой мощностью вскрышных пород показал, что ряд аспектов проблемы в ее теоретикометодологическом и прикладном аспектах остаются недостаточно установленными и требуют дальнейшего научного обоснования и поиска эффективных практических решений.

При установлении способа разработки горизонтальных и пологих месторождений и конечной глубины карьера в зависимости от конкретных горно-геологических условий следует использовать три методологических принципа:

1) сравнение граничного коэффициента вскрыши (Кгр) со средним (Кср) (Кгр > Кср);

2) сравнение суммарных расчетных затрат на разработку месторождения открытым 30 и подземным 3п способами (30 < Зп);

3) оптимизация суммарных расчетных затрат на разработку месторождения открытым и подземным способами 3 = 30 + Зп ^ тю).

Первые два принципа более приемлемы для случаев, когда залежи горизонтальные (а < 1°) и находятся на такой глубине от поверхности, что могут быть отработаны при сегодняшнем уровне развития техники и технологии горных работ открытым или подземным способами. При этом второй принцип сравнения 30 < Зп позволяет непосредственно определить расчетные затраты и возможную прибыль или ущерб от разработки месторождения. Он более приемлем при необходимости учета дополнительных факторов.

Третий принцип X3 = 30 + 3п ^ тю может быть использован в двух случаях:

1) залежи пологие, падающие, а также мульдо-, штоко- и линзообразные;

2) залежи горизонтальные, однако часть территории горного отвода по условию её застроенности не позволяет эффективно использовать открытый способ разработки.

Все указанные принципы установления способа разработки месторождения и конечных границ открытых горных работ основываются на использовании трех удельных экономических показателей: себестоимостей добычи единицы полезного ископаемого открытым Сд и подземным Сп способами, а также стоимости разработки 1 м3 вскрыши Св.

Величины Сп, Сд и Св наиболее часто принимаются на основе статистических или проектных данных при разработке аналогичных месторождений. Как показали многочисленные исследования, сравнение затрат при открытой и подземной разработках не всегда возможно осуществить, тем более при современной ситуации, сложившейся в последние годы в Украине при разработке горизонтальных залежей полезных ископаемых, когда подземный способ применяется очень редко. Такое положение характерно для эксплуатируемых месторождений бурого угля (п. о. «Александ-рияуголь»), марганцевой руды (Никопольский марганцеворудный бассейн), титаноциркониевых руд (Вольногорский ГМК), а также для перспективных месторождений Украины бурого угля и горючих сланцев.

В случаях, когда величина Сп неизвестна, необходимо устанавливать допустимую себестоимость единицы полезного ископаемого (СЛ0п) исходя из следующих предпосылок. Так, при

заданной норме прибыли Б величина СЛ0п составит

С = Ц , грн / т (1)

V—-' доп 1 + 1

где Ц - цена единицы полезного ископаемого, грн/т;

Отличительной особенностью рекомендуемой методики является то, что при расчете граничного коэффициента вскрыши, а также эксплуатационных затрат на вскрышные и добычные работы, величины Св и СД учитываются как переменные, т.е. зависимые от роста мощности вскрыши и, соответственно, глубины карьера (Н^. Результаты исследований по установлению зависимостей Св = $1(НК) и Сд = {2(Н^) приводятся ниже.

При установлении рациональных способа разработки месторождения и конечной глубины открытых горных работ во всех случаях следует учитывать величину ущерба, возникающего в результате нарушения земель горными работами (У), которую компенсирует ГДК.

Так, принцип сравнения расчетных затрат при открытом и подземном способах разработки месторождения 30 < 3п представляется в общем виде как

С,ув + СДУД + У < СпУл , (2)

где Vв и Vд - соответственно объёмы вскрышных пород и полезного ископаемого в заданных контурах карьерного поля, м3; У - суммарный ущерб, наносимый окружающей среде из-за производства открытых горных работ, и возмещаемый ГДП, грн;

Величина У зависит от вида экологических нарушений, размеров карьерного поля и определяется по установленным закономерностям.

При освоении горизонтальных рудных месторождений и установлении конечных границ открытых горных работ величина граничного коэффициента вскрыши (Кгр)

Тип

месторождения

Рис. 1. Структурно-логическая схема методики установления способа разработки месторождения и конечных контуров карьерного поля

рассчитывается исходя из удельной величины ущерба (у), т.е.

Кр =

Сп - Сд - у С ’

где У , 3

у =-------, грн / м

(3)

(4)

V д

Использование принципа Кгр > Кср требует уточнения не только величины Кгр, но и Кср, поскольку имеются несколько его разновидностей и разных методических подходов к их определению.

Для пологих и мульдообразных залежей, когда угол падения пластов (а > 1°), применимо сравнение граничного коэффициента вскрыши со средним (Кгр > Кср), текущим (Кгр > Кг) и контурным (Кгр > Кк) коэффициентами.

Исходя из вышеизложенных основных положений методики установления способа разработки месторождения и конечных контуров карьера, составлена её структурнологическая схема, определяющая последовательность выполнения расчетов (рис. 1).

Апробация рекомендуемой методики установления способа разработки месторождения и конечной глубины открытых горных работ произведена на примере горно-геологических условий эксплуатируемых горизонтальных месторождений (Никопольский марганцево-рудный бассейн, месторождения бурого угля ГХК «Алек-сандрияуголь»), а также намечаемых к освоению перспективных пологих (мульдообразных) месторождений Украины горючих сланцев (Болтышское) и бурого угля (Ново-Дмитровское). Эти месторождения характеризуются общей схожестью вскрышных, а также соответственно предполагаемой и существующей технологиями их разработки. Кроме того, для рассматри-

ваемых месторождений характерным является диапазон изменения мощности вскрыши от 40 до 300 м (в целом). Диапазон изменения мощности залежи от 2 м (Никопольский марганцеворудный бассейн) до 15 м (в среднем) на Болтышском месторождении горючих сланцев.

Приняв за основу эти исходные геологические условия, воспользуемся первоначально вторым принципом решения поставленной научной проблемы, а именно 30 < Зп , поскольку первый принцип Кгр > Кср следует из второго, т.е. 30 = Зп , а

Зо = Св-Кв + Сд + У,

или

К В = Кср = Кгр =

Сп - Сд-у

Св

(5)

(6)

где Кв - коэффициент вскрыши (в общем случае); К'ср - средний коэффициент вскрыши с учетом первоначального Ко; Сп - себестоимость добычи 1 м полезного ископаемого подземным способом, грн; Сд - то же открытым способом (без учета затрат

на вскрышные работы), грн/м3; Св -

13

м вскрыши,

грн; У - ущерб от изъятия земель из сельскохозяйственного производства, грн/м3.

Указанные удельные экономические показатели Св и Сд принимались с учетом установленных закономерностей их изменения с ростом мощности вскрыши и, соответственно, глубины карьера. Вместо величины Сп принималась допустимая себестоимость добычи 1 м3 полезного ископаемого (с учетом вскрышных работ). Величина Сдоп принята в диапазоне 50^200 грн/м3, который в целом охватывает все виды полезных ископаемых рассматриваемых месторождений.

Параметры карьерного поля по дну Вд = 2000 м и длина Ьд = 5000 м.

Зо, грн/м

Рис. 2. Графики зависимости Зо = /(Нк): І, 2, 3 и 4 соответственно hm = 2, 5, І0 и 20 м; 5, б, У и В соответственно Caon = 60, І00, І40 и 200 грн/м3

Эти размеры типичные для карьеров ОГОКа и ГХК «Александрияуголь». Таким образом, объём добычи Va будет независимым от изменения Нв (при Ьпи = const).

Для указанных исходных данных выполнены расчеты по решению поставленной задачи установления рациональных границ открытых горных

работ. Результаты расчетов представлены на рис. 2 в виде графиков зависимостей удельных (грн/м ) затрат на открытый способ разработки (30) от роста глубины карьера Нк . Величина 30 включает помимо затрат на вскрышные (Св-К’ср) и добычные (С) работы ущерб (У) от нарушения земель горными работами.

Как видно из рис. 2, имеются точки пересечения кривых зависимости 30 = f (Нк) и прямых (штриховые линии), соответствующих допустимой себестоимости Сдоп, что свидетельствует о наличии областей рациональной глубины открытых горных работ. Так, для условий разработки марганцево-рудных месторождений (Ьпи = 2 м) при цене 1 т сырой руды 80-120 грн/т, что соответствует диапазону Сдоп = 140-200 грн/м3 (при норме прибыли 20 %), область применения открытого способа ограничивается мощностью вскрыши 80-120 м.

При средней мощности пласта Ьпи = 5 м (месторождение бурого угля ГХК «Александрияуголь») и цене за 1т угля 60-80 грн/т максимальная глубина карьера может составлять 120-160 м.

Для условий Болгышского месторождения горючих сланцев (Ьпи = 10-20 м) и предполагаемой цене 1 т сланцев 40-50 грн (Сдоп = 40-80 грн/м3) область открытого способа разработки ограничивается 120-160 м. При

большей цене за 1 т сланца величина Нк увеличивается.

В результате выполненных исследований решена актуальная научная задача по дальнейшему развитию методологии установления конечных контуров карьерных полей при разработке крупноплощадных пологопадающих месторождений с большой мощностью вскрышных пород на основании установленных закономерностей изменения площадей земной поверхности, нарушаемой карьерами, степени и качества ее восстановления с увеличением глубины карьера; разработанных принципов определения ущерба от нарушения земной поверхности и социальной инфраструктуры территории; установленных зависимостей изменения объема планировочных работ и затрат на их выполнение с увеличением глубины карьера; установленных закономерностях изменения коэффициентов вскрыши с увеличением мощности вскрышных пород. ШИН

— Коротко об авторах--------------------------------------------------------------

Гуменик И.Л., naHaceHKo А.И., MaeBcrnn A.M. - Национальный горный университет, г. Днепропетровск, Украина.

Доклад рекомендован к опубликованию семинаром № 16 симпозиума «Неделя горняка-2007». Рецензент д-р техн. наук, проф. B.C. KoBaneHrn.