CC BY
40
УДК 622.272:622.61/.67
Никитин Игорь Владимирович
научный сотрудник
лаборатории подземной геотехнологии, Институт горного дела УрО РАН, 620075, г. Екатеринбург, ул. Мамина-Сибиряка, 58 e-mail: [email protected]
ВЫБОР СПОСОБА ВСКРЫТИЯ И СХЕМЫ ТРАНСПОРТА РУДЫ ПРИ ОСВОЕНИИ ГЛУБОКИХ ГОРИЗОНТОВ УРУПСКОГО ПОДЗЕМНОГО РУДНИКА
Nikitin Igor V.
research worker
of the laboratory of underground geotechnology, The Institute of Mining UB RAS, 620075, Yekaterinburg, Mamin-Sibiryak st., 58 e-mail: [email protected]
THE SELECTION OF THE METHOD OF OPENING AND ORE TRANSPORT SCHEMES DURING MINING THE URUPSKY UNDERGROUND MINE LOWER HORIZONS
Аннотация:
Необходимость поддержания производственной мощности Урупского подземного рудника обуславливает переход к отработке глубоких горизонтов, эффективность освоения которых во многом зависит от правильного выбора способа вскрытия запасов и схемы транспорта добытой руды. На основе конструирования и технико-экономического сравнения вариантов по критерию минимума дисконтированных капитальных затрат на проведение горнокапитальных выработок и приобретение проходческого и транспортного оборудования и эксплуатационных затрат на подъем и транспортирование руды установлено, что поэтапное вскрытие уклоном с автомобильным транспортом руды обеспечивает своевременный и эффективный переход к отработке глубоких горизонтов без потери рудником производственной мощности.
Abstract:
The necessity for maintaining production capacity of the Urupsky underground mine causes transition to mining deep horizons, the efficiency of which largely depends on the correct selection of the method of opening and the transport scheme of ore mined. In terms of engineering and technical and economic comparison of options according to the criterion of minimum discounted capital outlays on conducting mining workings and acquiring excavating and transport equipment it is determined that ore phased opening by the grade with road transport provides for timely and efficient transition to mining deep horizons without losing production capacity by the mine.
Ключевые слова: подземный рудник, способ вскрытия, транспортная схема, график строительства, технико-экономическое сравнение, дисконтированные затраты
Key words: underground mine, method of opening, transport scheme, construction timetable, technical and economic comparison, discounted capital outlays
На современном этапе развития горного производства наблюдается тенденция к увеличению глубины разработки полезных ископаемых в условиях ограниченности финансовых и временных ресурсов.
Проблема перехода на глубокие горизонты актуальна для Урупского подземного рудника (УПР), осваивающего Урупское медноколчеданное месторождение, расположенное на территории Карачаево-Черкесской Республики. Длина залежи по простиранию от 1200 до 1500 м, по падению до 1200 м [1]. Средняя мощность рудного тела 5 м, угол падения изменяется от 20° до 60°. Руды устойчивые и средней устойчивости с коэффициентом крепости 11 - 13. Породы висячего бока средней устойчивости и неустойчивые, лежачего бока - от устойчивых до неустойчивых, коэффициент крепости 8 - 11.
Месторождение вскрыто с поверхности центрально расположенным вертикальным скипо-клетевым стволом, пройденным диаметром в свету 6,5 м на глубину 678 м, и фланговыми вентиляционными выработками, расположенными в лежачем боку месторождения: на западе - вентиляционным шурфом до 1-го горизонта, вентиляционным восстающим до 16-го горизонта и лифтовым восстающим между 12-м и 14-м горизонтами; на востоке - вентиляционным стволом (запасный выход) до 2-го горизонта и наклонным
стволом со 2-го до 12-го горизонта. Высота этажа в горизонтах 1 - 12 составляет 37 м, в горизонтах 12 - 16 74 м (сдвоенные этажи). Отработка запасов горизонтов 12 - 16 осуществляется с использованием концентрационного 16-го горизонта для перепуска руды и применением традиционного рельсового транспорта, переносного бурового и доста-вочного оборудования.
Вентиляция рудника осуществляется всасывающим способом по фланговой схеме двумя вентиляторными установками, размещенными у устьев Западного вентиляционного шурфа и Восточного вентиляционного ствола. Необходима реконструкция их обеих с заменой устаревших вентиляторов ВОКД-1,8 новыми ВОД-18.
Объем и технология отработки вскрытых запасов месторождения позволяют обеспечить производственную деятельность рудника в течение ближайших 10 лет. Однако постепенное выбывание мощностей определило необходимость поддержания производственной мощности рудника за счет вовлечения в эксплуатацию запасов глубоких горизонтов 17 - 21 (глубина разработки более 700 м); по данным эксплуатационной геологоразведки, их балансовые запасы руды составляют около 8 млн. т. В связи с этим одной из первоочередных задач, стоящих перед предприятием и исследователями, является обоснование и выбор эффективных способов вскрытия запасов и схем транспорта добытой руды при освоении глубоких горизонтов УПР на основе конструирования и технико-экономического сравнения вариантов.
Снижения капитальных и эксплуатационных затрат и сокращения срока ввода нижних горизонтов в эксплуатацию, на наш взгляд, возможно добиться путем поэтапного вскрытия запасов горизонтов автотранспортным уклоном. В подтверждение данной идеи рассмотрены два варианта вскрытия нижних горизонтов: 1 - углубка действующего ствола и транспортирование руды рельсовым транспортом; 2 - строительство уклона и транспортирование руды автотранспортом.
Вариант 1 предусматривает углубку вертикального скипо-клетевого ствола на глубину 185 м, строительство концентрационного 21-го, эксплуатационных 18-го и 20-го горизонтов сечением 8,5 м2 для рельсового транспорта с околоствольными выработками и камерами, вентиляционно-лифтового восстающего на восточном фланге между 12-м и 21-м горизонтами сечением 9,6 м2, наклонного вентиляционного восстающего на западном фланге между 16-м и 21-м горизонтами сечением 6,4 м2.
Освоение запасов предусмотрено в один этап, шаг вскрытия - 185 м. Высота этажа в горизонтах 16 - 20 74 м, в горизонтах 20 - 21 37 м. Вскрытие запасов этажа предусматривается квершлагом и полевым штреком в лежачем боку месторождения, подготовка - блоковыми ортами, проходимыми через каждые 100 м по простиранию рудного тела.
Углубка вертикального ствола производится буровзрывным способом по совмещенной схеме. Бурение шпуров осуществляется бурильной установкой БУКС-1М. Уборка взорванной породы производится грейферным погрузчиком КС-3, выдача на поверхность - бадьей БПС-3. Крепление ствола - бетонное.
Проходка горизонтальных и наклонных выработок производится буровзрывным способом. В устойчивых породах применяется комбинированная крепь -железобетонные штанги и торкретбетон; в зонах тектонических нарушений -монолитная бетонная крепь. Бурение шпуров производится буровой кареткой СБКНС-2М, заряжание шпуров - гранулированным ВВ при помощи зарядчика ЗМК-1А. Вентиляционные восстающие проходятся с помощью проходческого комплекса КПУ. Бурение - телескопными перфораторами ПТ-48. Уборка породы из забоев - погрузочной машиной ППН-1С.
Добытая руда на 18-м и 20-м горизонтах транспортируется аккумуляторным электровозом АМ-8Д в вагонетках ВГ2,2 до рудоспуска, по которому перепускается на уровень 21 -го горизонта. Откатка руды по 21 -му горизонту осуществляется электровозом в
Рис. 1 - Вскрытие запасов горизонтов 16-21 УПР по варианту 1, предусматривающему углубку действующего ствола
вагонетках к бункеру дозаторной установки, с уровня которой производится ее подъем по стволу на поверхность.
Схема вскрытия горизонтов 17 - 21 УПР по варианту 1 представлена на рис. 1. Общий объем горнокапитальных работ составляет 84102 м3, ориентировочный срок строительства 6,5 лет (табл. 1). Высота подъема по стволу 802 м, среднее расстояние транспортирования по горным выработкам электровозами 1125 м.
Вариант 2 предусматривает строительство автотранспортного уклона в лежачем боку месторождения сечением 14,1 м2 под углом 8° между 16-м и 21-м горизонтами с разгрузочной и ремонтной камерами; эксплуатационных 18-го, 20-го и 21-го горизонтов сечением 14,1 м2 для автомобильного транспорта; центрального вентиляционно-лифто-вого восстающего между 16-м и 21-м горизонтами сечением 9,6 м2; наклонных фланговых вентиляционных восстающих между 16-м и 21-м горизонтами сечением 6,4 м2.
Освоение запасов предусмотрено поэтажно в три этапа. Высота этажа в горизонтах 16 - 20 74 м, в горизонтах 20 - 21 37 м. Вскрытие запасов этажа предполагается заездом из автоуклона и полевым штреком, проходимыми в лежачем боку месторождения. Спуск автотранспорта до 16-го горизонта осуществляется по вертикальному стволу, на 18 - 21-й горизонты - по автоуклону.
Проходка горизонтальных и наклонных выработок производится буровзрывным способом. Бурят шпуры буровой установкой типа Atlas Copco Boomer T1D, заряжают -гранулированным ВВ зарядчиком ЗМК-1А. Вентиляционные восстающие проходятся проходческим комплексом КПУ, оборудованным навесными перфораторами ПТ-48. Уборка породы из забоев производится ПДМ типа Atlas Copco ST 7 в автосамосвал типа Sandvik TH 320.
Добытая руда на горизонтах транспортируется автосамосвалами типа Sandvik TH 320 по уклону до разгрузочной камеры, размещенной в 10 м выше 16-го горизонта, далее через рудоспуск перепускается на уровень 16-го горизонта. Откатка руды по нему осуществляется электровозом АМ-8Д в вагонетках ВГ2,2 к бункеру дозаторной установки, с уровня которой производится ее подъем по стволу на поверхность.
Схема вскрытия горизонтов 16 - 21 УПР по варианту 2 представлена на рис. 2. Объем горнокапитальных работ составляет 93097 м3, в том числе по этапам: 1 - 36025 м3, 2 - 30570, 3 - 26502. Срок строительства первой очереди 2,5 года (см. табл. 1). Высота подъема по стволу 617 м, среднее расстояние транспортирования по горным выработкам электровозами 805 м, автосамосвалами 835 м.
Оценка вариантов производилась по критерию минимума дисконтированных затрат (ДЗ), получаемых путем суммирования разновременных капитальных затрат на проведение выработок и приобретение оборудования и эксплуатационных затрат на подъем и транспортирование руды. Предложенный критерий позволяет учесть, соизмерить, объективно оценить затраты, связанные со вскрытием месторождения, с учетом динамики развития горного производства [2]. Целевая функция имеет вид
где 1 - продолжительность строительства и эксплуатации, лет;
К - капитальные затраты на проведение горнокапитальных выработок и приобретение проходческого и транспортного оборудования в ^м году строительства, руб/год;
Э - эксплуатационные затраты на подъем и транспортирование руды в ^м году эксплуатации, руб/год;
Е - норма дисконта, доли ед.
Разрез по оси ствола [их. "Урупская"
Западный ИВ
Иырабртки участкового^^^" водоотлива
Совмещенный план 16 и 1Я горизонтов
Элсктроподсганция
Камера насосной, -сТан
анции
Вертикальный ствол .. шх. "Урупская"
-■тральный
Разгрузочная камера
Объездная выработка Квершлаг 1600
Электровозное депо
Склад ППМ Квершлаг 1601 г ( Камера ремонта СО ^Склал ГСМ
Автотранспортный ^ уклон
Условные обозначения
с. '. м Рудное тело I I Существующие выработки / I Проектируемые выработки
Рис. 2 - Вскрытие запасов горизонтов 16-21 УПР по варианту 2, предусматривающему строительство автоуклона
Таблица 1
Укрупненный график строительства горизонтов 16 - 21 УПР по вариантам вскрытия (до ввода в эксплуатацию)
Наименование работ Длина выработок, м Объём работ, м3 Скорость стр-ва, м(м3)/мес. Число забоев Продолж. стр-ва, мес. Год
2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022 2023 2024 2025
Добыча руды на горизонтах 13 - 16 УПР, тыс. т 420 420 420 420 420 420 400 350 300 250 80
Вариант 1
Углубка ствола 185 7123 15 1 12 Проектирование (стадия ПД и РП) Закупка оборудования
Проведение камерных выработок 8570 350 2 12
Проведение горизонтальных выработок 7435 62602 70 2 53
Проведение вертикальных выработок 876 5807 45 2 10
Всего 8496 84102 77
Вариант 2
Строительство автоуклона 675 9517 60 1 11 Проектирование (стадия ПД и РП) Закупка оборудования —
Проведение камерных выработок 3580 350 2 5
Проведение горизонтальных выработок 1515 20504 70 2 11
Проведение вертикальных выработок 354 2424 45 2 4
Всего (этап 1) 2544 36025 31
Примечание. Цветом выделен год начала выбывания производственной мощности горизонтов 13 - 16 УПР.
Оценка вариантов производилась по критерию минимума дисконтированных затрат (ДЗ), получаемых путем суммирования разновременных капитальных затрат на проведение выработок и приобретение оборудования и эксплуатационных затрат на подъем и транспортирование руды. Предложенный критерий позволяет учесть, соизмерить, объективно оценить затраты, связанные со вскрытием месторождения, с учетом динамики развития горного производства [2]. Целевая функция имеет вид
Т 1
ДЗ = 2 (К + 3)-- ^ шп,
где Т - продолжительность строительства и эксплуатации, лет; К - капитальные затраты на проведение горнокапитальных выработок и приобретение проходческого и транспортного оборудования в ¿-м году строительства, руб/год; 3 - эксплуатационные затраты на подъем и транспортирование руды в ¿-м году эксплуатации, руб/год; Е - норма дисконта, доли ед.
Расчет капитальных и эксплуатационных затрат по сравниваемым вариантам приведен в таблице 2. Единичные расценки на строительство горнокапитальных выработок, на подъем руды и внутришахтный транспорт по варианту 1 приняты на основе данных ЗАО «Урупский ГОК», по варианту 2 - ОАО «Учалинский ГОК». Стоимость проходческого и транспортного
Таблица 2
Расчет затрат по вариантам вскрытия глубоких горизонтов 17 - 21 УПР
Наименование затрат Затраты, тыс. руб.
Вариант 1 Вариант 2
Капитальные затраты
Горнокапитальные работы: 783956 479108
углубка ствола 189224 -
строительство автотранспортного уклона - 134334
проведение камерных выработок 68478 41630
проведение горизонтальных выработок 500215 275266
проведение вертикальных выработок 26039 27878
Приобретение проходческого оборудования: 7300 14000
бурильная установка БУКС-1М 2200 -
буровая каретка СБКНС-2М 900 -
буровая установка Atlas Copco Boomer T1D - 9800
проходческий комплекс КПУ 4200 4200
Приобретение транспортного оборудования: 9450 55870
погрузочная машина ППН- 1С 2700 -
аккумуляторный электровоз АМ-8Д 5600 2800
вагонетки для откатки руды ВГ 2,2 1150 470
ПДМ Atlas Copco ST 7 - 17600
автосамосвал Sandvik TH 320 - 35000
Реконструкция вентиляторных установок на базе ВОД-18: 120000 120000
Итого капитальные затраты 920706 668978
Эксплуатационные затраты
Подъем руды на поверхность 273796 210638
Транспортирование руды по горным выработкам 118951 334893
Итого эксплуатационные затраты 392747 545531
оборудования принималась по рыночным ценам 2014 г. фирм-производителей. Затраты на реконструкцию вентиляционной установки приняты 60 млн руб. (комплект вентиляторной установки 45, реконструкция здания вентиляторной и коммуникаций 15 млн руб.).
Для дисконтирования затрат приняты условия: норма дисконта 12 % [3]; годовой объем добычи 400 тыс. т; расчетный срок строительства по варианту 1 - 7 лет, по варианту 2 - 3 года; продолжительность отработки запасов - 23 года.
Расчет дисконтированных затрат по сравниваемым вариантам приведен в табл. 3, результаты расчетов - на рис. 3.
Таблица 3
Распределение затрат по годам и расчет дисконтированных затрат
Год Капитальные затраты, тыс. руб. Эксплуатационные затраты, тыс. руб. Коэф. дисконтирования ДЗ нарастающим итогом, тыс. руб.
Вариант 1 Вариант 2 Вариант 1 Вариант 2 Вариант 1 Вариант 2
1 131529 0 0 0 1,000 131529 0
2 131529 0 0 0 0,893 248966 0
3 131529 0 0 0 0,797 353820 0
4 131529 0 0 0 0,712 447439 0
5 131529 119740 0 0 0,636 531029 106911
6 131529 119740 0 0 0,567 605662 202367
7 131529 119740 0 0 0,507 672298 287595
8 0 0 17076 14473 0,452 680023 296793
9 0 0 17076 14473 0,404 686919 305005
10 0 0 17076 14473 0,361 693077 312338
11 0 0 17076 14473 0,322 698575 318885
12 0 60262 17076 14473 0,287 703484 349069
13 0 60262 17076 14473 0,257 707867 376019
14 0 60262 17076 14473 0,229 711780 400082
15 0 0 17076 23842 0,205 715275 406936
16 0 0 17076 23842 0,183 718394 413056
17 0 0 17076 23842 0,163 721180 418520
18 0 0 17076 23842 0,146 723667 423398
19 0 0 17076 23842 0,130 725887 427754
20 0 64486 17076 23842 0,116 727870 442162
21 0 64486 17076 23842 0,104 729640 455027
22 0 0 17076 30814 0,093 731221 459034
23 0 0 17076 30814 0,083 732632 462611
24 0 0 17076 30814 0,074 733892 465806
25 0 0 17076 30814 0,066 735017 468658
26 0 0 17076 30814 0,059 736021 471204
27 0 0 17076 30814 0,053 736918 473478
28 0 0 17076 30814 0,047 737719 475508
29 0 0 17076 30814 0,042 738434 477321
30 0 0 17076 30814 0,037 739072 478939
■300
Рис. 3 - График ДЗ по вариантам вскрытия горизонтов 17 - 21 УПР
Сравнительный анализ рассмотренных вариантов вскрытия показал:
- поэтапное вскрытие уклоном с автомобильным транспортом руды обеспечивает своевременный (меньший срок ввода в эксплуатацию) и эффективный (меньшие дисконтированные капитальные и эксплуатационные затраты) переход к отработке горизонтов 17 - 21 УПР;
- вариант вскрытия, предусматривающий углубку ствола, не обеспечивает перехода к отработке горизонтов 17 - 21 без потери рудником производственной мощности, поскольку срок строительства с учетом времени на проектирование (около 10 лет) превышает срок начала выбывания мощности рудника при доработке запасов горизонтов 13 - 16 УПР.
Литература
1. Карнаух Ю.В. Минерально-сырьевая база Карачаево-Черкесской Республики / Ю.В. Карнаух, В.Л. Омельченко, У.И. Абайханов // Минеральные ресурсы России. Экономика и управление. - 2012. - № 1. - С. 57 - 65.
2. Корнилков С.В., Соколов И.В., Славиковская Ю.О., Никитин И.В. Обоснование технико-экономической целесообразности возобновления эксплуатации Квайсинского свинцово-цинкового месторождения на основе геоинформационного моделирования // Изв. вузов. Горный журнал. - 2014. - № 3. - С. 9 - 17.
3. Пирс Д. Инструменты и методы, используемые в международной практике для оценки и развития проектов добычи алмазов / Д. Пирс // Проблемы и пути эффективной отработки алмазоносных месторождений: Международная научно-практическая конференция, г. Мирный, 2011. - Новосибирск: Наука, 2011. - С. 118 - 128.
